Информационные системы

Петров Владимир Николаевич

• наличие развитых средств управления данными во внешней памяти на низком уровне;

• возможность построения эффективных прикладных систем вручную;

• возможность экономии памяти за счет совместного использования объектов (в сетевых системах).

Несмотря на все свои недостатки, СУБД первого поколения оказались весьма долговечными: разработанное на их основе программное обеспечение используется по сей день, и большие ЭВМ по-прежнему хранят огромные массивы актуальной информации. Главной причиной этого является, вероятно, экономический фактор – в свое время в аппаратное и программное обеспечение больших ЭВМ были вложены огромные средства, в результате многие

продолжают их использовать, несмотря на морально устаревшую архитектуру. В то же время перенос данных и программ с больших ЭВМ на компьютеры нового поколения сам по себе представляет сложную техническую проблему и требует значительных затрат.

Реляционные СУБД

Началом второго этапа в эволюции СУБД можно считать публикации в начале 70-х годов ряда статей Э. Кодда (Coad), в которых выдвигались, по сути, революционные идеи, существенно изменившие устоявшиеся представления о базах данных.

Будучи математиком по образованию, Кодд предложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, декартово произведение). Он показал, что любое представление данных сводится к совокупности двухмерных таблиц особого вида, известного в математике как отношение (по-английски – relationship, отсюда и название – реляционные базы данных).

Одна из главных идей Кодда заключалась в том, что связь между данными должна устанавливаться в соответствии с их внутренними логическими взаимоотношениями.

Примечание.

В СУБД первого поколения для связи записей из разных файлов использовались физические указатели или адреса на диске. Это означало, что в том случае, когда в разных файлах хранится логически связанная информация, а физическая связь между этими файлами отсутствует, то для получения выборки (извлечения информации) из такой базы данных необходимо использовать низкоуровневые средства работы с файлами. В случае же реляционной базы данных сама СУБД поддерживает извлечение информации из базы данных на основе логических связей, и при работе с базой данных нет необходимости напрямую программировать обращения к файлам. Естественно, это существенно упрощает работу с базами данных.

Второй важный принцип, предложенный Коддом, заключается в том, что в реляционных системах одной командой могут обрабатываться целые файлы данных, в то время как в ранних СУБД одной командой обрабатывалась только одна запись. Реализация этого принципа существенно повысила эффективность программирования баз данных.

Реализация реляционных принципов в СУБД сделала возможным разработку простых языков запросов, вполне доступных пользователям, не являющимся специалистами в области программирования. Таким образом, благодаря снижению требований к квалификации существенно расширился круг пользователей баз данных.

 

Примечание.

На начальном этапе развития реляционных баз данных было разработано несколько языков запросов, среди которых наиболее известны QBE (Query by Example – запрос по образцу), Quel (Query Language – язык запросов) и SQL (Structured Query Language – структурированный язык запросов). Среди этих языков на сегодняшний день наибольшее распространение имеет SQL, который в 1986 г. был принят институтом ANSI (American National Standards Institute – Американский национальный институт стандартов) в качестве стандарта языков реляционных баз данных. Последнее обновление этого стандарта было принято в 1992 г., и язык запросов, соответствующий этому стандарту, обычно обозначается как SQL-92.

Сейчас реляционные базы данных получили очень широкое распространение и фактически их можно рассматривать

как стандарт СУБД для современных информационных систем.

Объектно-ориентированные СУБД

Несмотря на большую популярность реляционных СУБД, развитие технологии управления данными на них не остановилось. Следующим этапом этого развития стало появление объектно-ориентированных баз данных, для которых характерны объектно-ориентированный подход, распределенность данных, наличие активного сервера баз данных, языки программирования четвертого поколения, фрагментация и параллельная обработки запросов, технологии тиражирования данных, многопоточная архитектура и другие революционные достижения в области обработки данных.

Объектно-ориентированный подход имеет ряд преимуществ для разработчика, из которых можно отметить следующие:

• возможность разбить систему на совокупность независимых сущностей (объектов) и провести их строгую независимую спецификацию;

• простота эволюции системы за счет таких элементов объектного подхода как наследование и полиморфизм;

• возможность объектного моделирования системы, позволяющего проследить поведение реальных сущностей предметной области уже на ранних стадиях разработки.

Объектная модель данных более близка сущностям реального мира. Объекты можно сохранить и использовать непосредственно, не раскладывая по таблицам. Типы данных определяются разработчиком и не ограничены набором предопределенных типов.

При занесении сложного объекта в реляционную базу обязательна процедура декомпозиции его данных для того, чтобы разместить их в таблицах. При чтении объекта из реляционной базы он собирается из отдельных элементов и только затем может использоваться. В объектных же СУБД данные объекта, а также методы изменения этих данных помещаются в хранилище как единое целое.

Использование объектной модели представления данных (и, соответственно, объектно-ориентированной СУБД) наиболее привлекательно для информационных систем корпоративного уровня, разработка которых ведется методами объектного проектирования.

Примечание.

Несмотря на все достоинства объектно-ориентированных СУБД, их использование далеко не всегда оправданно. Нередко декомпозиция данных объекта не вызывает никаких проблем и вполне логична. В этом случае применение реляционной модели может быть более эффективным. Кроме того, ведущие производители реляционных СУБД IBM и Oracle доработали свои продукты (DB2 и Oracle соответственно), добавив объектную надстройку над реляционным ядром системы. Таким образом, работая с этими СУБД, можно использовать ту или иную модель данных в зависимости от конкретной ситуации. Вероятно, что в обозримом будущем рынок корпоративных систем пока останется за гибридными объектно-реляционными СУБД.

Реляционная модель данных

Реляционная модель данных была предложена уже упоминавшимся Э. Коддом, известным американским специалистом в области баз данных. Основные концепции этой модели были впервые опубликованы в 1970 г. в статье «A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks» (CACM, 1970, Vol. 13 № 6). Реляционная модель позволила решить одну из важнейших задач в управлении базами данных – обеспечить независимость представления и описания данных от прикладных программ, следствием чего стало бы существенное упрощение проектирования и программирования баз данных. Поэтому после опубликования работ Кодда начались активные исследования по созданию реляционной системы управления базами данных. В результате этих исследований во второй половине 70-х годов был создан ряд коммерческих и некоммерческих реляционных СУБД.