7Понятие и свойства базы данных. Требования, предъявляемые к бд.
В широкомсмысле БД – это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области.
База данных— поименованная совокупность структурированных данных относящихся к некоторой предметной области
Система баз данных– это компьютеризированная система хранения структурированных данных, основная цель которой – хранить информацию и предоставлять ее по требованию.
Логическую структуру данных, хранимых в базе, называют моделью представления данных. К основным моделям представления данных (моделям данных) относятся иерархическая, сетевая, реляционная. К современным базам данных, а следовательно, и к СУБД, на которых они строятся, предъявляются следующие основные требования.
Высокое быстродействие (малое время отклика на запрос).
Время отклика — промежуток времени от момента запроса к БД до фактического получения данных. Похожим является термин время доступа — промежуток времени между выдачей команды записи (считывания) и фактическим получением данных. Под доступом понимается операция поиска, чтения данных или записи их. Часто операции записи, удаления и модификации данных называют операцией обновления.
Простота обновления данных.
Совместное использование данных многими пользователями.
Безопасность данных — защита данных от преднамеренного или непреднамеренного нарушения секретности, искажения или разрушения.
Стандартизация построения и эксплуатации БД (фактически СУБД).
Адекватность отображения данных соответствующей предметной области.
Дружелюбный интерфейс пользователя.
Важнейшими являются первые два противоречивых требования: повышение быстродействия требует упрощения структуры БД, что, в свою очередь, затрудняет процедуру обновления данных, увеличивает их избыточность.
Независимость данных — возможность изменения логической и физической структуры БД без изменения представлений пользователей.Независимость данных предполагает инвариантность к характеру хранения данных, программному обеспечению и техническим средствам. Безопасность данных включает их целостность и защиту.
Целостность данных — устойчивость хранимых данных к разрушению и уничтожению, связанных с неисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей.
1) отсутствие неточно введенных данных или двух одинаковых записей об одном и том же факте;
2) защиту от ошибок при обновлении БД;
3) невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц;
4) неискажение данных при работе в многопользовательском режиме и в распределенных базах данных;
5) сохранность данных при сбоях техники (восстановление данных).
Целостность обеспечивается триггерами целостности — специальными приложениями-программами, работающими при определенных условиях. Защита данных от несанкционированного доступа предполагает ограничение доступа к конфиденциальным данным и может достигаться:
1) введением системы паролей;
2) получением разрешений от администратора базы данных (АБД);
3) запретом от АБД на доступ к данным;
4) формирование видов — таблиц, производных от исходных и предназначенных конкретным пользователям.
-1.База данных хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Таким образом, любые внекомпьютерные хранилища информации «архивы, «библиотеки, «картотеки и т. п.) базами данных не являются.
-2.Данные в базе данных логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе.
-3.База данных включает «метаданные, описывающие логическую структуру БД в формальном виде.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.
Концепция баз данных
Требования, предъявляемые к современным базам данных
В условиях современной экономики к базам данных и к СУБД предъявляются следующие требования:
- Короткое время отклика на запрос (высокое быстродействие).
Временем отклика называется промежуток времени, проходящий между поступлением команды на проведение манипуляций с данными и завершением этих манипуляций.
- Возможность изменять логическую и физическую модель данных, не изменяя представление данных для пользователя.
- Простота обновления данных.
- Совместное использование данных многими пользователями.
- Защита данных от искажения и разрушения.
- Стандартизация построения базы данных.
- Полнота представления предметной области. Это требование означает, что все процессы, происходящие в предметной области, и все объекты, которые в них участвуют, должны найти отражение в модели данных.
- Сохранение и восстановление данных при технических сбоях.
- Поддержка целостности данных.
Статья: Концепция баз данных
Целостность данных
Целостность данных – это устойчивость данных к разрушению в случае системных ошибок или непреднамеренных ошибок пользователей.
Это понятие включает в себя:
- Недопустимость ввода двух совершенно одинаковых записей об одном и том же факте. Для этого в СУБД создаются так называемые первичные ключи записей. Это уникальные коды, которые никогда не повторяются.
- Невозможность удаления записей, которые связаны с другими записями.
Пусть в базе данных приемной комиссии вуза имеется информация об абитуриенте Василии Тапкине, который подал три заявления на три специальности. Это означает, что с записью, содержащей личные данные Василия, связано три отдельные записи о его заявлениях. Внезапно Василий решил вообще не поступать в вуз и сообщил об этом сотрудникам приемной комиссии. Оператор информационной системы пытается удалить запись с личными данными Василия Тапкина из базы данных. Вот в этот момент СУБД должна выдать на экран сообщение о невозможности удаления, так как с этой записью связаны три записи о заявлениях. И если ее удалить, то в базе данных окажется три «ничейных» заявления. А это является нарушением целостности. При правильном алгоритме работы сначала нужно удалить три записи с заявлениями, а потом одну запись с личными данными.
- Обеспечение работы в многопользовательском режиме. Данное требование предполагает наличие механизма блокировки записи, с которой в данный момент времени работает один пользователь. Если другой пользователь попытается изменить эту запись в одновременном режиме, то блокировка не позволит ему это сделать. Другой пользователь получит доступ к изменению записи только тогда, когда первый пользователь закончит работу с записью и блокировка будет снята.
Защита данных от несанкционированного доступа
При инсталляции СУБД в ней создается один пользователь – администратор баз данных. Это пользователь, который имеет неограниченный доступ ко всем базам данных, которыми управляет СУБД. Далее администратор создает роли и назначает им права. Обычно в литературе по базам данных права называют привилегиями.
Набор привелегий в большинстве СУБД включает :
- Изменение таблицы;
- Чтение таблицы;
- Обновление таблицы;
- Индексирование таблицы;
- Создание новой базы данных или таблицы;
- Удаление базы данных или таблицы;
- Создание временной таблицы;
- Блокировка таблицы;
- Завершение работы сервера;
- Передача своих привилегий другому пользователю.
Каждой роли при создании назначается пароль, без которого невозможно подключиться к базе данных. После создания ролей создаются отдельные пользователи.
Например, администратор создает роль «оператор» с правами чтения, и обновления таблиц некоторой базы данных. А исполнять эту роль будут четыре пользователя. Каждый из них будет входить в информационную систему под своим личным паролем.
Личный пароль — это не тот же самый пароль, который назначен роли «оператор»! Личные пароли пользователей тоже хранятся в базе данных и для большей надежности шифруются. Таким образом, даже администратор баз данных не может узнать личный пароль пользователя.
Требования, предъявляемые к БД
Правильно спроектированная БД должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Минимальная избыточность. Непротиворечивость.
2. Целостность данных.
3. Независимость данных.
4. Возможность ведения (добавления и удаления) и актуализации (корректировки, модификации) данных.
5. Безопасность и секретность.
6. Высокая производительность. Минимальные затраты.
7. Соблюдение стандартов.
1. Минимальная избыточность означает то, что данные в БД не должны дублироваться. Избыточность данных, если она существует, влечет две опасности:
-неоправданно большой расход памяти;
-нарушение непротиворечивости данных, т.е. возникновение такой ситуации, когда в различных местах машинной памяти хранятся противоречивые данные. Возникновение противоречивости чрезвычайно опасно для БД.
В ряде СУБД есть средства, предотвращающие дублирование и возникновение противоречивости данных. В противном случае такие средства разрабатывает системный программист.
2. Целостность данных означает то, что в БД должны храниться только правильные данные. Разрушение и искажение данных возможно в результате неосторожных действий пользователей, в результате ошибок в программах и сбоев оборудования.
Для обеспечения целостности и предотвращения возможности ввода неправильных данных должны разрабатываться средства контроля правильности вводимых данных. Например, можно использовать процедуры, проверяющие принадлежность вводимых значений определенному диапазону допустимых значений. В БД должны быть предусмотрены средства защиты данных от нечаянных и предумышленных искажений, средства восстановления испорченных данных. Различные СУБД в той или иной мере располагают такими средствами.
Существуют специальные методы и приемы обеспечения целостности.
3. Независимость данных означает то, что прикладные программы не должны зависеть от хранимых данных, т.е. от способа хранения данных в физической памяти. Это позволяет добавлять в БД новые данные, изменять структуры хранения данных, создавать на БД новые приложения. Ранее созданные программы при этом не должны "чувствовать" эти изменения. СУБД обычно обеспечивают это требование.
4. Структура БД должна позволять включать новые и удалять устаревшие данные, корректировать хранимые данные без разрушения логических связей, установленных в схеме БД. Для этого схема БД должна быть правильно разработана, а операции ведения БД не должны нарушать схему БД.
5. Безопасность и секретность означает защиту данных от несанкционированного доступа, преднамеренного и непреднамеренного разрушения данных, хищения данных. Система защиты должна иметь:
-средства идентификации пользователей;
-средства ограничения доступа к данным. Каждый пользователь должен работать только с теми данными, которые необходимы для решения его задач, остальные данные должны быть для него "невидимыми";
-средства, обеспечивающие секретность данных.
Подобные средства содержатся в СУБД или разрабатываются системным программистом.
6. Организация БД и методы доступа к данным должны обеспечивать высокую скорость обработки данных так, чтобы пользователь мог работать с БД в диалоговом режиме. Стоимость обслуживания пользователей не должна быть высокой.
Возможность выполнения этих требований определяется рядом факторов: объемом хранимых данных, быстродействием техники, способом организации данных в БД и во многом зависит от решений, принимаемых разработчиками на этапе создания БД.
7. Представление данных в БД, документация, способ взаимодействия пользователя с БД должны удовлетворять определенным стандартам. Стандарты могут быть корпоративными, ведомственными, промышленными, национальными и международными. Соблюдение стандартов совершенно необходимо для совместного использования данных и для организации обмена данными между отдельными системами. Например, без принятия определенных стандартов нельзя было бы организовать сеть Internet.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Требования, предъявляемые к базе данных. Этапы жизненного цикла базы данных
Проектирование базы данных – это процесс создания проекта базы данных, предназначенной для поддержки функционирования экономического объекта и способствующей достижению его целей. Оно представляет собой трудоемкий процесс, требующий совместных усилий аналитиков, проектировщиков и пользователей. При проектировании базы данных необходимо учитывать тот факт, что база данных должна удовлетворять комплексу требований.
Эти требования следующие.
1. Целостность базы данных. (Требование полноты и непротиворечивости данных).
2. Многократное использование данных.
3. Быстрый поиск и получение информации по запросам пользователей.
4. Простота обновления данных.
5. Уменьшение излишней избыточности данных.
6. Защита данных от несанкционированного доступа, от искажения и уничтожения.
Жизненный цикл базы данных (ЖЦБД) – это процесс проектирования, реализации и поддержки базы данных. ЖЦБД состоит из следующих семи этапов:
1) предварительное планирование;
2) проверка осуществимости;
3) определение требований;
4) концептуальное проектирование;
5) логическое проектирование;
6) физическое проектирование;
7) оценка работы и поддержка базы данных.
Опишем главные задачи каждого этапа.
1. Предварительное планирование базы данных. Это важный этап в процессе перехода от разрозненных к интегрированным данным. На этом этапе собирается информация об используемых и находящихся в процессе разработки прикладных программах и файлах, связанных с ними. Она помогает установить связи между текущими приложениями и то, как используется информация приложений. Кроме того, позволяет определить будущие требования к базе данных.
2. Проверка осуществимости. Она предполагает подготовку отчетов по трем вопросам:
1) есть ли технология – необходимое оборудование и программное обеспечение – для реализации запланированной базы данных? (технологическая осуществимость);
2) имеются ли персонал, средства и эксперты для успешного осуществления плана создания базы данных? (операционная осуществимость);
3) окупится ли запланированная база данных? (экономическая эффективность).
3. Определение требований. На этом этапе определяются:
· цели базы данных;
· информационные потребности различных структурных подразделений и их руководителей;
· требования к оборудованию;
· требования к программному обеспечению.
4.Концептуальное проектирование. На этом этапе создаются подробные модели пользовательских представлений данных предметной области. Затем они интегрируются в концептуальную модель, которая фиксирует все элементы корпоративных данных, подлежащих загрузке в базу данных. Эту модель называют еще концептуальной схемой базы данных.
5.Логическое проектирование. На этом этапе осуществляется выбор типа модели данных. Концептуальная модель отображается в логическую модель, основанную уже на структурах, характерных для выбранной модели. Так, если выбрана реляционная модель, то разрабатываются структуры таблиц, определяются их ключи, устанавливается связь между таблицами, оптимизируется созданная модель базы данных (минимизируется избыточность данных). Наиболее распространенным методом при оптимизации является метод нормальных форм или, другими словами, нормализация данных
6.Физическое проектирование. На этом этапе предусматривается принятие разработчиком окончательного решения о способах реализации создаваемой базы данных. Логическая модель расширяется характеристиками, необходимыми для определения способов физического хранения базы данных, типа устройств для хранения, методов доступа к данным базы, требуемого объема памяти, правил сопровождения базы данных и др.
7.Оценка и поддержка базы данных. Оценка включает опрос пользователей на предмет выяснения, какие их информационные потребности остались неучтенными. При необходимости в спроектированную базу данных вносятся изменения. Пользователи обучаются работе с базой данных. По мере расширения и изменения потребностей бизнеса поддержка базы данных обеспечивается путем внесения изменений, добавления новых данных, разработки новых прикладных программ, работающих с базой данных.
15. Модель «сущность–связь»
Средством моделирования предметной области на этапе концептуального проектирования является модель «сущность–связь». Часто ее называют ER-моделью (Entity – сущность, Relation – связь). В ней моделирование структуры данных предметной области базируется на использовании графических средств – ER-диаграмм (диаграмм «сущность–связь»). В наглядном виде они представляют связи между сущностями.
Основные понятия ER-диаграммы – сущность, атрибут, связь.
Сущность – это некоторый объект реального мира, который может существовать независимо. Сущность имеет экземпляры, отличающиеся друг от друга значениями атрибутов и допускающие однозначную идентификацию.
Атрибут – это свойство сущности. Например, сущность КНИГА характеризуется такими атрибутами, как автор, наименование, цена, издательство, тираж, количество страниц. Конкретные книги являются экземплярами сущности КНИГА. Они отличаются значениями указанных атрибутов и однозначно идентифицируются атрибутом «наименование». Атрибут, который уникальным образом идентифицирует экземпляры сущности, называется ключом. Может быть составной ключ, представляющий комбинацию нескольких атрибутов.
Предположим, что проектируется база данных, предназначенная для хранения информации о деятельности некоторой фирмы. Эта фирма имеет филиалы. Филиалы управляются менеджерами. Клиенты делают в филиалах заказы. Филиалы обрабатывают эти заказы. Описываемую предметную область назовем ФИРМА. В ней могут быть выделены четыре сущности: филиал, менеджер, заказ, клиент.
На ER-диаграмме сущность изображается прямоугольником, в котором указывается ее имя. Например,