Основные понятия базы данных и систем управления базами данных

 

 

 

 

3.2 Тенденции  в мире систем управления базами  данных

Системы управления базами данных (СУБД) играют исключительную роль в организации современных промышленных, инструментальных и исследовательских информационных систем. Тематика СУБД поистине безгранична. В этой главе описываются наиболее интересные направления исследований и разработок.

Реляционные системы

Хотя многие полагают, что реляционные СУБД, являясь  наиболее распространенным современным  аппаратом построения информационных систем, не представляют уже интереса в научном отношении, остается еще  много нерешенных или решенных не полностью проблем. Об этом свидетельствует поток статей, посвященных тематике чисто реляционных систем, а также активная деятельность компаний-производителей коммерческих реляционных систем, стремящихся улучшать свои продукты и придавать им новые качества. Продолжающаяся работа исследователей затрагивают вопросы оптимизации запросов, новых алгоритмов выполнения реляционных операций, оптимизации структур хранения данных и другие аспекты, непосредственно определяющие эффективность СУБД. Те же самые вопросы занимают и разработчиков коммерческих СУБД, которые, кроме того озабочены и более прикладными проблемами. Рассмотрим немного более подробно (но без технических деталей) существо некоторых из этих вопросов и то, каким образом они решаются в наиболее развитых коммерческих продуктах.

Использование мультипроцессорных организаций

Уже довольно давно развитые коммерческие СУБД основываются на архитектуре "клиент-сервер". При этой организации  наиболее трудоемкие операции над базами данных выполняются на выделенном компьютере-сервере, который должен быть достаточно мощным и обладать соответствующим набором ресурсов основной и внешней памяти. До поры серверная часть СУБД обладала простой организацией: запросы, поступающие из клиентских частей системы, обрабатывались последовательно с небольшой оптимизацией для совмещения процессорной работы с работой устройств внешней памяти. Однако с появлением на рынке мультипроцессорных симметричных аппаратных архитектур, производители СУБД были вынуждены пересмотреть организацию своих серверов, допустив в них внутреннюю параллельность. Естественно, это требует очень основательного перепроектирования системы с ее существенным усложнением. Заметим, что в большинстве случаев компании пошли на это после появления в ОС UNIX механизма "легковесных" процессов (threads).

О серьезности этой работы говорит тот факт, что, например, в компании Informix было образовано новое  подразделение, занимающееся исключительно  вопросами распараллеливания работы серверов.

Интеграция

Чтобы убедить новых  потенциальных пользователей использовать новые продукты, компании- производители должны обеспечить решение проблемы использования старых баз данных. В принципе эта проблема является частным видом проблемы включения в открытые системы компонентов, которые не были на это рассчитаны с самого начала. В большинстве случаев предлагаемые решения основываются на использовании индустриальных стандартов распределенных объектных систем (например, стандарта CORBA, разработанного OMG). Тем не менее, производители СУБД вынуждены решать многочисленные проблемы для вхождения их систем в новые интегрированные среды.

Базы сложных объектов, реляционная модель с отказом  от первой нормальной формы

Одним из основных положений  реляционной модели данных является требование нормализации отношений: поля кортежей могут содержать лишь атомарные значения. Для традиционных приложений реляционных СУБД - банковских систем, систем резервирования и т.д. - это вовсе не ограничение, а даже преимущество, позволяющее проектировать экономные по памяти БД с предельно понятной структурой. Запросы с соединениями в таких системах сравнительно редки, для динамической поддержки целостности используются соответствующие средства SQL. Однако с появлением эффективных реляционных СУБД их стали пытаться использовать и в менее традиционных прикладных системах - САПР, системы искусственного интеллекта и т.д. Такие системы обычно оперируют со сложно структурированными объектами, для реконструкции которых из плоских таблиц реляционной БД приходится выполнять запросы, почти всегда требующие соединения отношений. В соответствии с требованиями разработчиков нетрадиционных приложений появилось направление исследований баз сложных объектов. Это очень обширная область исследований, в которой затрагиваются вопросы моделей данных, структур данных, языков запросов, управления транзакциями, журнализации и т.д. Во многом эта область соприкасается с областью объектно-ориентированных БД.

Активные базы данных

По определению БД называется активной, если СУБД по отношению  к ней выполняет не только те действия, которые явно указывает пользователь, но и дополнительные действия в соответствии с правилами, заложенными в саму БД. Легко видеть, что основа этой идеи содержалась в языке SQL времени System R. На самом деле, что есть определение триггера или условного воздействия как не введение в БД правила, в соответствии с которым СУБД должна производить дополнительные действия? Плохо лишь то, что на самом деле триггеры не были полностью реализованы ни в одной из известных систем, даже и в System R. И это не случайно, потому что реализация такого аппарата в СУБД очень сложна, накладна и не полностью понятна.

Дедуктивные базы данных

По определению, дедуктивная  БД состоит из двух частей: экстенсиональной, содержащей факты, и интенсиональной, содержащей правила для логического вывода новых фактов на основе экстенсиональной части и запроса пользователя.

Легко видеть, что при  таком общем определении SQL-ориентированную  реляционную СУБД можно отнести  к дедуктивным системам. Действительно, что есть определенные в схеме реляционной БД представления как не интенсиональная часть БД.

Основным отличием реальной дедуктивной СУБД от реляционной  является то, что и правила интенсиональной  части БД, и запросы пользователей  могут содержать рекурсию. Именно возможность рекурсии делает реализацию дедуктивной СУБД очень сложной и во многих случаях эффективно неразрешимой проблемой. Обычно языки запросов и определения интенсиональной части БД являются логическими (поэтому дедуктивные БД часто называют логическими). Имеется прямая связь дедуктивных БД с базами знаний (интенсиональную часть БД можно рассматривать как БЗ). Более того, трудно провести грань между этими двумя сущностями; по крайней мере, общего мнения по этому поводу не существует. Какова же связь дедуктивных БД с реляционными СУБД, кроме того, что реляционная БД является вырожденным частным случаем дедуктивной? Основным является то, что для реализации дедуктивной СУБД обычно применяется реляционная система. Такая система выступает в роли хранителя фактов и исполнителя запросов, поступающих с уровня дедуктивной СУБД. Между прочим, такое использование реляционных СУБД резко актуализирует задачу глобальной оптимизации запросов.

При обычном применении реляционной СУБД запросы обычно поступают на обработку по одному, поэтому нет повода для их глобальной (межзапросной) оптимизации. Дедуктивная же СУБД при выполнении одного запроса пользователя в общем случае генерирует пакет запросов к реляционной СУБД, которые могут оптимизироваться совместно. Конечно, в случае, когда набор правил дедуктивной БД становится велик, и их невозможно разместить в оперативной памяти, возникает проблема управления их хранением и доступом к ним во внешней памяти. Здесь опять же может быть применена реляционная система, но уже не слишком эффективно. Требуются более сложные структуры данных и другие условия выборки. Известны частные попытки решить эту проблему, но общего решения пока нет.

Темпоральные базы данных

Обычные БД хранят мгновенный снимок модели предметной области. Любое  изменение в момент времени t некоторого объекта приводит к недоступности состояния этого объекта в предыдущий момент времени. Самое интересное, что на самом деле в большинстве развитых СУБД предыдущее состояние объекта сохраняется в журнале изменений, но возможности доступа со стороны пользователя нет.

Распределенные СУБД

В теоретическом плане  распределенные СУБД составляют еще  одно измерение в пространстве исследований и разработок систем управления базами данных. В этих системах приходится решать все задачи, свойственные централизованным СУБД, но, как правило, в более сложных постановках. Кроме того, в распределенных системах возникают и специфические проблемы, от решения которых во многом зависит эффективность, надежность и доступность систем БД. В настоящее время большинство распределенных СУБД базируется на реляционной модели данных и рассчитано на использование в локальных сетях ЭВМ. Многие проблемы распространяются и на распределенные СУБД в территориально разнесенных сетях, и почти все проблемы сохраняются для распределенных СУБД, основанных на других моделях данных.

Алгоритмы выполнения реляционных  операций

Даже если говорить только про реляционные распределенные СУБД, которые наиболее развиты в  теоретическом и практическом отношении, до сих пор проводится масса исследований в области оптимизации алгоритмов выполнения реляционных операций (главным образом, соединения удаленных отношений). Таким образом, даже рассмотрев только небольшую часть проблем распределенных систем, можно убедиться, что они нуждаются в большом количестве исследований и экспериментов. Начавшийся в России переход к использованию локальных сетей дает практическую возможность проведения таких работ.[2., стр. 520]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Эффективное развитие государства  немыслимо без систем управления. Современные системы управления базируются на комплексных системах обработки информации, на современных информационных технологиях.

Современные системы  компьютерного управления обеспечивают:

Определение тенденций  изменения важных показателей.

Получение информации во времени без задержек.

Выполнение точного  и полного анализа данных.

Базы данных - важнейшая  составная часть информационных систем. Информационные системы предназначены  для хранения и обработки больших  объемов информации. Изначально такие системы существовали в письменном виде. Для этого использовались различные картотеки, папки, журналы, библиотечные каталоги и т.д. Любая информационная система должна выполнять три основные функции: ввод данных, запросы по данным, составление отчетов. При комплексном анализе качества баз данных не всегда удается четко разделить требования и значения характеристик качества для каждого из этих объектов. Одна СУБД может обрабатывать различные по структуре, составу и содержанию данные, а одни и те же данные могут управляться различными СУБД. При анализе качества баз данных целесообразно рассматривать два компонента: систему программ управления данными и совокупность данных, упорядоченных по некоторым правилам. Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что из себя представляют базы данных, а также системы управления ими. В современном мире базы данных просто необходимы, исходя из количества информации, с которым приходится иметь дело. Итак, использование концепции бах данных позволяет:

- повысить надежность, целостность и сохранность данных;

- сохранить затраты  интеллектуального труда;

- обеспечить простоту  и легкость использования данных;

- обеспечить независимость  прикладных программ от данных (изменений их описаний и способов  хранения);

- обеспечить достоверность данных;

- обеспечить требуемую  скорость доступа к данным;

- стандартизовать данные  в пределах одной предметной  области;

- автоматизировать реорганизацию  данных;

- обеспечить защиту  от искажения и уничтожения  данных;

- сократить дублирование информации за счет структурирования данных;

- обеспечить обработку  незапланированных запросов к  хранимой информации;

- создать предпосылки  для создания распределенной  обработки дaнныx.

Следовательно, СУБД - это  программная оболочка, расширяющая  функции операционной системы (OC), которая управляет доступом к базам данных и обеспечивает сервисные функции для пользователя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Симонович С.В. Информатика.  СПб.: Питер, 2010.-640с.

2. К.Дж. Дейт Введение  в системы баз данных = Introduction to Database Systems. — 8-е изд. — М.: «Вильямс», 2006. — С. 1328.

3. Сергей Кузнецов  «Тенденции в мире систем управления  базами данных»

4. Леонтьев В.П. Новейшая  энциклопедия персонального компьютера 2003г. – 5 изд., перераб. и доп. – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003г.

5. Роланд Фред. Основные  концепции баз данных. Вильямс. 2002

6. Ульман Дж., Уидом  Дж. Введение в системы баз  данных. М. Лори. 2000.

7. Федоров Д., Елманова  Н. Базы данных для всех. М.  Компьютер-пресс, 2001.

8. Хомоненко А. Базы данных. Учебник для вузов. 2 издание. СПб., 2000.

9. Информатика: Учебник  для вузов (Гриф МО РФ) / Острейковский  В.А., М: Высшая школа, 2001. – 511 с.

10. Информатика: Учебник  для вузов / Козырев А.А. –  СПб: издательство Михайлова В.А., 2002. – 511 с.

11. Илюшечкин В.М. Основы использования и проектирования баз данных. М.: Юрайт, 2010.-213с.

12. Кузин А.В. Базы  данных. М.: Академия, 2008.-320с.

13. Гольцман В.И. Библиотека  программиста. СПб.: Питер, 2008.-256с.

 

 

- -