МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ КОНСОРЦИУМ
МОСКОВСКИЙГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ
РЕФЕРАТ
подисциплине «Информатика»
на тему: «Базы данных и системы управлениябазами данных»
Студент КабыковаВероника Владимировна
Руководитель СедоваИрина Владимировна
г. Москва – 2010 г.
Содержание.
1. Введение2. Базы данных3. Системы управления базами данных4. Заключение5. Список использованной литературы
/>Введение
Базы данныхиспользовались в вычислительной технике с незапамятных времен. В первыхкомпьютерах использовались два вида внешних устройств – магнитные ленты имагнитные барабаны. Емкость магнитных лент была достаточно велика. Устройствадля чтения-записи магнитных лент обеспечивали последовательный доступ к данным.Для чтения информации, которая находилась в середине или конце магнитной ленты,необходимо было сначала прочитать весь предыдущий участок. Следствием этогоявлялось чрезвычайно низкая производительность операций ввода-вывода данных вовнешнюю память. Магнитные барабаны давали возможность произвольного доступа, ноимели ограниченный объем хранимой информации.
Разумеется,говорить о какой-либо системе управления данными во внешней памяти, в тотмомент не приходилось. Каждая прикладная программа, которой требовалось хранитьданные во внешней памяти, сама определяла расположение каждого блока намагнитной ленте. Прикладная программа также брала на себя функцииинформационного обмена между оперативной памятью и устройствами внешней памятис помощью программно-аппаратных средств низкого уровня. Такой режим работы непозволяет или очень затрудняет поддержку на одном носителе нескольких архивовдолговременно хранимой информации. Кроме того, каждой прикладной программеприходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации вовнешней памяти.
История БДфактически началась с появлением магнитных дисков. Такие устройства внешнейпамяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитная лента и барабаны, атакже обеспечивали во много раз большую скорость доступа в режиме произвольнойвыборки. В отличие от современных систем управления, которые могут применятьсядля самых различных баз данных, подавляющее большинство ранее разработанныхСУБД были тесно связаны с пользовательской базой для того, чтобы увеличитьскорость работы, хоть и в ущерб гибкости.
ПервоначальноСУБД применялись только в крупных организациях с мощной аппаратной поддержкой,необходимой для работы с большими объемами данных.
Современныеавторы часто употребляют термины «банк данных» и «базаданных» как синонимы, однако в общеотраслевых руководящих материалах посозданию банков данных Государственного комитета по науке и технике (ГКНТ),изданных в 1982 г., эти понятия различаются.
Тамприводятся следующие определения банка данных, базы данных и СУБД:
Банкданных (БнД) — это система специальным образом организованных данных — баз данных,программных, технических, языковых, организационно-методических средств,предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективногомногоцелевого использования данных.
Базаданных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений врассматриваемой предметной области.
Системауправления базами данных (СУБД) — совокупность языковых и программных средств,предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многимипользователями.
Глава1.Базы данных
1.1 Основные понятия баз данных
В современныхбазах данных хранятся не только данные, но и информация.
Базаданных (БД)– организованнаяструктура, предназначенная для хранения информации. Современные БД позволяютразмещать в своих структурах не только данные, но и методы (т.е. программныйкод), с помощью которых происходит взаимодействие с потребителем или другимипрограммно-аппаратными комплексами.
Системыуправления базами данных (СУБД) – комплекс программных средств, предназначенных длясоздания структуры новой базы, наполнения ее содержанием, редактированиясодержимого и визуализации информации. Под визуализацией информациибазы понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданнымкритерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройствовывода или передача по каналам связи.
Существуетмного систем управления базами данных. Они могут по-разному работать с разнымиобъектами и предоставляют пользователю разные функции и средства. БольшинствоСУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий.
1.2 Структура простейшей базыданных
Если в БД нетникаких данных ( пустая база ), то это все равно полноценнаяБД, т.к. она содержит информацию о структуре базы.
Структурабазы определяетметоды занесения данных и хранения их в базе. БД могут содержать различныеобъекты. Основными объектами БД являются таблицы. Простейшая база данных имеетхотя бы одну таблицу. Структура простейшей базы данных тождественно равнаструктуре ее таблицы.
Структурудвумерной таблицы образуют столбцы и строки. Их аналогами в структурепростейшей базы данных являются поля и записи.
Если записейв таблице нет, то ее структура образована набором полей. Изменив состав полейбазовой таблицы (или их свойства), тем самым изменяем структуру данных, и,соответственно, получаем новую базу данных.
Поля БДопределяют групповые свойства данных, записываемых в ячейки, принадлежащиекаждому из полей. Например, свойства полей могут быть такими: имя поля, типполя, размер поля, формат поля, маска ввода, подпись, значение по умолчанию,условие на значение, обязательное поле, индексированное поде, пустые строки, ит.д. Типы данных: текстовый, числовой, денежный, дата/время, счетчик, поле мемо(большой объем текста), логический, поле объекта OLE (для мультимедийныхобъектов), гиперссылка, место подстановок.
1.3 Режимы работы с базамиданных
Обычно с БДработают две категории исполнителей:
• Проектировщики– разрабатывают структуру таблиц базы и согласовывают ее с заказчиком;разрабатывают объекты, предназначенные для автоматизации работы и ограниченияфункциональных возможностей работы с базой (из соображений безопасности);
• Пользователи– работают с базами данных, наполняют ее и обслуживают.
СУБД имеетдва режима: проектировочный и пользовательский.
Впроектировочном режиме создаются и изменяются структура базы и ее объекты. Впользовательском используются ранее подготовленные объекты для наполнения БДили получения данных из нее.
1.4 Объекты базы данных
БД можетсодержать разные типы объектов. Каждая СУБД может реализовывать свои типыобъектов.
Таблицы– основныеобъекты любой БД, в которых хранятся все данные, имеющиеся в базе, и хранитсясама структура базы (поля, их типы и свойства).
Отчеты– предназначеныдля вывода данных, причем для вывода не на экран, а на печатающее устройство(принтер). В них приняты специальные меры для группирования выводимых данных идля вывода специальных элементов оформления, характерных для печатныхдокументов (верхний и нижний колонтитулы, номера страниц, время создания отчетаи другое).
Страницыили страницыдоступа к данным – специальные объекты БД, выполненные в коде HTML,размещаемые на web -странице и передаваемые клиенту вместе с ней. Сам по себеобъект не является БД, посетитель может с ее помощью просматривать записи базыв полях страницы доступа. Т.о., страницы – интерфейс между клиентом, сервером ибазой данных, размещенным на сервере.
Макросыи модули –предназначены для автоматизации повторяющихся операций при работе с системойуправления БД, так и для создания новых функций путем программирования. Макросысостоят из последовательности внутренних команд СУБД и являются одним изсредств автоматизации работы с базой. Модули создаются средствами внешнегоязыка программирования. Это одно из средств, с помощью которых разработчик БДможет заложить в нее нестандартные функциональные возможности, удовлетворитьспецифические требования заказчика, повысить быстродействие системы управления,уровень ее защищенности.
1.5 Запросы и формы
Запросы– служат дляизвлечения данных из таблиц и предоставления их пользователю в удобном виде. Сих помощью выполняют отбор данных, их сортировку и фильтрацию. Можно выполнитьпреобразование данных по заданному алгоритму, создавать новые таблицы,выполнять автоматическое заполнение таблиц данными, импортированными из другихисточников, выполнять простейшие вычисления в таблицах и многое другое.
Особенностьзапросов состоит в том, что они черпают данные из базовых таблиц и создают наих основе временную результирующую таблицу ( моментальный снимок )– образ отобранных из базовых таблиц полей и записей. Работа с образомпроисходит быстрее и эффективнее, нежели с таблицами, хранящимися на жесткомдиске.
Обновление БДтоже можно осуществить посредством запроса. В базовые таблицы все данныевносятся в порядке поступления, т.е. они не упорядочены. Но по соответствующемузапросу можно получить отсортированные и отфильтрованные нужным образом данные.
Формы– средства дляввода данных, предоставляющие пользователю необходимые для заполнения поля. Вних можно разместить специальные элементы управления (счетчики, раскрывающиесясписки, переключатели, флажки и прочее) для автоматизации ввода. Пример,заполнение определенных полей бланка. При выводе данных с помощью форм можно применятьспециальные средства их оформления.
1.6 Системы программирования.Понятие системы программирования
Системапрограммирования – инструментальное ПО, предназначенное для поддержки разработкипрограммных систем на этапах программирования и отладки. Каждая системапрограммирования должна иметь некоторый встроенный в нее язык программирования,предназначенный для общения с человеком – разработчиком программной системы.
В самом общемслучае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметьследующие компоненты .
1. Текстовый редактор .Т.к. текст программы записывается с помощью слов, происходящих от английскогоязыка, и символов для записи всевозможных операций, то формировать файл с исходнымтекстом программы можно в любом редакторе. Специализированные редакторыориентированы на конкретный язык программирования. Подобные редакторы созданыдля всех популярных языков программирования и дополнительно могут автоматическипроверять правильность синтаксиса программы непосредственно во время ее ввода.
2. Компилятор .Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится вмашинный код.
На этом этапесоздается промежуточный объектный код (двоичный файл, стандартное решение. OBJ).
3. Редактор связей и библиотекифункций . Исходный текст большой программы, как правило, состоит изнескольких модулей. Каждый модуль состоит отдельный файл с объектным кодом,которые затем нужно объединить в единое целое. К ним нужно добавить машинныйкод подпрограмм, реализующих различные стандартные функции (например,вычисление sin и cos ). Такие функции содержатся в библиотеках (файлы срасширением. LIB ), которые поставляются вместе с компилятором.
Объектный кодобрабатывается специальной программой – редактором связей или сборщиком, который выполняет связывание объектных модулей и машинного кодастандартных функций, находя их в библиотеках, и формирует на выходеработоспособное приложение – исполнимый код для конкретнойплатформы.
Если покаким-то причинам объектный модуль или нужная библиотека не найдены, то сборщиксообщает об ошибке и готовой программы не получается.
4.Исполнимый код – этозаконченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, гдеустановлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Какправило, итоговый файл имеет расширение. EXE или. COM.
1.7 Экспертные системы
Экспертнаясистема (ЭС) –expert system — особый класс систем искусственногоинтеллекта, включающий знания об определённой слабо структурированной и трудноформализуемой узкой предметной области и способная предлагать и объяснятьразумные решения. Ее основным назначением является: интерпретация данных,диагностика состояния, мониторинг, прогнозирование, планирование и обучение.Все эти задачи по существу сводятся к распознаванию образов.
ЭС – интеллектуальная система,предназначенная для оказания консультационной помощи специалистам, работающим внекоторой предметной области. Выделяют два типа экспертных систем.
ЭСпервого типа .Предназначены для специалистов, чей профессиональный уровень не слишком высок.В базах знаний таких систем содержатся знания, полученные от специалистовэкстра-класса.
ЭСвторого типа .Предназначены для специалистов высокой квалификации, выполняя для нихзначительную часть рутинных операций и просмотр больших массивов информации. Вэкспертной системе обязательно присутствует система объяснений.
Системыуправления базами данных позволяют объединять большие объемы информации иобрабатывать их, сортировать, делать выборки по определенным критериям и т. п.
Глава 2. Системауправления базами данных
2.1История развития СУБД
Ростпроизводительности персональных вычислительных машин спровоцировал развитиеСУБД, как отдельного класса. К середине 60-х годов прошлого века ужесуществовало большое количество коммерческих СУБД. Интерес к базам данныхувеличивался все больше, так что данная сфера нуждалась в стандартизации. Авторкомплексной базы данных Integrated Data Store Чарльз Бахман (Charles Bachman)организовал целевую группу DTG (Data Base Task Group) для утвержденияособенностей и организации стандартов БД в рамках CODASYL — группы, котораяотвечала за стандартизацию языка программирования COBOL. Уже в 1971 году былпредставлен свод утверждений и замечаний, который был назван Подход CODASYL, испустя некоторое время появились первые успешные коммерческие продукты,изготовленные с учетом замечаний вышеупомянутой рабочей группы. В 1968 годуотметилась и компания IBM, которая представила собственную СУБД gпод названиемIMS. Фактически данный продукт представлял собой компиляцию утилит, которыеиспользовались с системами System/360 на шаттлах Аполлон. Решение былоразработано согласно коцпетам CODASYL, но при этом была применена строгаяиерархия для структуризации данных. В свою очередь в варианте CODASYL за базисбыла взята сетевая СУБД. Оба варианта, меж тем, были приняты сообществомпозднее как классические варианты организации работы СУБД, а сам Чарльз Бахманв 1973 году получил премию Тьюринга за работу Программист как навигатор. В 1970году сотрудник компании IBM Эдгар Кодд, работавший в одном из отделений СанХосе (США), в котором занимались разработкой систем хранения, написал рядстатей, касающихся навигационных моделей СУБД. Заинтересовавшись вопросом онразработал и изложил несколько инновационных подходов касательно оптимальнойорганизаци систем управления БД. Работа Кодда внесла значительный вклад вразвитие СУБД и является действительным основоположником теории реляционных базданных. Уже 1981 году Э.Ф.Кодд создал реляционную модель данных и применил кней операции реляционной алгебры.
2.2 Классификация
В зависимостиот архитектуры построения системы управления базами СУБД могут подразделяться наследующие типы:
1.Иерархические
2.Многомерные
3.Реляционные
4.Сетевые
5.Объектно-ориентированные
6.Объектно-реляционные
7.[править]
2.3 Файловыесистемы
Представимсебе, что имеется некоторый носитель информации определенной емкости,устройство для чтения-записи на этот носитель в режиме произвольного доступа иприкладные программы, которые используют конкретный носитель для ввода-выводаинформации во внешнюю память. В этом случае, каждая прикладная программа должназнать где и в каком месте хранятся необходимые данные. Так как прикладныхпрограмм больше, чем носителей информации, то несколько прикладных программмогут использовать один накопитель. Что произойдет, если одной из прикладныхпрограмм потребуется дозаписать свои данные на диск? Может произойти наложение:ситуация в которой данные одной программы будут перезаписаны другой программой.Важным шагом в развитии информационных систем явился переход к использованиюцентрализованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы,файл – именованная область внешней памяти, в которую можно записывать данные, ииз которой можно их считывать. Для того чтобы была возможность считатьинформацию из какой либо области внешней памяти необходимо знать имя этогосектора(имя файла), размер самой области и его физическое расположение. Самасистема управления файлами выполняет следующие функции:
— распределениевнешней памяти;
— отображениеимеет файлов в соответствующие адреса во внешней памяти;
— обеспечениедоступа к данным.
Рассмотрениеособенностей реализации отдельных систем управления файлами выходит за рамкиданной темы. На данном этапе достаточно знать, что прикладные программы видятфайл как линейную последовательность записей и могут выполнить над ним рядопераций. Основные операции сфайлами в СУФ:
— создатьфайл (определенного типа и размера)
— открытьранее созданный файл
— прочитатьиз файла определенную запись
— изменитьзапись
— добавитьзапись в конец файла
— [править]
2.4 СУБД крупных ЭВМ
Данный этапразвития связан с организацией баз данных на больших машинах типа IBM 360/370,ЕС-ЭВМ и различных моделях фирмы Hewlett Packard. В таком случае информацияхранилась во внешней памяти центральной ЭВМ. Пользователями баз данных былифактически задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивныйрежим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые необладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, оперативнойпамятью, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода дляцентральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языкахпрограммирования и запускались как обычные числовые программы. Особенностиданного этапа:
Все СУБДбазируются на мощных мультипрограммных ОС (Unix и др.).
· Поддерживаетсяработа с централизованной БД в режиме распределенного доступа. Функцииуправления распределением ресурсов выполняются операционной системой.
· Поддерживаютсяязыки низкого манипулирования данными, ориентированные на навигационные методыдоступа к данным. Значительная роль отводится администрированию данных.
· Проводятсясерьезные работы по обоснованию и формализации реляционной модели данных. Быласоздана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной моделиданных.
· Проводятсятеоретические работы по оптимизации запросов и управлению распределеннымдоступом к централизованной БД, было введено понятие транзакции.
· Большой потокпубликаций по всем вопросам теории БД. Результаты научных исследований активновнедряются в коммерческие СУБД.
· Появляются первыеязыки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных (SQL), однакоотсутствуют стандарты для этих языков.
· [править]
2.5 НастольныеСУБД
Компьютерыстали ближе и доступнее каждому пользователю. Исчез благоговейный страх рядовыхпользователей перед непонятными и сложными языками программирования. Появилосьмножество программ, предназначенных для работы неподготовленных пользователей.Простыми и понятными стали операции копирования файлов и переноса информации содного компьютера на другой, распечатка текстов, таблиц и других документов.Системные программисты были отодвинуты на второй план. Каждый пользователь могсебя почувствовать полным хозяином этого мощного и удобного устройства,позволяющего автоматизировать многие аспекты собственной деятельности. И,конечно, это сказалось и на работе с базами данных. Новоявленные СУБД позволялихранить значительные объемы информации, они имели удобный интерфейс длязаполнения, встроенные средства для генерации различных отчетов. Эти программыпозволяли автоматизировать многие учетные функции, которые раньше велисьвручную. Постоянное снижение цен на персональные компьютеры сделало такое ПОдоступным не только для организаций и фирм, но и для отдельных пользователей.Компьютеры стали инструментом для ведения документации и собственных учетныхфункций. Это все сыграло как положительную, так и отрицательную роль в областиразвития баз данных. Кажущаяся простота и доступность персональных компьютерови их программного обеспечения породила множество дилетантов. Много было созданосистем-однодневок, которые не отвечали законам развития и взаимосвязи реальныхобъектов. Однако доступность персональных компьютеров заставила пользователейиз многих областей знаний, которые ранее не применяли вычислительную технику всвоей деятельности, обратиться к ним. И спрос на развитые удобные программыобработки данных заставлял поставщиков программного обеспечения поставлять всеновые системы, которые принято называть настольными СУБД. Значительнаяконкуренция среди поставщиков заставляла совершенствовать эти конфигурации,предлагая новые возможности, улучшая интерфейс и быстродействие систем, снижаяих стоимость. Наличие на рынке большого числа СУБД, выполняющих сходныефункции, потребовало разработки методов экспорта-импорта данных для этих системи открытия форматов хранения данных. Но и в этот период появлялись любители,которые вопреки здравому смыслу разрабатывали собственные СУБД, используястандартные языки программирования. Это был тупиковый вариант, потому чтодальнейшее развитие показало, что перенести данные из нестандартных форматов вновые СУБД было гораздо труднее, а в некоторых случаях требовало такихтрудозатрат, что легче было бы все разработать заново, но данные все равно надобыло переносить на новую более перспективную СУБД. И это тоже было результатомнедооценки тех функции, которые должна была выполнять СУБД. Особенности этогоэтапа следующие:
Стандартизациявысокоуровневых языков манипулирования данными (разработка и внедрениестандарта SQL92 во все СУБД).
Все СУБД былирассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом. И это понятно.Компьютер персональный, он не был подсоединен к сети, и база данных на немсоздавалась для работы одного пользователя. В редких случаях предполагаласьпоследовательная работа нескольких пользователей, например, сначала оператор,который вводил бухгалтерские документы, а потом главбух, который определялпроводки, соответствующие первичным документам.
БольшинствоСУБД имели развитый и удобный пользовательский интерфейс. В большинстве существовалинтерактивный режим работы с БД как в рамках описания БД, так и в рамкахпроектирования запросов. Кроме того, большинство СУБД предлагали развитый иудобный инструментарий для разработки готовых приложений без программирования.
Во всехнастольных СУБД поддерживался только внешний уровень представления реляционноймодели, то есть только внешний табличный вид структур данных.
При наличиивысокоуровневых языков манипулирования данными типа реляционной алгебры и SQL внастольных СУБД поддерживались низкоуровневые языки на уровне отдельных строктаблиц.
В настольныхСУБД отсутствовали средства поддержки ссылочной и структурной целостности базыданных. Эти функции должны были выполнять приложения, однако скудость средствразработки приложений иногда не позволяла это сделать, и в этом случае этифункции должны были выполняться пользователем, требуя от него дополнительногоконтроля при вводе и изменении информации, хранящейся в БД.
Наличиемонопольного режима работы фактически привело к вырождению функций администрированияБД.
Сравнительноскромные требования к аппаратному обеспечению со стороны настольных СУБД.Вполне работоспособные приложения, разработанные, например, на Clipper,работали на PC 286. В принципе, их даже трудно назвать полноценными СУБД. Яркиепредставители этого семейства — очень широко использовавшиеся до недавнеговремени СУБД Dbase (DbaseIII+, DbaseIV), FoxPro, Clipper, Paradox.
Заключение
Преимуществаиспользования БД
Рассмотрим, какиепреимущества получает пользователь при использовании БД как безбумажнойтехнологии:
· Компактность
Информация хранится в БД,нет необходимости хранить многотомные бумажные картотеки
· Скорость
Скорость обработкиинформации (поиск, внесение изменений) компьютером намного выше ручнойобработки
· низкиетрудозатраты
Нет необходимости вутомительной ручной работе над данными
· применимость
Всегда доступна свежаяинформация
Дополнительныепреимущества появляются при использовании БД в многопользовательской среде,поскольку становится возможным осуществлять централизованное управлениеданными.
Современныесистемы управления базами данных обеспечивают как физическую (независимость отспособа хранения и метода доступа), так и логическую независимость данных(возможность изменения одного приложения без изменения остальных приложений,работающих с этими же данными).
СовременныеСУБД даютвозможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но извуковые фрагменты и даже видеоклипы.
Простотаиспользования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая кпрограммированию, а пользуясь только встроенными функциями. СУБД обеспечиваютправильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ кним.
Популярные СУБД -FoxPro, Access for Windows, Paradox. Для менее сложных применений вместоСУБД используются информационно-поисковые системы (ИПС), которыевыполняют следующие функции:
· хранение большогообъема информации;
· быстрый поисктребуемой информации;
· добавление,удаление и изменение хранимой информации;
· вывод ее в удобномдля человека виде.
Список литературы
1. Интернет