Системы управления базами данных

Введение
1. Анализ моделей баз данных
1.1.Иерархическая модель
1.2.Сетевая модель
1.3.Реляционная модель
2.Системы управления базами данных
2.1.Реляционные СУБД
2.2.Язык SQL
2.2.1.Краткая история языка SQL
2.2.2.Объектно-реляционная модель
3.Создание реляционной базыданных средствами MS Access
Заключение
Список использованных источников
Список сокращений
Приложение

Системы управления базами данных

Система сброса нагрузки
506
506
Система электроснабжения
501
1007
Блок электроснабжения
501
1008
Башенный блок
501
1009
Роторный блок
501
Рис. 1.3. Пример структуры реляционной базы данных
Каждая строка в таблице Части представляет одну часть. У каждой части имеется уникальный идентификационный номер (Код Части), имя (Наименование части) и ссылка на категорию, к которой она относится. Категории перечислены в таблице Категории.
Между этими двумя таблицами существует связь. Например, часть щетки имеет идентификационный номер 1004 и, согласно значению в столбце Код Категории (Идентификационный номер категории), относится к категории 504. В таблице Категории видно, что под номером 504 подразумевается категория Генератор, которая сама по себе тоже является частью. Такая структура предоставляет программистам гораздо большую свободу в плане навигации по данным, благодаря чему они могут создавать приложения, более гибкие в плане извлечения информации, и базы данных, более удобные в плане настройки в соответствии с уже созданными приложениями.
4. Системы управления базами данных
Многие базы данных полагаются на систему управления базами данных в том, что касается управления хранящимися в них данными и предоставления возможности доступа к этим данным со стороны нуждающихся в них пользователей. Система управления базами данных (СУБД) состоит из целого ряда серверных и клиентских средств, которые позволяют выполнять различные административные и связанные с данными задачи. Например, почти все СУБД поддерживают ту или иную клиентскую утилиту, позволяющую напрямую взаимодействовать с хранящимися в базе данных данными.
В самом худшем случае СУБД умеет сохранять данные и позволяет извлекать и изменять эти данные, защищая их от операций, которые могут привести к их повреждению или нарушению их целостности. Однако в основном такие системы предоставляют гораздо больше возможностей. В принципе практически любая полнофункциональная СУБД обладает следующей функциональностью:
управление памятью;
обеспечение безопасности;
предоставление метаданных;
управление транзакциями;
поддержание связности;
оптимизирование производительности;
предоставление механизмов резервного копирования и восстановления;
обрабатка запросов на извлечение и изменение данных.
Степень, в которой поддерживается та или иная функциональная возможность, и каким именно образом она реализуется, зависит от конкретной СУБД. Узнать какие функциональные возможности поддерживаются и как они выглядят, можно только в соответствующей документации по продукту.
4.1. Реляционные СУБД
Вместе с моделями баз данных появлялись и СУБД, которые поддерживали различные типы баз данных. Поэтому вовсе не удивительно, что после СУБД появились реляционные СУБД (РСУБД) такие как MySQL, Oracle, DB2, SQL Server, PostgreSQL и др. Эти продукты, подобно любой СУБД, позволяют получать доступ к хранящимся в их БД данным и манипулировать ими, защищают данные от повреждения и нарушения их целостности, а также предоставляют метаданные, необходимые для описания сохраняемых данных. Главным отличием между СУБД и РСУБД является то, что последняя имеет дело исключительно с реляционными базами данных. РСУБД поддерживает не только сохранение данных в виде структур типа таблиц, но и также отношения между этими таблицами.
На сегодняшний день лидером на рынке продуктов РСУБД является MySQL. Как и другие РСУБД, MySQL предлагает очень богатый набор функциональных возможностей, которые поддерживают безопасную среду для хранения, обслуживания и извлечения данных. MySQL представляет собой быструю, надежную и масштабируемую альтернативу для многих доступных сегодня РСУБД. Ниже перечислены самые главные преимущества MySQL.
Масштабируемость. MySQL может поддерживать работу баз данных огромных размеров, что подтверждают ее реализации в таких организациях, как Yahoo!, Сох Communications, Google, Cisco, Texas Instruments, UPS, Sabre Holdings, HP и Associated Press. Решения MySQL применяются даже в NASA и US Census Bureau (Бюро переписи населения США). Согласно прилагаемой к MySQL до-кументации, некоторые из используемых компанией MySQL AB (компанией, которая создала MySQL) базы данных содержат по 50 миллионов записей; кроме того, есть пользователи MySQL, которые сообщают, что их базы данных содержат по 60 000 таблиц и по 5 миллиардов строк.
Переносимость. MySQL работает на множестве различных платформ, среди которых Unix, Linux, Windows, QS/2, Solaris и Mac-OS. Кроме того, MySQL также работает на различных архитектурах, начиная от маломощных ПК и заканчивая высокопроизводительными мэйнфреймами.
Связность. MySQL имеет сетевую структуру и поддерживает сокеты TCP/IP, сокеты Unix, а также именованные каналы. Кроме того, к MySQL можно получать доступ из любой точки в Internet, причем множеству пользователей одновременно. Помимо этого MySQL также имеет целый ряд API-интерфейсов, которые позволяют устанавливать соединение с MySQL из приложений, написанных на таких языках, как С, C++, Perl, PHP, Java и Python.
Безопасность. MySQL поставляется с очень мощной системой для контроля доступа к данным. Эта система имеет основанную на хостах и пользователях структуру, которая контролирует, кому можно получать доступ к тем или иным данным, и то, какой уровень доступа имеется у этих данных. MySQL также поддерживает протокол SSL (Secure Sockets Layer — уровень защищенных сокетов), позволяющий ей обеспечивать шифрование данных при передаче.
Скорость. MySQL разрабатывалась с учетом такого фактора, как скорость функционирования. На то, чтобы ответить на запрос, у базы данных MySQL уходит столько же, а иногда и меньше времени, чем у многих доступных на сегодняшний день коммерческих РСУБД. На официальном сайте проекта MySQL (www.mysql.com) можно найти результаты многочисленных тестов, которые демонстрируют скорость получения ответов в случае реализации MySQL.
Удобство эксплуатации. MySQL очень просто устанавливается и реализуется. Пользователь может установить MySQL и начать с ней работать уже через несколько минут после того, как он загрузит установочные файлы. Даже в плане администрирования MySQL является относительно простой для оптимизации, особенно по сравнению с другими продуктами РСУБД.
Открытый исходный код. Компания MySQL AB позволяет любому загружать и использовать исходный код MySQL. Благодаря этому в анализе, тестировании и разработке кода могут принимать участие люди со всего мира.
MySQL может оказаться быстрым и надежным решением ваших связанных с базами данных потребностей. MySQL не только проста в использовании и реализации, но и обладает гибкостью и всеми остальными преимуществами ПО с открытым исходным кодом. Одной из главных особенностей MySQL по сравнению с другими РСУБД, такими как Oracle, DB2, SQL Server является то, что MySQL представляет собой приложение с открытым исходным кодом. Это значит, что каждый может использовать и изменять исходный код MySQL в пределах ограничений лицензии GPL. (GNU General Public License, или GPL, — это схема лицензирования продуктов с открытым исходным кодом, a GNU's Not Unix, она же GNU, — это операционная система, в основе которой лежит ядро Linux.)
Эта особенность MySQL является частью всемирного движения, которое пропагандирует свободный доступ к исходному коду приложений. То есть пользователям разрешается загружать и использовать приложения с открытым исходным кодом абсолютно бесплатно. Одним из наиболее известных примеров такой технологии является операционная система Linux, для создания которой члены сообщества сторонников ПО с открытым исходным кодом объединили свои усилия и привлекли к ее тестированию и разработке широкий круг пользователей и разработчиков. Так было и в случае MySQL, которая на сегодняшний день считается самой популярной РСУБД с открытым исходным кодом в мире. Благодаря тому, что MySQL является приложением с открытым кодом, разработчики по всему миру продолжают ее совершенствовать, а миллионы пользователей — тестировать ее новые версии по мере их появления.
Вместе с постоянно увеличивающимся количеством пользователей MySQL и Linux растет и степень популярности философии разработки ПО с открытым исходным кодом, о чем свидетельствует появление множества других приложений и технологий, которые теперь тоже являются частью всемирного движения, пропагандирующего свободный доступ к исходному коду, и предоставляют более разнообразные интерфейсы для пользователей, более совершенные среды для разработчиков и более широкий спектр опций для всех.
5. Язык SQL
Вскоре после появления реляционной модели данных начались исследования в области реляционных баз данных. Эти исследования показали, что традиционные языки программирования, такие как COBOL или Fortran, не подходят для баз данных подобного рода, и что нужен специальный язык. Так и появился язык SQL, который стал главным языком реляционных баз данных и получил широкое распространение, независимо от продуктов, платформ и сред операционных систем.
SQL — это, прежде всего, язык программирования, используемый для управления и взаимодействия с данными в реляционной базе данных. SQL является наиболее часто применяемым сегодня в базах данных языком и поэтому считается стандартным языком для управления базами данных. SQL работает вместе с РСУБД, позволяя определять структуру базы данных, сохранять в этой базе данных информацию, манипулировать этой информацией, извлекать ее, управлять доступом к ней и обеспечивать ее целостность. Хотя для реализации реляционной модели разрабатывались и другие языки, SQL явно получил наибольшее распространение.
Язык SQL в той или иной форме реализуется почти во всех РСУБД для работы с имеющимися в них реляционными базами данных. Это так не только в случае MySQL, но и в случае SQL Server, DB2, Oracle, PostgreSQL, MS Access и всех остальных серьезных продуктов в мире РСУБД. Например, MySQL поддерживает языки С и C++. Функции, которые такое приложение выполняет для обеспечения связности, предоставления API-интерфейсов, активизации возможности сетевого доступа или взаимодействия с клиентскими утилитами, выполняются на уровне программирования на С и C++. Главной задачей SQL является позволять РСУБД взаимодействовать с данными. Среда С и C++ предлагает структуру, которая включает среду SQL, а та уже сама позволяет определять и взаимодействовать с данными. Другими словами, РСУБД помогает SQL управлять данными.
На рис. 1.4 показано, как SQL взаимодействует с РСУБД. На этом рисунке MySQL выступает в роли сервера, работающего на конкретной платформе вроде Linux или Unix. База данных, хранящаяся внутреннее или внешне, в зависимости от конфигурации параметров хранения, содержит фактические файлы. Хотя РСУБД и упрощает (при помощи приложений C/C++) процедуры создания и обслуживания базы данных и сохраняемых в ней данных, на самом деле создает и обслуживает базу данных и данные все-таки SQL.
Рис. 1.4. Взаимодействие SQL и РСУБД
Тогда получается, что SQL является стандартизированным языком, а не отдельным продуктом подобно MySQL. Для того чтобы управлять данными, ему необходима РСУБД. Разработать SQL-приложение нельзя, но зато можно создать приложение, которое будет подключаться к базе данных, управляемой РСУБД, и затем отправлять в нее SQL-операторы, для того чтобы извлечь или изменить какие-то данные. Однако, несмотря на то, что язык SQL не может существовать сам по себе, он все равно остается основой большинства реляционных баз данных; поэтому любой, кто создает приложения, предполагающие взаимодействие с базой данных SQL, обязательно должен хотя бы в общем знать, что собой представляет язык SQL.
5.1.1. Краткая история языка SQL
После того как реляционная модель была представлена сообществу разработчиков баз данных в начале 70-х годов прошлого столетия, корпорация IBM занялась поиском способов реализации этой модели. Эти поиски получили название проекта System/R и привели к созданию прототипа первой РСУБД. В качестве части проекта System/R корпорация IBM разработала и первую версию языка реляционных баз данных, который назвала SEQUEL (Structured English Query Language — язык структурированных запросов на основе английского). Через несколько лет IBM обновила прототип и выпустила вторую версию языка SEQUEL/2, который позже был переименован в SQL.
В конце 70-х годов IBM выпустила System/R, чтобы узнать, что думают об этой системе ее клиенты. Разработка и выход системы System/R повлек за собой увеличение интереса к реляционным базам данных, РСУБД и SQL и закрепил намерения IBM совершенствовать реляционную модель дальше. Вскоре некой группой разработчиков была основана компания Relational Software, Inc., которая поставила себе задачу разработать коммерческую систему РСУБД, основанную на SQL и, не заставив себя долго ждать, выполнила ее, выпустив Oracle. Таким образом, Oracle стала первой коммерческой РСУБД. Корпорация IBM выпустила свою первую коммерческую РСУБД — SQL/DS — только в 1981 году.
К середине 80-х годов реляционные базы данных и язык SQL стали промышленным стандартом. За это время производительность РСУБД сильно возросла, и другие компании тоже стали вносить свой вклад в развитие реляционных технологий, либо выпуская, либо подготавливая к выпуску свои собственные основанные на SQL системы РСУБД. Однако чем чаще реализовался язык SQL, тем больше усиливалась необходимость стандартизировать его. Поэтому в 1986 году ANSI (American National Standards Institute — Американский национальный институт стандартов) опубликовал первый стандарт SQL (SQL-86), тем самым предоставив SQL официальный статус в индустрии разработки ПО.
ANSI обновил этот стандарт в 1989 году (SQL-89), а затем еще раз— в 1992 году (SQL-92). Версия SQL-92 значительно отличалась от всех предыдущих версий языка и включала ряд расширенных и усовершенствованных функциональных возможностей, некоторые из которых превосходили возможности существующих РСУБД. На самом деле стандарт SQL-92 был значительно длиннее стандарта SQL-89 и исключал многие из недостатков своего предшественника. Из-за того, что стандарт SQL-92 был значительно расширен, он предусматривал три уровня соответствия.
Entry (Начальный). Этот уровень представлял самый базовый уровень соответствия и в целом основывался на стандарте SQL-89 за исключением нескольких улучшений.
Intermediate (Средний). Хотя этот уровень и предполагал наличие значительных улучшений в продукте, считалось, что его смогут достигнуть многие продукты.
Full (Полный). РСУБД должна была полностью соответствовать стандарту.
Чтобы соответствовать стандарту SQL-92, РСУБД должна была иметь, по крайней мере, уровень соответствия Entry; этого уровня достигали почти все доступные тогда на рынке продукты РСУБД. Однако уровня соответствия Intermediate, не говоря уже об уровне Full, не достигал ни один известный продукт. Отчасти причиной этого было то, что функциональные возможности, перечисленные для уровня Intermediate, почти не пользовались спросом у пользователей. Поэтому производители систем РСУБД считали не нужным реализовывать их.
В 1999 году ANSI вместе с ISO (International Organization for Standardization — Международная организация по стандартизации) опубликовали стандарт SQL: 1999, впервые с 1992 года полностью обновив стандарт SQL. Конечно, в течение этих семи лет выходили промежуточные публикации стандартов, включавшие описание функциональных возможностей, которые производители РСУБД уже реализовывали в своих продуктах. Все эти промежуточные публикации были, в конечном счете, включены в стандарт SQL: 1999, который стал еще одной значительной расширенной версией стандарта.
Поскольку почти все продукты достигали только начального (Entry) уровня соответствия по стандарту SQL-92, в стандарте SQL:1999 уровни соответствия были переделаны. Чтобы соответствовать стандарту SQL:1999, РСУБД должна была иметь уровень соответствия Core SQL. Уровень соответствия Core SQL включал в себя все функциональные возможности уровня Entry из стандарта SQL-92, многие из функциональных возможностей уровня Intermediate и некоторые из функциональных возможностей уровня Full, плюс некоторые новые функциональные возможности, присущие только стандарту SQL: 1999. Помимо наличия уровня соответствия Core SQL, РСУБД могла соответствовать одному из поддерживаемых пакетов. Пакет — это набор функциональных возможностей, которые производитель мог реализовывать в РСУБД. Стандарт SQL: 1999 поддерживал перечисленные ниже пакеты.
PKG001 — расширенные возможности для обработки данных типа "дата-время".
PKG002 — расширенные возможности для управления целостностью данных.
PKG003 — возможности OLAP (возможности для оперативной аналитической обработки данных).
PKG004 — модуль PSM (модуль постоянного хранения).
PKG005 — интерфейс CLI (интерфейс уровня вызовов).
PKG006 — базовая поддержка основных объектов.
PKG007 — расширенная поддержка объектов.
PKG008 — активная база данных.
PKG009 — поддержка SQL и технологий мультимедиа.
Почти все РСУБД достигают уровня соответствия Entry согласно стандарту SQL-92 и, в той или иной степени, уровня Core SQL согласно стандарту SQL:1999. Тем не менее, ANSI и ISO выпустили еще одну версию стандарта — SQL:2003. Во многом этот новый стандарт является просто переделанной и исправленной версией стандарта SQL: 1999, однако в нем все-таки есть и дополнительныe функциональные возможности, которых не было в SQL: 1999, в частности такие, которые касаются XML (Extensible Markup Language — расширяемый язык разметки). Поэтому соответствие стандарту SQL: 1999 не обязательно подразумевает соответст вие стандарту SQL:2003. Появление стандарта SQL: 2003 неизбежно повлечет за собой появление соответствующих изменений в следующих версиях продуктов РСУБД; некоторые производители уже работают над достижением соответствия с новым стандартом. Однако на сегодняшний день соответствующих стандарту SQL:2003 продуктов пока не существует.
2.2.2. Объектно-реляционная модель
Язык SQL разрабатывался как способ реализовать реляционную модель. С этой точки зрения он довольно-таки преуспел, о чем свидетельствует его широкое использование и преданность ему и реляционным базам данных таких компаний, как Microsoft, IBM, Oracle и MySQL AB. Однако многие производители РСУБД расширили SQL-возможности своих продуктов так, что теперь они включают функции, которые выходят за пределы чисто реляционной природы SQL. Многие из этих новых функциональных возможностей похожи на те, что встречаются в объектно-ориентированном программировании, где применяются автономные коллекции процедур и структур данных, каждая из которых выполняет определенную задачу. Поскольку язык SQL, как и различные продукты РСУБД, стал более совершенным, его начали применять и в объектно-ориентированном программировании.
Хорошим примером объектно-ориентированной природы некоторых расширенных функциональных возможностей в системах РСУБД является хранимая процедуpa. Хранимая процедура — это коллекция SQL-операторов, которые объединяются вместе для выполнения определенной операции. Эти SQL-операторы сохраняются в виде одного единственного объекта, который хранится в базе данных и который пользователи могут вызывать при необходимости.
В середине 90-х годов хранимая процедура, в том или ином виде, была реализована почти во всех продуктах РСУБД. Чтобы зафиксировать эту тенденцию, ANSI в 1996 году опубликовал промежуточную версию стандарта SQL, которая называлась SQL/PSM или PSM-96. (PSM расшифровывается как "Persistent Stored Module" — модуль постоянного хранения). PSM — это процедура или функция, которая хранится в БД в виде объекта. Процедура— это набор, состоящий из одного или более SQL-операторов, хранящихся как одно целое, а функция— это операция, которая выполняет какую-нибудь определенную задачу и затем возвращает значение.
Стандарт SQL/PSM описывал, как должны реализоваться PSM-модули в SQL. В частности, он включал описание языка, необходимого для поддержки хранимых процедур (которые в нем назывались процедурами, вызываемыми SQL). Позже стандарт SQL/ PSM стал частью стандарта SQL: 1999.