C.1.1. Архитектура БД

БД имеют определенную архитектуру, т.е. данные, хранимые в базе, описываются некоторой моделью представления данных. К числу классических относятся следующие модели данных: иерархическая, сетевая, реляционная.

В конце 70-х гг. были разработаны иерархические и сетевые СУБД.

Иерархические СУБД - использовали модели данных, в которой связи между данными имеют вид иерархии.

Такую архитектуру характеризует наличие однонаправленных связей между объектами базы данных, т.е. это упорядоченный набор деревьев, где есть корень-предок и потомки-поддеревья. Последняя существующая иерархическая архитектура. СУБД DIAMS. У каждого потомка имеется только один предок. В иерархической СУБД все файлы связаны между собой физическими указателями, т.е. физическими адресами, где запись находится на диске.

Связи между данными в иерархической модели показаны на рис. 1.1.

Рис. 1. 1. Представление связей в иерархической модели

 В этой модели каждая запись базы данных представляла конкретную деталь, между записями существовали отношения предок-потомок, связывающие каждую часть с деталями, входящими в нее, чтобы получить доступ к данным программа могла:

1. найти конкретную деталь по ее номеру.

2. перейти вниз к 1-му  потомку.

3. Перейти вверх к предку.

4. Перейти в сторону к другому потомку.

Т.о. для чтения данных из базы данных требовалось перемещение по записям. Перемещение осуществлялось за счет указателей.

Между предками и потомками автоматически поддерживается контроль целостности связей, т.е.: потомок не может существовать без родителя, а у некоторых родителей может не быть потомков. Механизмы поддержания целостности связей между записями различных деревьев отсутствуют.

Достоинства: 1)эффективное использование памяти ЭВМ. 2)модель данных удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией.

Недостатки: 1) громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими связями, а также сложность понимания для обычного пользователя. 2) не все связи между данными можно представить в виде иерархии.

Сетевые архитектуры - характеризует то, что связи между объектами базы данных не упорядочены и представляют сеть, т.е. поддеревья-потомки, могут иметь любое число корней. В таких моделях также использовались физические указатели. Последняя существующая структура подобной архитектуры- базы данных . DB Vista.

Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа, обобщая тем самым иерархическую модель данных (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Представление связей в сетевой модели

Сетевая БД состоит из набора записей и набора соответствующих связей. Если в иерархических структурах запись √ потомок могла иметь только одну запись предка, то в сетевой модели данных запись √ потомок может иметь произвольное число записей √ предков (сводных родителей).

╚+╩: 1)возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. 2)большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей.

╚-╩:1)высокая сложность схемы БД, построенной на ее основе, 2) сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем. 3)ослаблен контроль целостности данных связей.

В 1970 г. Е.Ф.Кодд предложил, что данные можно связывать в соответствии с их внутренними логическими взаимоотношениями, а не физическими указателями. Эта теория стала революционным событием в развитии базы данных .

Кодд предложил модель данных, в которой все данные связаны  в таблицы, состоящие из строк и столбцов. Эти таблицы получили название реляций, а модель стала называться реляционной.

Для работы с ней в основе лежит аппарат реляционной алгебры и реляционного исчисления, которые обеспечивают работу с данными на основе логических характеристик, а не физических указателей.

В реляционной БД пользователь указывает данные которые для него необходимы, а не то, как осуществить доступ к этим данным. Процесс перемещения по БД осуществляется автоматически. Реляционные БД выполняют и функцию каталога, в нем содержится описание всех объектов из которых состоит БД: триггеры, индекс, процедуры и таблицы.

В 1970 г. Кодд разработал правила реляционной модели:

1. Вся информация представлена в виде реляционных таблиц

2. Реляционная СУБД поддерживает три реляционных оператора (Выбор, Проектирование и Объединение), с помощью которых пользователь получает данные . Модель также поддерживает теоретико √ множественные операции (Объединение, Пересечение, Дополнение).

3. Поддерживает логическую структуру данных не зависимо от их физического представления.

4. Использует язык высокого уровня для структурирования, выполнения запросов и изменения информации.

5. Поддерживает виртуальные таблицы, обеспечивая пользователям альтернативный способ просмотра данных

6. Обеспечивает механизмы для поддержки целостности, транзакции и восстановления данных.

Элементы РМД и формы их представления приведены в таблице 1.

Таблица.1 Элементы реляционной модели

Итак, каждая таблица состоит из строк и столбцов, каждая строка  описывает отдельный объект, каждый столбец характеризует объект.

Каждый элемент данных или значения определяется пересечением строки и столбца. Для того, чтобы знать требуемый элемент надо знать: 1) имя табл. 2) значение РК или уникального идентификатора.

Для реляционных БД характерна независимость на физическом и логических уровнях.

Свойства отношений:

1. Отношение не должно содержать двух одинаковых  картежей.

2. Картежи не упорядочены сверху вниз

3. Атрибуты в заголовке располагаются произвольно

4. Значения атрибутов состоят из логически не делимых единиц.

 Реляционная модель представляет собой логически связанные между собой сущности.

Типы связей:

1. один √ ко √ многим. (каждому значению одного объекта соответствует множество значений другого объекта)

2. один √ к √ одному

3. многие √ ко √ многим. (Надо разбивать)

Примером Объектно-реляционной СУБД можно считать продукты Oracle 8.x

Дальнейшим развитием реляционной базы данных  является создание объектно-ориентированной базы данных и переход в работе  на технологию клиент-сервер.

Система клиент-сервер - это локальная сеть, состоящая из клиентов-компьютеров, которую обслуживает компьютер-сервер.

Сервер базы данных - это программа, которая запускается на машине-сервере и обслуживает доступ клиентов к базе данных.

Сервер обслуживает запросы клиентов по доступу к базе данных ,обновлению данных, защите данных, резервному копированию и т.д., сервер обслуживает сразу несколько клиентов.

Клиент - обрабатывает информацию. Возможны следующие конфигурации:

Положительным моментом организации ИС по архитектуре клиент √ сервер является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей корпоративной информации и индивидуальной работой пользователей над персональной информацией.

Исторически первыми появились распределенные ИС с применением    файл √ сервера (рис.2). Файлы БД передаются на персональные компьютеры, где производится их обработка. Недостаток такого варианта архитектуры - передача избыточных данных.

Структура распределенной ИС, построенной по архитектуре клиент √ сервер с использованием сервера БД, показана на рис. .3. При такой архитектуре сервер БД обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Формируемые пользователем или приложением запросы поступают к серверу БД в виде инструкций языка SQL. Сервер БД выполняет поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. ╚+╩ такого подхода в сравнении с предыдущим является заметно меньший объем передаваемых данных.

Для создания и управления персональными БД и приложений, работающих с ними, используются СУБД, такие как Access  и Visual FoxPro фирмы Microsoft,       Paradox     фирмы Borland.

Корпоративная БД создается, поддерживается и функционирует под управлением сервера БД, например Microsoft SQL Server или Oracle Server.

В зависимости от размеров организации и особенностей решаемых задач ИС может иметь одну из следующих конфигураций:

1. компьютер √ сервер, содержащий корпоративную и персональные базы;

2. компьютер √ сервер и персональные компьютеры с ПБД;

3. несколько компьютеров √ серверов и персональных компьютеров с ПБД.

Использование архитектуры клиент √ сервер дает возможность постепенного наращивания ИС предприятия, во-первых, по мере развития предприятия, во-вторых, по мере развития самой ИС.

Разделение общей БД на корпоративную БД и персональные БД позволяет уменьшить сложность проектирования БД, а значит снизить вероятность ошибок при проектировании и стоимость системы.

Важнейшим достоинством применения БД в ИС является обеспечение независимости данных от прикладных программ.