Системы управления базами данных

Нормализация отношений  -  формальный  аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц),  который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) БД.

Все информационные  объекты  предметной области связаны между собой. Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот. При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с  1  экземпляром объекта А. Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый  момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот.

БД и  программные средства их создания и ведения (СУБД) имеют многоуровневое строение. Различают концептуальный, внутренний и внешний уровни представления данных БД,  которым соответствуют модели аналогичного назначения.      Концептуальный уровень  соответствует   логическому представлению данных  предметной  области  в обобщенном виде. Концептуальная модель состоит из логически структурированных  различных типов данных. Внутренний уровень  отображает организацию данных в среде хранения  и  соответствует физическому представлению данных.  Внутренняя модель  состоит из  отдельных записей, физически хранимых во внешних носителях. Внешний уровень  поддерживает  частные  представления данных,    требуемые конкретным пользователем.  Внешняя модель  является частью (подмножеством) концептуальной модели. С помощью внешних моделей поддерживается санкционированный доступ к  различным приложениям. Проектирование БД состоит в построении  комплекса  взаимосвязанных моделей данных.

Важнейшим этапом проектирования БД является разработка  инфологической (информационно-логической)  модели  предметной области, не ориентированной на конкретную СУБД.  Эта модель отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей. Инфологическая модель  предметной  области  строится  первой. Затем на ее основе строятся концептуальная (логическая), внутренняя (физическая) и внешняя модели.

СУБД  - это программная  система,  предназначенная для создания  на ЭВМ общей БД,  используемой для решения множества задач.  Подобные системы служат  для  поддержания  БД  в  актуальном состоянии и обеспечивают эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных пользователям полномочий. СУБД  предназначена  для  централизованного управления БД в интересах всех работающих в этой системе.

По степени универсальности различают два класса СУБД:

- системы общего назначения;

- специализированные системы.

СУБД общего назначения не ориентированы на  какую-либо  предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей. Каждая система такого рода  реализуется  как  программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многим  пользователям как  коммерческое изделие.  Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных.  Этим СУБД  присущи развитые  функциональные  возможности и даже определенная функциональная избыточность.  Использование СУБД общего назначения в  качестве средства для создания автоматизированных информационных систем,  основанных на технологии БД, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить ресурсы. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при  невозможности  или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.      СУБД общего  назначения  - это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций,  связанных с созданием и эксплуатацией БД.  Рынок программного обеспечения персональных компьютеров предлагает разнообразные  по  своим функциональным возможностям коммерческие СУБД общего назначения, а также средства их окружения практически для всех массовых  моделей машин  и  для  различных операционных систем.  СУБД - лидеры рынка программ:  dBASE IV 2.0 и Paradox 4.5 компании Borland International; Microsoft Access 2.0; Microsoft FoxPro 2.6.

Производительность СУБД оценивается:

- временем выполнения запросов;

- скоростью поиска информации в неиндексированных полях и др.

Современные СУБД обладают средствами обеспечения  целостности данных и  надежной  безопасности.

Обеспечение целостности данных на уровне БД  подразумевает наличие  средств,  позволяющих  удостовериться,  что информация в БД всегда остается корректной и полной.  Установлены правила  целостности,  и  они  хранятся  вместе  с БД и соблюдаться на глобальном уровне. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память.

Access и  Paradox for Windows гораздо ближе других СУБД соответствуют реляционной модели по надежности сохранения  целостности данных на уровне БД;  правила хранятся вместе с БД и автоматически соблюдаются. СУБД dBASE IV и FoxPro не  обладают средствами этого рода, обеспечение целостности возлагается  на  программистов.

Некоторые СУБД имеют средства обеспечения  безопасности  данных. Они обеспечивают выполнение следующих операций:  шифрование прикладных программ и данных;  защиту паролем; ограничение доступа. Самый высокий уровень безопасности данных реализован  в  СУБД dBASE IV.  Администратор может назначать системе  различные  права доступа на уровне файла, поля, а также организовать автоматическое шифрование данных.  Хорошими  характеристиками  обеспечения  безопасности отличается Access 2.0.  Он предусматривает назначение паролей для индивидуальных пользователей или групп  пользователей  и присвоение различных прав доступа отдельно к таблицам, запросам, отчетам, макрокомандам, новым объектам на уровне пользователя или группы.

Практически все современные СУБД предназначены для работы в многопользовательских  средах.  Лучшими  возможностями для этого обладают СУБД Paradox  4.5, Access 2.0, dBASE IV.

Функция импорт-экспорт отражает возможности: обработки СУБД информации, подготовленной другими программными средствами; использования другими программами данных, сформированных средствами рассматриваемой СУБД. Все вышеуказанные СУБД обладают хорошими возможностями импорта-экспорта данных.

Функциональные возможности  моделей данных доступны пользователю СУБД благодаря ее языковым средствам. Эти средства  используются  для выполнения двух основных функций:

- описания представления БД;

- выполнения операций манипулирования данными.

Первая из  этих функций обеспечивается языком описания (определения) данных (ЯОД).  Описание БД (структуры БД,  ограничений целостности и др.) с помощью ЯОД называется схемой базы  данных

Язык манипулирования данными  (ЯМД) позволяет реализовать предусмотренные в системе операции над данными из БД.  Например, язык программирования Access Basic  позволяет  управлять  объектами  из других прикладных программ,  создавать объекты БД (запросы, таблицы),  изменять структуру БД и создавать индексы непосредственно из прикладной программы.

Программы СУБД имеют достаточное количество команд,  у каждой из которых возможны различные параметры (опции). Такая система команд совместно с дополнительными опциями образует меню. Совокупность команд, предоставляемых в распоряжение пользователя некоторой усредненной СУБД,  может быть разбита на  следующие типовые группы: команды для работы с файлами;  редактирования; форматирования;  для работы с окнами; для работы в основных режимах СУБД (таблица, форма, запрос, отчет);  получение справочной информации.

При работе с СУБД на экран выводятся рабочее поле и панель управления.  Последняя включает меню,  вспомогательную область управления и строку подсказки. Строка меню содержит основные режимы программы.  В строке  состояния  (статусной строке) содержатся сведения о текущем режиме работы программы.  Панель инструментов  (пиктографическое меню)  состоит из кнопок (пиктограмм) для быстрого выполнения определенных команд меню и функций программы.

Важная особенность СУБД - использование буфера промежуточного хранения при выполнении ряда операций.  Содержимое буфера сохраняется до тех пор, пока в него не будет записана новая порция данных.

Ввод данных и изменение содержимого любых  полей  таблиц  БД, компонетов экранных  форм  и отчетов производится с помощью команд редактирования,  главными из которых являются  перемещение, копирование, удаление.  Современные СУБД позволяют вставлять диаграммы,  рисунки и т.п.,  включая объекты, созданные в других программных средах,  устанавливать связи между объектами. Среди команд редактирования особое место занимают команды нахождения  и  замены определенного пользователем контекста в пределах всего документа или выделенной его части,  а также отмена  последней введенной  команды (откатка).

Важное значение имеет визуальное представление данных при выводе. Большинство СУБД предоставляют в  распоряжение  пользователя большое число команд, связанных с оформлением выводимой информации.

Современные СУБД  позволяют  открывать одновременно множество окон, организуя "многооконный режим" работы.

СУБД имеют в  своем  составе  электронные  справочники,  предоставляющие пользователю  инструкции  по выполнению  основных операций.  Особенностью получения справочной информации с помощью электронного справочника является то,  что он выдает информацию в зависимости от ситуации, в которой оказался пользователь.

В качестве основных этапов  обобщенной  технологии  работы  с СУБД можно выделить следующие:

- создание структуры базы данных;

- ввод и редактирование данных в таблицах;

- обработка данных, содержащихся в таблицах;

- вывод информации из БД.

Практически все используемые СУБД хранят данные следующих типов: текстовый (символьный),  числовой,  календарный,  логический, примечание.

Если обрабатываемая  БД  включает  несколько  взаимосвязанных таблиц, то необходимо определение ключевого поля в каждой таблице, а  также полей,  с помощью которых будет организована связь между таблицами.

Создание структуры таблицы не связано  с  заполнением  таблиц данными, поэтому эти две операции можно разнести во времени.

Заполнение таблиц данными возможно как непосредственно вводом данных, так и в результате выполнения программ и запросов.

Практически все СУБД позволяют  вводить и корректировать данные в таблицах двумя способами:

- с помощью стандартной формы  в виде таблицы (по умолчанию);

- с помощью экранных форм, специально создаваемых пользователем.

СУБД, работающие с WINDOWS, позволяют вводить в созданные экранные формы рисунки,  узоры,  кнопки.  Возможно построение  форм, включающих записи различных связанных таблиц БД.

Обрабатывать информацию,  содержащуюся в таблицах  БД,  можно путем использования  запросов или в процессе выполнения специально разработанной программы.

Запрос представляет собой инструкцию на отбор записей.

Большинство СУБД разрешают использовать запросы следующих типов:

- запрос-выборка  - для отбора данных,  хранящихся в таблицах, и не изменяющий эти данные;

- запрос-изменение -  для изменения или перемещения  данных  (к этому типу относятся запросы:  на добавление записей, на удаление записей, на создание таблицы, на обновление);

- запрос  с  параметром,  позволяющий  определить  одно   или несколько условий отбора во время выполнения запроса.

Самым распространенным типом запроса является запрос  на  выборку.

Результатом выполнения запроса является таблица  с  временным набором данных (динамический набор).  Записи динамического  набора могут  включать поля из одной или нескольких таблиц БД.  На основе запроса можно построить отчет или форму.

Практически любая СУБД позволяет вывести  на экран  и  принтер информацию, содержащуюся в БД, из режимов таблицы или формы. Такой порядок вывода  данных  может использоваться как черновой вариант, т.к.  позволяет выводить данные только в точно таком виде, в каком они содержатся в таблице или форме.

В СУБД предусмотрены специальные средства создания отчетов  для  вывода данных. Используя их, пользователь получает дополнительные возможности:

- включать в отчет выборочную информацию из таблицы БД;

- включать в отчет информацию из разных связанных таблиц БД;

- добавлять информацию, не содержащуюся в БД;

- при необходимости выводить итоговые данные на основе информации БД;

- располагать выводимую в отчете информацию в удобном виде (вертикальное или горизонтальное  расположение полей).

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Одно из актуальных направлений информатики - интеллектуализация информационных технологий. В результате пользователь сможет не только получить сведения на основе обработки данных,  но и использовать по интересующей его проблеме накопленный опыт и знания профессионалов. Интеллектуальные системы и технологии применяются для распространения профессионального опыта и  решения  сложных  научных задач.  Для обработки и моделирования знаний применяются специальные модели и создаются базы знаний.

Идея  создания искусственного подобия человеческого разума для моделирования мыслительной способности известна  с  древнейших времен. В XIV в. пытались создать машину для решения различных задач на основе всеобщей классификации понятий. Однако развитие  искусственного  интеллекта  как  научного направления стало возможным только после создания ЭВМ.  В 40-х  гг.  ХХ  в.  Н.Винер создал  свои основополагающие работы по новой науке - кибернетике.

Термин  искусственнный   интеллект  (artificial  intelligence) предложен в США в 1956 г.  Как отрасль науки искусственный интеллект сразу же разделился на два  основных  направления: нейрокибернетику и кибернетику "черного ящика".  Сейчас наметилась тенденция к объединению этих частей вновь в единое целое.