Банк данных как автоматизированная система.

 

Банк данных включает следующие основные компоненты: базу данных (БД); систему управления базой данных (СУБД); администратора базы данных (АБД); словарь данных; вычислительную систему; обслуживающий персонал (два последних компонента здесь не рассматриваются).

База данных - это датологическое представление информационной модели предметной области. Приведенное определение базы данных является обобщенным. В зависимости от используемого представления возможна конкретизация определения базы данных.

Система управления базой данных - это специальный пакет программ, посредством которого реализуется централизованное управление базой данных и обеспечивается доступ к данным.

 

В каждой СУБД прежде всего имеются трансляторы либо интерпретаторы с языка описания данных (ЯОД) и с языка манипулирования данными (ЯМД), единые для всей базы данных. При создании интегрированных банков данных, т.е. банков данных, включающих в свой состав несколько разнотипных СУБД, каждая из которых используется в отдельном локальном банке и характеризуется наличием своего, отличающегося от других языков описания данных и языков манипулирования данными, разрабатываются единые для всего интегрированного банка язык описания данных и язык манипулирования данными, обеспечивающие работу с данными любого локального банка.

Описание структуры данного некоторого типа на формализованном языке называют схемой этого данного. Язык описания данных - это язык высокого уровня, предназначенный для задания схемы базы данных. С его помощью описываются типы данных подлежащих хранению в базе или выборке из базы данных, их структура и связи между собой.

Язык манипулирования данными (или язык запросов к базе данных) представлен системой команд манипулирования данными. В нем могут быть, например, следующие команды:

1) произвести выборку из базы данных конкретного данного, значение которого удовлетворяет заданным условиям;

2) произвести выборку из базы данных всех данных определенного типа, значения которых удовлетворяют заданным условиям;

3) найти в базе позицию данного и поместить туда его новое значение либо удалить данное и т.д.

В каждой СУБД существует собственный алгоритмический язык, позволяющий кроме операций манипулирования данными выполнять арифметические операции, операции ввода-вывода и т.п.

Во многих СУБД имеются специальные средства обеспечения защиты данных от некомпетентного их использования и сбоев технических средств, средства контроля достоверности данных, средства автоматического накопления статистики использования тех или иных данных различными категориями пользователей (с целью оптимизации размещения данных в памяти). В некоторых системах разработаны специальные языки запросов, ориентированные на пользователей-непрограммистов.

Словарь данных, представляющий собой специальную систему в составе базы данных, предназначенную для хранения единообразной и централизованной информации обо всех ресурсах данных конкретного банка данных, является следующим важным компонентом банка данных. В словаре данных содержатся сведения: об объектах, их свойствах и отношениях для данной предметной области; о данных, хранимых в базе данных (их наименования, смысловое описание, структура, связи с другими данными); о возможных значениях и форматах представления данных; об источниках возникновения данных; о кодах защиты и разграничения доступа к данным и т.п.

Словарь данных призван способствовать уменьшению избыточности и противоречивости данных, хранить централизованное описание данных, изменять описание существующих, удалять устаревшие типы данных, позволять пользователям системы и администратору базы данных использовать единообразную терминологию по данной предметной области.

Преимущество использования словаря данных заключается в централизованном накоплении и описании суммарного ресурса данных системы на этапах проектирования и функционирования базы данных.

В настоящее время имеются СУБД с программными средствами ведения словаря (в этом случае говорят об интегрированном словаре данных) и СУБД, не имеющие таких средств. В последнем случае разрабатывается специальный пакет программ для ведения словаря (так называемый независимый словаря данных). В системах с независимым словарем существует дублирование описания данных - в СУБД и в словаре, что повышает избыточность и вероятность противоречивости данных, несоответствия описаний данных, хранимых в библиотеках СУБД и словаре.

Администратор баз данных - это лицо (или группа лиц), реализующее управление базой данных. Рассматривая банк данных как систему управления, необходимо указать объект управления и управляющий орган. В банке данных в качестве управляющего органа - группа специалистов, знакомых с теорией систем обработки данных и со спецификой предметной области данной информационной системы и реализующих централизованное управления базой данных посредством СУБД.

В зависимости от сложности информационной системы группа администраторов базы данных может состоять из одного или нескольких человек, которые принимают и реализуют решения об изменениях в состоянии базы данных. Поэтому банк данных рассматривают как автоматизированную систему управления базой данных.

Реализовать банк данных полностью как автоматическую систему для всего жизненного цикла автоматизированной системы, в состав которой он входит, пока не удается. Это связано с кем, что автоматизированная система является развивающейся системой. Поэтому постоянно требуется вносить коррективы в границы предметной области, что может делать только специалист. Если бы банк данных был автоматической системой, он должен был бы "уметь" определять: что нужно, что требуется и что уже не потребуется пользователям, уточнять и согласовывать представления различных пользователей.

В информационных системах, для которых возможно на этапе проектирования предусмотреть все ситуации, возникающие при их функционировании, и создать соответствующие алгоритмы и программы их обработки, можно создать автоматические банки данных. Обычно это узкоспециализированные системы с ограниченным жизненным циклом. Автоматизированный банк данных в стабильные периоды работы системы может функционировать в автоматическом режиме.

В персональных банках данных, когда база данных является самостоятельной единицей, обслуживаемой одним пользователем, пользователь выступает в роли администратора базы данных.

При рассмотрении процессов управления базой данных на физическом уровне следует рассматривать операционную систему (ОС) ЭВМ, поскольку программы системы управления базой данных выполняются непосредственно под ее управлением. Причем программы СУБД во многих случаях выполняются наравне с другими программами (например, с программами решения инженерных расчетных задач) в многопрограммном режиме, что существенно влияет на полное время обработки запросов.

Основная функция администратора базы данных - обеспечение структур данных и взаимосвязей между ними, эффективных для обслуживания всего коллектива пользователей. Иногда эту функцию называют функцией администрирования базы данных. В персональных банках данных такая функция упрощается, поскольку единственный пользователь (он же администратор своей базы данных) решает вопросы выбора эффективных структур только относительно совокупности своих задач.

Внедрение банка данных занимает довольно продолжительное время, так как их развитие происходит по мере разработки и интеграции прикладных программ, расширения базы данных. Поэтому функции администратора базы данных долгосрочные и направлены на координацию всех этапов проектирования, реализации и поддержания базы данных. На стадии проектирования банка данных администратор выступает как идеолог и главный конструктор системы, руководит всеми работами по выбору и приобретению (или разработки) системного программного обеспечения, по проектированию и созданию базы данных и прикладных программ, обучению специалистов, которые будут эксплуатировать систему, координирует вопросы приобретения оборудования и программных средств и т.п. На стадии эксплуатации банка данных администратор базы данных выступает не только как идеолог системы, но и как лицо, ответственное за нормальное функционирование банка данных, управляющее режимом его использования, отвечающее за сохранность данных.

Функции администратора базы данных:

- решать вопросы организации данных об объектах предметной области и установления связей между этими данными с целью объединения информации о различных объектах; согласовывать представления пользователей;

- координировать все действия по проектированию, реализации и ведению базы данных; учитывать перспективные и текущие требования пользователей; следить за тем, чтобы база данных удовлетворяла актуальным информационным потребностям;

- решать вопросы, связанные с расширением базы данных в связи изменением границ предметной области;

- разрабатывать и реализовывать меры по обеспечению защиты данных от некомпетентного их использования, от сбоев технических средств, по обеспечению секретности определенной части данных и разграничению доступа к данным;

- выполнять работы по ведению словаря данных; контролировать избыточность и противоречивость данных, их достоверность;

- следить за тем, чтобы банк данных отвечал заданным требованиям по производительности, т.е. чтобы обработка запросов выполнялась за приемлемое время;

- выполнять при необходимости изменения методов хранения данных, путей доступа к ним, связей между данными, форматов данных; определять степень влияния изменений в данных на всю базу данных;

- координировать вопросы технического обеспечения системы аппаратными средствами исходя из требований, предъявляемых базой данных к оборудованию;

- координировать работы системных программистов, разрабатывающих дополнительное программное обеспечение для улучшения эксплуатационных характеристик системы;

- координировать работы прикладных программистов, разрабатывающие новые прикладные программы (ПП) и выполнять проверку и включение прикладных программ в состав программного обеспечения системы и т.п.

 

 

 

Рис. 1.6.

 

На рис. 1.6 показан примерный состав группы администратора базы данных и ее взаимосвязи с другими группами сотрудников. Для нормальной работы администратора базы данных особенно важно обеспечение независимости прикладных программ от данных, поскольку администратору базы данных требуется выполнять работы по изменению методов хранения данных в базе данных, путей доступа данным, структур и форматов данных, связей между ними.

Если не принимать специальных мер и при написании прикладных программ вводить в алгоритм программы логику методов доступа, способы хранения данных, форматы их представления, то при любом изменении в базе данных используемых данных, обрабатываемых прикладной программой, потребуется коррекция исходного текста и перекомпиляция программы. Прикладным программистам в этом случае придется прикладывать большие усилия на обновления программ и поддержание их в рабочем состоянии. При этом неизбежны дополнительные ошибки и значительный расход ресурсов системы. Независимость прикладных программ от данных обеспечивается средствами СУБД. В основе методов обеспечения такой независимости находится следующая идея: пользователям системы требуется информационное содержание данных, а не детали их представления и расположения в памяти системы, поэтому прикладную программу необходимо освободить от таких подробностей и пользователям не нужно знать внутреннее представление данных. Эти методы для пользователя реализованы в языках описания и манипулирования данными либо в специализированных языках запросов.