КОНЦЕПЦИЯ БАЗЫ ДАННЫХ

Обычно данные в базе данных называют "постоянными". Под словом "постоянные" подразумеваются данные, которые отличаются от других, более изменчивых данных, таких как промежуточные результаты, входные и выходные данные, управляющие операторы, рабочие очереди, программные управляющие блоки и вообще все транзитные данные.

Что по­нимается под понятиями "входные данные" и "выходные данные":

• Входные данные — это информация, передаваемая системе (обычно с рабочей станции). Такая информация может стать причиной изменений в постоянных данных (она может стать частью постоянных данных), но не является частью базы данных как таковой.

• Точно так же выходные данные — это сообщения и результаты, выдаваемые систе­мой (обычно выдаются на печать или отображаются на экране). И опять же эту ин­формацию можно брать из постоянных данных, но ее нельзя рассматривать как часть базы данных.

Конечно, различие между постоянными и транзитными данными нельзя назвать чет­ким — оно в некоторой мере зависит от контекста (например, от того, как используются данные).

Можно сказать, что база данных состоит из некоторого набора постоянных данных, которые использу­ются прикладными системами для какого-либо предприятия.

Здесь слово "предприятие" — общий термин для достаточно независимой коммерче­ской, научной, технической или другой организации. Предприятие может состоять всего из одного человека (с небольшой частной базой данных), быть целой корпорацией или другой крупной организацией (с очень большой общей базой данных) или представлять собой нечто среднее, например промышленное предприятие, банк, больницу, универси­тет или правительственное ведомство.

Любое предприятие неизбежно имеет большое количество данных, связанных с его дея­тельностью. Это и есть постоянные данные, о которых мы говорили выше. Среди постоян­ных данных упомянутых предприятий обычно встречаются следующие: данные о продук­ции, о счетах, о пациентах, о студентах, данные планирования и т.д.

В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизованно с помощью СУБД. Централизованное управление данными согласно концепции базы данных должно обеспечивать выполнение следующих основных требований:

1.    Производительность системы: запросы пользователей на данные должны выполняться с такой скоростью, которая их удовлетворяет. Производительность обычно оценивается временем реакции – временем получения ответа на запрос. Этот способ оценки производительности особенно важен в случаях, когда пользователь общается с базой данных в диалоговом режиме. Для диалогов время ответа не должно превышать двух секунд – при больших задержках пользователь начинает ощущать дискомфорт, а при систематических задержках ответа, приближающихся к 10 секундам, диалог превращается в мучительную процедуру.

2.    Минимальное дублирование данных. Дублирование данных, во-первых, дорого, в том смысле, что данные занимают больше памяти, чем это необходимо, а во-вторых, при этом требуется более одной операции при обновлении. Вследствие этого различные копии данных могут находиться на различных стадиях обновления и база данных может содержать противоречивую информацию. В принципе дублирование можно ликвидировать совсем и при этом гарантировать полную непротиворечивость данных, однако иногда определенное дублирование организуют специально, например, для обеспечения требуемой производительности при работе с распределенными базами данных или при борьбе с искажениями данных. Иногда принцип централизованного хранения с минимальным дублированием называют принципом однократного ввода информации. Под этим понимают удовлетворение требований новых приложений за счет уже существующих данных, а не путем создания новых файлов; таким образом удается избежать дублирования.

3.    Целостность базы данных – это непротиворечивость, согласованность и достоверность данных, содержащихся в ней в любой момент времени. Целостность достигается, в частности, с помощью процедур, предотвращающих включение в базу неверных данных. Система, например, может проверять определенные значения данных: чтобы число пассажиров, которым проданы билеты на рейс, не превышало вместимости самолета, чтобы величина КПД не превышала единицы и т.д. Для обеспечения целостности необходимо также так организовать хранение данных, их включение и обновление, чтобы в случае возникновения программных и аппаратных сбоев система могла восстанавливать данные без потерь.

4.    Безапасность и секретность хранимой в базе данных информации являются очень важными требованиями. Под безопасностью понимают защиту данных от случайного или преднамеренного доступа к ним лиц, не имеющих на это права, от неавторизованного изменения данных или их разрушения. Секретность – это право отдельных лиц или организаций решать, когда, как и какое количество информации может быть передано другим лицам или организациям. Для обеспечения безопасности и секретности используются программные, аппаратные и организационные системы контроля и ограничения доступа.

5.    Независимость данных. Чтобы понять этот термин, роассмотрим пример.

Прикладному программисту для организации доступа к обычным данным необходимо знать, каков формат данных, где они располагаются и как к ним обраттиться. Если спецификация данных заложена в тело программы, то любые изменения характеристик данных будут на нее влиять. Проще говоря, все изменения формата, расположения и способа обращения потребуют перекомпиляции прикладной программы после ее изменения. Это весьма хлопотно, так как всегда существует большая верояность изменения предметной области, которая требует и изменения данных, например, при добавлении новых информационных объектов.

Постоянное совершенствование и смена поколений компьютеров неизбежно вызывают изменения в методах доступа и в способах хранения данных. Если еще и они заложены в логике прикладных программ, то программистам приходится прилагать гораздо большие усилия на поддержание и обновление программ, что приводит к дополнительным затратам и, естественно, к дополнительным ошибкам.

С другой стороны, пользователей базы данных обычно ориентируют на информационное содержание данных и не посвящают в детали и способы их размещения. Другими словами, пользователи представляют базу данных как единое целое и не знают внутренненго представления данных, т.е. имен файлов, их полей и т.п. Этим и обеспечивается возможность достижения их независимости.

Принципиально важное свойство СУБД заключается в том, что она обеспечивает сразу два уровня независимости данных: физическую и логическую. Физическая независимость данных означает определенную свободу изменения программной и аппаратной среды без необходимости внесения изменений в прикладные программы, использующие базу данных. Логическая независимость данных обеспечивает высокую гарантию того, что ни работающие прикладные программы, ни используемые ими данные не будут изменяться по мере развития информационных потребностей пользователей и добавления новых приложений.

Независимость данных обеспечивается за счет специальной многоуровневой архитектуры СУБД, обеспечивающей, в частности, разделение данных и программ: описания используемых данных в прикладных программах заменяются ссылками на информационные объекты базы данных. Тем не менее, перефразируя пословицу, следует заметить: «На СУБД надейся, а сам не плошай». Не следует, например, хранить константы в программе, чтобы избежать перекомпиляции при их изменении. Поэтому с точки зрения прикладного программиста независимость данных является скорее не техникой, а дисциплиной программирования.

Независимость данных – понятие относительное, различные системы обеспечивают ее в разной мере или не обеспечивают вообще. В целом современные системы более развиты в этом направлении, чем старые, однако, и они имеют свои недостатки.