Основные понятия БД и СУБД

1. История развития СУБД
В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД – система IMS фирмы IBM
Первый этап
В 1975 году появился первый стандарт СУБД, разработанный ассоциацией по языкам систем обработки данных – Conference of Data System Language (CODASYL).

Особенности 1-го этапа развития СУБД (Файлы и файловые системы):
все СУБД базировались на мощных мультипрограммных ОС (RSX, UNIX);
функции управления распределением ресурсов в основном осуществлялись ОС;
поддерживались языки низкого уровня манипулирования данными;
значительная роль отводилась администрированию данных;

В 1981 году Э.Ф. Кодд создал реляционную модель данных и применил к ней операции реляционной алгебры. В истории развития баз данных можно выделить следующие этапы:
Файлы и файловые системы;
Базы данных на больших ЭВМ. Первые СУБД;
Эпоха персональных компьютеров. Настольные СУБД;
Распределенные базы данных.

Второй этап (80-е года XX века) развития СУБД связан с организацией БД на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ, мини-ЭВМ типа PDP11 (фирмы Digital Equipment Corporation — DEC) и на разных моделях HP (фирмы Hewlett Packard).

создана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной модели данных;
введено понятие транзакции (группа логически объединённых последовательных операций по работе с данными, обрабатываемая или отменяемая целиком);
появлялись первые языки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных, однако стандарты для этих языков отсутствовали.

Третий этап (90-е года XX века) связан с внедрением персональных компьютеров - ПЕРСОНАЛИЗАЦИЯ.
все СУБД были рассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом, в редких случаях предполагалась последовательная работа нескольких пользователей;
большинство СУБД имели развитый и удобный пользовательский интерфейс и инструментарий для разработки готовых приложений без программирования;

при наличии высокоуровневых языков манипулирования данными типа реляционной алгебры и SQL (Structured Query Language) в настольных СУБД поддерживались низкоуровневые языки манипулирования данными на уровне отдельных строк таблиц;
Примеры настольных СУБД - dBasе, FoxPro, Clipper, Paradox.

Решение этих задач привело к появлению распределенных данных, сохраняющих все преимущества настольных СУБД и в то же время позволяющих организовать параллельную обработку информации и поддержку целостности БД.

1.1. Архитектурные решения доступа к данным в компьютерных сетях
1. Централизованная архитектура

2. Архитектура "файл-сервер"

3. Архитектура "клиент-сервеp“.

Архитектура «клиент-сервер» определяет общие принципы организации взаимодействия в сети, где имеются серверы, узлы-поставщики некоторых специфичных функций (сервисов) и клиенты, потребители этих функций.
Практические реализации архитектуры «клиент-сервер» называются клиент-серверными технологиями.

Представление данных — на стороне клиента.
Прикладной компонент — на выделенном сервере приложений (как вариант, выполняющем функции промежуточного ПО).
Управление ресурсами — на сервере БД, который и представляет запрашиваемые данные.

Клиент-серверные технологии
(сервисы и серверы):
Web-серверы
Серверы приложений
Серверы баз данных
Файл-серверы
Прокси-сервер
Файрволы (брандмауэры)
Почтовые серверы
Серверы удаленного доступа (RAS) (Remote Access Service)

Особенности 4-го этапа развития СУБД - ИНТЕГРАЦИЯ:
большинство современных СУБД рассчитаны на многоплатформенную архитектуру, т.е. они могут работать на компьютерах с разной архитектурой и под разными ОС;
разработаны ряд стандартов в рамках языков описания данных и языков манипулирования данными, например SQL, и технология по обмену данными между различными СУБД, например протокол ODBC (Open DataBase Connectivity) фирмы Microsoft.

Представителями СУБД, относящимися к этому этапу, являются MS Access и все современные серверы баз данных - Orасlе, MS SQL, Informix, DB2, SQL Base и др.

Четвертый этап характеризуется использованием сети Интернет.
Основное отличие этого подхода от технологии клиент-сервер состоит в том, что в этом случае нет необходимости использования специализированного клиентского ПО.
Для работы с удаленной БД используется стандартный браузер Интернета.

При этом встроенный в загружаемые пользователем HTML-страницы код, написанный обычно на языках Java, Java-script, Perl и др., отслеживает все действия пользователя и транслирует их в низкоуровневые SQL-запросы к БД, выполняя таким образом ту работу, которой в технологии клиент-сервер занимается клиентская программа.

Однако беспрецедентные объемы данных заставляют разработчиков и бизнес использовать альтернативы реляционных баз данных, работающих более тридцати лет. В совокупности все эти технологии известны как «NoSQL базы данных». Термин «NoSQL» был придуман Эриком Эвансом (Eric Evan / Racker).

Классификация СУБД.
По языкам общения СУБД делятся на открытые (используются универсальные языки программирования), замкнутые (собственные языки общения с пользователями) и смешанные.
По числу уровней в архитектуре различают одноуровневые, двухуровневые, трехуровневые системы.
По сфере возможного применения различают универсальные и специализированные, обычно проблемно-ориентированные СУБД.

СУБД поддерживают разные типы данных.
Набор типов данных, допустимых в разных СУБД, различен. В настоящее время наблюдается тенденция к расшире­нию числа используемых типов данных. Кроме того, ряд СУБД позволяет разработчику (прикладному программисту или адми­нистратору БД) добавлять новые типы данных и новые операции над этими данными. Такие системы называются расширяемыми системами баз данных (РСБД).

Функции системы управления базами данных.
1. Определение структуры создаваемой базы данных, ее инициализация и проведение начальной загрузки.
2. Предоставление пользователям возможности манипулирования данными (выборка необходимых данных, выполнение вычислений, разработка интерфейса ввода/вывода, визуализация).
3. Обеспечение независимости прикладных программ и данных (логической и физической независимости).
4. Защита логической целостности базы данных.
5. Защита физической целостности.
6. Управление полномочиями пользователей на доступ к базе данных.
7. Синхронизация работы нескольких пользователей.
8. Управление ресурсами среды хранения.
9. Поддержка деятельности системного персонала.

Транзакция – это законченный блок обращений к базе данных, для которого гарантируется выполнение четырех условий ACID:
Атомарность (Atomicity);
Согласованность (Consistency);
Изолированность (Isolation);
Долговременность (Durability).

2. Основные понятия и определения теории баз данных
Предметная область - отражение в БД совокупности и объектов реального мира с их связями, относящимися к некоторой области знаний и имеющих практическую ценность для пользователя.
Объектом называется элемент ИС, сведения о котором хранятся в БД. Объект называют сущностью (от англ, entity) - например, таблица.

Атрибут - это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект характеризуется некоторым набором атрибутов – столбец, поле.
Элемент данных - содержимое одной ячейки атрибута – содержание ячейки в столбце.
Запись данных (англ. record) - это совокупность значений связанных элементов данных - строка.
Ключевым элементом данных называются такой атрибут (или группа атрибутов), который позволяет определить значения других элементов-данных – столбец/столбцы в таблице, позволяющий однозначно определить запись.

Первичный ключ - это атрибут (или группа атрибутов), который уникальным образом идентифицируют каждый экземпляр объекта (запись).
Вторичным ключом называется атрибут (или группа атрибутов), значение которого может повторяться для нескольких записей (экземпляров объекта). Прежде всего вторичные ключи используются в операциях поиска записей.