2.1 Системи управління базами даних. Основні концепції баз даних

Визначимо основні ідеї, що лежать в основі концепції бази даних:

• Ізолювати будь-яку прикладну програму від впливу змін в інших програмах через спільні дані шляхом розмежування логічних записів, що використовуються прикладними програмами, від записів, що фізично запам’ятовуються на магнітних носіях.

• Усунути надмірне дублювання даних.

• Централізувати управління даними.

Отже, суть концепції баз даних полягає в інтегрованому збереженні й диференційованому використанні прикладними програмами всієї інформації про об’єкти предметної області, що представляють певний інтерес для організації. За таких умов, з одного боку, формати подання даних описуються на логічному (зрозумілому) для кожної програми рівні, але, з іншого боку, усі інші дані, що зберігаються у базі даних і не мають ніякого відношення до певної прикладної програми, є для неї «прозорими» (їхню присутність програма не відчуває).

Таким чином, всі дані розміщуються в єдиному сховищі. Користувачі автоматизованих інформаційних систем (АІС) мають можливість звертатися до будь-яких даних, що їх цікавлять. Ті самі дані можуть бути в різних комбінаціях і по-різному представлені відповідно до потреб користувачів (прикладних програм). Це забезпечується за рахунок системи управління базами даних (СУБД). Серед більшості означень бази даних, що наводяться в літературі, не вказуються всі її суттєві ознаки. Також базу даних часто просто ототожнюють із сукупністю файлів, що містять необхідний набір даних.

Щоб сукупність файлів утворювала базу даних, файли повинні бути взаємопов’язаними; інтегрованими (за умови мінімальної надмірності); незалежними (від програм, у яких вони використовуються, від процесів, у яких вони підтримуються); мати єдину централізовану програму управління, що забезпечує логічну незалежність програм від даних, які зберігаються у файлах.

Базою даних (БД) називається по іменована сукупність даних, з тією мінімальною надмірністю, що необхідна для взаємопов’язаності даних, яка адекватно відображає стан об’єктів та їхні відношення у розглядуваній предметній області. Це сукупність взаємопов’язаних даних за наявності такої мінімальної надмірності, що допускає їхнє використання оптимальним способом для одного або кількох додатків; дані запам’ятовуються таким чином, щоб вони були незалежними від програм, що використовують ці дані, а також для пошуку даних у базі даних застосовується єдиний керований спосіб. Дані структуруються таким чином, щоб була забезпечена можливість подальшого нарощування додатків.

СУБД називається сукупність мовних і програмних засобів, призначених для створення, управління і сумісного використання БД багатьма користувачами.

Основні вимоги до баз даних та систем управління базами даних:

• Можливість представлення адекватних реальній предметній області структур даних (побудова адекватної інформаційної моделі предметної області).

• Простота та малі витрати ресурсів на розвиток системи (швидка і дешева модифікація старих та розробка нових програмних додатків у рамках автоматизованої інформаційної системи).

• Простота й оперативність доступу до даних, можливість пошуку інформації різними методами.

• Можливість одночасного ефективного обслуговування великої кількості користувачів.

• Можливість використання у розподілених обчислювальних мережах комп’ютерів.

• Забезпечення режиму розмежованого доступу до даних і програм, виключення можливості їхнього несанкціонованого застосування.

• Забезпечення подання даних користувачам у зручному вигляді для їхнього подальшого застосування.

• Забезпечення необхідної продуктивності розв’язування задач при обмежених витратах ресурсів комп’ютерів.

• Забезпечення захисту інформації у БД від збоїв і відмов у роботі технічних засобів та помилок користувачів.

Перерахуємо основні переваги щодо застосування БД та СУБД під час реалізації на їхній основі автоматизованих пошуково-інформаційних систем.

Скорочення зайвої надмірності даних, що зберігаються. Дані, що використовуються кількома програмами, інтегруються і зберігаються в одному місці. Надмірність даних є, але вона мінімальна та необхідна тільки для забезпечення взаємозв’язку різних даних певної предметної області.

Усувається суперечливість даних, що може виникати, якщо ті самі дані, що використовуються різними програмами, подаються декілька разів і якщо у разі необхідності їхньої зміни не всі копії відновлені.

Дані, що зберігаються, використовуються спільно. Це надає можливість розробляти нові програмні додатки над вже існуючою базою даних із мінімальними затратами.

Забезпечується більш простий, швидкий і дешевий розвиток автоматизованих систем за рахунок забезпечення логічної взаємної незалежності програм і даних у БД.

Спрощується підтримка цілісності даних (адекватності й узгодженості).

Забезпечується можливість швидкого надання даних на нестандартні (заздалегідь непередбачені) запити користувачів без додаткової розробки прикладних програм.

Створюється можливість комплексної автоматизації параметрів АІС, що можливо завдяки централізованому управлінню базою даних, за якого можна так структурувати і розміщувати дані, щоб для найважливіших (пріоритетних) програмних додатків забезпечити найшвидший доступ.

У разі централізованого управління базою даних спрощується стандартизація та уніфікація представлення даних у АІС.

Основними недоліками, з якими можуть зустрітися користувачі та розробники програмного забезпечення під час застосування БД та СУБД, є:

• додаткові витрати апаратних ресурсів (наприклад пам’яті) під час розміщення та роботи СУБД;

• додаткові виткати на встановлення й підтримку СУБД у робочому стані;

• необхідність кваліфікованого персоналу для централізованого управління базою даних (адміністрації БД), а отже додаткові витрати.

Таким чином, використання БД та СУБД щодо створення великих потужних АІС, що включають велику кількість взаємопов’язаних програмних додатків, безперечно, дає суттєві переваги порівняно з варіантами створення таких самих АІС на основі файлової системи.

Однак, для окремих програмних додатків, або програм, що виконують специфічні функції та мало пов’язані з обробкою великих обсягів даних, використання потужних СУБД може виявитися малоефективним, тому що вимагає додаткових затрат часу і коштів.

Сучасні СУБД можуть підтримувати:

• різні типи подання даних й операції над ними (в тому числі фактографічних, документальних, картинно-графічних даних);

• природне і ефективне подання в БД різних відношень між об’єктами (наприклад, візуалізація даних, що характеризуються параметрами простору та часу);

• перевірку даних на несуперечність;

• дедуктивний вивід (дедуктивні БД);

• управління розподіленими БД та інтеграцію неоднорідних БД;

• централізацію й інтеграцію даних в мережах ПК.

Що стосується системи охорони здоров’я, то проблема вибору оптимальних способів зберігання та обробки великих обсягів медичної інформації вже давно є однією з актуальних проблем організації системи охорони здоров’я в Україні. У структурі будь-якого лікувального закладу існують центри, куди надходить інформація, яку слід зберігати та обробляти.

Мета будь-якої інформаційної системи – обробка даних про об’єкти реального світу. У широкому розумінні база даних – це сукупність відомостей про конкретні об’єкти реального світу в якій-небудь предметній області.

Під предметною областю (ПрО) прийнято розуміти частину реального світу, що підлягає вивченню для організації керування, наприклад, підприємство, ВНЗ тощо.

Створюючи базу даних, користувач прагне упорядкувати інформацію про різні ознаки об’єктів і швидко одержати вибірку даних з довільним сполученням ознак. Зробити це можливо тільки якщо дані структуровані. Структурування – це введення угод про способи подання даних. Неструктурованими називають дані, записані, наприклад, у текстовому файлі.

Наведемо приклад неструктурованих даних, що містять відомості про студентів (номер особистої справи, прізвище, ім’я, по батькові та рік народження):

Особиста справа № 16493 Сергєєв Петро Михайлович, дата народження 1 січня 1976 р.; o/с № 16593, Петрова Ганна Володимирівна, дата народження 15 березня 1975 р.; № особистої справи 16693, дата народження 14.04.76, Анохін Андрій Борисович

Легко переконатися, що складно організувати пошук необхідних даних, які зберігаються в неструктурованому вигляді, а упорядкувати подібну інформацію практично не можливо.

Щоб автоматизувати пошук і систематизувати ці дані, необхідно виробити певні угоди про способи подання даних, наприклад дату народження потрібно записувати однаково для кожного студента, вона повинна мати однакову довжину і визначене місце серед іншої інформації. Ці ж зауваження справедливі і для інших даних (номер особистої справи, прізвище, ім’я, по батькові).

Таблиця 6. База даних

Отже, база даних (БД) – це іменована сукупність структурованих даних, що відносяться до визначеної предметної області.