Тема 3.3. Базы и банки данных

Цель и задачи изучения темы:

1.       Рассмотреть базы данных и банки данных.

2.       Усвоить системы управления базами данных.

3.       Рассмотреть распределенное и централизованное хранение информации.

4.       Выявить методы обеспечения сохранности информации от потерь.

В результате выполнения лабораторной работы обучающийся должен демонстрировать следующие результаты:

Уметь:

Владеть:

Базы данных (БД) − это именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношения в рассматриваемой предметной области. Характерной чертой баз данных является постоянство: данные постоянно накапливаются и используются. Состав и структура данных, необходимых для решения тех или иных прикладных задач, обычно постоянны и стабильны во времени, несмотря на то обстоятельство, что отдельные все элементы данных могут меняться − но и это есть проявления постоянства, что еще раз говорит об их постоянной актуальности.

Данные, циркулирующие в процессе внешнеэкономической деятельности и таможенных служб, достаточно ярко доказывают вышеприведенные определения и свойства. Во-первых, объем информации здесь ощутимо возрастает год от года; во-вторых, хранящаяся информация вкупе с вновь поступившей представляет  материал, посредством анализа которого можно вычислять соответствующие параметры ситуации относительно конкретных товаров, фирм, направлений и минимизировать возможные риски относительно экономической безопасности страны.

Для этих целей необходимо выполнение над данными различных аналитических операций, позволяющих делать те или иные выводы. Естественно, что имеющийся объем записей не рассчитан на их ручную обработку, поэтому инструментом в таких ситуациях являются системы управления базами данных (СУБД). СУБД − это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Необходимо отметить, что значительное увеличение  физических объемов данных и их структуры привело к появлению новой  информационной технологии интегрированного хранения и обработки данных − концепции баз данных, в основе которой лежит механизм предоставления обрабатывающей программе из всех хранимых данных только тех, которые ей необходимы, и в форме, требуемой именно этой программе. Таким образом, СУБД позволяет организовать мультиплексный доступ  данным, автоматизированный поиск данных, консолидацию данных, выбор данных по нужным параметрам.

Услугами Банка данных (БнД) пользуется обычно большое число пользователей. Поэтому в БнД (рис. 26)  предусматривается специальное средство приведения всех запросов к единой терминологии − словарь данных. В словаре содержатся сведения об объектах, их свойствах и отношениях для данной ПО, сведения о данных, хранимых в базе (наименования данных, их структуре, связи с другими данными), об их возможных значениях и форматах представления, об источниках их возникновения, о кодах защиты, разграничениях доступа к данным со стороны пользователей.

Кроме того, используются специальные методы эквивалентных грамматических преобразований запросов для построения оптимальных процедур их обработки, специальные методы доступа к одним и тем же данным различных пользователей при совпадении во времени поступивших запросов − механизм транзакций.

Рис. 26. Структурная схема банка данных

Обычно со стороны внешних пользователей к БнД формулируются определенный уровень  требований. БнД должен:

             удовлетворять актуальным информационным потребностям внешних пользователей;

             обеспечивать возможность хранения и модификации больших объемов многоаспектной информации;

             обеспечивать заданный уровень достоверности хранимой информации;

             обеспечивать доступ к данным только пользователям с соответствующими полномочиями;

             обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков;

             удовлетворять заданным требованиям по производительности при обработке запросов;

             иметь возможность реорганизации и расширения при изменении границ ПО;

             обеспечивать выдачу информации пользователю в различной форме;

             обеспечивать простоту и удобство обращения внешних пользователей за информацией;

             обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей.

Такой подход  возможен при централизации управления данными и предполагает следующие преимущества:

             сокращение избыточности хранимых данных (минимально необходимых - дублирование данных);

             устранение противоречивости хранимых данных (хранимых в различных файлах);

             многоаспектное использование данных (принцип однократного ввода данных для разных пользователей и приложений);

             комплексная оптимизация. (например, выбор структуры хранения данных, которая обеспечивает наилучшее обслуживание в целом). в максимальной степени удовлетворяются противоречивые требования;

             обеспечение возможности стандартизации (упрощение обмена данных, контроля и восстановления данных);

             обеспечение возможности санкционированного доступа к данным.

Интеграция данных приводит к тому, что данные, используемые различными пользователями, могут пересекаться различным образом. Следовательно, важно наличие в этих условиях механизма защиты данных от несанкционированного доступа к ним.

Управление  БнД осуществляется с помощью  администратора банка данных (АБД). Основной функцией АБД является обеспечение структур данных и взаимосвязь между ними, эффективных для обслуживания именно всего коллектива пользователей. Это функция администрирования БД.

Особенности банков данных состоят в том, что они отличаются довольно продолжительным временем внедрения и последующей эксплуатации. В связи с этим функции АБД являются долгосрочными и направлены на координацию всех этапов проектирования, реализации и ведения БД.

На стадии проектирования АБД выступает основным идеологом, руководит всеми работами по разработке или приобретению ПО, обучение обслуживающего персонала и т.п.

На стадии эксплуатации отвечает за нормальную эксплуатацию и функционирование БнД, управляет режимом работы, отвечает за сохранность данных.

Обобщая вышесказанное можно сформулировать следующие функции АБД:

             решение вопросов организации данных об объектах ПО и установлении связей между этими данными с целью объединения информации о различных объектах; согласование представлений пользователей;

             координирование всех действий по проектированию, реализации и ведению БД;

             учет текущих  и перспективных требований пользователей;

             вопросы расширения БД в связи с изменением границ ПО;

             защита данных от некомпетентного использования, от сбоев ТС, определения степени секретности части информации и разграничения доступа к ним;

             ведение СД, контроль избыточности и противоречивости, достоверность;

             методы хранения данных, пути доступа к ним, связей между данными, определение форматов данных, определять степень влияния изменений в данные на всю БД;

             координация вопросов технического обеспечения системы;

             координация работы системных программистов, разрабатывающих дополнительные ПО для улучшения эксплуатационных характеристик системы;

             координация работы прикладных программистов, разрабатывающих новые прикладные программы в рамках состава ПО системы.

В составе банка данных присутствует информационная база, которая  содержит  данные, отражающие состояние определенной предметной области и используемые информационной системой. Информационная база  состоит из двух компонент:

1) коллекции записей собственно данных;

2) описания этих данных – метаданных.

Данные могут использоваться (т. е. представляться) по-разному. С одной стороны, разные прикладные задачи требуют разных наборов данных, в совокупности обеспечивающих функциональную полноту информации, а с другой – они должны быть различны для различных категорий субъектов (разработчиков или пользователей). Различают три уровня представления данных: концептуальный (пользователь, разработчик ИС, внешний (прикладной программист), внутренний (СУБД).

Лингвистические средства обеспечивают интерфейс пользователей разных категорий с банком данных и базируются на языковых средствах СУБД.

Программные средства осуществляют обработку данных и управление этой обработкой в вычислительной среде, а также взаимодействие с операционной системой и прикладными программами.

Технические средства служат для обеспечения эффективной и бесперебойной работы баз данных.  Для этих целей  существуют надежные устройства ввода-вывода и объемные быстродействующие накопители.

Организационно-административные подсистемы и нормативно-методическое обеспечение не являются технической компонентой системы, однако трудно рассчитывать на устойчивое и долговременное функционирование банка данных, если будут отсутствовать необходимые методические и инструктивные материалы, регламентирующие работу пользователей, различных по своему статусу и уровню полноценности.