Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

Упрощённая схема системы базы данных:

Система баз данных содержит 5 главных компонентов: данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение, юзеры, сама база данных.

4. Понятия интегрированности и разделяемости данных, независимости от данных и целостности данных применительно к системам баз данных.

В общем случае данные в базе данных (по крайней мере, в больших системах) являются интегрированными и разделяемыми. Как будет показано в разделе 1.4, эти два аспекта, интеграция и разделение данных, представляют собой наиболее важные преимущества использования систем баз данных на большом оборудовании и по меньшей мере один из них - интеграция - является преимуществом их использования на малом оборудовании. Конечно, есть множество других преимуществ (даже на малом оборудовании), но о них речь пойдет позже. Сначала следует объяснить, что понимается под терминами интегрированный и разделяемый.

Под понятием интегрированности данных подразумевается возможность представить базу данных как объединение нескольких отдельных файлов данных, полностью или частично исключающее избыточность хранения информации. Например, база данных может содержать файл EMPLOYEE, включающий имена сотрудников, адреса, отделы, зарплату и т.д., и файл ENROLLMENT, содержащий сведения о регистрации сотрудников на курсах обучения (рис. 1.4). Допустим, что для контроля процесса обучения необходимо знать отдел каждого зачисленного на курсы студента. Совершенно очевидно, что нет необходимости включать такую информацию в файл ENROLLMENT, поскольку ее всегда можно получить из файла EMPLOYEE.

EMPLOYEE NAME ADDRESS DEPARMENT SALARY ...

ENROLLMENT NAME COURSE

Рис. 1.4. Фаты EMPLOYEE и ENROLLMENT

Под понятием разделяемости данных подразумевается возможность использования отдельных элементов, хранимых в базе данных несколькими различными пользователями. Имеется в виду, что каждый из пользователей сможет получить доступ к одному и тому же элементу данных, возможно, для достижения различных целей. Как уже упоминалось, разные пользователи могут даже получать доступ к одному и тому же элементу данных в одно и то же время (параллельный доступ). В приведенном выше примере информация об отделе в файле EMPLOYEE может разделяться пользователями отдела кадров и отдела обучения. Причем, как подчеркивалось выше, эти две группы пользователей смогут применять такую информацию для разных целей, что обычно и происходит.

Замечание. Если база данных не является разделяемой, то ее иногда называют личной или базой данных специального назначения.

Одним из следствий упомянутых выше характеристик базы данных (интегрированности и разделяемости) является то, что каждый конкретный пользователь обычно имеет дело лишь с небольшой частью всей базы данных, причем обрабатываемые различными пользователями части могут произвольным образом перекрываться. Иначе говоря, каждая база данных воспринимается ее различными пользователями по-разному. Фактически даже те два пользователя базы данных, которые работают с одними и теми же элементами данных, могут иметь значительно отличающиеся представления о них.

5. Жизненный цикл базы данных. Этапы концептуального, логического и физического проектирования базы данных.

Жизненный цикл базы данных — это совокупность этапов, которые проходит база данных на своём пути от создания до окончания использования.

6. Понятия модели и модели данных. Логические модели данных.

Моде́ль (фр. modèle, от лат. modulus — «мера, аналог, образец») — это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе, это упрощённое представление реального устройства и/или протекающих в нём процессов, явлений.

Первоначально понятие модели данных употреблялось как синоним структуры данных в конкретной базе данных.

Модель данных — это абстрактное, самодостаточное, логическое определение объектов, операторов и прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину доступа к данным, с которой взаимодействует пользователь. Эти объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы — поведение данных.

Каждая БД и СУБД строится на основе некоторой явной или неявной модели данных. Все СУБД, построенные на одной и той же модели данных, относят к одному типу. Например, основой реляционных СУБД является реляционная модель данных, сетевых СУБД — сетевая модель данных, иерархических СУБД — иерархическая модель данных и т.д.

Реляционная модель данных (РМД) — логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математикикак теории множеств и логика первого порядка.

На реляционной модели данных строятся реляционные базы данных.

Сетевая модель данных — логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных.

Логическая модель данных. На следующем, более низком уровне находится логическая модель данных предметной области. Логическая модель описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а также ограничения на данные, налагаемые предметной областью. Примеры понятий - "сотрудник", "отдел", "проект", "зарплата". Примеры взаимосвязей между понятиями - "сотрудник числится ровно в одном отделе", "сотрудник может выполнять несколько проектов", "над одним проектом может работать несколько сотрудников". Примеры ограничений - "возраст сотрудника не менее 16 и не более 60 лет".

Логическая модель данных является начальным прототипом будущей базы данных. Логическая модель строится в терминах информационных единиц, но без привязки к конкретной СУБД. Более того, логическая модель данных необязательно должна быть выражена средствами именно реляционноймодели данных. Основным средством разработки логической модели данных в настоящий момент являются различные варианты ER-диаграмм (Entity-Relationship, диаграммы сущность-связь). Одну и ту же ER-модель можно преобразовать как в реляционную модель данных, так и в модель данных для иерархических и сетевых СУБД, или в постреляционную модель данных. Однако, т.к. мы рассматриваем именно реляционные СУБД, то можно считать, что логическая модель данных для нас формулируется в терминах реляционной модели данных.

Решения, принятые на предыдущем уровне, при разработке модели предметной области, определяют некоторые границы, в пределах которых можно развивать логическую модель данных, в пределах же этих границ можно принимать различные решения. Например, модель предметной области складского учета содержит понятия "склад", "накладная", "товар". При разработке соответствующей реляционной модели эти термины обязательно должны быть использованы, но различных способов реализации тут много - можно создать одно отношение, в котором будут присутствовать в качестве атрибутов "склад", "накладная", "товар", а можно создать три отдельных отношения, по одному на каждое понятие.

7. Иерархическая модель данных, ее достоинства и недостатки.

В иерархической модели связи между данными можно описать с помо­щью упорядоченного графа (или дерева). Упрощенно представление свя­зей между данными в иерархической модели показано на рис. 2.

Рис.2. Иерархическая модель

Для описания структуры (схемы) иерархической БД на некотором язы­ке программирования используется тип данных «дерево».

Тип «дерево» является составным. Он включает в себя подтипы («подде­ревья»), каждый из которых, в свою очередь, является типом «дерево». Каж­дый из типов «дерево» состоит из одного «корневого» типа и упорядочен­ного набора (возможно, пустого) подчиненных типов. Каждый из элементарных типов, включенных в тип «дерево», является простым или составным типом «запись». Простая «запись» состоит из одного типа, на­пример числового, а составная «запись» объединяет некоторую совокуп­ность типов, например целое, строку символов и указатель (ссылку). При­мер типа «дерево» как совокупности типов показан на рис. 3.

Рис. 3. Пример типа «дерево»

Корневым называется тип, который имеет подчиненные типы и сам не является подтипом. Подчиненный тип (подтип) является потомком по отно­шению к типу, который выступает для него в роли предка (родителя). Потом­ки одного и того же типа являются близнецами по отношению друг к другу.

В целом тип «дерево» представляет собой иерархически организован­ный набор типов «запись».

Иерархическая БД представляет собой упорядоченную совокупность экземпляров данных типа «дерево» (деревьев), содержащих экземпляры типа «запись» (записи). Поля записей хранят собствен­но числовые или символьные значения, составляющие основное содер­жание БД. Обход всех элементов иерархической БД обычно производится сверху вниз и слева направо.

Данные в базе с приведенной схемой (рис. 3) могут выглядеть, напри­мер, как показано на рис.4.

Рис. 4. Данные в иерархической базе

К основным операциям манипулирования иерархически организован­ными данными относятся следующие:

•поиск указанного экземпляра БД (например, дерева со значением 10 в поле Отд_номер);

•  переход от одного дерева к другому;

•  переход от одной записи к другой внутри дерева (например, к следую­ щей записи типа Сотрудники);

•  вставка новой записи в указанную позицию;

•  удаление текущей записи и т. д.

К достоинствам иерархической модели данных относятся эффективное использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени выполнения основных операций над данными. Иерархическая модель данных удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией.

Недостатком иерархической модели является ее громоздкость для обра­ботки информации с достаточно сложными логическими связями, а также сложность понимания для обычного пользователя.

На иерархической модели данных основано сравнительно ограничен­ное количество СУБД, в числе которых можно назвать зарубежные систе­мы IMS, PC/Focus, Team-Up и Data Edge, а также отечественные системы Ока, ИНЭС и МИРИС.