Лекция 1 Прикладная информатика в экономике Кафедра ИС
"История исследований систем баз данных — это, по сути, история развития приложений, достигших исключительной производительности и оказавших потрясающее влияние на экономику. В 70-е годы 20 века эта сфера была всего лишь областью фундаментальных научных исследований, то теперь на исследованиях баз данных основана целая индустрия информационных услуг, ежегодный бюджет которой только в США составляет 10 миллиардов долларов. Достижения в исследованиях баз данных стали основой фундаментальных разработок коммуникационных систем транспорта и логистики, финансового менеджмента, систем с базами знаний, методов доступа к научной литературе, а также большого количества гражданских и военных приложений. Они также послужили фундаментом значительного прогресса в ведущих областях науки — от информатики до биологии", — Зильбершац ( Silbftischatz ct al., 1991).
Базы данных являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Можно рассматривать базу данных как некий набор связанных данных, а систему управления базами данных, или СУБД ( Database Management System — DBMS ), как программное обеспечение, которое управляет доступом к этой базе данных.
По мере развития информационных технологий совершенствовались методы решения экономических задач на компьютерах. На начальном этапе задачи решались изолированно, а прикладные программы, реализующие их, сами обеспечивали ввод и организацию необходимых данных. Такая технология приводила к значительному дублированию хранимых данных и затрудняла их обновление. Большие объемы экономической информации, ее относительно высокая стабильность, наряду с требованиями к актуальности и достоверности, привели к необходимости интеграции данных в единой базе, обеспечивающей решение всего комплекса задач определенной предметной области. В этой связи потребовалось разработать специальные методы и механизмы управления такого рода совместно используемыми ресурсами данных, которые стали называться базами данных (БД).
На концепции БД базируются основные идеи современной информационной технологии. Согласно этой концепции, основой информационной технологии являются данные, которые должны быть организованы в БД с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Увеличение объема и структурной сложности хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем выдвинуло требования создания удобных общесистемных средств интеграции хранимых данных и управления ими. Это и привело к появлению в конце 60-х годов первых промышленных систем управления базами данных (СУБД) - специализированных программных средств, предназначенных для организации и ведения БД.
Наряду с разработкой научных основ сформировалась и получила массовое распространение практическая технология баз данных со всеми ее ключевыми компонентами. Созданы методология проектирования и эксплуатации систем баз данных, а также развитые инструментальные средства для разработчиков таких систем и персонала администратора базы данных, для разнообразных по характеру потребностей и по уровню квалификации категорий пользователей.
В результате активной деятельности ряда крупных компаний США, большинство из которых выполняло военные заказы, стали появляться первые приложения, использующие принципы баз данных. В июне 1963 г. В Санта-Монике (штат Калифорния) компанией System Development Corporation ( SDC ) был организован, вероятно, первый симпозиум, посвященный проблематике баз данных. На симпозиуме обсуждался ряд докладов по использованию баз данных в военных приложениях, были представлены ранние программные системы, которые можно квалифицировать как СУБД. По мнению известного эксперта в области баз данных Т. Олле, именно в рамках разработок, представленных на этом симпозиуме, и родился термин «база данных».
Период 60-ч гг. стал временем становления новых технологий, связанных с созданием, поддержкой и использованием баз данных. В начале 60-х гг. были созданы первые системы управления базами данных. Среди них СУБД общего назначения IDS ( Integrated Data Storage, 1963г.), разработанная в компании General Electric под руководством будущего Тьюринговского лауреата Чарльза Бахмана. Эта система интересна не только тем, что она была одной из первых коммерческих СУБД. Реализованные в ней принципы организации базы данных и манипулирования данными стали впоследствии основой сетевой модели данных CODASYL.
В этот период начинают также формироваться основы методологии построения систем баз данных, которая вскоре стала играть основополагающую роль в разработке информационных систем самого различного назначения. Одним из ключевых элементов этой методологии является концепция модели данных. Термин « модель данных » вошел в лексикон специалистов в области баз данных несколько позднее – в 70-е гг., после публикации фундаментальной работы Эдгара Кодда о реляционной модели данных.
Рабочей группе CODASYL по базам данных ( CODASYL DBTG ), созданной в 1967 г. и преобразованной в последствии (в1971 г.) в Комитет по языку определения данных ( Data Definition Language Committee, DDLC ), принадлежит заслуга создания спецификаций сетевой модели данных. Эти спецификации стали фактически первым индустриальным стандартом в области систем баз данных. В спецификациях CODASYL DBTG сформулированы такие основополагающие принципы, как: отделение описания данных от прикладной программы и введение концепции схемы базы данных, строгое разграничение «логического» и «физического» представлений данных, обеспечение прозрачности представления в среде хранения для пользователя, концепции защиты целостности данных и управления доступом. Определены функции администрирования данными и принципы построения интерфейсов прикладного программирования СУБД, введена концепция процедуры баз данных – прообраза триггеров в SQL.
Трехуровневая архитектура СУБД, предложенная в спецификациях DBTG, без сомнения, оказала влияние на формирование архитектурной концепции известного отчета ANSI / X 3/ SPARC [3] – « трехсхемной технологии » - и послужила ее прототипом.
База данных ( database )- совокупность взаимосвязанных данных, организованных в соответствии со схемой базы данных таким образом, чтобы с ними мог работать пользователь. (ГОСТ34.321-96 «Эталонная модель управления данными») Схема базы данных – формальное описание данных в соответствии с конкретной схемой данных (ГОСТ34.321-96 «Эталонная модель управления данными») Схема данных – логическое представление организации данных (ГОСТ34.321-96 «Эталонная модель управления данными»)
При создании информационной системы требуется как согласование задач (функций), так и согласование данных. При этом были сформулированы основные требования к организации данных: интеграция данных; максимально возможная независимость данных от прикладных программ.
База данных – это совокупность данных, обладающих следующими свойствами: интегрированность, направленная на решение общих задач; модельность ( структурированность, отражающая некоторую часть реального мира); независимость описания данных от прикладных программ.
База данных – это совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей пользователей.
База данных ( Data Base ) – Организованная в соответствии с определенными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей. (М.Р.Когаловский, Энциклопедия технологий баз данных)
Осознание важной роли, которую стали играть технологии баз данных в разработках информационных систем, и интенсивное расширение масштабов этих разработок, побудили и официальные органы стандартизации обратить внимание на эту сферу деятельности.
Одной из первых попыток в этом направлении, предпринятых официальными органами стандартизации, принадлежит исследовательской группе по базам данных ANSI / X 3/ SPARC. Эта группа стремилась выявить возможные субъекты стандартизации в технологиях баз данных. Результаты проведенной ею работы были представлены в знаменитом отчете ( ANSI / X 3/ SPARC Study Group on Data Base Management Systems Interim Report. FDT Bulletin, 7(2), 1975, pp. 1-140), который дал путевку в жизнь концепциям трехсхемной технологии и способствовал широкому признанию принципов многоуровневого представления данных в системах баз данных.
Для нас наиболее важным является идентификация трех уровней абстракции, т.е. трех различных уровней описания элементов данных. Эти уровни формируют трехуровневую архитектуру, которая охватывает внешний, концептуальный и внутренний уровни. Цель трехуровневой архитектуры заключается в отделении пользовательского представления базы данных от ее физического представления.
Внешний уровень Пользователь1 Пользователь 2... Пользователь N Представление1 Представление 2 Представление N Концептуальная схема Внутренняя схема БД Концептуальный уровень Внутренний уровень Физическая Организация данных
Каждый пользователь должен иметь возможность обращаться к одним и тем же данным, используя свое собственное представление о них. Каждый пользователь должен иметь возможность изменять свое представление о данных, причем это изменение не должно оказывать влияния на других пользователей.
Пользователи не должны непосредственно иметь дело с такими подробностями физического хранения данных в базе, как индексирование и хеширование. Иначе говоря, взаимодействие пользователя с базой не должно зависеть от особенностей хранения в ней данных.
Администратор базы данных (АБД) должен иметь возможность изменять структуру хранения данных в базе, не оказывая влияния на пользовательские представления. Внутренняя структура базы данных не должна зависеть от таких изменений физических аспектов хранения информации, как переключение на новое устройство хранения. АБД должен иметь возможность изменять концептуальную или глобальную структуру базы данных без какого-либо влияния не всех пользователей.
Уровень, на котором воспринимают данные пользователи, называется внешним уровнем ( external level ), тогда как СУБД и операционная система воспринимают данные на внутреннем уровне ( internal level ). Именно на внутреннем уровне данные реально сохраняются с использованием всех тех структур и файловой организации, которые рассматриваются. Концептуальный уровень ( conceptual level ) представления данных предназначен для отображения внешнего уровня на внутренний и обеспечения необходимой независимости их друг от друга.
Внешний уровень - представление базы данных с точки зрения пользователей. Этот уровень описывает ту часть базы данных, которая относится к каждому пользователю. Внешний ypo вень состоит из нескольких различных внешних представлений базы данных.
Концептуальный уровень - обобщающее представление базы данных. Этот уровень описывает то, какие данные хранятся в базе данных, а также связи, существующие между ними. Этот уровень содержит логическую структуру всей базы данных (с точки зрения АБД). Фактически, это полное представление требований к данным со стороны организации, которое не зависит от любых соображений относительно способа их хранения.
На концептуальном уровне представлены следующие компоненты: все сущности, их атрибуты и связи; накладываемые на данные ограничения; семантическая информация о данных; информация о мерах обеспечения безопасности и поддержки целостности данных.
Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление, в том смысле, что любые доступные пользователю данные должны содержаться (или могут быть вычислены) на этом уровне. Однако этот уровень не содержит никаких сведений о методах хранения данных.
Внутренний уровень - физическое представление базы данных в компьютере. Этот уровень описывает, как информация хранится в базе данных. Внутренний уровень описывает физическую реализацию базы данных и предназначен для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономного использования дискового пространства.
Внутренний уровень содержит описание структур данных и организации отдельных файлов, используемых для хранения данных в запоминающих устройствах. На этом уровне осуществляется взаимодействие СУБД с методами доступа операционной системы (вспомогательными функциями хранения и извлечении записей данных) с целью размещения данных на запоминающих y стройствах, создания индексов, извлечения данных и т.д.
На внутреннем уровне хранится следующая информация: распределение дискового пространства для хранения данных и индексов; описание подробностей сохранения записей (с указанием реальных размеров сохраняемых элементов данных); сведения о размещении записей; сведения о сжатии данных и выбранных методах их шифрования.
Ниже внутреннего уровня находится физический уровень ( physical Level ), который контролируется операционной системой, но под руководством СУБД. Однако функции СУБД и операционной системы на физическом уровне не вполне четко разделены и могут варьироваться от системы к системе. В одних СУБД используются многие предусмотренные в данной операционной системе методы доступа, тогда как в других применяются только самые основные и реализована собственная файловая организация.
внешнюю модель данных, отображающую представления каждого существующего в организации типа пользователей (описание предметной области); концептуальную модель данных, отображающую логическое (или обобщенное) представление о данных, не зависимое от типа выбранной СУБД; внутреннюю модель данных, отображающую концептуальную схему определенным образом, понятным выбранной целевой СУБД.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
