КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ БД

Концепция предполагает изложение основных положений чего-либо. Описание концепции БД невозможно выполнить без учета хронологии.

1. Инженерные и экономические задачи. Первоначально (начало 60-х г. XXв.) использовалась файловая система хранения. Для ре­шения преимущественно инженерных задач, характеризующихся небольшим количеством данных и значительным объемом вычисле­ний, данные хранились непосредственно в программе. Применялся последовательный способ организации данных, имелась их высокая избыточность, идентичность логической и физической структур и полная зависимость данных.

С появлением экономико-управленческих задач (информацион­ная система руководства — M1S), отличающихся большими объема­ми данных и малой долей вычислений, указанная организация дан­ных оказалась неэффективной. Требовалось упорядочение данных, которое, как выяснилось, возможно было проводить по двум крите­риям: использование (информационные массивы); хранение (базы данных).

2. Информационно-поисковые и информационно-советующие сис­темы управления. Следует отметить, что экономические задачи часто связаны с управлением организационными системами. По характеру применения компьютеров такие системы возможно раз­делить на информационно-поисковые (рис.1), получившие также название «традиционные», и информационно-советующие или со­временные (рис.2) системы.

Рис. 1. Информационно-поисковая система

Рис. 2. Информационно-советующая система

3. Информационные массивы и базы данных. Первоначально в
информационно-поисковых системах применяли информационные
массивы. При этом возникала необходимость хранения избыточной
информации при дефиците компьютерной памяти. Выяснилось так­
же, что алгоритмы задач более подвижны, чем данные для них. При
довольно частом изменении алгоритмов в процессе совершенствования систем управления каждый раз требовалось проводить трудоемкую процедуру создания новых массивов. В этих условиях стало
ясно превосходство баз данных, несмотря на их более сложную структуру по сравнению с системой массивов. В дальнейшем базы данных стали снабжаться программной составляющей, позволяющей
легко реализовать и оперативно изменять алгоритмы приложения.

4. Модели данных. Использование файлов для хранения только
данных (рис.3,а) предложено МакГри в 1959 г. Были разработаны методы доступа (в том числе — произвольного) к таким файлам,
при этом физическая и логическая структуры уже различались, а
физическое расположение данных можно было менять без изменения логического представления.

В 1963 г. С. Бахман построил первую промышленную базу дан­ных IDS с сетевой моделью данных, которая все еще характеризова­лась избыточностью данных и ее использованием только для одного приложения.

Рис. 3. Файловая система (а) и СУБД (б) для хранения данных

Доступ к данным осуществлялся с помощью соответ­ствующего программного обеспечения.

В 1969 г. сформировалась группа, создавшая набор стандартов CODASYL (КОДАСИЛ) для сетевой модели данных. Фактически начала тогда использоваться (рис.3,6) современная архитектура базы данных. Существенный скачок в развитии технологии баз дан­ных произошел в 1970 г., когда Э. Кодд предложил парадигму реля­ционной модели данных. Под парадигмой понимается научная тео­рия, воплощенная в систему понятий, отражающих существенные черты действительности. Теперь логические структуры могли быть получены из одних и тех же физических данных, т. е. доступ к од­ним и тем же физическим данным мог осуществляться различными приложениями по разным путям. Стало возможным обеспечение целостности и независимости данных.

В конце 70-х годов XX в. появились современные СУБД, обес­печивающие физическую и логическую независимость, безопасность данных, обладающие развитыми языками БД.

В начале 90-х годов реляционные БД получили наиболее широ­кое распространение, особенно при использовании персональных компьютеров. Появились разнообразные СУБД, рассчитанные как на пользователя-профессионала (в программировании), так и на пользователя-непрофессионала, предназначенные для построения и небольших (по объему памяти), и сверхбольших БД, работающие как в локальном, так и в сетевом режимах. При этом базы данных строились как статические (в зарубежной терминологии — опера­ционные, транзакционные, Online Transactional Processing — OLTP).

К середине 90-х годов в базах данных накопилось такое количе­ство информации, что ее стало возможным использовать для анали­тических процедур выработки решений-советов. Появились дина­мические (аналитические) базы данных, называемые за рубежом Online Analytical Processing — OLAP. Их основными составляющи­ми стали электронный архив и хранилище данных (Data Warehouse).

Одновременно выявились недостатки реляционных БД, у кото­рых появились конкуренты в виде объектно-ориентированных баз данных.

Последнее десятилетие характеризуется появлением распределен­ных и объектно-ориентированных баз данных, характеристики ко­торых определяются приложениями средств автоматизации проек­тирования и интеллектуализации БД.

Прежде, чем рассматривать процедуры работы с базой данных, дадим набор характеристик БД и пояснения к нему.

5. Подходы к построению БД. Они базируются на двух подходах к созданию автоматизированной системы управления (АСУ). Пер­вый из них, широко использовавшийся в 80-е годы и потому получивший название классического (традиционного), связан с автомати­зацией документооборота (совокупность документов, движущихся в процессе работы предприятия). Исходными и выходными коорди­натами являлись документы, как это видно из примера 1. Транс­формация входных документов в выходные осуществляется по алго­ритму преобразования.

Пример1. Задача ставится следующим образом. Имеется сис­тема ручных документов, форма одного из которых показана в табл. 1. Необходимо с помощью БД получить — по регламенту или по запросу — информацию в виде другой системы документов, форма одного из которых приведена в табл. 2.2.

Таблица 1

Таблица 2

Использовался следующий тезис. Данные менее подвижны, чем алгоритмы, поэтому следует создать универсальную БД, ко­торую затем можно использовать для любого алгоритма. Однако вскоре выяснилось, что создание универсальной БД проблема­тично. Господствовавшая до недавнего времени концепция ин­теграции данных при резком увеличении их объема оказалась несостоятельной. Более того, стали появляться приложения (на­пример, текстовые, графические редакторы), базирующихся на широко используемых стандартных алгоритмах. Выявились стан­дартные алгоритмы и в управлении (бизнесе), как это следует из примера 2.

Пример 2. Используем компьютер для поддержки процедуры принятия решений менеджера в процедуре принятия специалис­тов на работу (комплектование кадрами исследовательской фир­мы). Часть людей уже работает (в штате фирмы), необходимо про­вести доукомплекацию кадров. На основе анкетных данных о пре­тендентах на вакантные места штатного расписания компьютер, в соответствии с заложенной проектировщиком системой правил, выдает менеджеру решения—советы о должностях, на которые сле­дует принять поступающих. Окончательное решение остается за менеджером.

Если менеджер сомневается в правильности полученного ком­пьютером решения, он может запросить объяснение в виде системы использованных при решении правил.

Если количество рекомендованных к приему превышает число вакансий в штатном расписании, менеджер может скорректировать либо правила (количественную составляющую), либо результаты их работы. Решения менеджера вводятся в компьютер.

Перечисленные процедуры имеют место на каждом из несколь­ких (по умолчанию — из трех) интервалов (циклов) времени.

В завершение компьютер выдает на экран итоговые результаты работы менеджера.

К 90-м годам XX в. сформировался второй, современный подход, связанный с автоматизацией управления. Он предполагает первона­чальное выявление стандартных алгоритмов приложений (алгорит­мов бизнеса в зарубежной терминологии), под которые определя­ются данные, а стало быть, и база данных. Объектно-ориентирован­ное программирование только усилило значимость этого подхода. Состав БД для различных подходов представлен на рис.4.

Рис. 2.4. Схема классического (а) и современного (б) подхода при построении БД

В работе БД возможны одно- и многопользовательский режи­мы. В последнем случае несколько пользователей подключаются к одному компьютеру через разные порты.

6. Восходящее и нисходящее проектирование БД. Первое приме­няют в распределенных БД при интеграции спроектированных ло­кальных баз данных, которые могут быть выполнены с использова­нием различных моделей данных. Более характерным для централи­зованных БД является нисходящее проектирование.

В последующих лекциях первоначально будет рассмотрен клас­сический подход для централизованных БД, а затем — современ­ный. Распределенным БД посвящены заключительные лекции.

Работа с базами данных может быть представлена в виде схемы, приведенной на рис.5. Из нее видно, что следует выделять мето­дологию создания, методологию использования и методологию функционирования БД.

Рис. 5. Этапы создания (Cl, C2) и использования (И1— ИЗ) БД

Методология БД определяется в процедуре про­ектирования, но проявляется и в процедуре использования.

7. Хранилище данных — предметно-ориентированный, интегри­рованный, привязанный ко времени и неизменный набор данных, предназначенный для поддержки принятия решений. В со­ответствии с определением хранилище данных ориентировано не на алгоритм приложения, как (операционная) БД, а на предметную область.

Интегрированность определяется тем фактом, что источниками данных могут быть несколько БД, которые могут иметь разные фор­маты данных и степень заполнения БД. Эти данные должны быть приведены к «стандарту», используемому в ХД.

Привязка ко времени означает, что исходные данные характери­зуют какой-то интервал времени, при этом время присутствует в БД явно. В силу этого вновь поступающие данные не изменяют пре­жние данные в ХД, а дополняют их.

Рассмотрим методологические аспекты БД и ХД.