Языковые и программные средства СУБД

Понятие и классификация СУБД

СУБД – это программно-языковый комплекс, предназначенный для создания в ЭВМ общей для многих пользователей БД и управления хранящимися в ней данными. Под управлением БД понимается поддержание ее в актуальном состоянии, что достигается путем своевременного изменения хранящихся в БД, восстановления данных при нестандартных ситуациях, защиты данных от несанкционированного вмешательства и выполнения многих других функций, обеспечивающих адекватное отображение БД некоторой предметной области. СУБД обеспечивают эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамках полномочий, предоставленных пользователям.

По степени универсальности различают два класса СУБД:

системы общего назначения, которые не ориентированы на конкретную предметную область или на информационные потребности определенной группы пользователей;

специализированные системы, функционирующие на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и имеют средства настройки на работу с БД в конкретной предметной области.

По выполняемым функциям СУБД делят на информационные и операционные. Информационные позволяют организовать хранение информации и доступ к ней для ознакомления и выдачи простых справок. Операционные выполняют сложную обработку данных.

По языкам общения СУБД могут быть открытые, замкнутые и смешанные. В открытых системах для обращения к БД используются универсальные языки программирования. Замкнутые системы имеют собственные языки общения с пользователями БД.

По мощности выделяют настольные и корпоративные СУБД. Настольные системы (Access, FoxPro, Paradox) ориентированы на конечных пользователей (специалистов в конкретной предметной области). Они не предъявляют высоких требований к техническим средствам, отличаются низкой стоимостью. Корпоративные СУБД (Oracle, SyBase, DB2) обеспечивают работу в распределенной среде, имеют высокую производительность, развитые средства администрирования и более широкие возможности поддержания целостности. СУБД MS SQL Server, Interbase имеют возможности и настольных и корпоративных систем.

По реализуемой модели данных СУБД получили названия в соответствии со схемой данных, которую они поддерживают: иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные.

Языковые и программные средства СУБД

Языковые средства СУБД необходимы для выполнения следующих функций:

– описания представления БД;

– выполнения операций манипулирования данными;

– управления БД.

Первая из этих функций обеспечивается языком описания (определения) данных (ЯОД) – Shema Definition Language . Описание БД средствами ЯОД является схемой базы данных. Схема БД описывает структуру базы данных и налагаемые на нее ограничения целостности в соответствии с теми правилами, которые регламентированы моделью данных используемой СУБД. В некоторых СУБД язык описания данных обеспечивает также возможность задания ограничений доступа к данным или полномочий пользователей.

Язык манипулирования данными (ЯМД) – Shema Manipulation Language содержит набор операторов манипулирования данными, позволяющих заносить данные в БД, удалять, модифицировать их и выбирать запрашиваемую информацию из БД.

В настоящее время имеются многочисленные примеры языков СУБД, объединяющих возможности описания данных и манипулирования данными в единых синтаксических рамках. Единый интегрированный язык современных СУБД содержит все необходимые средства для работы с базой данных, начиная от ее создания, и обеспечивает пользовательский интерфейс с БД. Наиболее популярным и стандартным для реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language - язык структурируемых запросов), разработанный фирмой IBM. Для поддержки объектных моделей предназначен язык OQL (Object Query Language), в основу которого положен SQL.

Примерами других языков этого класса могут служить: Quel системы Ingres, созданный Калифорнийским университетом; dBase семейства СУБД фирмы Asthon – Tate; R:Base фирмы Microrim.

Процедурным языком, при помощи которого осуществляется управление базой данных, является языкQBE (Query-By-Example) . Этот язык предоставляет пользователю удобный и унифицированный интерфейс для осуществления операций по ведению БД.

К программным средствам СУБД относятся языки программирования, позволяющие создавать сложные системы обработки данных, ориентированные на конкретные задачи и конкретного пользователя.

В СУБД MS Access программирование осуществляется с помощью макросов и модулей. Макросы – это небольшие программы на языке макрокоманд системы Access. Они представляют собой структуру, состоящую из одной или нескольких макрокоманд, которые выполняются либо последовательно, либо в порядке, заданном определенными условиями. Макросы позволяют запрограммировать практически все процедуры, которые составляют функциональные возможности СУБД и выполняются пользователями БД, не владеющих языками программирования.

Модули представляют собой процедуры на языке Visual Basic for Application (VBA).

VBA является общим языком для всех приложений Microsoft Office и позволяет решать любые задачи программирования, начиная от автоматизации действий конкретного пользователя и заканчивая разработкой сложных приложений, использующих Microsoft Office в качестве среды разработки. Язык VBA является объектно-ориентированным языком программирования и вычисления. Основой программ на VBA являются процедуры, состоящие из инструкций, выполняющих необходимые операции. Процедуры хранятся в модулях, из которых они запрашиваются на выполнение. Модуль служит для объединения процедур по функциональному назначению или привязки к форме или отчету.

В Web-программировании активно используется СУБД MySQL. Для работы с БД этой системы применяют язык программирования PHP. Это Си-подобный язык, предназначенный для быстрого создания программ на Web-сервере.

На языке PHP разрабатываются скрипты (scripting language) – кодовые (программные) инструкции по выполнению определенных действий над данными, выбранными из БД. Скрипты вставляются в HTML-документы, преобразуя их из статических в активные. Web-сервер просматривает документ, выполняет найденные в нем PHP-инструкции и результат выполнения инструкций возвращает пользователю.

С помощью PHP можно обрабатывать данные из форм, генерировать динамические страницы, создавать счетчики, гостевые книги и т.д. В PHP включена поддержка многих баз данных: FilePro, Informix, MySQL, Oracle, Sybase и др.

Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных . В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка - язык определения схемы БД (DDL - Data Definition Language) и язык манипулирования данными (DML - Data Manipulation Language). DDL служил главным образом для определения логической структуры БД, т.е. той структуры БД, какой она представляется пользователям. DML содержал набор операторов манипулирования данными, т.е. операторов, позволяющих заносить данные в БД, удалять, модифицировать или выбирать существующие данные.

В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language), сочетающий средства DDL и DML.

ГЛАВА 2. ТИПОВАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОЙ СУБД

Естественно, организация типичной СУБД и состав ее компонентов соответствует рассмотренному набору функций.

Логически в современной реляционной СУБД можно выделить наиболее внутреннюю часть - ядро СУБД (часто его называют Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит. В некоторых системах эти части выделяются явно, в других - нет, но логически такое разделение можно провести во всех СУБД. (Рис. 1)

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Функции этих компонентов взаимосвязаны, и для обеспечения корректной работы СУБД все эти компоненты должны взаимодействовать по тщательно продуманным и проверенным протоколам. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым в программах, производимых компилятором SQL (или в подсистеме поддержки выполнения таких программ) и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.

Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу. Основной проблемой реляционных СУБД является то, что языки этих систем (а это, как правило, SQL) являются непроцедурными, т.е. в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурой, а лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия. Поэтому компилятор должен решить, каким образом выполнять оператор языка прежде, чем произвести программу. Применяются достаточно сложные методы оптимизации операторов, которые мы подробно рассмотрим в следующих главах.

Результатом компиляции является выполняемая программа, представляемая в некоторых системах в машинных кодах, но более часто в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде. В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения , представляющей собой, по сути дела, интерпретатор этого внутреннего языка.

Наконец, в отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а иногда даже с проникновением внутрь ядра.

Рис. 1.Связь программ и данных при использовании СУБД

Классификация пользователей СУБД

Пользователей СУБД можно разделить на 3 большие группы.

Первая -прикладные программисты, которые отвечают за написание прикладных программ, использующих базу данных. Прикладные программы выполняют над данными все стандартные операции: выборку существующей информации, вставку новой информации, удаление или обновление существующей информации. Все эти функции выполняются через соответствующий запрос к СУБД. Эти программы могут быть простыми программами пакетной обработки или оперативными приложениями, функция которых - поддержка работы конечного пользователя, имеющего непосредственный оперативный доступ к базе данных через рабочую станцию или терминал. Большинство современных приложений относится к оперативным.

Вторая -конечные пользователи, которые работают с системами баз данных непосредственно через рабочую станцию или терминал. Конечный пользователь может получить доступ к базе данных, используя одно из оперативных приложений, упомянутых выше, или же воспользоваться интегрированным интерфейсом программного обеспечения самой системы баз данных. Такой интерфейс также поддерживается оперативным приложением, но это приложение не создается пользователем, оно являетсявстроенным в систему баз данных. В большинстве систем есть, по крайней мере, одно такое встроенное приложение, а именно:процессор языка запросов, который позволяет пользователю указывать команды или выражения высокого уровня (такие как select или insert) для данной СУБД. Язык SQL, упомянутый выше, - типичный пример языка запросов для базы данных.

Замечание. Общепринятый термин "язык запросов" не совсем точно отражает рассматриваемое понятие, поскольку слово "запрос" подразумевает лишь выборку, в то время как с помощью этого языка выполняются также операции обновления, вставки и удаления (а возможно, и многие другие).

Кроме языка запросов, в большинстве систем также предоставляются дополнительные встроенные интерфейсы, в которых пользователь в явном виде не использует команд, таких как select. Для работы с базой данной пользователь, например, выбирает необходимые команды меню или заполняет поля в формах. Такие интерфейсы, основанные на меню и формах, облегчают работу с базами данных тем, кто не имеет опыта работы с информационными технологиями (ИТ; часто употребляется также сокращение ИС - информационные системы, эти понятия практически эквивалентны). Командныйинтерфейс, т.е. язык запросов, напротив, требует некоторого опыта работы с ИТ (возможно, не очень большого). Однако командный интерфейс обычно более гибок, чем основанный на меню и формах; кроме того, в языках запросов обычно есть определенные функции, которые не поддерживаются интерфейсами, основанными на меню и формах.

Третья группа -администраторы базы данных, илиАБД.

Рассмотрим более подробно концепцию централизованного управления. Предполагается, что при централизованном управлении на предприятии, использующем систему баз данных, есть человек, который несет основную ответственность за данные предприятия. Этоадминистратор данных, или АД, упомянутый ранее в этой главе. В связи с тем, что данные (как отмечено выше) - одна из главных ценностей предприятия, администратор должен разбираться в данных и понимать нужды предприятия по отношению к данным на уровне управления высшего руководства предприятием. Таким образом, в обязанности администратора данных входит: принимать решение, какие данные необходимо вносить в базу данных в первую очередь, а также обеспечивать поддержание порядка при обслуживании данных и использовании их после занесения в базу данных. Например, он должен указывать, кто, при каких условиях, над какими данными и какие операции может выполнять. Другими словами, он должен обеспечивать безопасность данных .

Очень важно, чтобы администратор данных работал как управляющий, а не как специалист по техническим вопросам (хотя он, конечно, должен иметь хорошее представление о возможностях баз данных на техническом уровне). Технический специалист, ответственный за реализацию решений администратора данных, - этоадминистратор базы данных, илиАБД. Итак, администратор базы данных, в отличие от администратора данных, должен быть профессиональным специалистом в области информационных технологий. Работа АБД заключается в создании самих баз данных и техническом контроле, необходимом для осуществления решений администратора данных. АБД также несет ответственность за обеспечение необходимого быстродействия системы и ее технического обслуживания. Обычно у АБД есть штат из системных программистов и технических ассистентов (т.е. на практике функции АБД выполняются командой из нескольких человек, а не одним служащим). Однако для простоты удобно считать, что администратор базы данных - один человек.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЯЗАННОСТЕЙ В СИСТЕМАХ С БАЗАМИ ДАННЫХ.

Одним из компонентов среды СУБД являются пользователи.

Среди пользователей СУБД можно выделить 4 различные группы: администраторы данных и баз данных, разработчики баз данных, прикладные программисты и конечные пользователи.

Администраторы данных и администраторы баз данных.

База данных и СУБД являются корпоративными ресурсами, которыми следует управлять так же, как и любыми другими ресурсами. Обычно управление данными и базой данных предусматривает управление и контроль СУБД и помещенными в нее данными.

Администратор данных, или АД (Data Administrator - DA), отвечает за управление данными, включая планирование базы данных, разработку и сопровождение стандартов, бизнес-правил и деловых процедур, а также за концептуальное и логическое проектирование базы данных. АД консультирует и дает свои рекомендации руководству высшего звена, контролируя соответствие общего направления развития базы данных установленным корпоративным целям.

Администратор базы данных, или АБД (Database Administrator - DBA), отвечает за физическую реализацию базы данных, включая физическое проектирование и воплощение проекта, за обеспечение безопасности и целостности данных, за сопровождение операционной системы, а также за обеспечение максимальной производительности приложений и пользователей. По сравнению с АД, обязанности АБД носят более технический характер, и для него необходимо знание конкретной СУБД и системного окружения. В одних организациях между этими ролями не делается различий, а в других важность корпоративных ресурсов отражена именно в выделении отдельных групп персонала с указанным кругом обязанностей.

Администрирование данных и администрирование баз данных.

Администратор данных (АД) и администратор базы данных (АБД) отвечают за управление действиями, связанными с корпоративными данными и корпоративной базой данных соответственно. Рассмотрим цели и задачи, входящие в круг обязанностей АД и АБД в некоторой организации. В следующей таблице представлены этапы жизненного цикла приложений баз данных и указан вклад АД и АБД на каждом из них (или исполняемые ими роли (основные или вспомогательные)).

Таблица 1. Этапы жизненного цикла базы данных с указанием роли АД и АБД

Администратор Данных принимает более активное участие в работе на ранних стадиях жизненного цикла - от планирования базы данных до этапа ее логического проектирования, тогда как Администратор Базы Данных выполняет более активную роль на поздних стадиях - от проектирования приложений и физического проектирования базы данных до этапа эксплуатации и сопровождения готовой системы.

Важным методом методологии управленческих исследований, а также системного анализа является метод Дельфи.Другие названия метода: «Дельфийский метод», «Метод дельфийского оракула». Метод Дельфи, или «метод мозгового штурма», - метод быстрого поиска решений, основанный на их генерации в процессе мозговой атаки, проводимой группой специалистов, и отбора лучшего решения, исходя из экспертных оценок. Дельфийский метод используется для экспертного прогнозирования путем организации системы сбора и математической обработки экспертных оценок .

Метод применяется на этапах формулирования проблемы и оценки различных способов ее решения. Метод Дельфи – один из инструментов выбора и оценки решения, предполагает предварительное ознакомление экспертов с ситуацией с помощью какой-либо модели.

Цель метода – получение согласованной информации высокой степени достоверности в процессе анонимного обмена мнениями между участниками группы экспертов для принятия решения. Суть метода – быть инструментом, позволяющим учесть независимое мнение всех участников группы экспертов по обсуждаемому вопросу путем последовательного объединения идей, выводов и предложений, и прийти к согласию. Метод основан на многократных анонимных групповых интервью .

В основе метода лежит идея усовершенствования и насыщения информацией с помощью экспертных оценок дерева целей . Специалистам предлагается оценить структуру предлагаемой модели в целом и дать предложение о включении в нее неучтенных связей. При этом используется анкетирование. Результаты каждого опроса доводятся вновь до сведения всех экспертов, что позволяет им далее корректировать свои суждения на основе вновь полученной информации. Метод Дельфи представляется самым надежным средством получения данных (особенно это относится к информации о будущем!) .

Проведение экспертизы по методу Дельфи производится по схеме, представленной на рис. 6.

Рис. 6. Поведение экспертизы по методу Дельфи

Дерево целей

Важнейшей целью исследований в менеджменте социально-экономических систем является эффективное целеполагание. Некоторые современные авторы рассматривают целеполагание как важнейшую функцию менеджмента, которая включает:

организацию усилий системы управления для проведения исследовательских работ в области выявления наиболее перспективных направлений развития;

определение и формулировку целей организации, которые представляют собой ее желаемые конечные состояния;

определение критериев оценки достижения целей, базы для сравнения желаемых результатов с достигнутыми.

Одним из наиболее эффективных инструментов установления целей системы управления, как показывает опыт, выступает метод структуризации. Чаще он известенметод дерева целей.

Основным достоинством данного метода является то, что он позволяет выявить количественные и качественные взаимосвязи и отношения между целями, увязать их разные уровни с конкретными средствами и сроками достижения .

Дерево целей графически представляет связной граф, с вершинами – целями и ребрами – связями между целями. Графическое представление используется, прежде всего, для демонстрации увязки целей верхнего уровня с подцелями, выступающими средством достижения данных целей. Состоит дерево целей из целей нескольких уровней:

1) генеральная цель (проекта, организации);

2)цели 1-го уровня (главные цели);

3)цели 2-го уровня, цели 3-го уровня и так до необходимого уровня декомпозиции (функционально-необходимые для достижения целей более высоких уровней).

Метод дерево целей впервые был предложен У. Черменом в связи с проблемами принятия решений в промышленности. Сегодня в системном анализе социально-экономических систем дерево целей – «…это структурированная, построенная по иерархическому принципу (распределенная по уровням, ранжированная) совокупность целей экономической системы, программы, плана, в которой выделены генеральная цель («вершина дерева »); подчиненные ей подцели первого, второго и последующего уровней («ветви дерева»). Название «дерево целей» связано с тем, что схематически представленная совокупность распределенных по уровням целей напоминает по виду перевернутое дерево» .

Метод дерева целей ориентирован на получение полной и относительно устойчивой структуры целей, т. е. такой структуры, которая на протяжении какого-то периода времени мало изменялась при неизбежных изменениях, происходящих в любой развивающейся системе. Для достижения этого при построении вариантов структуры следует учитывать закономерности целеобразования и использовать принципы и методики формирования иерархических структур целей и функций . В табл. 14 приведены четыре вида взаимозависимостей между целями .

Таблица 14.

Взаимозависимости между целями

При формулировке целей менеджеры должны проверять построенную пирамиду, постоянно задаваясь вопросом: имеются ли (потенциально, фактически) средства, ресурсы для достижения поставленных целей.

В процессе построения дерева целей необходимо проводить следующие операции по контролю формирования дерева целей:

1) анализ и оценку взаимозависимостей между целями: подцели каждого уровня должны быть независимы друг от друга и невыводимы друг из друга;

2) определение важности целей (на основе логических рассуждений и оценок экспертов);

3) установление числовых значений показателей целей (в соответствии с расчетами, оценками экспертов);

4) анализ и оценка имеющихся ресурсов, их распределения, необходимых для достижения каждой цели;

5) контроль иерархической структуры целей, который исходит из принципов:

а) реализация подцелей каждого последующего уровня является необходимым и достаточным условием достижения цели предыдущего уровня;

б)достижение целей вышележащего уровня невозможно без полного достижения всех целей нижележащих уровней;

с) полнота редукции, т. е. количество подцелей каждой цели должно быть достаточным для ее достижения;

6) при формулировке целей разных уровней должны быть описаны желаемые результаты, а не способы их получения.

По результатам текущего контроля формирования дерева целей должно производиться отсечение всех ветвей дерева, которые не укладываются в ограничения по ресурсам и имеют низкие расчетные и /или экспертные оценки. Построение дерева целей должно формализованно отобразить процесс распределения целей по уровням управления. Пример дерева целей приведен на рис. 7.

Рис. 7. Пример дерева целей

Из рис. 7 видно, что для реализации генеральной цели «Развитие организации на инновационной основе» необходимо реализовать, как минимум, три подцели:

–«Переход на инновационные технологии»;

–«Совершенствование организации производства»;

–«Совершенствование системы управления предприятия».

Для достижения указанных подцелей необходимо исследовать и проанализировать факторы, влияющие на их достижение. Это две группы факторов – факторы, способствующие достижению целей (имеющиеся ресурсы), и факторы, препятствующие их достижению (отсутствие необходимых ресурсов). На основе данных факторов формируются функциональные цели (приведены в табл. 15 и 16).

Таблица 15

Декомпозиция целей по факторам, способствующим достижению целей

Таблица 16

Декомпозиция целей по факторам, препятствующим достижению целей

На основе иерархии целей дерева целей разрабатываются соответствующие планы по достижению генеральной цели – развитие организации на инновационной основе.

Вопросы и задания для самоконтроля

1) Что такое модель в исследованиях систем управления в менеджменте?

2) Перечислите основные функции, которые выполняют модели в исследованиях систем управления в менеджменте.

3) Как классифицируются модели по фактору времени?

4) Какие основные группы требований предъявляют к моделям?

5) Что подразумевается под моделированием в менеджменте?

6) Каковы основные причины использования моделей в менеджменте?

7) Какие методологические задачи обычно решают модели в менеджменте? Охарактеризуйте их.

8) Каковы цели описательного моделирования в менеджменте?

9) Какова последовательность построения описательной модели?

10) Что такое предикативная модель, для чего она предназначена?

11) Охарактеризуйте нормативное моделирование. Для чего его используют в менеджменте. Приведите примеры.

12) Что такое сценарии в рамках сценарного анализа?

13) Почему сценарный анализ становится все более востребованным экономическими субъектами?

14) Чем сценарий отличается от прогноза и видения?

15) Сценарии различают по типу задач. Какие основные типы задач решают сценарии?

16) Охарактеризуйте основные этапы разработки сценариев будущего для целей менеджмента.

17) Укажите где в менеджменте, по мнению Матс Линдгрен и Ханс Бандхольд, можно применять технику разработки сценариев?

18) В чем суть и цель метода Дельфи? Почему он все более активно используется в менеджменте?

19) Что в себя включает целеполагание в менеджменте?

20) Охарактеризуйте метод дерева целей.

21) Какие должны проводиться операции по контролю в процессе построения дерева?

Практические задания

1) Продумайте и обоснуйте, какая модель была бы полезна для вашего исследования? Разработайте в общих чертах данную модель и представьте для обсуждения в группе.

2) Возможно ли применение сценарного метода в вашем исследовании? Если возможно, то разработайте необходимые сценарии в общих чертах, используя алгоритм разработки «сценариев будущего».

3) В рабочей группе проанализируйте по методу Дельфи конкретную ситуацию, предложенную преподавателем.