Системы управления базами данных

¨  Поддержка обмена данными. СУБД в должны поддерживать работу в локальной сети, чтобы вместо нескольких разрозненных баз данных для каждого отдельного пользователя можно было бы установить одну централизованную базу данных и использовать ее как общий ресурс для всех существующих пользователей. При этом предполагается, что не база данных должна быть распределена в сети, а удаленные пользователи должны иметь возможность доступа к централизованной базе данных. Такая топология называется распределенной обработкой.

¨Поддержка целостности данных. Целостность базы данных означает корректность и непротиворечивость хранимых данных. Она может рассматриваться как еще один тип защиты базы данных. Целостность обычно выражается в виде ограничений или правил сохранения непротиворечивости данных, которые не должны нарушаться в базе. СУБД должна обладать инструментами контроля за тем, чтобы данные и их изменения соответствовали заданным правилам.

¨  Поддержка независимости от данных. Независимость от данных обычно достигается за счет реализации механизма поддержки представлений или подсхем. Физическая независимость от данных достигается довольно просто, так как обычно имеется несколько типов допустимых изменений физических характеристик базы данных, которые никак не влияют на представления. СУБД должна обладать инструментами  поддержки независимости  программ от фактической структуры базы данных.

Вспомогательные функции. СУБД должна предоставлять некоторый набор различных вспомогательных функций, обычно предназначенных для администрирования базы данных, импорта и экспорта БД, мониторинга характеристик функционирования и использования базы данных, статистического анализа (оценка  производительности или степени использования базы данных), реорганизации индексов, перераспределения памяти.

На заре технологии БД было легко  установить границу между СУБД и  приложением: приложения были отдельными программами, которые вызывали СУБД.  Сегодня, в особенности с появлением СУБД для ПК эта граница стала несколько размытой. Поэтому будем считать, что все формы, отчеты, меню, как и программный код, содержащийся в них, входят в приложение БД. Автономные программы, вызывающие СУБД, также являются частью приложения. Все структуры, правила и ограничения, касающиеся таблицы, а также определения связей относятся к ведению СУБД и входят в состав БД.

Приложения выполняют пять основных функций: 1. Создание, чтение, обновление и удаление представлений. 2. Форматирование представлений. 3. Реализация ограничений. 4. Обеспечение механизмов безопасности и контроля. 5. Реализация логики обработки  информации.

Производительность СУБД оценивается:

• временем выполнения запросов;

• скоростью поиска информации в  неиндексированных полях;

• временем выполнения операций импортирования базы данных из других форматов;

• скоростью создания индексов и  выполнения таких массовых операций, как обновление, вставка, удаление данных;

• максимальным числом параллельных обращений к данным в многопользовательском  режиме;

• временем генерации отчета.

На производительность СУБД оказывают  влияние два фактора:

• СУБД, которые следят за соблюдением  целостности данных, несут дополнительную нагрузку, которую не испытывают другие программы;

• производительность собственных  прикладных программ сильно зависит  от правильного проектирования и  построения базы данных.

Самые быстрые программные изделия  отнюдь не обладают самыми развитыми  функциональными возможностями  на уровне процессора СУБД.

 

5 Режимы работы пользователя  с СУБД

В информатике считается, что термин «режим» определяется как определённый порядок работы или состояния  компьютера или программы.

Все современные СУБД имеют графический  пользовательский интерфейс, через  который возможна работа пользователя с СУБД в трех режимах:

1) Через меню системы. Он реализуется чаще всего в виде различных меню и диалоговых окон, с помощью которых пользователь постепенно уточняет, какие действия он хочет выполнить и какую информацию получить из БД. Для этого не надо знать языка СУБД.

2) Командный режим – интерактивный режим. Это способ реализации возможностей языка, т.е. непосредственное выполнение команд. Система выдаёт подсказку и ожидает ответа – ввод соответствующей команды. После ввода команды система осуществляет синтаксический контроль текста введённой команды и (при отсутствии ошибок) выполняет команду. Команда в процессе её выполнения может проводить собственный диалог с пользователем или выдавать конкретные сообщения. После выполнения текущей команды система постоянно выдаёт подсказку (приглашение) о готовности принять очередную команду.

Этот режим требует определенной подготовки пользователя, но обеспечивает более быстрый доступ к ресурсам БД.

3) Программный режим. Обеспечивает организацию доступа к данным и управление ими из прикладных программ. Пользователь может писать программы на языке команд, который поддерживает СУБД, производить отладку и выполнение программ. Текст программы можно вводить с помощью встроенного текстового или любого другого редактора.

6 Направления развития СУБД

 

В середине 80-х годов исследователи  БД стали рассматривать вопросы, выходящие за рамки реляционной модели. Традиционно существовало четкое разделение программ и данных. Этот подход хорошо работал, пока речь шла только о таких данных, как числа, символы, массивы. Но если данные представляли объект "документ", "графический образ", "звук" или "карта", то методы работы с ними становились специфичными и труднореализуемыми. СУБД должны позволять прикладным специалистам отображать все типы данных для своих предметных областей. Шла напряженная работа в двух направлениях:

1)       объединение объектно-ориентированного подхода и реляционных систем;

2)       замена реляционной модели, ориентируясь исключительно на объекты.

В результате в конце 80-х годов на рынке появилось более десяти СУБД – объектно-реляционных и объектно-ориентированных СУБД (ООСУБД). Процесс миграции реляционных систем в объектную среду продолжается и в настоящее время, и это явление может рассматриваться как одна из тенденций развития СУБД.

Благодаря указанным свойствам объектно-ориентированные СУБД поддерживают новый класс БД с умеренно большими совокупностями записей и чрезвычайно сложными наборами связей между записями. С БД такого типа приходится работать, например, при проектировании автомобиля или самолета, когда задействованы тысячи деталей, причем все они организованы в чрезвычайно сложный список материалов. В этой среде производительность ООБД в сравнении с реляционными БД существенно возрастает, поскольку они обрабатывают все связи проще и эффективнее, из-за того, что информация о связях содержится в самих записях.

Наиболее известные коммерческие ООСУБД — GemStone, Vbase, ORION, PDM, IRIS.

Если ООСУБД конструируются с "чистого" листа, то объектно-реляционные СУБД являются модификацией реляционных СУБД — объектная ориентация включается в существующую широко признанную реляционную модель данных.

Существуют два различных подхода к объединению объектно-ориентированной и реляционной технологии.

Гибридные СУБД, как и обычные реляционные системы, включают реляционные внутренние механизмы управления данными, но в их архитектуре предусматривается уровень объектно-ориентированного внешнего интерфейса, с которым приложения могут взаимодействовать точно так же, как если бы они работали с ООСУБД. В них должны выполняться алгоритмы отображения объектов, видимых на внешнем интерфейсе, в таблицы, поддерживающей реляционной БД. И наоборот, объекты должны воспроизводиться из их представления в табличной среде хранения, когда они запрашиваются пользователями или приложениями.

Такой подход был популярен в конце 80-х годов не столько в коммерческих СУБД, сколько в программных продуктах для автоматизации программирования (CASE), для автоматизации проектирования (CAD), в репозитариях (базах данных, предназначенных для хранения не пользовательских, а системных данных) и в подобных средах, использующих реляционное управление средой хранения и предоставляющих пользователям и приложениям не реляционные интерфейсы.

Другой подход, технологически более продвинутый и предпочитаемый в настоящее время большинством разработчиков реляционных СУБД — расширенный реляционный. При таком подходе сами внутренние реляционные механизмы СУБД управления данными расширяются объектно-ориентированными возможностями, например, наследование, абстрактные типы данных и т.д.

Результаты многолетних  исследований в области расширенных  реляционных СУБД воплотились в 1996-1997 гг. в ряде коммерческих программных продуктов, представляющих собой объектно-реляционные серверы баз данных с расширяемой системой типов данных. К числу первых систем такого типа относятся: Informix Universal Server (Informix Software, 1996), Oracle S (Oracle Corp., 1997), DB2 Universal Database (IBM Corp., 1997). Эти программные продукты составляют значительную долю рынка СУБД, и можно сказать, что объектно-реляционная технология уже состоялась.

В настоящее время комбинирование технологий World Wide Web и технологий баз данных открывает множество новых возможностей создания все более совершенных приложений баз данных. Привлекательным аспектом создания приложений баз данных на основе Web-среды является тот факт, что Web-клиенты (или браузеры) обладают независимостью от платформы. Поскольку браузеры имеются практически для всех существующих вычислительных платформ, при условии поддержки ими стандартов HTML/Java разработчикам не потребуется вносить в приложения изменения для того, чтобы они могли работать с разными операционными системами или различными оконными пользовательскими интерфейсами. В отличие от этого, в случае использования традиционных баз данных, для переноса приложений на другие платформы потребуется выполнить существенную модификацию (если не полную модернизацию) их клиентских частей. К сожалению, поставщики Web-браузеров стали включать в состав своих продуктов специфические компоненты собственной разработки, что приводит к постепенному исчезновению упомянутых выше преимуществ.

Web-браузеры предоставляют широко распространенный и простой в использовании графический пользовательский интерфейс, который можно применять для доступа ко многим типам объектов, включая и базы данных. Помимо этого, использование широко распространенного типового интерфейса позволяет сократить расходы на обучение конечных пользователей. HTMLфактически является стандартом, который поддерживается всеми существующими Web-браузерами, что позволяет читать HTML-документы, находящиеся на одном компьютере, с помощью другого компьютера, расположенного в любой точке земного шара, при условии, что он имеет подключение к Internet и установленный Web-браузер.

Важнейшим достоинством среды Web является прозрачность сетевого доступа для пользователя, за исключением необходимости указания URL-адреса, что полностью обеспечивается Web-браузером и Web-сервером. Эта встроенная поддержка сетевого доступа существенно упрощает доступ к базе данных, исключая необходимость приобретения дорогого сетевого программного обеспечения, а также дополнительные сложности согласования различных взаимодействующих платформ.

Размещая всю функциональность приложения на отдельном сервере  и удаляя ее из программы-клиента, Web-технология позволяет сэкономить время и деньги, затрачиваемые на развертывание приложений. В то же время упрощается модернизация и администрирование системы при работе с различными вычислительными платформами, расположенными в нескольких офисах. При наличии сервера приложения доступ к функциям приложения легко осуществить из любого Web-сайта, расположенного в любой точке планеты. Если говорить о перспективах ведения бизнеса, то возможность глобального доступа к серверной части приложений существенно упрощает создание новых услуг и открытие новых пунктов обслуживания клиентов.

Общий успех СУБД в сочетании  с информационными потребностями  менеджмента и исследованиями искусственного интеллекта привел к росту заинтересованности в превращении СУБД всистемы управления базами знаний, что может рассматриваться как тенденция развития СУБД.

База знаний — это один или несколько специальным образом организованных файлов, хранящих систематизированную совокупность понятий, правил и фактов, относящихся к некоторой предметной области. Содержимое баз знаний оформляется, связывается между собой и представляется таким образом, чтобы на его основе можно было с помощью специальных программ рассуждать и делать выводы, получая сведения, которые в явном виде могут не присутствовать в базах знаний.

Для построения баз знаний применяются методы искусственного интеллекта, специальные языки описания знаний и интеллектуальный интерфейс. Базы знаний являются основной содержательной частью интеллектуальных систем: информационных, обучающих, систем программирования, экспертных систем, где с их помощью представляются навыки и опыт экспертов — специалистов в данной предметной области.

Специалисты в области  технологий баз данных считают вратами, открывающими путь к базам знаний, которые исследуются в области  искусственного интеллекта, технологию активных БД.

Традиционные БД являются пассивными. Они играют организующую роль, направленную на обеспечение  хранения данных. Вся процедурная  логика, включая выборку и модификацию  данных, координируется вне сферы  управления данными.

Среда активных БД, наоборот, инициирует действия над данными  базы и управление ими внутри среды  БД в соответствии с предварительно установленными правилами, без необходимости  получения каких-либо управляющих  воздействий от приложений или от каких-либо других внешних источников. Активная БД может быть охарактеризована как система, следующая правилам Событие—Условие—Действия. Технология активной БД реализована, в частности, в объектно-реляционной СУБД POSTGRES, разработанной на базе СУБД INGRES в калифорнийском университете Беркли в 1986-1994 гг. Возможности существующих в настоящее время технологий активных БД распространяются на сферу интеллектуальных БД. Можно считать, что активные БД открывают двери на пути к пока еще неуловимому будущему интеллектуальных баз данных с высоким уровнем искусственного интеллекта.