Системы управления базами данных

Информационная технология автоматизированного офиса - для организации и поддержки коммуникационных процессов как внутри фирмы, так  и  с  внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией. Основные компоненты: текстовый и табличный процессоры, электронная почта и т.п.

Информационная технология поддержки принятия решений организует взаимодействие человека и компьютера.  Выработка решений происходит в результате циклического процесса, в котором участвуют: система  поддержки  принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления; человек  как  управляющее звено,  задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере. Ее отличительные характеристики: ориентация на решение плохо структурированных (слабо формализованных) задач; - сочетание традиционных методов доступа и  обработки  компьютерных данных  с  возможностями математического моделирования; направленность  на  непрофессионального пользователя; высокая адаптивность - приспосабливаемость к особенностям  используемого  технического  и  программного обеспечения, требованиям пользователя.

В состав системы поддержки принятия решений входят три  главных компонента:  база данных, база моделей и программная подсистема, которая состоит из системы  управления  базой  данных  (СУБД), системы управления  базой  моделей (СУБМ) и системы управления интерфейсом (взаимодействием между пользователем и компьютером).

Существует множество типов моделей и способов их  классификации: по цели использования,  области возможных приложений, способу оценки переменных и т.п.      По цели  использования модели подразделяются на оптимизационные  и  описательные,  описывающие  поведение  соответствующей системы.

По способу оценки модели классифицируются на детерминистские, использующие оценку переменных одним числом при конкретных  значениях исходных  данных,  и  стохастические,  оценивающие переменные несколькими параметрами, когда исходные данные заданы вероятностными характеристиками.  Детерминистские модели более популярны,  чем стохастические, они менее дорогие, их легче строить и использовать, с их помощью получается достаточная информация для принятия решения.

По области возможных приложений модели разделяются на специализированные, используемые  только  одной системой, и универсальные - для использования несколькими системами. Специализированные  модели более дорогие,  они обычно применяются для описания уникальных систем и обладают большей точностью.

Система управления интерфейсом во многом  определяет эффективность и гибкость информационной технологии. Интерфейс характеризует: язык пользователя;  язык сообщений компьютера, организующий диалог на экране дисплея; знания пользователя.

Язык пользователя - это  те  действия,  которые  пользователь производит в  отношении  системы  путем использования возможностей клавиатуры, "мыши" и т.п. Наиболее прост язык пользователя в форме входных и выходных документов.  Выведя на экран входную форму (документ),  пользователь заполняет его необходимыми данными и вводит в компьютер. Система поддержки принятия решений производит необходимый  анализ и выдает результаты в виде выходного документа установленной формы.  Значительно возрастает популярность визуального интерфейса.  С помощью манипулятора "мышь" пользователь выбирает представленные ему  в  форме  картинок на экране объекты и команды, реализуя таким образом свои действия. Ожидается появление систем поддержки принятия  решений, использующих речевой ввод информации.

Язык сообщений - это то,  что пользователь  видит  на  экране дисплея (символы,  графика, цвет), данные, полученные на принтере, звуковые выходные сигналы и т.п.

Важный показатель  эффективности используемого интерфейса - форма диалога между пользователем и системой. Распространены следующие формы диалога: запросно-ответный режим, командный режим, режим меню, режим заполнения пропусков в выражениях,  предлагаемых  компьютером. Каждая форма в зависимости от типа задачи,  особенностей пользователя и принимаемых решений имеет свои достоинства и недостатки.

Знания пользователя - это то,  что пользователь должен знать, работая с системой. К ним относятся не только план действий, находящийся в голове  пользователя,  но и учебники, инструкции, справочные данные, выдаваемые компьютером.

Наибольший прогресс среди компьютерных ИС отмечен  в  области разработки экспертных    систем,   основанных   на   использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или  специалисту  получать консультации экспертов по любым вопросам, о которых этими системами накоплены знания. Основные компоненты информационной технологии,  используемой в экспертной системе: интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы.

Сходство информационных технологий, используемых в экспертных системах и системах поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они  обеспечивают  высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеются и существенные различия. Решение  проблемы  в  рамках систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности  получить и осмыслить решение.  Технология экспертных систем,  наоборот, предлагает пользователю принять  решение,  превосходящее  его возможности. Другое  отличие  указанных  технологий  выражается  в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения.  Часто  эти  пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с использованием  нового  компонента  информационной  технологии - знаний.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

Современные информационные системы (ИС),  реализующие  интеграцию данных, характеризуются огромными объемами хранимых  данных,  сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования  многочисленных  пользователей.  Лекция   дает представление о базах данных (БД),  возможностях систем управления   базами данных (СУБД) и их использовании.  Основные  функциональные возможности  и технологические операции работы в СУБД рассматриваются без привязки к конкретному типу программного продукта. Подобные систематизированные знания являются базовыми для практического освоения любых СУБД.

Цель информационной системы - обработка данных об объектах реального  мира.  В  широком смысле база данных - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в  какой-либо  предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению. Создавая базу данных,  пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро извлекать выборку с  произвольным сочетанием признаков.  Это возможно сделать, если данные структурированы. Структурирование - введение соглашений о способах представления данных.

Пользователями базы  данных  могут  быть различные прикладные программы, а также специалисты предметной области, выступающие  в  роли  потребителей или источников данных, называемые конечными пользователями.

В современной технологии баз данных предполагается,  что создание базы данных,  ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к  ней  осуществляется  централизованно с помощью специальных программных средств - системы управления базами данных.

База данных  (БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области.

Система управления  базами данных (СУБД) - это комплекс программных и языковых средств,  необходимых для создания баз  данных, поддержания их  в  актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Централизованный характер  управления  данными  в базе данных предполагает необходимость существования некоторого  лица  (группы лиц), на  которое  возлагаются  функции администрирования данными, хранимыми в базе.

Классификация баз данных

По технологии обработки  данных БД подразделяются на централизованные и распределенные. Централизованная база  данных хранится в памяти  одной  вычислительной  системы.  Если  эта  вычислительная система является компонентом  сети  ЭВМ,  возможен  распределенный доступ  к такой базе.  Такой способ использования баз данных часто применяется в  локальных  сетях  ПК.  Распределенная  база  данных состоит из нескольких,  возможно пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базы данных (СУРБД).

По способу доступа  к данным БД разделяются на БД  с локальным доступом и БД с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных БД с сетевым  доступом  предполагают различные архитектуры подобных систем:

- файл-сервер;

- клиент-сервер.

Архитектура файл-сервер предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов).  На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций,  с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы БД в соответствии с пользовательскими  запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обработка. Пользователи  могут также создавать на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно.

В архитектуре клиент-сервер подразумевается,  что помимо хранения  централизованной  БД  центральная машина (сервер БД) должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных.  Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере.  Извлеченные данные (но  не  файлы)  передаются по сети от сервера к  клиенту.

Структурные элементы БД: поле, запись, файл (таблица).

Поле -  элементарная  единица  логической организации данных, которая соответствует неделимой единице  информации  -  реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики:

имя, например, ФИО

тип, например, символьный, числовой, календарный;

длина, определяемая  максимально возможным количеством символов, например, 15 байт;

точность для числовых данных.

Запись -  совокупность  логически связанных полей.  Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл (таблица)  -  совокупность  экземпляров  записей   одной структуры.

В структуре записи файла указываются поля, значения которых являются ключами: первичными (ПК), которые идентифицируют экземпляр  записи,  и вторичными (ВК),  которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков (по значению вторичного  ключа можно найти несколько записей).

Виды моделей данных

Ядром любой БД является модель данных - совокупность структур данных и операций их  обработки.

СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, а также на комбинации этих моделей.

Иерархическая модель данных -  древовидная.  Объекты  связаны иерархическими отношениями подобно перевернутому дереву.  К основным понятиям иерархической структуры относятся:  уровень,  элемент (узел), связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.  Каждый узел на более низком  уровне  связан только с одним узлом,  находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную  никакой  другой  вершине  и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д.  уровнях. В каждой записи БД существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

В сетевой  модели  данных  при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Реляционная модель данных (англ.  relation - отношение) отличается простотой  структуры данных,  удобным для пользователя табличным представлением. Эта модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.  Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

- каждый элемент таблицы - один элемент данных;

- все столбцы в  таблице  однородные,  т.е.  все  элементы  в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

- каждый столбец имеет уникальное имя;

- одинаковые строки в таблице отсутствуют;

- порядок следования строк и столбцов может  быть  произвольным.

Отношения представлены в виде таблиц,  строки  которых  соответствуют записям  (кортежам),  а столбцы - полям  (атрибутам отношений, доменам).  Поле, каждое значение которого однозначно определяет  соответствующую запись,  называется простым ключом  (ключевым полем).  Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица БД имеет составной ключ. Чтобы связать две реляционные таблицы,  необходимо  ключ  первой  таблицы  ввести  в состав  ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей);  в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

Информационный  объект  -  это описание реального объекта,  явления,  процесса,  события в виде совокупности логически связанных реквизитов  (информационных элементов).

Информационный объект определенного  реквизитного  состава  и структуры образует класс (тип),  ему присваивается уникальное имя (символьное обозначение).

Информационный объект  имеет множество реализаций - экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и идентифицируется значением ключа (простого - один реквизит или составного - несколько реквизитов).  Остальные реквизиты информационного объекта являются описательными. Одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть  ключевыми, а  в  других - описательными.  Информационный объект может иметь несколько ключей.

Одни и  те  же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений  взаимосвязанных информационных объектов.  Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной,  т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.  Определенный  набор  отношений   обладает   лучшими свойствами при включении,  модификации,  удалении данных,  чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.