Сетевые базы данных и СУБД

Цель работы – изучить основные понятия теории баз данных, а также рассмотреть сетевые СУБД. Для достижения данной цели предстоит решить ряд задач:
 проанализировать литературу по заданной теме;
 определить основные понятия БД;
 определить назначение и характерные черты СУБД;
 выявить особенности сетевых БД и СУБД.
При написании работы в качестве опорных источников были использованы следующие: П.В. Бураков – «Введение в системы баз данных» и И.А. Кумскова – «Базы данных».

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ВВЕДЕНИЕ В БАЗЫ ДАННЫХ 5
1.1. Основные понятия и определения 5
1.2. Современное состояние технологий баз данных 6
1.3. Базы данных и СУБД 8
1.4. Краткие выводы 13
2. СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ 14
2.1. История развития 14
2.2. Структура данных 16
2.3. Управляющая часть сетевой модели 19
2.4. Достоинства и недостатки сетевой модели 20
2.5. Краткие выводы 21
3. СЕТЕВАЯ СУБД НИКА 22
3.1. Общая характеристика 22
3.2. Физическая организация данных 23
3.3. Манипулирование данными 25
3.4. Вспомогательные операции 28
3.5. Краткие выводы 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 32

1.1. Основные понятия и определения
Концепция баз данных является центральным стержнем современных информационных технологий. Согласно данной концепции, в основе любой технологии лежат данные, организованные в БД с целью адекватного отображения постоянно изменяющейся картины реального мира, а также для удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Данные неразрывно связаны с информацией. Информацией называются любые сведения о каком-либо объекте, процессе или событии. Данные – это информация, представленная в определенном виде, который позволяет автоматизировать процессы ее сбора, хранения и дальнейшей обработки. С точки зрения компьютерных технологий данные являются отображением информации в дискретном (фиксированном) виде, удобном для хранения и обработки в рамках вычислительной машины, а также для передачи по каналам связи[20].
...

1.2. Современное состояние технологий баз данных
Основные принципы организации БД:
• большинство современных СУБД способны работать под управлением различных операционных систем (ОС) на компьютерах с различной архитектурой;
• значительная часть современных СУБД обеспечивает поддержку полной реляционной модели данных, сохраняя при этом целостность категорий, а также целостность на уровне ссылок;
• в основе современных СУБД лежат определенные стандарты в области языков;
• обмен данными между разными СУБД основан на существующих технологиях обмена информацией;
• многие современные СУБД являются сетевыми – предназначенными для поддержки многопользовательского режима работы с БД, а также для поддержки возможности децентрализованного хранения данных.
...

1.3. Базы данных и СУБД
В большинстве случаев БД создается в качестве общего ресурса организации, данные в которой являются общими и интегрированными. Понятие общности говорит о наличии возможности использования отдельных областей данных в БД несколькими различными пользователями с различными целями. Понятие интегрированности определяет возможность представления базы данных в виде объединения нескольких отдельных файлов данных [8].
Информация в рамках БД должна быть организована таким образом, чтобы обеспечивалась минимальная доля ее избыточности, ведущей к возникновению ряда проблем, главными из которых являются:
• увеличение объема хранящейся информации, что ведет к потребности в ресурсах хранения данных;
• появление ошибок при вводе дублирующей информации, которые ведут к нарушению целостности БД и созданию противоречивых данных [18].
Кроме данных о какой-либо предметной области, БД содержит еще и описания этих данных. Такую информацию принято называть метаданными.
...

2.1. История развития
Первая СУБД была введена в эксплуатацию 1968 г. Изначально базы данных хранились во внешней памяти. Интерактивный доступ к БД обеспечивался при помощи консольных терминалов.
История развития БД может быть рассмотрена в двух аспектах. В узком смысле БД рассматриваются в традиционном современном понимании. Их появление относят к 1955 году, проводя параллель с созданием программного оборудования обработки записей. Программное обеспечение того времени поддерживало модель обработки записей на основе файлов, данные при этом хранились на перфокартах.
Появление оперативных сетевых БД относится к середине 60-х годов прошлого столетия. Операции над БД обрабатывались в интерактивном режиме при помощи терминалов. Технология индексно-последовательной организации записей стала развиваться и стала предпосылкой создания модели записей, ориентированной на наборы.
...

2.2. Структура данных
В сетевой модели используется несколько типовых структур данных, главными из которых являются типы записей и наборы. Для их построения применяются особые элементы – агрегаты и элементы данных (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные структуры сетевой модели данных

Элементом данных называется минимальная именованная единица данных, которая доступна пользователю. Элемент данных характеризуется типом.
Агрегат данных представляет собой следующий уровень обобщения – это именованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата (рисунок 3).

Рисунок 3 – Пример агрегата «Дата»

Запись представляет собой конечный уровень агрегации – это именованная структура, которая содержит один или несколько именованных элементов данных своего формата.
Рассмотренный агрегат «Дата» может входить в состав записи «Сотрудник» (рисунок 4).
...

2.3. Управляющая часть сетевой модели
С целью манипулирования данными в сетевой модели существует целый ряд операций, которые делятся на две группы:
• навигационные операции;
• операции модификации.
Навигационные операции отвечают за перемещение по связям в рамках БД. Сюда относятся следующие операции:
• поиск конкретной записи среди набора однотипных записей;
• переход от записи-владельца к записи-члену;
• переход от записи-члена к записи владельцу;
• переход по связи к следующей записи.
Операции модификации реализуют добавление экземпляров записей, экземпляров новых наборов, удаление записей, а также редактирование отдельных компонент. Текущее состояние при этом характеризуется следующими элементами:
• текущий набор;
• текущий тип записи;
• текущий экземпляр типа записи.
...

2.4. Достоинства и недостатки сетевой модели
Сетевая модель данных обладает как плюсами, так и минусами. К достоинствам относятся:
• развитые низкоуровневые средства управления данными, хранящимися во внешней памяти;
• эффективное использование памяти;
• поддержка аналитической обработки данных;
• возможность построения эффективных прикладных систем вручную;
• возможность экономии памяти, которая достигается за счет распределения подобъектов;
• высокая скорость выполнения основных операций над данными;
• возможность образования произвольных связей;
• сетевые СУБД поддерживают сложные отношения между типами данных.
...

1.4. Краткие выводы
В данной главе были рассмотрены основные понятия и определения баз данных, описано современное состояние технологий, а также приведены общие сведения об организации и функциях СУБД.

2. СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ

Модель данных представляет собой формализованное описание структуры единиц информации и операций над ними в рамках информационной системы. Другими словами, модель данных – это абстракция, отражающая наиболее важные аспекты функционирования предметной области. Модель данных состоит из набора понятий для описания данных, а также связей между ними и ограничений, накладываемых на данные.
Основные компоненты модели данных:
• структурная часть – характеризует правила порождения структур данных, допустимых в рамках конкретной СУБД;
• управляющая часть – определяет набор операций над структурами;
• классы ограничений целостности данных.
Сети представляют собой способ отображения отношений между объектами всевозможных взаимосвязей.
...

3.1. Общая характеристика
Система НИКА (система Новой Информационной Комплексной Автоматизации) представляет собой функционально полную СУБД, основной задачей которой является построение широкого спектра информационных систем.
НИКА имеет богатое окружение и поставляется в виде набора программных продуктов, среди которых имеются:
• интегрированная среда разработкиNK;
• конструктор макетов различных документов;
• макетный редактор базы данных;
• библиотеки функций для разработки пользовательских приложений.
Программное обеспечение данной системы полностью открыто на всех уровнях, а отдельные компоненты могут использоваться независимо друг от друга.
Проектирование структуры БД в системе НИКА происходит на концептуальном уровне при помощи средств интегрированной среды. Пользователю не приходится самостоятельно описывать физическую и логическую структуры. Работа с БД возможна сразу после создания концептуальной схемы.
...

3.2. Физическая организация данных
БД в системе НИКА состоит из двух файлов:
• файл описания – схема БД и дерево описания данных;
• файл данных.
Любое обращение к БД происходит в два этапа – сначала происходит обращение к описанию данных, а после к файлу данных.
Для работы с этими файлами используется специальный метод доступа TREE, предназначенный для хранения информации, представленной в виде иерархической структуры. При этом ограничения на число данных и уровней не накладываются. Единственным ограничением в данной системе выступает объем имеющейся памяти.
Ключевой элемент системы TREE – вершина. В состав вершины входит ключ и данные. Данные могут быть как простыми, так и составными – представлять собой последовательность вершин, подчиненных данной и упорядоченных по значениям ключей.
Программная реализация такой рекурсивной концепции обеспечивает возможность хранения произвольных структур.
...

3.3. Манипулирование данными
Работа с базой данных в системе НИКА начинается с операции открытия и заканчивается операцией закрытия.
При открытии указываются имена файла описания данных и файла данных. Результатом этой операции является указатель на структуру, которая создается при открытии БД и содержит всю необходимую информацию для работы. Функция открытия выглядит следующим образом:
ACCESS *a2accop(int *err, char *dfile, char *tfile, chartdisp, int *tpblks);
Параметры данной функции:
• err – код ошибки;
• dfile – имя файла со схемой БД;
• tfile – имя файла данных;
• tdisp–режим работы с файлами данных:
◦ u – создание, если файла не существует;
◦ o – обновление;
◦ s – уничтожение, а затем создание файла;
◦ с – создание нового файла;
• tpblks–размер блока файла данных.

Функциязакрытия: inta2acccl (ACCESS *ptacc); гдеptaccявляется указателем на структуру БД, полученным в результате функции открытия.
...

3.4. Вспомогательные операции
Кроме операций манипулирования данными СУБД НИКА предоставляет еще ряд дополнительных возможностей. В первую очередь сюда относится трассировка и сообщения об ошибках, которые позволяют упростить отладку программы.
Включение трассировки осуществляется следующей операцией:
ACSTRACEP(ACCESS *pbd, char t, char *id);
Параметры данной операции:
• pbd – указатель на структуру БД;
• t – код уровня трассировки:
◦ TR_ON–включение минимальной трассы;
◦ TR_PARM – печать аргументов макроопераций;
◦ @ - выключение трассы;
• id – идентификатор структуры ACCESS.
Для копирования структуры БД, а также связанного с ней стека, применяется операция ACSDUP:
ACSDUP(int err, ACCESS *pdb1, ACCESS *pdb2);
Копирование структуры происходит гораздо быстрее, чем открытие БД, при этом, полученная копия может использоваться для манипулирования данными, как независимая БД.
...

1.4. Краткие выводы
В данной главе были рассмотрены основные понятия и определения баз данных, описано современное состояние технологий, а также приведены общие сведения об организации и функциях СУБД.

2. СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ

Модель данных представляет собой формализованное описание структуры единиц информации и операций над ними в рамках информационной системы. Другими словами, модель данных – это абстракция, отражающая наиболее важные аспекты функционирования предметной области. Модель данных состоит из набора понятий для описания данных, а также связей между ними и ограничений, накладываемых на данные.
Основные компоненты модели данных:
• структурная часть – характеризует правила порождения структур данных, допустимых в рамках конкретной СУБД;
• управляющая часть – определяет набор операций над структурами;
• классы ограничений целостности данных.
Сети представляют собой способ отображения отношений между объектами всевозможных взаимосвязей.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках выполнения данной работы была рассмотрена тема «Сетевые базы данных и СУБД».
В первой главе дается общее описание теории баз данных. Базой данных называется поименованная совокупность данных, задачей которой является отражение состояния объектов и их отношений в рамках какой-либо предметной области. Для управления базами данных были созданы специальные системы, получившие название СУБД и представляющие собой совокупность программных и языковых средств, основной задачей которых является создание, ведение и совместное использование БД сразу несколькими пользователями.
Любая БД должна обладать следующими свойствами:
• целостность;
• восстанавливаемость;
• безопасность;
• эффективность.
В основе базы данных лежит модель - это абстракция, отражающая наиболее важные аспекты функционирования предметной области. В основе сетевой модели лежит математическая структура – граф.
...

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баканов М.В. Базы данных. Системы управления базами данных: учебное пособие / М.В. Баканов, В.В. Романова, Т.П. Крюкова. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2010. – 166 с.
2. Бураков П.В. Введение в системы баз данных. – СПб, 2010. – 128 с.
3. Виноградова М.С. Математические методы хранения данных. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 15 с.
4. Голицына О.Л. Базы данных: Учебное пособие / О.Л. Голицына, Н.В. Максимов, И.И. Попов. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010. – 352 с.
5. Громов Ю.Ю. Управление данными: учебник / Ю.Ю. Громов, О.Г. Иванова, А.В. Яковлев, В.Г. Однолько. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 192 с.
6. Гущин А.Н. Базы данных. 2-е изд., испр. и доп.: учебно-методическое пособие. М.-Берлин: Директ-Медиа, 2015. – 311 с.
7. Диго С.М. Базы данных. Проектирование и создание. – УМК: ЕАОИ, 2011. – 171 с.
8. Додонов М.В. Распределенная обработка данных в современных СУБД. – Самара, 2010. – 106 с.
9. Елинова Г.Г. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Краткий курс лекций. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2014. – 39 с.
10. Зафиевский А.В. Базы данных: учебное пособие. – Ярославль: ЯрГУ, 2012. – 164 с.
11. Карпова И.П. Базы данных: Учебное пособие. – СПб.: Питер, 2013. – 240 с.
12. Клименко А.Г. Иерархические базы данных. – Балаково, 2015. – 19 с.
13. Кузин А.В. Базы данных:учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений / А.В. Кузин, С.В. Леонисова // М.:Издательский центр "Академия", 2012. - 320 с.
14. Кумскова И.А. Базы данных: учебник. – М.: КНОРУС, 2016. – 488 с.
15. Макарова Н.В. Информатика: Учебник для вузов / Н.В. Макарова, В.Б. Волков. – СПб.: Питер, 2011. – 576 с.
16. Мезенцев К.Н. Автоматизированные информационные системы: учебник для студ. учреждений сред.проф. образования - 4-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2013. - 176 с.
17. Нестеров С.А. Базы данных: учеб.пособие. – СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2013. – 150 с.
18. Петров Г.А., Тихов С.В., Яковлев В.П. Базы данных: учебное пособие / СПбГТУ РП. – СПб. 2015. – 74 с.
19. Радыгин В.Ю. Базы данных и СУБД: учебно-методическое пособие. – М.: МГИУ, 2011. – 72 с.
20. Саак А.Э. Информационные технологии управления: Учебник для вузов. 2-е изд. / А.Э. Саак, Е.В. Пахомов, В.Н. Тюшняков. – СПб.: Питер, 2012. – 320 с.