Уровни моделей и этапы проектирования баз данных Инфологическое моделирование

Базы данных (БД) и системы управления базой данных (СУБД)

Ба́за да́нных — совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.

Вклассификацию по модели данных обычно включают:

•иерархические;

•объектные или объектно-ориентированные;

•объектно-реляционные;

•реляционные;

•сетевые;

•функциональные.

Классификация по среде хранения различает базы данных, хранящие данные во вторичной памяти («традиционные»), резидентные (все данные на стадии исполнения находятся в оперативной памяти) и третичные, хранящие данные на отсоединяемых устройствах массового хранения — на основе магнитных лент или оптических дисков. При этом во всех классах так или иначе используются все среды хранения, например, для резидентных баз данных СУБД записывает в постоянную память журналы предзаписи, а для традиционных баз используется кэш в оперативной памяти.

Также базы данных могут классифицироваться по содержимому, например, могут быть географическими, историческими, научными, мультимедийными. Длянекоторых форм содержания строятсяспециализированныеСУБД,либодобавляютсяспециализированныевозможности вСУБД общего назначения, среди таковых баз данных:

•пространственные: базы с пространственными свойствами сущностей предметной области, используются в геоинформационных системах;

•временны́е (темпоральные): поддерживают какой-либо аспект времени, не считая времени, определяемого пользователем.

По степени распределённости базы данных подразделяются на централизованные

(сосредоточенные) — полностью поддерживаемые на одном оборудовании, и распределённые. Среди многообразия вариантов распределённых баз данных выделяются:

•сегментированные: разделённые на части под управлением различных экземпляров СУБД по какому-либо критерию;

•тиражированные (реплицированные; англ. replicated database): одни и те же данные разнесены под управление различных экземпляров СУБД;

•неоднородные (англ. heterogeneous distributed database): фрагменты распределённой базы в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД.

Возможны смешанные варианты, например, для одной и той же распределённой базы для

больших объектов используется сегментирование, а для небольших — репликация.

Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных, сокр. СУБД (Database Management System) —

совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

СУБД — комплекс программ, позволяющих создать базу данных (БД) и манипулировать данными (вставлять, обновлять, удалять и выбирать). Система обеспечивает безопасность, надёжность хранения и целостность данных, а также предоставляет средства для администрирования БД.

Основные функции СУБД:

•управление данными во внешней памяти (на дисках);

•управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

•журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

•поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными). Состав СУБД:

11

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

•ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию;

•процессорязыкабазы данных, обеспечивающий оптимизациюзапросов наизвлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода;

•подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД;

•сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Классификация СУБД:

По модели данных

Примеры:

•Иерархические

•Сетевые

•Реляционные

•Объектно-ориентированные

•Объектно-реляционные

По степени распределённости

•Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

•Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться не только на одном, но на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД

• Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБДрасполагаетсянакаждомклиентскомкомпьютере(рабочейстанции).ДоступСУБДкданным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок.

Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового

сервера.

Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком[3].

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

• Клиент-серверные

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно.

Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство

централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle Database, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

• Встраиваемые Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого

программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети.

12

Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.

Примеры:OpenEdge,SQLite,BerkeleyDB,FirebirdEmbedded,MicrosoftSQLServerCompact,

ЛИНТЕР.

Выбор системы управления базами данных

Система управления базами данных (далее СУБД) - система управления базами данных (БД) (DBMS) отвечает за агрегирование данных и их последующее хранение и обработку.

Реляционная модель - представление БД в виде таблиц для действий над записями на языке

SQL.

«Постреляционная СУБД» - наличие в реляционной СУБД файлов управления данными,не вписывающихсявреляционнуюмодель,т.е.объектов.Ранееданныехранилисьтольковалфавитноцифровой форме, классифицировались по стандартным типам (строки, целые числа и т.д.). Теперь сюда включаются и бинарные объекты: изображения, видео и большие фрагменты текста, по которым может происходить поиск.

Различаютреляционныебазыданных, постреляционныеи NoSQL, но еще существуют и их разновидности:

При выборе типа СУБД следует, прежде всего, исходить из типа решаемых задач, типов обрабатываемых данных, перспектив роста и масштабирования, на популярность и наличие широкого круга разработчиков и средств разработки.

Жизненный цикл базы данных

Жизненный цикл базы данных (ЖЦ БД) – это процедура создания концептуальной схемы базы данных, определения данных, включаемых в базу данных создание программ обновления и обработки данных.

ЖЦ БД – это процесс проектирования, реализации и поддержания системы базы данных. Жизненный цикл базы данных состоит из шести этапов:

1.Предварительное планирование

2.Проверка осуществимости

3.Определение требований

13

4.Концептуальное проектирование

5.Реализация

6.Оценка работы и поддержка базы данных.

Предварительное планирование конкретной системы управления базами данных осуществляется в процессе разработки стратегического плана. Ищутся ответы на следующие вопросы:

1.Сколько используется прикладных программ и какие функции они выполняют?

2.Какие файлы связаны с каждым из этих приложений?

3.Какие новые приложения и файлы находятся в процессе создания?

Собранная информация может быть использована для того, чтобы установить связи между текущими приложениями и определить, как используется информация приложений. Она также помогает определить будущие требования к системе и получить от системы базы данных экономическую выгоду. Информация документируется в виде обобщенной концептуальной модели данных.

Проверка осуществимости включает подготовку отчетов по следующим вопросам:

1.Технологическая осуществимость. Есть ли технология, необходимая для реализации запланированной базы данных?

2.Операционная осуществимость. Располагает ли компания персоналом, средствами и экспертами, необходимыми для успешного осуществления плана создания базы данных?

3.Экономическая целесообразность. Можно ли определить выгоды? Окупается ли запланированная система? Можно ли измерить издержки и выгоду?

Определение требований включаетвыборцелей базыданных,выяснениеинформационных потребностей различных отделов и руководителей компании и требований к оборудованию и программному обеспечению.

Этап концептуального проектирования включает создание концептуальной схемы базы данных. Спецификации разрабатываются в той степени, которая требуется для перехода к реализации. На этом этапе создаются подробные модели пользовательских представлений данных; затем они интегрируются в концептуальную модель, фиксирующую все элементы корпоративных данных, которые будет содержать база данных.

В процессе реализации базы данных выбирается и приобретается СУБД, затем подробная концептуальная модель превращается в проект реализации базы данных; создается словарь данных, база данных наполняется данными, создаются прикладные программы и обучается пользователь.

Оценка включает опрос пользователей с целью выяснения, какие информационные потребности остались неучтенными. В случае необходимости вносятся изменения. Обеспечивается поддержка системы путем внесения изменений и добавления новых программ и элементов данных по мере расширения и изменения потребностей бизнеса.

Уровни моделей и этапы проектирования БД

В процессе научных исследований, посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализации. Самым жизнеспособным из них оказалась предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National Standards Institute) трехуровневая система организации БД, изображенная на рис. 2.1: