Роль и место банков данных в автоматизированных системах.

 

Банк данных - это информационная система, включающая в свой состав комплекс специальных методов и средств для поддержания динамической информационной модели предметной области с целью обеспечения информационных запросов пользователей.

Банк данных выступает в роли специальной обеспечивающей подсистемы в составе автоматизированных систем (АС). Приведенное опреде-

 

		ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
	БАНК ДАННЫХ

 

 

 

Рис. Банк данных в составе АС

 

ление очерчивает границу банка данных, как подсистемы в составе автоматизированной системы. Эта граница определяется задачами поддержания информационной модели в требуемом состоянии и обеспечения (информационных запросов пользователей). Входная информация (подготовленная к вводу в информационную модель и являющаяся результатом работы подсистемы сбора и регистрации информации в АС), а также выходная информация (полученная в результате обработки информации, заключенной в модели, и поступающая на вход подсистемы распределения и отображения информации в АС) не рассматриваются как часть информационной модели.

Задача поддержания информационной модели в необходимом состоянии требует, чтобы в банке данных выполнялись операции хранения и модификации (последняя представляет собой совокупность трех операций: включить, удалить, изменить данные) информационной модели в соответствии с возникающими изменениями в состоянии объектов предметной области. Кроме того, с развитием АС видоизменяются состав объектов предметной области и связи между ними, что также должно найти отражение в соответствующих изменениях информационной модели. При этом в рассматриваемых АС используется самая разнообразная по смысловому содержанию информация, представленная в различных кодах. Поэтому организация банков данных должна быть достаточно гибкой, чтобы обеспечивать использование информации различных видов и изменять при необходимости структуру хранимой информации.

Задача обеспечения информационных запросов пользователей имеет два аспекта, которые необходимо рассматривать и учитывать при проектировании банков данных. Первый аспект-это определение границ конкретной предметной области и разработка описания соответствующей информационной модели. Банк данных должен обеспечивать автоматизированную систему всей необходимой информацией, а в идеальном случае и той, которая может потребоваться при дальнейшем расширении АС.

Второй аспект-разработка банка данных, ориентированного на эффективное обслуживание запросов пользователей. Исходя из этого, следует проанализировать типы и виды запросов тех лиц, которые будут пользоваться услугами банка данных, а также функциональные задачи АС, для которой банк данных является источником информации.

Пользователей банка данных можно разделить на две группы по признаку постоянства общения с банком данных. Постоянные пользователи – такие, которые регулярно пользуются услугами банка данных и для которых можно заранее сформулировать типы запросов, определяющие круг их интересов. Предварительное определение тематики запросов пользователей необходимо для организации эффективной обработки запросов.

Постоянные пользователи могут обращаться к системе с произвольными по содержанию запросами. Разовые пользователи - те, которые не имеют постоянных запросов, но могут обращаться к системе с произвольными по содержанию запросами.

Наличие постоянных и разовых пользователей в автоматизированной системе, а следовательно, наличие потока регламентированных и произвольных по содержанию запросов требуют разработки специальных подходов к определению границы ПО и проектированию состава элементов информационной модели. Если бы в автоматизированной системе существовало только поток регламентированных запросов и не ожидалось развития системы, то можно было определить границы ПО и выполнить проектирование исходя из анализа содержания всей совокупности запросов пользователей - это так называемый подход к проектированию "от запросов пользователей". Наличие потока произвольных по содержанию запросов и развитие автоматизированной системы во времени не позволяют в полной мере использовать подход от запроса. В этом случае необходим поход, позволяющий выполнить прогноз смыслового содержания ожидаемой совокупности произвольных запросов. Таким является подход, называемый "от реального мира". С помощью экспертов определяются границы предметной области - состав объектов, их свойства и отношения с учетом развития системы, и затем проектируется модель. Этот подход базируется на предположении, что произвольные запросы пользователей соответствуют тематической направленности АС.

Подход "от реального мира" - основной, подход "от запросов пользователей" используется для уточнения границ предметной области.

Наибольшее применение он получает в период использования автоматизированной системы, когда при работе накапливается достаточно информации о содержании произвольных запросов и необходимо выполнить коррекцию границ ПО и состава элементов информационной модели.

Пользователей банка данных различают также по уровню компетенции, характеризующему возможность доступа пользователей к тем или иным данным. Речь идет о защите определенной части данных от тех пользователей, которые по различным причинам не должны иметь возможность их получения или изменения. Следовательно, банк данных должен иметь специальные средства для обеспечения санкционированного доступа пользователей к данным.

Пользователи банка данных отличаются друг от друга по форме представления запросов, с которыми они обращаются к системе, а также по форме представления затребованной информации.

Пользователи прикладные программисты - особая категория пользователей. Они выполняют работы по программированию функциональных задач.

Так как АС всегда является развивающейся системой (один из принципов создания автоматизированной системы - принцип непрерывного развития), то расширяется круг задач, которые должны решаться в изменяющихся условиях функционирования. Кроме того, при работе АС может возникнуть ситуация, когда целесообразно составить прикладную программу для обработки ряда запросов, которые предполагались произвольными, но оказались относительно постоянными по содержанию и времени поступления. Поэтому в составе обслуживающего персонала АС имеются специалисты в области обработки данных, выполняющие программирование функциональных задач, т.е. разрабатывающие прикладные программы.

Пользователи этой категории обычно умеют работать на нескольких алгоритмических языках программирования, знакомы со средствами обработки, имеющегося в составе используемого банка данных. Для обеспечения нормальной работы этой категории пользователей необходимо наличие в системе словаря данных и хорошо поставленной службы слежения за его состоянием. Из словаря данных узнают о наличии соответствующих типов данных, их структуре и связях между ними, обо всех изменениях, происходящих в структуре информационной модели.

Пользователи-непрограммисты - наиболее многочисленная группа лиц, для удовлетворения информационных потребностей которых и создается банк данных. Поэтому пользователей-непрограммистов еще называют конечными пользователями. Это специалисты в своей области деятельности (руководители подразделений предприятия, работники медицинских учреждений, читатели тематических библиотек, кассиры в сберегательных кассах и т.д.), которые обычно не имеют специальной подготовки по программированию. Они охотнее обращаются к системе, если не требуется много затрат на подготовку запроса. Для этой группы пользователей идеальной может быть система, общение с которой выполняется на естественном языке. Поэтому целесообразно обеспечивать конечных пользователей специальным формализованным языком запросов, напоминающий естественный язык, и работать на этом языке в режиме диалога "пользователь-система", целью которого является уточнение запроса пользователя, оказания пользователю помощи в ознакомлении с возможностями системы.

Таким образом, услугами банка данных пользуется большее число разнородных пользователей. Поэтому в банках данных предусматривается специальное средство приведения всех запросов к единой терминологии - словарь данных. Кроме того, используются специальные методы эквивалентных грамматических преобразований запросов для построения оптимальных процедур их обработки, специальные методы организации доступа к одним и тем же данным различных пользователей при совпадении во времени поступивших запросов.

Сформулируем требования к банку данных. Банк должен:

1) удовлетворять актуальным информационным потребностям внешних пользователей, обеспечивать возможность хранения и модификации больших объемов многоаспектной информации, удовлетворять выявленным и вновь возникающим потребностям пользователей;

2) обеспечивать заданный уровень достоверности хранимой информации и ее непротиворечивость;

3) обеспечивать доступ к данным только пользователей с соответствующими полномочиями;

4) обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков;

5) удовлетворять заданным требованиям производительности при обработке запросов;

6) иметь возможность реорганизации и расширения при изменении границ предметной области;

7) обеспечивать выдачу информации пользователям в различной форме;

8) обеспечивать простоту и удобство обращения внешних пользователей за информацией;

9) обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей и т.д.

Стремление к максимальному удовлетворению названных требований приводит к необходимости решать вопрос о централизации управления данными.

По сравнению с традиционным обеспечением монопольными файлами каждого приложения централизованное управление данными имеет ряд важных преимуществ.

1. Сокращение избыточности хранимых данных. Может быть обеспечена минимально необходимая (например, только для обеспечения требуемой производительности системы) избыточность (дублирование) хранимых данных. При установлении факта использования несколькими программами одинаковых данных такие данные интегрируют и хранят в единственном экземпляре. В дальнейшем их используют во всех соответствующих прикладных программах.

2. Устранение противоречивости хранимых данных. Следствием устранения избыточности данных является устранение возможности возникновения противоречивости одних и тех же данных в различных приложениях. Действительно, поскольку устраняется возможность возникновения противоречивости одного и того же данного в различных записях, устраняется ситуация, когда при фактическом изменении значения данного оно окажется измененным не во всех записях.

3. Многоаспектное использование данных. Централизованное управление позволяет в полной мере решать такой вопрос, как обеспечение новых приложений за счет уже имеющихся данных, т.е. обеспечивается реализация принципа однократного ввода и многоаспектного использования данных.

4. Комплексная оптимизация. В максимальной степени устраняются противоречивые требования, например на основе анализа требований пользователей можно выбрать структуры хранения данных, которые обеспечат наилучшее обслуживание в целом.

5. Обеспечение возможности стандартизации. Обеспечивается стандартизация в представлении данных, что упрощает эксплуатацию банка данных, обмен данными с другими автоматизированными системами, облегчает выполнение процедур контроля и восстановления данных.

6. Обеспечение возможности санкционированного доступа к данным. Интеграция (объединение) данных приводит к тому, что данные, используемые различными пользователями, могут пересекаться самым различным образом. В этих условиях особенно важно наличие механизма защиты данных от несанкционированного доступа к ним, т.е. доступ к определенным группам данных должен разрешаться только пользователям с соответствующими полномочиями.

Предоставляя определенные преимущества, централизованное управление данными выдвигает на первый план проблему обеспечения независимости прикладных программ от данных. Эта проблема стояла и до появления банков данных, так как ее решение обеспечивало снижение затрат ручного труда на написание и корректировку программ. Однако с появлением банков данных проблема потребовала кардинального решения, поскольку при интеграции данных и оптимизации структур хранения с целью улучшения характеристик процессов обслуживания запросов пользователей требуется изменять хранимое представление данных и методы доступа к ним. Обеспечение независимости прикладных программ от изменений в хранимых данных становится насущной необходимостью. В противном случае требуется выполнять трудоемкие ручные операции по внесению соответствующих изменений в прикладные программы.

Рассматривая данные как один из ресурсов автоматизированной системы, можно сказать, что банк данных централизованно управляет этим ресурсом в интересах всей системы. Наличие централизованного управления данными - главная отличительная черта банков данных. Таким образом, банк данных – это информационная система, реализующая централизованное управление данными в интересах всех пользователей автоматизированной системы, в состав которой она входит.

Наряду с достоинствами банкам данных присущи и недостатки. Прежде всего увеличивается сложность создаваемых информационных систем. Создание банков данных требует высокой квалификации разработчиков. Использование интегрированных баз данных может привести к потере эффективности отдельных приложений. Применение сложных структур данных увеличивает долю служебной информации в общем объеме хранимых данных. Банки данных предъявляют повышенные требования к применяемым в системе техническим и программным средствам. Часть ресурсов ЭВМ, иногда довольно значительная, расходуется собственно на нужды самой системы управления базами данных. Недостатком банков данных является также то, что последствия сбоев становятся более чувствительными и их труднее исправлять по сравнению с традиционной файловой обработкой.