Общие сведения о базах данных. История развития систем управления базами данных

Общие сведения о базах данных. История развития систем управления базами данных


Содержание



1. История появления СУБД. Какие причины возникновения СУБД?

В истории использования вычислительной техники (ВТ) можно выделить несколько направлений ее использования.

В первую очередь, средства ВТ предназначались для решения сложных математических задач, которые требуют большого количества вычислений. Такие задачи невозможно было вычислить «вручную» за разумное время. В этом плане, вычислительная техника значительно облегчила работу инженерам, научным работникам, и т.п. Для упрощения решения таких задач, появились:

  • разнообразные численные методы решения задач;
  • специализированные алгоритмические языки (например, Fortran).

Однако, со временем, использование персональных компьютеров для выполнения сложных научных расчетов было вытеснено другим направлением использования средств ВТ. Активное развитие получили такие направления вычислительной техники как:

  • поддержка надежного сохранения информации;
  • выполнение специфических преобразований информации для заданного приложения (программы);
  • удобный и легкоусвояемый интерфейс пользователя;
  • выполнение специфических (иногда несложных) вычислений для заданного приложения.

Развитие этого направления привело к тому, что в конце 60-х, в начале 70-х годов появилось специализированное программное обеспечение, которое получило название Система управления базами данных (DataBase Management System – DBMS).

2. Какое назначение систем управления базами данных (СУБД)? Что такое база данных?

Основой любой современной информационной системы есть система управления базами данных.

Системы управления базами данных предназначены для обработки данных таким образом, чтобы ими можно было удобно оперировать. СУБД позволяют:

  • систематизировать данные в базе данных;
  • организовывать данные для их сохранения на компьютерах.

База данных – это совокупность некоторых данных, которые организованы по определенным правилам сохранения. Сохранение и обработка данных в базе данных может быть построено на основе взаимосвязанных схем, таблиц, хранимых процедур, представлений и других сложных объектов (элементов). Представление данных в базе данных должно отвечать выбранной модели данных (например, реляционной модели данных, объектно-ориентированной модели данных и т.п.).

3. Какие основные свойства систем управления базами данных?

Для всех существующих систем управления базами данных можно выделить следующие основные свойства:

  • поддержка логически согласованного набора файлов. Любая база данных может состоять из одного или нескольких (множества) файлов;
  • обеспечение языка манипулирования данными (Data Manipulation Language или DML). Например, современные системы управления реляционными базами данных поддерживают язык SQL (Structured Query Language) являющийся стандартом;
  • возможность восстановления информации после ее потери в случае сбоев;
  • обеспечение параллельной работы нескольких пользователей.

4. Какие тенденции влияют на эволюцию систем управления базами данных?

На эволюцию систем управления базами данных влияют:

  • развитие микроэлектронных технологий;
  • развитие персональных компьютеров;
  • развитие цифровых мобильных устройств;
  • развитие сети Internet.

5. Какие были этапы в истории развития и усовершенствование систем управления базами данных?

В истории развития СУБД можно выделить три основных этапа.

Этап 1. Этому этапу соответствуют СУБД первого поколения. Такие системы управления базами данных имели иерархическую и сетевую модели данных. Эти модели базировались на спецификациях CODASYL. В СУБД первого поколения информационные системы базировались на мейнфреймах (mainframe) – больших вычислительных машинах (например, IBM 360).

СУБД первого поколения имели ряд недостатков в сравнении с СУБД следующих поколений.

Этап 2. На этом этапе появляются реляционные СУБД (начало 70-х годов XX века). На сегодняшний день реляционные базы данных есть одними из наиболее популярных. В таких базах данных информация сохраняется в виде таблиц, которые связаны между собой отношениями (relations).

Этап 3. Этот этап характерен появлением объектно-ориентированных СУБД, которые основаны на использовании объектно-ориентированной парадигмы проектирования баз данных.

6. Какие преимущества и недостатки имели СУБД первого поколения?

Недостатки СУБД первого поколения сравнительно с СУБД второго поколения:

  • СУБД первого поколения были довольно сложными в использовании;
  • относительно сильная зависимость прикладных систем от физической организации базы данных;
  • отсутствовали средства автоматизации проектирования баз данных;
  • СУБД первого поколения имели высокую стоимость.

Преимущества СУБД первого поколения:

  • СУБД первого поколения имели низкоуровневые средства управления данными во внешней памяти;
  • имели возможность строить вручную прикладные системы;
  • имели возможность экономить память за счет совместного использования объектов.

7. Каким образом (по каким принципам) работают реляционные СУБД ?

Идеология реляционных СУБД была разработана математиком Э. Коддом, который предложил использовать теорию множеств для обработки данных. Согласно этой теории, любое представление данных сводится к совокупности двумерных таблиц, которые между собою связаны отношениями (relations).

В своей теории Э. Кодд предложил такие два основных принципа:

  1. В таблицах связь между данными устанавливается на основе их внутренних логических взаимоотношений.
  2. В реляционных СУБД одной командой могут обрабатываться большие массивы информации а также целые файлы данных. До появления реляционных баз данных, в СУБД первого поколения одной командой обрабатывалась лишь одна запись.

8. Какие преимущества использования реляционных СУБД по сравнению с СУБД первого поколения?

Реляционная СУБД имеют ряд преимуществ в сравнении с СУБД первого поколения:

  • форма представления информации есть удобной (естественной) для пользователя;
  • в реляционных СУБД можно создавать языки манипулирования данными, которые есть удобными для управления базой данных;
  • с помощью одной команды можно обрабатывать целые массивы информации (в отличие от СУБД первого поколения);
  • реляционные базы данных основаны на аппарате теории множеств, в которой с математической точки зрения хорошо описываются операции над данными.

9. По какому принципу работают объектно-ориентированные СУБД?

Объектно-ориентированные базы данных возникли как следствие развития реляционных баз данных с целью обеспечения возможностей решения более сложных задач. Объектно-ориентированные базы данных используют идеи объектно-ориентированного подхода, который близок к сущностям реального мира. В основе этого подхода лежит понятие объекта, который может владеть свойствами и поведением. Объекты можно использовать непосредственно (не используя таблиц). В объектно-ориентированной парадигме формируются собственные (сложные) типы данных.

10. Какие преимущества и недостатки использования объектно-ориентированных СУБД?

Преимущества объектно-ориентированных СУБД:

  • такие СУБД используют объектно-ориентированный подход, который в некоторых случаях есть более эффективным (например, разработка информационных систем корпоративного уровня) по сравнению с реляционным подходом;
  • разбиение системы на независимые объекты, для любого из которых определяется независимая спецификация;
  • объектно-ориентированные СУБД поддерживают наследственность и полиморфизм объектов, а это облегчает дальнейшее развитие таких СУБД;
  • объектно-ориентированные СУБД позволяют проводить объектное моделирование, преимуществом которого есть добротное отслеживание поведения реальных сущностей предметной области уже на начальных стадиях разработки;
  • объектно-ориентированные СУБД в некоторых случаях более удобны для представления сложных объектов. В таких СУБД, данные и методы изменения сложных объектов размещаются как единое целое. Для таких объектов не нужно осуществлять декомпозицию данных с целью представления их в таблицах, как это осуществляется в реляционных СУБД.

Недостатки объектно-ориентированных СУБД:

  • в большинстве задач, использование объектно-ориентированного подхода есть излишним. Это касается тех случаев, когда разбивка сложного объекта на логические части не представляет трудностей. В этом случае целесообразнее использовать реляционную модель для представления данных;
  • объектно-ориентированная СУБД, как правило, базируется на собственном программном интерфейсе в отличие от реляционной СУБД, где существует общий (стандартизированный) для всех язык запросов к базе данных.

11. Что такое гибридные объектно-реляционные СУБД?

Гибридные СУБД объединяют в себе оба вышеуказанных подхода: реляционный подход и объектно-ориентированный подход. Например, СУБД Oracle имеет объектно-ориентированную надстройку над реляционным ядром системы.


Связанные темы