Юринець В.Є., Юринець Р.В. Автоматизовані інформаційні системи. Електронний посібник

Подождите немного. Документ загружается.

263

стовпців, тобто з певного набору однотипних записів. Таблицю часто

називають відношенням.

Перевагою реляційної моделі є відносна простота інструмен-

тальних засобів її підтримки і простота розуміння її структури, а

недоліком – жорсткість структури даних і залежність швидкості ро-

боти від розміру бази даних.

Інформаційними одиницями в реляційних моделях є атрибути,

домени, кортежі і

відношення. Атрибут – це елементарна інформа-

ційна одиниця, наприклад, значення елемента стовпця таблиці. Домен –

це пул значень, із якого вибирається фактичне значення атрибута.

Наприклад, стовпець таблиці зі значеннями відповідного атрибута

називають доменом, а рядки зі значеннями різних атрибутів –

кортежем. Відношення (Relation) – цe двовимірна таблиця, назви

граф якої є назвами атрибутів, а

значення елементів кожного стовпця

таблиці обирають з відповідних доменів. Відношенням також часто

називають зв’язки між таблицями.

Зв’язки між двома логічно пов’язаними таблицями у реляційній

моделі встановлюються за рівністю значень однакових атрибутів таблиць-

відношень. Стовпці відношення називають атрибутами і вони мають свої

назви. Список назв атрибутів відношення утворює схему відношення.

Рис. 1.34. Реляційна модель даних

264

Реляційні моделі даних відрізняються від реляційних та мереж-

них моделей простотою структур даних, зручним для користувача

табличним поданням даних і доступом до них.

1.8.8. Короткий огляд можливостей та особливостей

СУБД

Діяльність як великих, так і малих підприємств, нині неможливо

уявити без використовування баз даних, які становлять фундамент

будь-якої інформаційної системи.

Сфера застосування СУБД дуже широка, значно ширша, ніж може

видатися на перший погляд. Фактично основними завданнями, для

вирішення яких спочатку передбачалося використовувати комп’ютерні

засоби, є зберігання та оброблення даних, а також

складні математичні

обчислення. І хоча сьогодні мало хто цілеспрямовано застосовує

програмне забезпечення для математичних розрахунків, з базою даних

будь-який користувач зіштовхується щодня багато разів, деколи навіть

не підозрюючи про це. Адже наявна на будь-якому комп’ютері файлова

система також є певною базою даних. Популярний телефонний сервіс

09, карта міста з пошуком за

адресами, поштовий клієнт, персональний

органайзер, – усі ці програми спираються на певну систему управління

даними, тобто СУБД. Незважаючи на те, що з моменту створення

ЕОМ індустрія випробовувала величезну потребу в сховищах даних,

цей напрям почав розвиватися пізніше, ніж програмне забезпечення

для математичних обчислень. Пов’язано це з тим, що перші комп’ю-

тери просто

не мали зовнішніх запам’ятовуючих пристроїв великого

обсягу. І лише поява змінних магнітних дисків з рухомими головками,

які володіють значно більшою місткістю, ніж магнітні барабани, що

використовуються раніше, і забезпечують задовільну швидкість

доступу до даних, започаткувала еру інформаційних сховищ.

Перші СУБД могли зберігати лише текстову і числову інформацію.

Про зберігання графічних, аудіо

- і відеоданих не йшлося, що було неабияк

обумовлено недостатньою потужністю самих апаратних систем. Ранні

СУБД не відрізнялися високим ступенем цілісності даних. Та все ж саме

досвід створення перших баз даних дав змогу згодом розробити значно

потужніші й надійніші бази даних, що використовуються нині.

265

Серед перших СУБД найчастіше використовувалися три типи

систем управління базами даних, засновані на інвертованих списках, –

ієрархічні та мережні. Ці системи активно використовувалися протягом

декількох десятків літ, а окремі з них застосовують донині. Для цих

систем накопичено величезні бази даних, і тому однією з проблем є їх

використовування спільно з сучасними системами. До найвідоміших

типових представників систем, заснованих на інвертованих списках,

належать Datacom/DB компанії Applied Data Research, Inc. (ADR) і

Adabas компанії Software AG. Організація доступу до даних на основі

інвертованих списків використовується практично у всіх сучасних

реляційних СУБД, але в цих системах користувачі не мають безпосе-

реднього доступу до інвертованих списків (індексам). База даних,

організована з їх допомогою, схожа на реляційну, але з

тією відмінністю,

що збережені таблиці і шляхи доступу до них показні користувачам.

Зазначимо, що загальні правила визначення цілісності у таких базах

даних відсутні – в основному, турботу про захист даних покладено на

прикладну програму.

Ієрархічна БД складається з упорядкованого набору дерев

(ієрархій). Дерево складається з одного <кореневого> стовпця і

впорядкованого набору декількох піддерев

(кожне з яких є певним

типом дерева). Тип дерева, загалом, є ієрархічно організованим

набором типів запису. Наприклад, для телефонної бази 09 ієрархічну

структуру можна подати у вигляді: Місто – Вулиця – Будинок –

Квартира – ПІБ – Номер телефону. Тут Місто є “предком” для Вулиці

і Будинку, а Квартира, ПІБ і Номер телефону – “нащадками” Будинку,

Вулиці і Міста.

В ієрархічній базі даних визначено повний порядок

обходу – згори донизу, зліва направо. Тут застосовується основне

правило – жоден “нащадок” не може існувати без свого “батька”.

Завдяки цьому автоматично підтримується цілісність посилань між

“предками” і “нащадками”.

Серед ієрархічних систем найвідомішим і найпоширенішим

представником є Information Management System (IMS) компанії IBM,

перша версія якої вийшла 1968 р. Треба зауважити, що на

мейнфреймах

донині використовується величезна кількість баз даних цього типу, що

перешкоджає переходу на сучасні БД і нову техніку. Ієрархічна

структура виявилася дуже зручною для зберігання даних у багатьох

266

випадках. Наприклад, практично всі файлові системи побудовано за

ієрархічним принципом. Усім відомий реєстр Windows – також

ієрархічна база даних.

Мережний підхід до організації даних є розширенням ієрархічного.

В ієрархічних структурах запис-нащадок повинен мати лише одного

предка; у мережній структурі даних такий запис може мати будь-яку

кількість предків. Типовим представником таких систем є продукт

Integrated Database Management System (IDMS) компанії Cullinet Soft-

ware, Inc., призначений для використовування на мейнфреймах IBM.

Уперше мережні системи з’явилися в 70-х рр., серед них була і IDMS.

Серед переваг ранніх СУБД можна відзначити низькорівневі засоби

управління даними в зовнішній пам’яті, а також можливість побудови

ефективних прикладних систем вручну. Проте, ці сильні місця є також

і недоліками, оскільки під час

створення програм СУБД були дуже

складні в застосуванні (фактично були необхідні знання про фізичну

організацію), а прикладні програми суттєво залежали від цієї організації.

Проте, перші сховища даних відіграли важливу роль у розвитку систем

зберігання та оброблення інформації. Деякі ж з цих продуктів успішно

використовують дотепер.

Об’єктно-орієнтовані СУБД. Прогрес у сфері реляційних

сховищ даних і наступне хронологічно за ними сімейство БД, в яких

підтримується управління складними об’єктами, призвели до нового

типу СУБД – об’єктно-орієнтованих баз даних (ООБД). Під час роз-

роблення таких систем було задіяно принципи об’єктно-орієнтованих

мов програмування, зокрема, чималий вплив на створення ООБД

здійснила мова Smalltalk. Сам напрям об’єктно

-орієнтованих баз даних

виник порівняно недавно – в середині 80-х рр.

Будь-що з реального світу в об’єктно-орієнтованих мовах і

системах моделюється у вигляді об’єкту. Будь-який об’єкт при своєму

створенні отримує генерований системою унікальний ідентифікатор, який

пов’язаний з об’єктом увесь час його існування і не змінюється

при

зміні стану об’єкту. Реакцією виробників реляційних СУБД на

популярність об’єктної технології стала поява реляційно-об’єктних СУБД.

До ядра таких БД додано об’єктні розширення, що дає змогу визначати

будь-які типи даних. Проте, основна орієнтація ядра такої універсальної

СУБД на реляційну модель негативно позначається на її продуктивності.

267

Розподілені системи. Досить актуальною для різних компаній

є проблема інтеграції використовуваних різних інформаційних систем з

метою створення розподіленої бази даних. Окремі БД поєднуються

між собою через локальну або глобальну мережі, при цьому, з погляду

користувача, вони є єдиним цілим.

Розподілені бази даних бувають однорідними і неоднорідними. В

однорідній – кожна локальна база даних управляється

однією і тією ж

СУБД. У неоднорідній системі БД можуть управлятися СУБД різних

виробників і навіть різних типів. Інтеграція неоднорідних баз даних –

нині дуже актуальна і складна проблема. І хоча у багатьох випадках

вдається знайти компромісне рішення, все ж такі інтегровані системи

часто не мають достатньої ефективності.

Чимала потреба у продуктах управління і

зберігання даних як у

великих корпораціях, так і в малих підприємствах, призвела до появи

двох типів систем управління базами даних – потужних промислових

СУБД і значно менш функціональних настільних систем (desctop-клас).

Склад СУБД. Дуже спрощену базу даних можна уявити у вигляді

таблиці або сукупності таблиць. Кожний із рядків таблиці називається

записом, а її стовпці

– це властивості запису (в реляційній базі даних їх

називають атрибутами). Кожен із стовпців є певним типом даних,

наприклад: символьний, числовий, логічний. Під час обробленням

такого масиву даних можуть висуватися такі стандартні вимоги: пошук

потрібного значення, відбір за заданим критерієм, зручна методика

додавання/зміни даних тощо.

Окрім всіляких запитів вибору і пошуку даних,

на СУБД також

покладено завдання оптимізації даних у зовнішній пам’яті, управління

буферами в оперативній пам’яті, журналізації і відновлень бази даних

після збоїв, підтримка мов БД. За вирішення кожного завдання у

сучасних системах відповідає свій компонент.

Ядро СУБД (database engine) відповідає за оброблення даних у

зовнішній і оперативній пам’яті, управління транзакціями і журналізацію.

Ядро СУБД є основною резидентною частиною СУБД і має власний

інтерфейс, що напряму не доступний користувачам.

Журнал – це особлива частина БД, до якої надходять записи про

всі зміни основної бази даних, наприклад, операції зміни або вилучення

268

рядка з таблиці, додавання нових даних тощо. Журнал є однією з

критично важливих частин СУБД, що використовується під час

відновлення БД після збоїв. Зазвичай, ведеться дві копії журналу, які

розташовуються на різних фізичних дисках, часто навіть рознесених у

просторі. Під час ведення журналу застосовується стратегія

попереджуючого запису до журналу (Write Ahead Log – WAL), тобто

запис про зміну будь

-якого об’єкта БД заноситься до зовнішньої пам’яті

журналу раніше, ніж сам змінений об’єкт відобразиться в зовнішній

пам’яті основної частини БД. Завдяки використовуванню протоколу

WAL під час ведення журналу можна розв’язати всі проблеми

відновлення БД після будь-якого збою.

В окремі утиліти БД, зазвичай, виділяють такі процедури, які дуже

невигідно виконувати з використанням мови БД, наприклад:

завантаження і вивантаження БД, збирання статистики, глобальна

перевірка цілісності БД тощо. Утиліти програмують, використовуючи

інтерфейс ядра СУБД, а іноді навіть із проникненням усередину ядра.

1.8.9. Настільні СУБД

Системи управління базами даних desktop-класу призначені для

персонального використовування або створення рішень автоматизації

для невеликих робочих груп. Здебільшого, настільні СУБД

поставляються у складі офісних пакетів, наприклад: MS Office, Corel

PerfectOffice, Lotus SmartSuite. Такі системи значно менші можливості

порівняно з потужними професійними продуктами, але в той же час

відрізняються легкістю у використовуванні, простим і зручним

інтерфейсом, наявністю автоматизованих інструментів для

швидкого

розроблення програм.

MS Access. Найпопулярнішим пакетом у секторі настільних

СУБД є MS Access. Однією з причин цього є, звичайно, величезна

популярність офісних пакетів від фірми Microsoft, з іншого боку, серед

desktop-систем цей продукт має найбільші функціональні можливості.

Наприклад, ще Access 97 підтримував реплікацію даних, адже ця функція

не завжди присутня навіть у значно потужніших системах.

Під час розроблення

програм можна використовувати як макроси,

так і досить потужну мову програмування Visual Basic for Application

269

(VBA), яка дає змогу створювати масиви, власні типи даних, контро-

лювати роботу програм за допомогою OLE Automa tion. У разі необхід-

ності можна створити базу даних за допомогою програмування.

Основні переваги MS Access – це простота освоєння і можли-

вість використання непрофесіональними програмістами. Система має

потужні засоби підготовки звітів і форм із баз даних різних форматів.

Уся робота

з базою даних здійснюється через вікно контейнера бази

даних. Звідси виконується доступ до всіх об’єктів, зокрема: таблиць,

запитів, форм, звітів, макросів і модулів.

За допомогою драйверів ISAM можна отримати доступ до фай-

лів таблиць деяких інших форматів, наприклад: FoxPro, DBASE, Excel,

Paradox, а також текстових файлів, а за допомогою технології ODBC –

і до файлів багатьох

інших форматів.

Користувачам, які мало знайомі з поняттями реляційних баз

даних, Access надає можливість розділяти свої складні за структурою

таблиці на декілька, пов’язаних ключовими полями.

Одна з основних переваг MS Access – це тісна інтеграція з MS

Office і MS SQL Server 2000. Завдяки останньому, настільну БД на MS

Access досить легко перетворити на клієнт-серверний додаток, у якому

MS Access відіграватиме роль клієнта

FoxPro. Досить відомий продукт FoxPro походить від настільної

СУБД FoxBase фірми Fox Software. Під час розроблення FoxBase в кінці

80-х рр. ця компанія переслідувала мету створити СУБД, функціонально

сумісну з dBase, але суттєво перевищуючу її за продуктивністю. Саме це

послугувало приводом того, що цей продукт було викуплено компанією

Microsoft, на основі якого вона випустила нову СУБД Visual FoxPro.

На відміну від MS Access,

в якому всю БД укладено в одному

файлі, тут кожна таблиця й індекси для них зберігаються в окремому

файлі (зазвичай, мають розширення *.dbf), BLOB- (Binary Large Ob-

jects) і Memo-поля також зберігаються в окремих файлах (з розши-

ренням *.dbt).

Основні можливості та особливості системи управління базами

даних Visual FoxPro такі:

♦

забезпечення можливості швидкого розроблення прикладної

програми через застосування засобів, які дають змогу підвищити

270

швидкість роботи програміста, зокрема, через використання візуальних

засобів і засобів об’єктно-орієнтованого програмування;

♦

забезпечення повного набору засобів, які ґрунтуються на

функціонуванні стандартних засобів операційної системи Windows, для

керування об’єктними подіями, що дає змогу користувачеві покласти

на систему можливість моделювання та оброблення складних подій;

♦

використання набору інструментальних засобів для інтеграції

систем збереження даних і доступу до серверів даних за допомогою

технології ODBC, що забезпечується розширеною вбудованою мовою

SQL, можливістю оновлення даних на сервері, вбудованим механізмом

забезпечення транзакцій і можливістю звертання до сервера на діалекті

мови SQL, який підтримує цей сервер;

♦

забезпечення повної інтеграції Visual FoxPro у клас прикладних

програм Microsoft, що дає змогу, використовуючи єдиний інтерфейс, із

найпопулярнішими прикладними програмами, адаптованими у системі

Microsoft, зробити роботу для користувача інтуїтивно зрозумілою;

♦

сумісність із раніше розробленим програмним забезпеченням

у середовищі FoxPro;

♦

наявність засобів публікації даних в Інтернеті і створення веб-

клієнтів, інструменти створення ASP-компонентів і веб-додатків.

У Visual FoxPro система організації найближча до теоретичних

основ реляційної моделі і дає змогу більш природно виконувати операції

реляційної алгебри. Основною одиницею збереження даних є таблиця,

у стовпцях і рядках якої зберігаються дані. Таблиця зберегла

розширення DBF і має

пряму сумісність із “старими” DBF-файлами.

Visual FoxPro забезпечує підтримку значень NULL і виконання

операцій із цими даними відповідно до стандарту ANSI, що полегшує

завдання подання невідомих даних і взаємодію зі СУБД Access, а також

взаємодію з базами даних SQL (Structured Query Language), які можуть

містити такі типи значень.

Paradox. Перша версія розробленою компанією Ansa Software

СУБД Paradox побачила світ 1985 р. Згодом продукт було прид-

бано

компанією Borland, а з 1996 р. він належить компанії Corel і

поставляється в комплекті офісного пакету Corel PerfectOffice. Цей

продукт є повноцінною системою управління реляційними базами

271

даних, призначеної для автоматизації діловодства невеликих робо-

чих груп.

Програма характеризується візуальним режимом розроблення

форм, запитів і звітів БД, можливістю публікації даних і звітів в Інтернеті,

створення веб-клієнтів. Для доступу до даних формату Paradox з Win-

dows-програм слугує ODBC-драйвер, є також засіб для доступу до

даних з Java-програм.

Популярність Paradox останнім часом значно

знизилася, головним

чином за рахунок зростання популярності MS Access. Проте, у світі

експлуатуються ще чимало інформаційних систем, створених з його

допомогою.

1.8.10. Промислові СУБД

На ринку потужних, розрахованих на велику кількість користувачів

комерційних СУБД, гравців не так уже багато, фактично нині можна

виділити лише чотирьох основних виробників: Oracle, IBM, Microsoft і

Sybase.

Oracle. Метою заснованої Ларрі Еллісоном 1977 р. компанії Oracle

було створення комерційної реляційної бази даних. У той час реляційна

модель була принципово новим підходом до зберігання структурованої

інформації, і Oracle стала першим

(і основним) постачальником цієї

технології для бізнес-програм.

Розроблений продукт дуже швидко отримав загальне визнання, і 1983 р.

СУБД було портовано з мейнфрейма на VAX і переписано на мові С. 1986

р. база даних стала клієнт-серверним додатком. Мова PL/SQL, що є

процедурною надбудовою над SQL з синтаксисом, дуже близьким до

синтаксису мови Ada, була реалізована 1988 р. Сучасний

сервер бази даних

Oracle 9i R2 вміщує віртуальну машину Java (на додаток до PL/SQL),

процесор сор XML, контейнер EJB, засоби роботи з медіа- і просторовими

даними. Починаючи з Oracle 8i, почали підтримуватися об’єктні засоби.

Oracle зосереджує величезну увагу на надійності продукту. Версія

9i дає можливість проводити резервне копіювання (і отримувати

несуперечливі знімки) на працюючій СУБД. Можлива онлайн-реплікація

робочої БД, що

містить актуальну копію даних.

272

Oracle застосовується для організації великих баз даних (хоча

існує і Oracle Personal Edition), ефективно підтримує кластери і

багатопроцесорні машини. Для підтримання сховищ даних було ство-

рено модуль Oracle Data Mining, що дає змогу класифікувати,

передбачати поведінку і виявляти взаємозв’язки великих обсягів даних.

Продукт Oracle працює на основних комерційних UNIX, при цьому

ведучою платформою розробки є SUN Solaris. Для комп’ютерів на

процесорах Intel

випускаються версії для Windows NT і Linux. Потрібно

відзначити, що Oracle настільки активно підтримує Linux, що випуск

бази для інших UNIX, працюючих на платформі ПК, було припинено

(Oracle сертифікований для роботи під Linux Kernel Personality, під SCO

Unixware 7.x, тобто під емулятором Linux).

Вартість ліцензії на Oracle 9i залежить від кількості користувачів,

або ж від потужності серверу, на який СУБД встановлюватиметься.

Існують три різні редакції продукту. Oracle 9i Database Enterprise Edi-

tion – найповніший

варіант СУБД. Standard Edition може бути встанов-

лено на комп’ютери, що містять не більше чотирьох процесорів, і,

нарешті, версія Personal Edition призначена для використовування на

робочій станції користувача. Кластерна технологія від Oracle

називається Oracle Real Application Clusters і ліцензується окремо.

Sybase ASE. СУБД SQL Server від компанії Sybase була першою

базою, орієнтованою на онлайн-оброблення великого потоку транзакцій.

Версія 4.2, портована на OS/2 1.x спільно з Microsoft, згодом

стала

називатися MS SQL Server.

Починаючи з версії 11.5, продукт було перейменовано на Sybase

Adaptive Server Enterprise (ASE). Основною ділянкою застосування

поточної версії 12.5 є обробка транзакцій у реальному часі в критич-

но-важливих програмах. Це обумовлює високу популярність ASE у

банківській сфері.

ASE 12.5 вміщує EJB-контейнер і підтримку XML. Для

програмного доступу до бази Sybase пропонує OpenClient – набір

клієнтських бібліотек. Також присутні ODBC- і JDBC-драйвери.

Потрібно відзначити, що

протокол доступу до серверу TDS

(Tabular DataStream) є загальним для Sybase і MS SQL Server. Тому

іноді можливе нестандартне використовування бібліотек OpenClient,

наприклад, для доступу до MS SQL Server з UNIX-машин.