Основы теории базы данных

Базы данных: понятия, классификация, требования

Существует множество определений базы данных (БД). Общепризнанная единая формулировка отсутствует. Ниже приведено несколько примеров определений.

База данных (БД) — это данные, организованные в виде набора записей определенной структуры и хранящиеся в файлах, где, помимо самих данных, содержится описание их структуры. Система управления базами данных (СУБД) — это система, обеспечивающая ввод данных в БД, их хранение и восстановление в случае сбоев, манипулирование данными, поиск и вывод данных по запросу пользователя [7, с.185].

База данных — организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей [20, с.98].

База данных — совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации [21, с.27].

Чаще используются следующие признаки, позволяющие определить информацию как базу данных [30, с.84]:

• — БД хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Таким образом, любые некомпьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки, картотеки и т. п.) базами данных не являются.
• — Данные в БД логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе. Структурированность подразумевает явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизацию элементов и связей, при которой с типом элемента (связи) соотносится определённая семантика и допустимые операции.
• — БД включает метаданные, описывающие логическую структуру БД в формальном виде (в соответствии с некоторой метамоделью). В соответствии с ГОСТ Р ИСО МЭК ТО 10 032−2007, «постоянные данные в среде базы данных включают в себя схему и базу данных. Схема включает в себя описания содержания, структуры и ограничений целостности, используемые для создания и поддержки базы данных. База данных включает в себя набор постоянных данных, определенных с помощью схемы. Система управления данными использует определения данных в схеме для обеспечения доступа и управления доступом к данным в базе данных».

Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям. Например, в «Энциклопедии технологий баз данных» определяются свыше 50 видов БД [20, с.87].

Базы данных можно классифицировать по различным основаниям деления, например:

• — по модели данных:
  • · иерархические;
  • · сетевые;
  • · реляционные;
  • · объектные и объектно-ориентированные;
  • · объектно-реляционные.
• — по среде физического хранения:
• · БД во вторичной памяти (традиционные): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) — как правило, жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь кеш и данные для текущей обработки;
• · БД в оперативной памяти: все данные находятся в оперативной памяти;
• · БД в третичной памяти: средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило, на основе магнитных лент или оптических дисков. Во вторичной памяти сервера хранится только каталог данных третичной памяти, файловый кеш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.
• — по технологии обработки:
  • · 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 часто применяется в локальных сетях;
  • · распределенная БД состоит из нескольких пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ компьютерной сети;
• — по способу применения и сфере использования
• · транзакционные (рабочая или операционная, каждая запись которой представляет собой транзакцию, на которую отводится мало времени и результат запроса отображается в наикратчайшие сроки) [44];
• · БД поддержки принятия решения обеспечивающая на базе имеющихся данных получение информации, необходимой для тактического планирования и деятельности [42].

БД должна соответствовать следующей системе требований:

• — многократное использование;
• — быстрый поиск и получение информации по запросам;
• — простота обновления;
• — уменьшение избыточности данных;
• — защита от несанкционированного доступа;
• — защита от уничтожения данных;
• — максимальная независимость от прикладных программ.

Для успешней реализации системы на основе БД на первом месте стоит проектирование структуры данных, а затем только осуществляется разработка приложений. Плохо спроектированная база данных будет поставлять некорректную информацию, порождать ошибки, способные привести к принятию неправильных решений.

Проектируемая БД должна обладать определенными свойствами. Назовем основные свойства БД [35].

— Целостность.

В каждый момент времени существования БД сведения, содержащиеся в ней, должны быть непротиворечивы. Целостность БД достигается вследствие введения ограничений целостности, в частности, к ним относятся ограничения, связанные с нормализацией БД.

— Восстанавливаемость.

Данное свойство предполагает возможность восстановления БД после сбоя системы или отдельных видов порчи системы. Сюда относится проверка наличия файлов, составляющих приложение. В основном свойство восстанавливаемости обеспечивается дублированием БД и использованием техники повышенной надежности.

— Безопасность.

Безопасность БД предполагает защиту данных от преднамеренного и непреднамеренного доступа модификации или разрушения. Применяется запрещение несанкционированного доступа, защита от копирования и криптографическая защита. Также необходимы и чисто административные меры, например ограничение доступа к носителям информации.

— Эффективность.

Свойство эффективности обычно понимается как:

• · минимальное время реакции на запрос пользователя;
• · минимальные потребности в памяти
• · сочетание этих параметров.

Таким образом, база данных — это организованная структура, предназначенная для хранения информации. В современных базах данных хранятся не только данные, но и информация [7, с.185]. Наиболее известными из корпоративных СУБД являются Oracle, Informix, Sybase, MS SQL Server, Progress и некоторые другие.