Классификация по среде постоянного хранения

· Во вторичной памяти, или традиционная (англ.conventionaldatabase): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) - как правило жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь кэши данные для текущей обработки.

· В оперативной памяти (англ.in-memorydatabase, memory-residentdatabase, mainmemorydatabase): все данные на стадии исполнения находятся в оперативной памяти.

· В третичной памяти (англ.tertiarydatabase): 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 лишь каталог данных третичной памяти, файловый кэш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.

Классификация по содержимому

Примеры:

· Географическая

· Историческая

· Научная

· Мультимедийная

· Клиентская.

Классификация по степени распределённости

Централизованная, или сосредоточенная (англ.centralizeddatabase): БД, полностью поддерживаемая на одном компьютере.

Распределённая БД(англ.distributeddatabase) - составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.

Неоднородная (англ.heterogeneousdistributeddatabase): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД.

Однородная (англ.homogeneousdistributeddatabase): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.

Фрагментированная, или секционированная (англ.partitioneddatabase): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование), вертикальное или горизонтальное.

Тиражированная (англ.replicateddatabase): методом распределения данных является тиражирование (репликация).

Другие виды БД

Пространственная(англ.spatialdatabase): БД, в которой поддерживаются пространственные свойства сущностей предметной области. Такие БД широко используются в геоинформационных системах.

Временная, или темпоральная (англ.temporaldatabase): БД, в которой поддерживается какой-либо аспект времени, не считая времени, определяемого пользователем.

Пространственно-временная (англ.spatial-temporaldatabase) БД: БД, в которой одновременно поддерживается одно или более измерений в аспектах как пространства, так и времени.

Циклическая(англ.round-robindatabase): БД, объём хранимых данных которой не меняется со временем, поскольку в процессе сохранения новых данных они заменяют более старые данные. Одни и те же ячейки для данных используются циклически.

Сверхбольшая база данных (англ.VeryLargeDatabase, VLDB) - это база данных, которая занимает чрезвычайно большой объём на устройстве физического хранения. Термин подразумевает максимально возможные объёмы БД, которые определяются последними достижениями в технологиях физического хранения данных и в технологиях программного оперирования данными.

Количественное определение понятия «чрезвычайно большой объём» меняется во времени. Так, в 1997 году самой большой в мире была текстовая база данных KnightRidder’s DIALOG объёмом 7 терабайт. В 2001 году самой большой считалась база данных объёмом 10,5 терабайт, в 2003 году - объёмом 25 терабайт. В 2005 году самыми крупными в мире считались базы данных с объёмом хранилища порядка сотни терабайт. В 2006 году поисковая машина Googleиспользовала базу данных объёмом 850 терабайт.

К 2010 году считалось, что объём сверхбольшой базы данных должен измеряться по меньшей мере петабайтами.

В 2011 году компания Facebookхранила данные в кластере из 2 тыс. узлов суммарной ёмкостью 21 петабайт; к концу 2012 года объём данных Facebook достиг 100 петабайт, а в 2014 году - 300 петабайт.

К 2014 году по косвенным оценкам компания Google хранила на своих серверах до 10-15 эксабайтданных в совокупности.

По некоторым оценкам, к 2025 году генетики будут располагать данными о геномахот 100 миллионов до 2 миллиардов человек, и для хранения подобного объёма данных потребуется от 2 до 40 эксабайт.

В целом, по оценкам компании IDC, суммарный объём данных «цифровой вселенной» удваивается каждые два года и изменится от 4,4 зеттабайтав 2013 году до 44 зеттабайт в 2020 году.

Исследования в области хранения и обработки сверхбольших баз данных VLDBвсегда находятся на острие теории и практики баз данных. В частности, с 1975 года проходит ежегодная конференция InternationalConferenceonVeryLargeDataBases(«Международная конференция по сверхбольшим базам данных»). Большинство исследований проводится под эгидой некоммерческой организации VLDB Endowment(Фонд целевого капитала «VLDB»), которая обеспечивает продвижение научных работ и обмен информацией в области сверхбольших БД и смежных областях.

Банкданных – автоматизированнаяинформационнаясистемацентрализованногохраненияиколлективногоиспользованияданных. Всоставбанкаданных входятоднаилинесколькобазданных, справочникбазданныхСУБД, атакжебиблиотекизапросовиприкладныхпрограмм.

Банк данных (БнД) - это автоматизированная система специальным образом организованных данных - баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств и персонала, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

Банк данных призван обеспечивать интегрированность и цело­стность баз данных, независимость и минимальную избыточность хранимых данных, их защиту от несанкционированного доступа или случайного уничтожения.

В общем случае банк данных состоит из базы данных (или нескольких баз данных), системы управления базами данных (СУБД), словаря данных, администратора, компьютерной системы и обслуживающего персонала (рисунок 1).

Рисунок 1.Состав банка данных

 

Пользователями компьютерной БД могут быть различные при­кладные программы, программные комплексы, специалисты пред­метной области, выступающие в роли потребителей или источников информации.

Организация данных в базе данных требует предварительного мо­делирования, т.е. построения логической модели данных.

Модель данных - это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к конкретным данным, позволяет разработчикам и пользователям трактовать их уже как информацию - сведения, содержащие не только данные, но взаимосвязь между ними. Главное назначение модели данных - систематизация разнообразной информации и отражение ее свойств по содержанию, структуре, объему, связям, динамике с учетом удовлетворения информационных потребностей всех категорий пользователей.

К классическим моделям представления данных относят иерар­хическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных представляет информационные отображения объектов реального мира - сущности и их связи в виде ориентированного графа, или дерева.

В иерархической модели отношения между Данными бывают типа «родитель - потомки», т.е. у каждого объекта только один родитель (у корневого объекта нет родителя), но в принципе может быть несколь­ко потомков.

Такие отношения принято изображать в виде дерева, где ребро между объектами отображает наличие некоторого отношения, причем название отношения пишется на ребре. Например, между объектами «клиент» и «заказ» может быть отношение, которое называется «делает», а между «заказ» и «товары» - отношение «состоит из».

В случае, когда граф отношений между объектами может представляться не только древовидными структурами, имеют дело с сетевой моделью данных. Сетевая модель организации данных является расширением иерархической модели.

Сетевая модель, как более общая, предоставляет большие возможности по сравнению с иерархической, однако она сложнее в реализации и использовании.

В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД полу­чила реляционная модель данных. Понятие реляционной модели данных (от англий­ского relation - отношение) связано с разработками Е. Кодца. Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата реляционной алгебры и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы — один элемент данных;

Рисунок 2. Структура иерархической модели

 

• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столб­це имеют одинаковый тип (числовой, символьный или другой) 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, а столбцы - полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом. Если записи одно­значно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ. Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы или ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

Проектирование реляционной БД состоит из трех самостоятельных этапов: концептуального, логического и физического проектирования.

Целью концептуального проектирования является разработка БД на основе описания предметной области. Описание должно содержать совокупность документов и данных, необходимых для загрузки в БД, а также сведения об объектах и процессах, характеризующих предметную область. Разработка БД начинается с определения состава данных, подлежащих хранению в БД для обеспечения выпол­нения запросов пользователя. Затем производятся их анализ и структурирование.

Логическое проектирование осуществляется с целью выбора конкретной СУБД и преобразования концептуальной модели в логическую. Разрабатываются структуры таблиц, связи между ними и определяются ключевые реквизиты.

Этап физического проектирования дополняет логическую модель характеристиками, которые необходимы для определения способов физического хранения и использования БД, объема памяти и типа устройств для хранения.

При физической организации баз данных имеют дело не с пред­ставлением данных в прикладных программах, а с их размещением на запоминающих устройствах.

При выборе физической организации решающим фактором является эффективность, причем на первом месте стоит обеспечение эффективности поиска, далее идут эффективность операций занесения и удаления и затем обеспечение компактности данных. Кроме того, в последнее время большую актуальность приобрели проблемы защиты данных от несанкционированного доступа.

В результате проектирования БД должна быть разработана ин­формационно-логическая модель данных, т.е. определен состав реляционных таблиц, их структура и логические связи. Структура реляционной таблицы определяется составом полей, типом и размером каждого поля, а также ключом таблицы.

В последние годы появились и активно внедряются постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная модели данных, разрабатываются системы, основанные на других моделях данных, расширяющих существующие: объектно-реляционные, семантические и др. Некоторые их них служат для интеграции баз данных, баз зна­ний и языков программирования.

Система управления базами данных (СУБД) - комплекс программ­ных и языковых средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. СУБД различают по используемой модели данных. Они обеспечивают многоцелевой характер использования БД, защиту и восстановление данных. Наличие развитых диалоговых средств и языка запросов делает СУБД удобным средством для конечного пользователя.

Язык структурированных запросов SQL (StructuredQueryLanguage) является стандартным языком запросов по работе с реляционными БД. Он предназначен для выполнения операций над таблицами (создание, удаление, изменение структуры) и над данными таблиц (выборка, изменение, добавление и удаление). SQL не содержит операторов управления, организации подпрограмм, ввода-вывода и поэтому автономно не используется. Обычно он погружен в среду встроенного языка программирования СУБД (например, VBA -VisualBasicforApplications СУБД MS Access и др.).

Стандарт языка SQL поддерживает современные реализации ряда языков программирования. В специализированных системах разработки приложений типа клиент-сервер среда программирования, кроме того, обычно дополнена коммуникационными средствами, средствами разработки пользовательских интерфейсов, средствами проектирования и отладки.

Основным назначением языка SQL является подготовка и выполнение запросов пользователей.

К наиболее важным признакам классификации современных СУБД могут быть отнесены:

• среда функционирования - класс компьютеров и ОС для работы СУБД;

• тип поддерживаемой в СУБД модели данных;

• возможности встроенного языка СУБД, его переносимость в другие приложения (SQL, VisualBasic и др.);

• наличие развитых диалоговых средств конструирования таблиц, форм, запросов, отчетов, макросов и средств работы с БД;

• возможность работы с нетрадиционными данными в корпоративных сетях (страницы HTML, сообщения электронной почты, звуковые файлы, изображения и др.);

• уровень использования - локальная СУБД (для настольных систем), архитектура клиент-сервер, многопроцессорная СУБД (с параллельной обработкой данных);

• использование объектной технологии OLE (ObjectLinkingandEmbedding - связывание и внедрение объектов);

• возможности интеграции данных из разных СУБД;

• степень поддержки языка SQL и возможности работы с сервером баз данных (SQL-сервером);

• наличие средств приложений, позволяющих не проводить полной инсталляции СУБД для тиражируемых приложений пользователя.

Приложение - программа или комплекс программ, которые обеспечивают автоматизацию обработки данных для прикладной задачи пользователя, работающего с БД. В общем случае с одной БД могут работать несколько различных приложений. Например, если БД моделирует некоторое предприятие, то для работы с ней могут быть созданы приложения: одно - обслуживающее подсистему учета кадров, другое - подсистему расчета заработной платы сотрудников, третье - подсистему складского учета и т.д. Предпо­лагается, что приложения, работающие с одной БД, могут работать параллельно и независимо друг от друга, и именно СУБД призвана обеспечить их работу с БД так, чтобы каждое из них выполнялось корректно и учитывало все изменения в БД, вносимые другими приложениями.

Приложения создаются с помощью системы программирования, использующей средства доступа к БД.

Услугами банка данных пользуется большое число пользователей. Поэтому в банке данных предусматривается словарь данных - подсистема банка данных, предназначенная для хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов БД друг с другом, типах данных и форматах их представления, кодах защиты и разграничения доступа и т.п.

Функционирование банка данных невозможно без участия специалистов - администраторов БД. Это группа пользователей, отве­чающих за выработку требований к БД, ее проектирование, создание, эффективное использование и сопровождение. Для выполнения функций администратора в СУБД предусмотрены различные служебные программы. При работе в компьютерной сети администратор БД, как правило, взаимодействует с администратором сети.

Компьютерная система, на базе которой функционирует банк данных, представляет собой совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих компьютеров и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема, обработки и выдачи информации пользователям. Используемая система должна иметь процессоры с приемлемой мощностью, достаточный объем оперативной и внешней памяти.

Обслуживающий персонал банка данных (программисты, инжене­ры по техническому обслуживанию компьютеров, административный аппарат) призван поддерживать технические и программные средства в работоспособном состоянии, осуществлять обеспечение совместимо­сти и взаимодействия всех составляющих, контроль за работой банка данных, за качеством информации.

Банк данных и БД в случае расположения на одном компьютере называются локальными, при расположении на нескольких компьютерах, соединенных компьютерной сетью, распределенными.

Локальные базы и банки данных предназначены для организации более простого и дешевого способа информационного обслуживания пользователей, работающих с небольшими объемами данных при решении несложных задач.

Системы распределенных баз данных состоят из набора узлов, связанных вместе коммуникационной сетью, в которой:

1) каждый узел обладает своими собственными системами баз данных;

2) узлы работают согласованно, поэтому пользователь может получить доступ к данным на любом узле сети, как будто все данные находятся на его собственном узле. На рисунке 2 приведен пример распределенной базы данных.

 

Рисунок 2.Распределенная база данных

 

Распределенные банки и базы данных предоставляют более гибкие формы обслуживания многочисленных удаленных пользователей при работе со значительными объемами данных в условиях географической или структурной разобщенности.