Основные понятия и характеристика реляционной базы данных

       Федеральное Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика

Д.Н. Прянишникова 

              Кафедра Информационных систем

Контрольная работа

по дисциплине: «Информационные системы»

на тему:

«Основные понятия и характеристика реляционной базы данных»

                                                      Выполнила:

                                                     студентка 3 курса заочного отделения

                                                     по спец-ти000000 «Финансы и кредит»

                                                      шифр ФК-2007-43

                                                     Елсукова Екатерина Александровна

                                                      Проверил

                                                     Доцент Вшивков Олег Юрьевич

                                               Пермь -2012

                                                содержание

Введение……………………………………………………………………….…3             

Реляционные базы данных……………………………………………………...4             

Базы данных: основные сведения……………………………………………....4

Основные функции СУБД………………………………………………………4

Непосредственное управление данными во внешней памяти………………..5

Управление буферами оперативной памяти…………………………………..5

Управление транзакциями……………………………………………………...5

Журнализация…………………………………………………………………...6

Поддержка языков баз данных…………………………………………………8

Эволюция систем управления базами данных………………………………..9

СУБД первого поколения………………………………………………………10

Реляционные СУБД……………………………………………………………..10

Объектно-ориентированные СУБД…………………………………………….11

Реляционная модель данных……………………………………………………12

Базовые понятия реляционной модели данных………………………………..13

Тип данных……………………………………………………………………….13

Домен……………………………………………………………………………..13

Атрибуты, схема отношения, схема базы данных…………………………….14

Кортеж……………………………………………………………………………14

Ключи отношения……………………………………………………………….14

Реляционная система управления базами данных…………………………….15

Свойства таблиц реляционной базы данных ………………………………….15

Заключение………………………………………………………………………17

Список литературы……………………………………………………………...18

                                               Введение

   Программное обеспечение за пол века своего существования претерпело огромные изменения: от программ способных выполнять только простейшие логические и арифметические операции, до сложных систем управления предприятиями. В развитии программного обеспечения всегда можно было выделить два основных понятия:

-выполнение вычисления;

-накопление и обработка информации.

   Хотя первоначально компьютеры предназначались главным образом для выполнения сложных математических расчетов, в настоящее время доминирующим является второе направление. Такое перераспределение основных функций, выполняемых вычислительной техникой, вполне понятно – гражданский бизнес гораздо более распространен, чем военные и научные вычисления, а снижение стоимости компьютеров сделало их доступными для совсем небольших предприятий и даже частных лиц.

   Сегодня управление предприятием без компьютера просто немыслимо. Компьютеры давно и прочно вошли в такие области управления, как бухгалтерский учет, управление складом, ассортиментом и закупками. Однако современный бизнес требует гораздо более широкого применения информационных технологий в управление предприятием. Жизнеспособность и развитие информационных технологий объясняется тем, что современный бизнес крайне чувствителен к ошибкам в управлении. Интуиции, личного опыта руководителя и размеров капитала уже мало для того, чтобы быть первым. Для принятия любого грамотного управленческого решения в условиях неопределенности и риска необходимо постоянно держать под контролем различные аспекты финансово-хозяйственной деятельности, будь то: торговля, производство или предоставление каких-либо услуг. Поэтому современный подход к управлению предполагает вложение средств в информационные технологии. И чем крупнее предприятие, тем серьезнее должны быть подобные вложения. Они являются жизненной необходимостью – в жесткой конкурентной борьбе одержать победу сможет лишь тот, кто лучше оснащен и наиболее эффективно организован.

                         Реляционные базы данных  

   По мере развития вычислительной техники изменялись и основные направления ее использования. Первоначально средства вычислительной техники подразумевалось использовать для выполнения различного рода математических вычислений, которые невозможно провести «вручную» за разумное время. Развитие этого направления привело к развитию разделов математики, связанных с численными методами вычислений, и к появлению алгоритмических языков, удобных для реализации алгоритмов численных методов и ориентированных на выполнение математических расчетов.

   Затем по мере увеличения возможностей и уменьшения стоимости вычислительных средств, получило развитие второе направление, связанное с использованием компьютеров в автоматизированных информационных системах. Здесь вычислительные возможности компьютеров отходят на второй план – основные функции вычислительных средств в информационных системах состоят в поддержке надежного хранения информации, выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлений пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.

   Со временем именно второе направление, связанное с хранением и обработкой данных, стало доминирующим, особенно после появления персональных компьютеров. Использование персональных компьютеров для выполнения сложных научных расчетов сейчас является скорее исключением. Интересно также отметить, что современные персональные компьютеры, оборудованные процессорами с громадными тактовыми частотами , при решении сложных научных задач могут даже уступать по вычислительным возможностям «большим» компьютерам 15-20-летней давности.

Базы данных: основные сведения

   Развитие компьютерных технологий, связанных с хранением и обработкой данных, привело к появлению в конце 1960-х – начале 1970-х годов специализированного программного обеспечения, получившего название систем управления базами данных (СУБД). СУБД позволяют структурировать, систематизировать и организовывать данные для их компьютерного хранения и обработки. Именно системы управления базами данных являются основой практически любой информационной системы.

   СУБД можно определить как некую систему управления данными, обладающую следующими свойствами:

- поддержание логически согласованного набора файлов;

- обеспечение языка манипулирования данными;

- восстановление информации после разного рода сбоев;

- обеспечение параллельной работы нескольких пользователей.

Основные функции СУБД

   К основным функциям , выполняемым системами управления базами данных, обычно относятся следующие:

- непосредственное управление данными во внешней памяти;

- управление буферами оперативной памяти;

- управление транзакциями;

- журнализацию;

- поддержку языков баз данных.

   Рассмотрим каждую из указанных функций более подробно.

Непосредственное управление данными во внешней памяти

   Функция непосредственного управления данными во внешней памяти включает обеспечение необходимых структур внешней памяти, как для хранения данных, так и для служебных целей, например для ускорения доступа к данным в некоторых случаях. Причем пользователям базы данных в общем случае не нужно знать, использует ли СУБД файловую систему и , если использует, как организованы файлы. Обычно СУБД поддерживает собственную систему именования объектов базы данных. В зависимости от способа реализации СУБД может либо использовать возможности существующих файловых систем, либо работать с устройствами внешней памяти на низком уровне.

Управление буферами оперативной памяти

   Объем информации, хранящийся в базе данных, с которой работает СУБД, обычно достаточно велик и практически всегда превышает доступный объем оперативной памяти. При этом время доступа к данным, хранящимся в оперативной памяти, существенно меньше, чем к данным, хранящимся на устройствах внешней памяти. Очевидно, что если при обращении к любому элементу данных будет производится обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти.

   Увеличения скорости обмена данными можно достичь, используя буферизацию данных в оперативной памяти. При этом, даже если операционная система производит общесистемную буферизацию, этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части базы данных. Поэтому в СУБД обычно поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственным механизмом замены буферов.

Управление транзакциями

   Транзакцией называется последовательность операций над базой данных, рассматриваемых СУБД как единое целое. Если все операции успешно выполнены, то транзакция также считается успешно выполненной и СУБД фиксирует все изменения данных, произведенные этой транзакцией. Если же хотя бы одна операция транзакции заканчивается неудачей, то транзакция считается невыполненной и производится откат – отмена всех изменений данных, произведенных в ходе выполнения транзакции, и возврат базы данных к состоянию до начала выполнения транзакции.

   Управление транзакциями необходимо для поддержания логической целостности базы данных.

   Поддержка механизма транзакции является обязательным условием для однопользовательских , а тем более для многопользовательских СУБД. То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии базы данных и оставляет это состояние целостным после своего завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как единицы активности пользователя по отношению к базе данных. При соответствующем управлении параллельно выполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может в принципе ощущать себя единственным пользователем СУБД.

   С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализации транзакции и сериального плана выполнения смеси транзакции. Под сериализацией параллельно выполняющихся транзакций понимается такое планирование их работы, при котором суммарный результат смеси транзакций эквивалентен результату их некоторого последовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций – это такой план, который приводит к сериализации транзакций. Понятно, что если удается добиться действительно сериального выполнения смеси транзакций, то для каждого пользователя, по инициативе которого образована транзакция, присутствие других транзакций будет незаметно.

   Существует несколько базовых алгоритмов сериализации транзакции. В централизованных СУБД наиболее распространены алгоритмы, основанные на синхронизационных захватах объектов базы данных. При использовании любого алгоритма сериализации возможны конфликты между несколькими транзакциями по доступу к объектам базы данных. В этом случае для поддержания сериализации необходимо выполнить откат одной или нескольких транзакций. Это один из случаев, когда пользователь многопользовательской СУБД может реально ощутить присутствие в системе транзакций других пользователей.

Журнализация

   Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.

   Аппаратные сбои обычно подразделяются на два типа:

- мягкие сбои. Связаны с внезапной остановкой работы компьютера. Обычно является следствием внезапного выключения питания или «зависания» операционной системы;

- жесткие сбои. Характеризуются потерей информации на носителях внешней памяти.

   Программные сбои обычно возникают в следствие ошибок в программах. Причем эти ошибки могут быть как в самой СУБД, что может привести к аварийному завершению ее работы, так и в пользовательской программе. Первый случай можно рассматривать как разновидность мягкого аппаратного сбоя. Во втором случае незавершенной остается только одна транзакция.

   В любом случае для восстановления информации в базе данных необходимо иметь некоторую дополнительную информацию. Таким образом, для поддержания надежности хранения данных требуется избыточность данных. Причем та часть информации, которая используется для восстановления, должна хранится особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений базы данных.

   Журнал представляет собой особую часть базы данных, недоступную пользователям СУБД и поддерживаемую с особой тщательностью, в которую поступают записи обо всех изменениях основной части базы данных.

   В разных СУБД изменения базы данных журнализируются на разных уровнях: иногда запись в журнале соответствует некоторой логической операции изменения базы данных, иногда – минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти. Могут также использоваться одновременно оба подхода.

   Во всех случаях поддерживаются стратегии «упреждающей» записи в журнал. Несколько утрированно можно сказать, что эта стратегия заключается в том, что запись об изменении любого объекта базы данных должна быть занесена в журнал до того, как будет выполнено и зафиксировано изменение этого объекта. Если в СУБД корректно соблюдается протокол WAL, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления базы данных после любого сбоя.