Разработка системы автоматизированного заполнения первичной документации

 

Введение в базы данных

 

Общая теория

В основе решения многих современных задач лежит обработка  огромного количества информации, которое  человек просто не в состоянии обработать за необходимый промежуток времени. Для облегчения и ускорения обработки информации создаются так называемые информационные системы (ИС) и, в частности, автоматизированные информационные системы, то есть те, в которых используются технические средства, в том числе и компьютеры. Большинство существующих на сегодняшний день ИС являются автоматизированными, поэтому далее речь пойдет именно о таких ИС.

В широком смысле по определение  ИС подпадает любая система обработки  информации, однако существует и более узкая трактовка понятия ИС.

ИС – это совокупность аппаратно-программных средств, задействованных  для решения какой-либо прикладной задачи.

Существует множество  разновидностей ИС, одной из которых  является банк данных (БнД). Банк данных – разновидность ИС, в которой реализованы функции централизованного хранения и накопления обрабатываемой информации, организованной в одну или несколько баз данных. В общем случае банк данных состоит из следующих компонентов: база данных (или несколько баз), система управления базами данных (СУБД), словаря данных, администратора, вычислительной системы и обслуживающего персонала.

Рассмотрим все эти  компоненты.

Базами данных называют электронные хранилища информации, доступ к которым осуществляется с помощью одного или нескольких компьютеров. Обычно БД создается для хранения и доступа к данным, содержащим сведенья о некоторой предметной области, то есть некоторой области человеческой деятельности или области реального мира.

Любая база данных может  быть разделена на три составляющих уровня:

• Первый уровень (внутренний) – определяет способы хранение данных на физических носителях. Этот уровень для конечного пользователя не доступен для непосредственной модификации и определяется типом базы данных.
• Второй уровень (внешний) – это уровень, который определяет представление хранимых данных для конечного пользователя. Этот уровень определяет интерфейс СУБД (система управления базами данных). Именно на этом уровне пользователю предоставляется доступ к функциям СУБД для непосредственного изменения хранимых данных.
• Третий уровень (концептуальный) – этот уровень является переходным между двумя выше описанными. Этот уровень представляет собой обобщенное представление хранимых данных для множества пользователей.

Существует множество баз данных, построенных на основе различных моделей представления данных.

Моделью представления  данных называют логическую структуру, хранимых в базе данных. К наиболее распространенным моделям представления данных относятся: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная (см. далее).

Как отмечалось выше, для  конечного пользователя интерес  представляет лишь второй уровень любой  интересующей его базы данных, то есть СУБД, позволяющая изменять, обрабатывать и добавлять и удалять необходимую информацию.

Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс языковых и программных средств, предназначенный  для создания, ведения и совместного  использования базы данных несколькими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели данных, например, СУБД, основанные на использовании реляционной модели данных, называют реляционными СУБД.

Обычно для обеспечения  автоматизации обработки, хранимой в базе данных информации, создаются, так называемые приложения баз данных, представляющие собой программу или комплекс программ, которые позволяют обрабатывать информацию для конкретной прикладной задачи. Такие приложения могут быть созданы как в среде самой СУБД, так и вне ее с помощью систем программирования, использующих средства доступа к базам данных, например Delphi, C++ Builder, Visual C++, Visual Basic и др. Приложения, созданные в среде самой СУБД называют приложениями СУБД, а приложения созданные вне этой среды – внешними приложениями.

Для работы с базами данных часто хватает и приложений СУБД, однако, в большинстве случаев требуется создать приложение баз данных для неквалифицированных пользователей или обеспечить такую функциональность, которую в состоянии обеспечить лишь мощные системы программирования, подобные тем, которые были указаны выше.

Словарь данных (СД) –  представляет собой подсистему БнД, предназначенную для централизованного  хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов БД друг с другом, типах данных и форматах их представления, принадлежности данных пользователям, кодах защиты, разграничения доступа и т.д.

Функционально СД присутствует во всех БнД, но не всегда компонент  выполняющий перечисленные функции  имеет именно такое название, чаще всего функции СД исполняет СУБД .

Администратор БД (АБД) – это лицо или группа лиц, отвечающих за выработку требований к БД, ее проектирование, создание, эффективное использование эффективное использование и сопровождение. Для однопользовательских систем функции АБД возлагаются, как правило, на лица, которые непосредственно работают с приложениями базы данных. В вычислительной сети АБД взаимодействует с администратором сети, который контролирует функционирование аппаратных и программных средств, а так же обеспечивает разграничение доступа.

Вычислительная система (ВС) представляет собой совокупность взаимосвязанных и согласовано действующих ЭВМ или процессоров и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема, обработки и передачи информации потребителям.

Обслуживающий персонал выполняет функции поддержания технических и программных средств в работоспособном состоянии.

 

 

Архитектура информационных систем

Эффективность функционирования информационной системы (ИС) во многом зависит от ее архитектуры. В настоящее время в большинстве случаев используются распределенные ИС. Распределенные ИС – это такие ИС, которые позволяют обрабатывать, добавлять и удалять информацию из базы данных сразу нескольким пользователям. Такие ИС делятся на две части серверную и клиентскую. При чем общая база данных разделяется на корпоративную базу данных (КБД) и персональные базы данных (ПБД), и КБД размещается на компьютере сервере, а ПБД размещаются на персональных компьютерах сотрудников подразделений.

Сервером определенного  ресурса в компьютерной сети называют компьютер (программу), управляющий этим ресурсом, клиентом – компьютер (программу), использующий этот ресурс. Тип сервера определяется ресурсом, которым он управляет, например, если таковым ресурсом является база данных, то соответствующий сервер называется сервером баз данных.

 

Исторически первой появилась  архитектура распределенной ИС, названная  файл-сервером (Рис. 1). В таких ИС по запросам пользователей файлы БД передаются на персональные компьютеры, где и производится их обработка. Недостатками такого вида архитектуры является высокий трафик, то есть загруженность сети при передаче данных для обработки, а так же частая передача избыточных данных: вне зависимости от того, сколько записей из базы данных требуется пользователю, файлы базы данных передаются пользователю полностью.

 

 

В настоящее время перспективной является архитектура клиент-сервер (Рис. 2). Достоинством организации информационной системы по такой архитектуре является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей корпоративной информации с индивидуальной работой пользователей над персональной информацией. При использовании архитектуры клиент-сервер сервер баз данных берет на себя основную часть работы по обработке данных, а так же обеспечению их надежного хранения, непротиворечивости и корректности. Кроме того, при использовании данной архитектуры значительно снижается нагрузка на сеть. Это происходит из-за того, что клиент формирует запросы, поступающие к серверу в виде инструкций языка SQL (Structured Query Language – структурированный язык запросов).

В ответ на получение  таких инструкций, сервер выполняет  поиск необходимых записей и  передает их пользователю, то есть по сети вместо длинных процедур от клиента предается короткий запрос, а в ответ от сервера передаются не все данные, а только необходимые пользователю. В результате скорость работы с БД значительно возрастает.

Корпоративная БД создается, поддерживается и функционирует  под управлением сервера БД, например, Microsoft SQL Server, Borland InterBase, Oracle Server. При использовании архитектуры клиент-сервер общая база данных разделяется на корпоративную БД и персональные БД, это дает возможность уменьшить сложность проектирования БД, а значит снизить вероятность ошибок при проектировании и стоимость проектирования. Кроме того, использование такой архитектуры позволяет постепенно наращивать информационную систему предприятия, во-первых, по мере развития предприятия; во-вторых, по мере развития самой ИС.

 

Классификация и функции СУБД

Все существующие СУБД можно  разделить по нескольким параметрам. Рассмотрим некоторые из них.

По сфере применения различают три основных вида СУБД:

• Промышленные универсального назначения – эти СУБД не имеют четко очерченных рамок применения, они рассчитаны на все случаи жизни, вследствие чего достаточно сложны и требуют о пользователя специфических знаний.
• Промышленные специального назначения – это СУБД, разрабатываемые для применения в конкретной сфере деятельности – бухгалтерские, складские, банковские СУБД и т.д.
• Заказные СУБД. Как специализированные, так и универсальные промышленные СУБД относительно дешевы, достаточно надежны (отлажены) и готовы к немедленной работе, в то время как заказные СУБД требуют существенных затрат, а их подготовка к работе и отладка занимают значительный период времени (от нескольких месяцев до нескольких лет). Однако, в отличие от промышленных заказные СУБД в максимальной степени учитывают специфику работы заказчика (того или иного предприятия), их интерфейс интуитивно понятен пользователю и не требует от него специальных знаний.

Кроме разделения по специализации  СУБД можно разделить так же и  по их архитектуре (Рис. 3). Все СУБД по этому критерию делятся на следующие:

• Однозвенная архитектура. В однозвенной архитектуре используется единственное звено (клиент), обеспечивающее необходимую логику управления данными и их визуализацию
• Двухзвенная архитектура. В данном виде архитектуры значительную часть логики управления берет на себя сервер баз данных, в том время как клиент в основном занят отображением данных в удобном для пользователя виде.
• Трехзвенная архитектура. В трехзвенных СУБД используется промежуточное звено – сервер приложений, который является посредником между клиентом и сервером баз данных. Сервер приложений призван избавить клиента, от каких бы то ни было забот по управлению данными и обеспечению связи с сервером баз данных.

Кроме того, в зависимости от расположения отдельных частей СУБД различают локальные и сетевые СУБД.

Все части локальной  СУБД размещаются на компьютере пользователя базы данных. Чтобы с одной и  той же базой данных одновременно могло работать

несколько пользователей, каждый пользовательский компьютер  должен иметь свою копию локальной базы данных. Существенной проблемой СУБД такого типа является соответствие разных копий базы данных друг другу – синхронизация копий. Именно поэтому для решения задач, требующих совместной работы нескольких пользователей такой вид СУБД фактически не используется.

К сетевым относятся  файл-серверные, клиент-серверные и  распределенные СУБД. Непременным атрибутом  таких СУБД является сеть, обеспечивающая аппаратную связь компьютеров и  делающая возможной корпоративную  работу множества пользователей с одними и теми же данными. Работа первых двух видов СУБД основана на работе соответствующих ИС и описана выше. Распределенные СУБД могут содержать несколько десятков и сотен серверов БД. Количество клиентских мест в них может достигать нескольких сотен тысяч. Обычно такие СУБД работают на предприятиях государственного масштаба, подразделения которых разнесены на значительные расстояния (Министерство обороны, Центризбирком, МВД и др.). В распределенных СУБД некоторые серверы могут дублировать друг друга, с целью достижения предельно малой вероятности отказов и сбоев, которые могут исказить жизненно важную информацию. Они используют собственные региональные средства связи. Интерес к распределенным СУБД возрос в связи со стремительным развитием Интернета. Опираясь на возможности Интернета подобные СУБД строят не только предприятия государственного масштаба, но и небольшие коммерческие предприятия.

По используемой модели данных СУБД (как и БД) разделяют  на иерархические, реляционные, объектно-ориентированные  и другие типы (об этих моделях данных будет рассказано ниже). Некоторые СУБД могут одновременно поддерживать несколько моделей данных.

Рассмотрим некоторые  функции, которые реализует СУБД.

С точки зрения пользователя, СУБД реализует функции хранения, изменения (пополнения, редактирования, удаления) и обработки информации, хранящейся в базе данных, а так же разработки и получения различных выходных документов.

Перечисленные выше функции СУБД, в свою очередь, используют следующие  основные функции более низкого уровня, которые называются низкоуровневыми:

• Управление данными во внешней памяти;
• Управление буферами во внешней памяти;
• Управление транзакциями;
• Ведение журнала изменений базы данных;
• Обеспечение целостности, непротиворечивости и безопасности БД.