Какую роль в развитии технологии баз данных сыграло появление персональных компьютеров

Обновлено: 07.07.2024

Период развития – 70-е годы . Концепция баз данных широко распространяется благодаря повышению характеристик аппаратного обеспечения компьютеров. Идет успешное внедрение систем, поддерживающих иерархическую и сетевую структуры данных.

Период становления – начало 60-х - начало 70-х гг . В этот период появляется сам термин «база данных» и создается несколько первоначальных систем. Основой появления баз данных явилось предложение конца 50-х годов использовать файлы для хранения исходных данных. Основное требование к таким файловым системам – быть совместно используемым хранилищем данных. В последующем стало очевидным, что совместно используемые данные, должны обладать специфическими свойствами, в частности: независимость данных, отсутствие дублирования и противоречивости, контроль прав доступа к данным, эффективная техника доступа к данным, а также многие другие.

Период зрелости – 80-е годы . Реляционная модель получила полное теоретическое обоснование. Разработаны крупные реляционные СУБД Oracle, Informix, и другие. Промышленные реляционные системы получают широкое распространение во всех сферах человеческой деятельности. Реляционные системы практически вытеснили с мирового рынка ранние СУБД иерархического и сетевого типа.

Дальнейшее развитие реляционных СУБД шло в следующих направлениях:

Удобство применения. Появление персональных компьютеров сделал принципиальным вопрос удобства использования программ, что также относилось и к СУБД. На протяжении всего этого периода интенсивно развивается внешний интерфейс взаимодействия пользователей с базами данных.

Многоплановость. Изначально базы данных разрабатывались для хранения и обработки символьной информации и традиционно использовались в таких сферах, как обработка экономической информации, статистика, банковское дело, системы резервирования, информационные системы различного направления. Появление спроса к базам данных в нетрадиционных сферах их применения, системы автоматизации проектирования, издательское дело и другие, потребовали хранения в базах данных и обработки изображений, звуков, полнотекстовой информации.

Этот период также характеризуется теоретическими и экспериментальными исследованиями в области баз знаний. Разрабатываются многочисленные экспертные системы, использующие базы знаний. В подавляющем большинстве случаев базы знаний разрабатываются на основе реляционных СУБД.

В данной статье приводится история появления и развития теории баз данных. Данный материал полезен по дисциплине МДК.04.03 " Системы управления базами данных" специальности 230115 СПО углубленной подготовки

Просмотр содержимого документа
«"История появления и развития СУБД»

История возникновения и развития баз данных

В истории вычислительной техники можно проследить развитие двух основных областей ее использования:

Первая область — применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, сложных алгоритмов обработки с помощью алгоритмических языков, но все они имеют дело с простыми структурами данных, объем которых невелик.

Вторая область — это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Информационная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

- надежное хранение информации в памяти компьютера;

- выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и вычислений;

- предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.

Важным шагом в развитии именно информационных систем явился переход к использованию централизованных систем управления файлами.

Файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные.

Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным. Пользователь ряд стандартных операций:

создать файл (требуемого типа и размера);

открыть ранее созданный файл;

прочитать из файла некоторую запись (текущую, следующую, предыдущую, первую, последнюю);

записать в файл на место текущей записи новую, добавить новую запись в конец файла.

Структура записи файла была известна только программе, которая с ним работала. Каждая программа, работающая с файлом, должна была иметь у себя внутри структуру данных, соответствующую структуре этого файла. Поэтому при изменении структуры файла требовалось изменять структуру программы, а это требовало новой компиляции. То есть это означает зависимость программ от данных. Информационные системы используются многими пользователями одновременно. При изменении структуры файлов необходимо изменять программы всех пользователей. А ведет дополнительные затраты на разработку.

Это было первым существенным недостатком файловых систем, который явился толчком к созданию новых систем хранения и управления информацией.

идентификатор пользователя, который создал этот файл, и фиксироваться, какие действия ему доступы и доступны для других пользователей группы.

Администрирование режимом доступа к файлу в основном выполняется его создателем-владельцем. Для множества файлов, отражающих информационную модель одной предметной области, такой децентрализованный принцип управления доступом вызывал дополнительные трудности. Отсутствие централизованных методов управления доступом к информации послужило еще одной причиной разработки СУБД.

Одновременная работа нескольких пользователей во многопользовательских ОС, связанная с модификацией данных в файле, либо вообще не реализовывалась, либо очень замедлена.

Все эти недостатки послужили развитию нового подхода к управлению информацией. Этот подход был реализован в СУБД (системах управления данными).

История развития СУБД насчитывает более 30 лет. В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД системаIMS фирмы IBM. В 1975 году появился первый стандарт ассоциации по языкам систем обработки данных — Conference of Data System Languages (CODASYL), который определил ряд фундаментальных понятий в теории систем баз данных, которые и до сих пор являются основополагающими для сетевой модели данных. В дальнейшее развитие теории баз данных большой вклад был сделан американским математиком Э. Ф. Коддом, который является создателем реляционной модели данных. В 1981 году Э. Ф. Кодд получил за создание реляционной модели и реляционной алгебры престижную премию Тьюринга Американской ассоциации по вычислительной технике.

Развитие вычислительной техники повлияло также и на развитие технологии баз данных. Можно выделить четыре этапа в развитии данного направления в обработке данных.

Первый этап развития СУБД связан с организацией баз данных на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и мини-ЭВМ типа PDP11 (фирмы Digital Equipment Corporation — DEC), разных моделях HP (фирмы Hewlett Packard).

Базы данных хранились во внешней памяти центральной ЭВМ, пользователями этих баз данных были задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивный режим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода для центральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языках и запускались как обычные числовые программы.

Особенности этого этапа развития выражаются в следующем:

Все СУБД базируются на мощных мультипрограммных операционных системах (MVS, SVM, RTE, OSRV, RSX, UNIX), поэтому в основном поддерживается работа с централизованной базой данных в режиме распределенного доступа.

Функции управления распределением ресурсов в основном осуществляются операционной системой (ОС).

Поддерживаются языки низкого уровня манипулирования данными, ориентированные на навигационные методы доступа к данным.

Значительная роль отводится администрированию данных.

Проводятся серьезные работы по обоснованию и формализации реляционной модели данных, и была создана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной модели данных.

Проводятся теоретические работы по оптимизации запросов и управлению распределенным доступом к централизованной БД, было введено понятие транзакции.

Результаты научных исследований открыто обсуждаются в печати, идет мощный поток общедоступных публикаций, касающихся всех аспектов теории и практики баз данных, и результаты теоретических исследований активно внедряются в коммерческие СУБД.

Появляются первые языки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных. Однако отсутствуют стандарты для этих первых языков.

2 этап – это этап развития персональных компьютеров.

Особенности этого этапа следующие:

Все СУБД были рассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом.

Большинство СУБД имели развитый и удобный пользовательский интерфейс. В большинстве существовал интерактивный режим работы с БД как в рамках описания БД, так и в рамках проектирования запросов. Кроме того, большинство СУБД предлагали развитый и удобный инструментарий для разработки готовых приложений без программирования ( на основе готовых шаблонов форм, конструкторов запросов).

Во всех СУБД поддерживался только внешний уровень представления реляционной модели, то есть только внешний табличный вид структур данных.

При наличии высокоуровневых языков манипулирования данными типа реляционной алгебры и SQL в настольных СУБД поддерживались низкоуровневые языки манипулирования данными на уровне отдельных строк таблиц.

В настольных СУБД отсутствовали средства поддержки ссылочной и структурной целостности базы данных. Эти функции должны были выполнять приложения.

Наличие монопольного режима работы фактически привело к вырождению функций администрирования БД и в связи с этим — к отсутствию инструментальных средств администрирования БД.

сравнительно скромные требования к аппаратному обеспечению со стороны настольных СУБД.

Представители этого семейства — очень широко использовавшиеся до недавнего времени СУБД Dbase (DbaseIII+, DbaseIV), FoxPro, Clipper, Paradox.

3 этап - распределенные базы данных (переход от персонализации к интеграции)

Особенности этого этапа:

Практически все современные СУБД обеспечивают поддержку полной реляционной модели , а именно:

О структурной целостности — допустимыми являются только данные, представленные в виде отношений реляционной модели;

О языковой целостности, то есть языков манипулирования данными высокого уровня (в основном SQL);

О ссылочной целостности, контроля за соблюдением ссылочной целостности в течение всего времени функционирования системы, и гарантий невозможности со стороны СУБД нарушить эти ограничения.

Большинство современных СУБД рассчитаны на многоплатформенную архитектуру, то есть они могут работать на компьютерах с разной архитектурой и под разными операционными системами.

Необходимость поддержки многопользовательской работы с базой данных и возможность децентрализованного хранения данных потребовали развития средств администрирования БД с реализацией общей концепции средств защиты данных.

Создание теоретических трудов по оптимизации реализаций распределенных БД и работе с распределенными транзакциями и запросами с внедрением полученных результатов в коммерческие СУБД.

Для того чтобы не потерять клиентов, которые ранее работали на настольных СУБД, практически все современные СУБД имеют средства подключения клиентских приложений, разработанных с использованием настольных СУБД, и средства экспорта данных из форматов настольных СУБД второго этапа развития.

Разработка стандартов языков описания и манипулирования данными SQL89, SQL92, SQL99 и технологий по обмену данными между различными СУБД.

Разработка концепцией объектно-ориентированных БД — ООБД. Представителями СУБД, относящимся к второму этапу, можно считать MS Access 97 и все современные серверы баз данных Oracle7.3,Oracle 8.4 MS SQL6.5, MS SQL7.0, System 10, System 11, Informix, DB2, SQL Base и другие современные серверы баз данных, которых в настоящий момент насчитывается несколько десятков.

4 этап характеризуется появлением новой технологии доступа к данным — интранет.

Основное отличие этого подхода от технологии клиент-сервер состоит в том, что отпадает необходимость использования специализированного клиентского программного обеспечения. Для работы с удаленной базой данных используется стандартный браузер.

При этом встроенный в загружаемые пользователем HTML-страницы код, написанный обычно на языке Java, Java-script, Perl и других, отслеживает все действия пользователя и транслирует их в низкоуровневые SQL-запросы к базе данных, выполняя, таким образом, ту работу, которой в технологии клиент-сервер занимается клиентская программа. Сложные задачи реализованы в архитектуре "клиент-сервер" с разработкой специального клиентского программного обеспечения.

Иркутск 2015 г.

Цель данного пособия оказать помощь в самостоятельной подготовке студентов изучающих основы проектирования баз данных, и способствовать формированию системного представления относительно основных теоретико-методологических вопросов.

Содержание конспекта лекций позволит более точно и правильно сформировать понимание представленных тем. Кроме того, работа с конспектом лекций определяет круг основных понятий по данному вопросу, что позволяет более качественно их освоить и быть более успешными в подготовке к промежуточной аттестации.

Основные понятия теории баз данных

История возникновения баз данных

История развития баз данных

Компьютеры были созданы для решения вычислительных задач, однако со временем они все чаще стали использоваться для построения систем обработки документов, а точнее, содержащейся в них информации. Такие системы обычно и называют информационными.

Информационные системы имеют следующие особенности:

для обеспечения их работы нужны сравнительно низкие вычислительные мощности

данные, которые они используют, имеют сложную структуру

необходимы средства сохранения данных между последовательными запусками системы, …

Другими словами, информационная система требует создания в памяти ЭВМ динамически обновляемой модели внешнего мира с использованием единого хранилища - базы данных (БД) .

Предметная область - часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и, в конечном счете, автоматизации.

Отличительной чертой баз данных следует считать то, что данные хранятся совместно с их описанием, а в прикладных программах описание данных не содержится. Независимые от программ пользователя данные обычно называются метаданными . В ряде современных систем метаданные, содержащие также информацию о пользователях, форматы отображения, статистику обращения к данным и др. сведения, хранятся в словаре базы данных .

Таким образом, система управления базой данных ( СУБД ) - важнейший компонент информационной системы. Для создания и управления информационной системой СУБД необходима в той же степени, как для разработки программы на алгоритмическом языке необходим транслятор.

Основные функции СУБД:

управление данными во внешней памяти (на дисках);

управление данными в оперативной памяти;

журнализация изменений и восстановление базы данных после сбоев;

поддержание языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

История возникновения БД

В истории вычислительной техники можно проследить развитие двух основных областей ее использования.

Первая область — применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Характерной особенностью данной области применения вычислительной техники является наличие сложных алгоритмов обработки, которые применяются к простым по структуре данным, объем которых сравнительно невелик.

Вторая область — это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах.

Информационная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

надежное хранение информации в памяти компьютера;

выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и вычислений;

предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.

Обычно такие системы имеют дело с большими объемами информации, имеющей достаточно сложную структуру.

Важным шагом в развитии именно информационных систем явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы, файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

Пользователи видят файл как линейную последовательность записей и могут выполнить над ним ряд стандартных операций:

создать файл (требуемого типа и размера);

открыть ранее созданный файл;

прочитать из файла некоторую запись (текущую, следующую, предыдущую, первую, последнюю);

записать в файл на место текущей записи новую, добавить новую запись в конец файла.

В разных файловых системах эти операции могли несколько отличаться, но общий смысл их был именно таким.

Главное, что следует отметить, это то, что структура записи файла была известна только программе, которая с ним работала , система управления файлами не знала ее. И поэтому для того, чтобы извлечь некоторую информацию из файла, необходимо было точно знать структуру записи файла с точностью до бита. Каждая программа, работающая с файлом, должна была иметь у себя внутри структуру данных, соответствующую структуре этого файла. Поэтому при изменении структуры файла требовалось изменять структуру программы , а это требовало новой компиляции, то есть процесса перевода программы в исполняемые машинные коды. Такая ситуация характеризовалась как зависимость программ от данных. Для информационных систем характерным является наличие большого числа различных пользователей (программ), каждый из которых имеет свои специфические алгоритмы обработки информации, хранящейся в одних и тех же файлах. Изменение структуры файла, которое было необходимо для одной программы, требовало исправления и перекомпиляции и дополнительной отладки всех остальных программ, работающих с этим же файлом. Это было первым существенным недостатком файловых систем, который явился толчком к созданию новых систем хранения и управления информацией.

Следующей причиной стала необходимость обеспечения эффективной параллельной работы многих пользователей с одними и теми же файлами . В общем случае системы управления файлами обеспечивали режим многопользовательского доступа. Если операционная система поддерживает многопользовательский режим, вполне реальна ситуация, когда два или более пользователя одновременно пытаются работать с одним и тем же файлом. Если все пользователи собираются только читать файл, ничего страшного не произойдет. Но если хотя бы один из них будет изменять файл, для корректной работы этих пользователей требуется взаимная синхронизация их действий по отношению к файлу.

В системах управления файлами обычно применялся следующий подход. В операции открытия файла (первой и обязательной операции, с которой должен начинаться сеанс работы с файлом) среди прочих параметров указывался режим работы (чтение или изменение). Если к моменту выполнения этой операции некоторым пользовательским процессом PR1 файл был уже открыт другим процессом PR2 в режиме изменения, то в зависимости от особенностей системы процессу PR1 либо сообщалось о невозможности открытия файла, либо он блокировался до тех пор, пока в процессе PR2 не выполнялась операция закрытия файла.

При подобном способе организации одновременная работа нескольких пользователей, связанная с модификацией данных в файле, либо вообще не реализовывалась, либо была очень замедлена.

Эти недостатки послужили тем толчком, который заставил разработчиков информационных систем предложить новый подход к управлению информацией. Этот подход был реализован в рамках новых программных систем, названных впоследствии Системами Управления Базами Данных (СУБД), а сами хранилища информации, которые работали под управлением данных систем, назывались базами или банками данных (БД и БнД).

История развития БД

Концепция БД сложилась в конце 60-х годов прошлого столетия и с тех пор постоянно развивалась.

Первый этап сложился к началу 60-х годов прошлого века и характеризуется следующими признаками:

информация преимущественно хранится в последовательных файлах на магнитных лентах;

физическая структура данных строго соответствует логической;

в качестве архива хранятся несколько копий файлов;

файлы предназначены для единственной программы;

программист планирует не только логическую, но и физическую организацию данных;

при изменении физической или логической организации данных программа должна перерабатываться.

Второй этап относится к середине 60-х годов и имеет следующие особенности:

появились внешние устройства прямого доступа, позволившие осуществить произвольный доступ к записям (прямой, индексно-последовательный);

вошли в употребление процедуры поиска записи по ключевому полю (обычно одному);

стало возможным переносить файлы на другие внешние устройства без изменения прикладных программ, что обычно обеспечивалось средствами языка управления данными соответствующей операционной системы.

Третий этап начался с конца 60-х годов. Основным достижением можно считать осознание необходимости централизации данных для доступа к ним различных приложений. При этом уменьшается избыточность и противоречивость информации, приложения используют стандартные средства доступа к данным. На этом этапе возросла сложность организации данных, был реализован эффективный поиск записей по многим ключам.

Именно на этом этапе появились первые СУБД. Прежде всего развивались теория и практика построения иерархических и сетевых СУБД. В этих моделях связи данных описываются с помощью деревьев и графов общего вида.

Четвертый этап датируется второй половиной 70-х годов. На этом этапе были реализованы следующие основные характеристики СУБД:

логическая и физическая независимость данных;

удобство развития БД;

безопасность, секретность, целостность данных;

поиск информации по различным запросам;

языковые средства для администратора, прикладного программиста, пользователя-непрофессионала.

С начала 70-х годов после публикаций Э.Кодда начались активные исследования реляционной модели данных. Основу реляционной СУБД составляют таблицы. Вплоть до 80-х годов реляционные СУБД считались перспективными, но трудными для реализации.

Новый этап в развитии СУБД наступил при появлении персональных компьютеров. На этом этапе на передний план вышли такие особенности СУБД, как:

дружественность и удобство работы пользователя (развитые диалоги, меню, оконный интерфейс, контекстная помощь);

упрощение громоздких схем СУБД за счет частичной реализации ряда свойств;

почти полный переход на реляционные СУБД;

ориентация не только на программиста, но и на пользователя-непрофессионала;

наличие средств автоматизации программирования в виде генераторов форм, меню, отчетов, запросов.

Классификация БД

Классификация БД может быть произведена по различным признакам, среди которых выделяют:

По форме представления информации: фактографические и документальные.

По типу используемой модели данных: иерархические, сетевые, реляционные.

По типологии хранения данных: локальные (централизованные) и распределённые (удалённые) БД.

Классификация не является полной. Различные источники предоставляют разнообразную классификацию.

Вопросы для самоконтроля:

Дайте определения понятиям: информационная система, предметная область.

Что называется базой данных и каково ее место в ИС?

В чем различие между данными и метаданными?

Каково назначение систем управления базами данных?

Для чего используется словарь данных?

Назовите этапы развития БД.

Какую роль в развитии технологии БД сыграло появление ПК?

Каковы функции СУБД?

Технология "клиент – сервер"

Трехзвенная (многозвенная) архитектура "клиент – сервер"

Понятие базы данных изначально предполагало возможность решения многих задач несколькими пользователями. В связи с этим, важнейшей характеристикой современных СУБД является наличие многопользовательской технологии работы. Разная реализация таких технологий в разное время была связана как с основными свойствами вычислительной техники, так и с развитием программного обеспечения.

Централизованная архитектура

При использовании этой технологии база данных, СУБД и прикладная программа (приложение) располагаются на одном компьютере ( рисунок 1 ). Для такого способа организации не требуется поддержки сети и все сводится к автономной работе.

Рисунок 1 - Централизованная архитектура

Многопользовательская технология работы обеспечивалась либо режимом мультипрограммирования, либо режимом разделения времени.

Архитектура "файл-сервер"

Увеличение сложности задач, появление персональных компьютеров и локальных вычислительных сетей явились предпосылками появления новой архитектуры файл-сервер . Эта архитектура баз данных с сетевым доступом предполагает назначение одного из компьютеров сети в качестве выделенного сервера, на котором будут храниться файлы базы данных. В соответствии с запросами пользователей файлы с файл-сервера передаются на рабочие станции пользователей, где и осуществляется основная часть обработки данных. Центральный сервер выполняет в основном только роль хранилища файлов, не участвуя в обработке самих данных ( рисунок 2 ).

Рисунок 2 - Архитектура "файл-сервер"

Технология "клиент – сервер"

Использование технологии " клиент – сервер " предполагает наличие некоторого количества компьютеров, объединенных в сеть, один из которых выполняет особые управляющие функции (является сервером сети).

Так, архитектура " клиент – сервер " разделяет функции приложения пользователя (называемого клиентом) и сервера. Приложение-клиент формирует запрос к серверу, на котором расположена БД, на структурном языке запросов SQL (Structured Query Language), являющемся промышленным стандартом в мире реляционных БД. Удаленный сервер принимает запрос и переадресует его SQL-серверу БД.

SQL-сервер – специальная программа, управляющая удаленной базой данных. SQL-сервер обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение в базе данных, формирование результата выполнения запроса и выдачу его приложению-клиенту. При этом ресурсы клиентского компьютера не участвуют в физическом выполнении запроса; клиентский компьютер лишь отсылает запрос к серверной БД и получает результат, после чего интерпретирует его необходимым образом и представляет пользователю. Так как клиентскому приложению посылается результат выполнения запроса, по сети "путешествуют" только те данные, которые необходимы клиенту. В итоге снижается нагрузка на сеть. Поскольку выполнение запроса происходит там же, где хранятся данные (на сервере), нет необходимости в пересылке больших пакетов данных. Кроме того, SQL-сервер, если это возможно, оптимизирует полученный запрос таким образом, чтобы он был выполнен в минимальное время с наименьшими накладными расходами.

Архитектура системы представлена на рисунке 3 .

Рисунок 3 - Архитектура "клиент – сервер"

Трехзвенная (многозвенная) архитектура "клиент – сервер"

Трехзвенная (в некоторых случаях многозвенная ) архитектура (N-tier или multi-tier). представляет собой дальнейшее совершенствование технологии " клиент – сервер ". Рассмотрев архитектуру " клиент – сервер ", можно заключить, что она является 2-звенной: первое звено – клиентское приложение, второе звено – сервер БД + сама БД. В трехзвенной архитектуре вся бизнес-логика (деловая логика), ранее входившая в клиентские приложения, выделяется в отдельное звено, называемое сервером приложений. При этом клиентским приложениям остается лишь пользовательский интерфейс.

Схематически такую архитектуру можно представить, как показано на рисунке 4 .

Рисунок 4 - Представление многоуровневой архитектуры "клиент-сервер"

Вопросы для самоконтроля:

Назовите достоинства и недостатки существующих многопользовательских технологий с базами данных.

Базы данных лежат в основе практически всех современных информационных и информационно - телекоммуникационных систем, и это коренным образом изменило характер работы многих организаций. Развитие СУБД началось еще в 60-е годы, когда разрабатывался проект полета корабля Apollo на Луну.

В середине 60-х годов корпорация IBM совместно с фирмой NAA (North American Aviation, в настоящее время - Rockwell International) разработали первую СУБД - иерархическую систему IMS (Information Management System). Несмотря на то, что IMS является самой первой из всех коммерческих СУБД, она до сих пор остается основной иерархической СУБД, используемой на большинстве крупных мейнфреймов [4].

Другим заметным достижением середины 60-х годов было появление системы IDS (Integrated Data Store) фирмы General Electric. Развитие этой системы привело к созданию нового типа систем управления базами данных - сетевых СУБД, что оказало существенное влияние на информационные системы того поколения. Сетевая СУБД создавалась для представления более сложных взаимосвязей между данными, чем те, которые можно было моделировать с помощью иерархических структур, и послужили основой для разработки первых стандартов БД [4].

1. Общие положения

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных [1].

Основные функции СУБД:

управление данными во внешней памяти (на дисках);

управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными) [1].

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,

процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД,

а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы [1].

Классификации СУБД по моделям данных:

По степени распределённости:

Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере);

Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД:

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок.

Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера.

Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком [1].

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно.

Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу.

Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик, как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.

2. История возникновения и развития баз данных

В истории вычислительной техники можно проследить развитие двух основных областей ее использования:

Вторая область — это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Информационная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

- надежное хранение информации в памяти компьютера;

- выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и вычислений;

- предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса [2].

Файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные.

Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным. Пользователь ряд стандартных операций:

создать файл (требуемого типа и размера);

открыть ранее созданный файл;

прочитать из файла некоторую запись (текущую, следующую, предыдущую, первую, последнюю);

записать в файл на место текущей записи новую, добавить новую запись в конец файла [1].

Структура записи файла была известна только программе, которая с ним работала. Каждая программа, работающая с файлом, должна была иметь у себя внутри структуру данных, соответствующую структуре этого файла. Поэтому при изменении структуры файла требовалось изменять структуру программы, а это требовало новой компиляции. То есть это означает зависимость программ от данных. Информационные системы используются многими пользователями одновременно. При изменении структуры файлов необходимо изменять программы всех пользователей. А ведет дополнительные затраты на разработку [1].

Администрирование режимом доступа к файлу в основном выполняется его создателем-владельцем. Для множества файлов, отражающих информационную модель одной предметной области, такой децентрализованный принцип управления доступом вызывал дополнительные трудности. Отсутствие централизованных методов управления доступом к информации послужило еще одной причиной разработки СУБД.

История развития СУБД насчитывает более 30 лет. В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД система IMS фирмы IBM. В 1975 году появился первый стандарт ассоциации по языкам систем обработки данных — Conference of Data System Languages (CODASYL), который определил ряд фундаментальных понятий в теории систем баз данных, которые и до сих пор являются основополагающими для сетевой модели данных. В дальнейшее развитие теории баз данных большой вклад был сделан американским математиком Э. Ф. Коддом, который является создателем реляционной модели данных. В 1981 году Э. Ф. Кодд получил за создание реляционной модели и реляционной алгебры престижную премию Тьюринга Американской ассоциации по вычислительной технике.

Первый этап развития СУБД связан с организацией баз данных на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и мини-ЭВМ типа PDP11 (фирмы Digital Equipment Corporation — DEC), разных моделях HP (фирмы Hewlett Packard) [2].

Базы данных хранились во внешней памяти центральной ЭВМ, пользователями этих баз данных были задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивный режим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода для центральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языках и запускались как обычные числовые программы.

Особенности этого этапа развития выражаются в следующем:

Все СУБД базируются на мощных мультипрограммных операционных системах (MVS, SVM, RTE, OSRV, RSX, UNIX), поэтому в основном поддерживается работа с централизованной базой данных в режиме распределенного доступа.

Функции управления распределением ресурсов в основном осуществляются операционной системой (ОС).

Поддерживаются языки низкого уровня манипулирования данными, ориентированные на навигационные методы доступа к данным.

Значительная роль отводится администрированию данных [2].

Проводятся теоретические работы по оптимизации запросов и управлению распределенным доступом к централизованной БД, было введено понятие транзакции.

Второй этап – это этап развития персональных компьютеров.

Особенности этого этапа следующие:

Все СУБД были рассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом.

Большинство СУБД имели развитый и удобный пользовательский интерфейс. В большинстве существовал интерактивный режим работы с БД как в рамках описания БД, так и в рамках проектирования запросов. Кроме того, большинство СУБД предлагали развитый и удобный инструментарий для разработки готовых приложений без программирования (на основе готовых шаблонов форм, конструкторов запросов) [2].

При наличии высокоуровневых языков манипулирования данными типа реляционной алгебры и SQL в настольных СУБД поддерживались низкоуровневые языки манипулирования данными на уровне отдельных строк таблиц.

Сравнительно скромные требования к аппаратному обеспечению со стороны настольных СУБД.

Третий этап - распределенные базы данных (переход от персонализации к интеграции)

Особенности этого этапа:

Практически все современные СУБД обеспечивают поддержку полной реляционной модели, а именно:

О языковой целостности, то есть языков манипулирования данными высокого уровня (в основном SQL);

6. Четвертый этап

Четвертый этап характеризуется появлением новой технологии доступа к данным — интранет.

Основное отличие этого подхода от технологии клиент-сервер состоит в том, что отпадает необходимость использования специализированного клиентского программного обеспечения. Для работы с удаленной базой данных используется стандартный браузер.

При этом встроенный в загружаемые пользователем HTML-страницы код, написанный обычно на языке Java, Java-script, Perl и других, отслеживает все действия пользователя и транслирует их в низкоуровневые SQL-запросы к базе данных, выполняя, таким образом, ту работу, которой в технологии клиент-сервер занимается клиентская программа. Сложные задачи реализованы в архитектуре "клиент-сервер" с разработкой специального клиентского программного обеспечения [2].

Таким образом, можно выделить основные компоненты БД. Это таблицы (для реляционных БД), запросы, формы и отчеты. Сюда также необходимо добавить и программы, связывающие эти компоненты воедино в приложение.

Кроме классических БД, предназначенных в основном для хранения текстовой и числовой информации, в последнее время получили развитие новые направления применения технологии БД:

- БД мультимедиа (Multimedia Databases);

- географические информационные системы (Geographic Information Systems - GIS), предназначенные для хранения карт, погодных данных и снимков со спутников;

- аналитическая обработка данных (Data Warehouses, Data Mining and On-line Analytical Processing - OLAP). Системы, использующиеся для выделения и анализа необходимой информации из очень больших БД для принятия решений;

- системы реального времени и активные БД (Real-time and Active Database Technology), использующиеся для контроля проектирования и производства;

Читайте также:

Какую роль в развитии технологии баз данных сыграло появление персональных компьютеров

Просмотр содержимого документа «"История появления и развития СУБД»

Просмотр содержимого документа
«"История появления и развития СУБД»