Tópico 11. Bancos de dados

11.1. O conceito de banco de dados. Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados

A palavra "dados" é definida como um componente dialético de informação na forma de sinais registrados. O registro de dados pode ser realizado por qualquer método físico (movimento mecânico de corpos físicos, alteração em sua forma ou parâmetros de qualidade de superfície, alteração nas características elétricas, magnéticas, ópticas, composição química ou natureza das ligações químicas, alteração no estado do sistema eletrônico sistema, etc). Inicialmente, os seguintes tipos de dados foram usados ​​ao criar bancos de dados:

1) numérico (por exemplo, 17; 0,27; 2E-7);

2) caractere ou alfanumérico (em particular, "teto", "mesa");

3) datas especificadas usando o tipo especial "Data" ou como dados de caracteres comuns (por exemplo, 12.02.2005/12/02, 2005/XNUMX/XNUMX).

Outros tipos de dados foram definidos posteriormente, incluindo:

1) temporária e data-hora, que são utilizadas para armazenar informações sobre hora e/ou data (por exemplo, 5.02.2005/7/27, 04:23.02.2005:16, 00/XNUMX/XNUMX XNUMX:XNUMX);

2) dados de caracteres de comprimento variável, destinados a armazenar informações textuais de grande comprimento;

3) binários, que são utilizados para armazenar objetos gráficos, informações de áudio e vídeo, informações espaciais, cronológicas e outras informações especiais;

4) hiperlinks que permitem armazenar links para vários recursos localizados fora do banco de dados.

Um banco de dados é um conjunto de dados inter-relacionados armazenados em uma memória de computador para exibir a estrutura de objetos e seus relacionamentos na área de estudo em estudo. É a principal forma de organização do armazenamento de dados em sistemas de informação.

Um sistema de gerenciamento de banco de dados é um conjunto de ferramentas simbólicas e de software projetadas para criar, manter e organizar o acesso compartilhado a bancos de dados para vários usuários.

Os primeiros DBMS foram desenvolvidos pela IBM - IMS (1968) e Software AG-ADABA- (1969). No momento, há um grande número de diferentes sistemas de gerenciamento de banco de dados (mais de vários milhares), e seu número está em constante crescimento.

Entre as principais funções do SGBD (funções de nível superior), pode-se destacar o armazenamento, modificação e processamento de informações, bem como o desenvolvimento e recebimento de diversos documentos de saída.

As funções do SGBD de nível inferior incluem:

1) gerenciamento de dados em memória externa;

2) Gestão do buffer OP;

3) gestão de transações;

4) manter um registro das alterações no banco de dados;

5) garantir a integridade e segurança dos bancos de dados.

11.2. Modelos de representação de dados hierárquicos, de rede e relacionais

As informações no banco de dados são estruturadas de alguma forma, ou seja, podem ser descritas por um modelo de representação de dados (modelo de dados) que são suportados pelo SGBD. Esses modelos são divididos em hierárquicos, de rede e relacionais.

Ao usar um modelo hierárquico de representação de dados, as relações entre os dados podem ser caracterizadas usando um gráfico ordenado (ou árvore). Na programação, ao descrever a estrutura de um banco de dados hierárquico, é utilizado o tipo de dados "árvore".

As principais vantagens do modelo de dados hierárquico são:

1) uso eficiente da memória do computador;

2) alta velocidade de execução de operações básicas sobre dados;

3) conveniência de trabalhar com informações ordenadas hierarquicamente.

As desvantagens de um modelo hierárquico de representação de dados incluem:

1) a inconveniência de tal modelo para processar informações com conexões lógicas bastante complexas;

2) a dificuldade em entender seu funcionamento por um usuário comum.

Um pequeno número de DBMSs é construído em um modelo de dados hierárquico.

O modelo de rede pode ser representado como um desenvolvimento e generalização de um modelo de dados hierárquico que permite exibir vários relacionamentos de dados na forma de um gráfico arbitrário.

As vantagens do modelo de apresentação de dados de rede são:

1) eficiência no uso da memória do computador;

2) alta velocidade de execução de operações básicas sobre dados;

3) grandes oportunidades (maiores que o modelo hierárquico) para a formação de conexões arbitrárias.

As desvantagens do modelo de apresentação de dados de rede incluem:

1) alta complexidade e rigidez do esquema do banco de dados, que é construído com base nele;

2) dificuldade de compreensão e processamento das informações no banco de dados por usuário não profissional.

Os sistemas de gerenciamento de banco de dados construídos com base no modelo de rede também não são amplamente utilizados na prática.

O modelo relacional de apresentação de dados foi desenvolvido por um funcionário da empresa 1WME. Bacalhau Seu modelo é baseado no conceito de "relacionamento". O exemplo mais simples de um relacionamento é uma tabela bidimensional.

As vantagens do modelo de apresentação de dados relacional (comparado aos modelos hierárquico e de rede) são sua clareza, simplicidade e conveniência na implementação prática de bancos de dados relacionais em um computador.

As desvantagens do modelo de representação de dados relacional incluem:

1) falta de meios padronizados de identificação de registros individuais;

2) a complexidade de descrever relacionamentos hierárquicos e de rede.

A maioria dos DBMS usados ​​por usuários profissionais e não profissionais são construídos com base em um modelo de dados relacional (Visual FoxPro e Access da Microsoft, Oracle da Oracle, etc.).

11.3. Modelos de representação de dados pós-relacionais, multidimensionais e orientados a objetos

O modelo de representação de dados pós-relacional é uma versão estendida do modelo de dados relacional e permite eliminar a limitação da indivisibilidade dos dados armazenados nos registros da tabela. É por isso que o armazenamento de dados em um modelo pós-relacional é considerado mais eficiente do que um relacional.

A vantagem do modelo pós-relacional é que ele possibilita a formação de um conjunto de tabelas relacionais relacionadas por meio de uma tabela pós-relacional, o que garante alta visibilidade da apresentação da informação e eficiência do seu processamento.

A desvantagem deste modelo reside na complexidade de resolver o problema de garantir a integridade e consistência dos dados armazenados.

Exemplos de SGBDs pós-relacionais são UniVers, Budda e Dasdb.

Em 1993, foi publicado um artigo de E. Codd, no qual formulou 12 requisitos básicos para sistemas da classe OLAP (On-line Analytical Processing - processamento analítico operacional). Os principais princípios descritos estavam relacionados às possibilidades de representação conceitual e processamento de dados multidimensionais. Este momento tornou-se o ponto de partida para o crescimento do interesse em modelos multidimensionais de representação de dados.

Modelos multidimensionais são SGBDs altamente especializados que são usados ​​para processamento analítico interativo de informações. A organização de dados multidimensionais é mais visual e informativa em comparação com o modelo relacional.

A principal desvantagem de um modelo de dados multidimensional é sua dificuldade para resolver os problemas mais simples do processamento de informações on-line comum.

Exemplos de SGBD baseados em tais modelos são o Ess-base da Arbor Software, o Oracle Express Server da Oracle, etc.

Os modelos de representação de dados orientados a objetos permitem identificar registros de banco de dados individuais. Certos relacionamentos são formados entre os registros do banco de dados e suas funções de processamento usando mecanismos semelhantes aos recursos correspondentes em linguagens de programação orientadas a objetos.

As vantagens de um modelo de dados orientado a objetos são:

1) a capacidade de exibir informações sobre os relacionamentos complexos de objetos;

2) a capacidade de identificar um único registro de banco de dados e determinar a função de seu processamento.

As desvantagens do modelo de dados orientado a objetos incluem:

1) dificuldade de compreensão de suas atividades por usuário não profissional;

2) inconveniência de processamento de dados;

3) baixa velocidade de execução da consulta.

Entre os SGBDs orientados a objetos, podemos distinguir os sistemas ROET de ROET Software, Versant de Versant Technologies, etc.

11.4. Classificações de sistemas de gerenciamento de banco de dados

Qualquer produto de software capaz de suportar os processos de projeto, administração e uso de um banco de dados pode se enquadrar na definição de um SGBD, por isso foi desenvolvida uma classificação de SGBD por tipos de programas:

1) full-featured - os programas mais numerosos e poderosos em termos de suas capacidades, como Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Clarion Database Developer, etc.;

2) servidores de banco de dados - são usados ​​para organizar centros de processamento de dados em redes de computadores. Entre eles estão o Microsoft SQL Server, o NetWare SQL da Novell;

3) clientes de banco de dados - diversos programas (DBMS totalmente funcionais, planilhas, processadores de texto, etc.) que proporcionam maior desempenho da rede de computadores se as partes cliente e servidor do banco de dados forem produzidas pela mesma empresa, mas esta condição obrigatoriedade;

4) ferramentas para desenvolvimento de programas para trabalhar com bancos de dados - projetadas para desenvolver produtos de software como programas clientes, servidores de banco de dados e seus aplicativos individuais, bem como aplicativos de usuário. Sistemas de programação, bibliotecas de programas para várias linguagens de programação e pacotes de automação de desenvolvimento servem como ferramentas para o desenvolvimento de aplicativos personalizados. As ferramentas de desenvolvimento de aplicativos personalizados mais comumente usadas são o Delphi da Borland e o Visual Basic da Microsoft.

Por tipo de aplicação, os SGBDs são divididos em pessoais e multiusuários.

SGBDs pessoais (por exemplo, Visual FoxPro, Paradox, Access) são usados ​​no projeto de bancos de dados pessoais e aplicativos de baixo custo que trabalham com eles, que, por sua vez, podem ser usados ​​como parte cliente de um SGBD multiusuário.

Os SGBDs multiusuário (por exemplo, Oracle e Informix) consistem em um servidor de banco de dados e uma parte cliente e são capazes de trabalhar com diversos tipos de computadores e sistemas operacionais de diversos fabricantes.

Na maioria das vezes, os sistemas de informação são construídos com base em uma arquitetura cliente-servidor, que inclui uma rede de computadores e um banco de dados distribuído. Uma rede de computadores é usada para organizar trabalhos científicos em um PC e em redes. Um banco de dados distribuído consiste em um banco de dados multiusuário localizado em um computador servidor e um banco de dados pessoal localizado nas estações de trabalho. O servidor de banco de dados faz a maior parte do processamento de dados.

11.5. Idiomas de acesso ao banco de dados

Existem dois tipos de linguagens de acesso ao banco de dados:

1) linguagem de descrição de dados - uma linguagem de alto nível projetada para descrever a estrutura lógica dos dados;

2) linguagem de manipulação de dados - conjunto de estruturas que garantem a execução das operações básicas para trabalhar com dados: entrada, modificação e seleção de dados por solicitação.

Os idiomas de acesso mais comuns são os dois idiomas padronizados:

1) QBE (Query by Example) - uma linguagem de consulta de exemplo caracterizada pelas propriedades de uma linguagem de manipulação de dados;

2) SQL (Structured Query Language) - uma linguagem de consulta estruturada, composta pelas propriedades das linguagens de ambos os tipos.

A linguagem QBE foi desenvolvida com base no cálculo relacional com variáveis ​​de domínio. Ajuda a formar consultas complexas ao banco de dados, preenchendo o formulário de solicitação oferecido pelo sistema de gerenciamento de banco de dados. Qualquer SGBD relacional possui sua própria versão da linguagem QBE. As vantagens deste método de configuração de consultas ao banco de dados são:

1) alta visibilidade;

2) não há necessidade de especificar o algoritmo para realizar a operação.

A Structured Query Language (SQL) é baseada em cálculo relacional com tuplas variáveis. Vários padrões para essa linguagem foram desenvolvidos, sendo os mais famosos o SQL-89 e o SQL-92. A linguagem SQL é utilizada para realizar operações nas tabelas e nos dados contidos nessas tabelas e algumas operações relacionadas. Ele não é usado como uma linguagem separada e geralmente faz parte da linguagem de programação interna do DBMS (por exemplo, FoxPro DBMS Visual FoxPro, ObjectPAL DBMS Paradox, Visual Basic for Applications DBMS Access).

A linguagem SQL é focada apenas no acesso a dados, por isso é classificada como uma ferramenta de desenvolvimento de software e é chamada de built-in. Existem dois métodos principais para usar SQL incorporado:

1) estático - caracterizado pelo fato de que o texto do programa contém chamadas para funções da linguagem SQL que são rigidamente incluídas no módulo executável após a compilação. As alterações nas funções chamadas podem ser feitas no nível de parâmetros de chamada individuais usando variáveis ​​de linguagem de programação;

2) dinâmico - difere na construção dinâmica das chamadas de funções SQL e na interpretação dessas chamadas durante a execução do programa. É usado com mais frequência nos casos em que o tipo de chamada SQL no aplicativo não é conhecido antecipadamente e é construído em um diálogo com o usuário.

11.6. Bancos de dados na Internet

A base para a publicação de bancos de dados na World Wide Web é o simples arranjo das informações dos bancos de dados nas páginas Web da rede.

A publicação de bases de dados na Internet visa resolver uma série de problemas, entre os quais se destacam:

1) organizar a interligação dos sistemas gerenciadores de banco de dados que operam em diferentes plataformas;

2) construção de sistemas de informação na Internet baseados em uma arquitetura de banco de dados multinível;

3) construção de redes locais de Intranet utilizando tecnologias para publicação de bancos de dados na Internet;

4) aplicação na Internet de informações de bancos de dados de redes locais disponíveis;

5) uso de bancos de dados para organizar as informações apresentadas na Internet;

6) usando um navegador da Web como um programa cliente acessível para acessar bancos de dados na Internet.

Para publicar bancos de dados em páginas da Web, dois métodos principais são usados ​​para gerar páginas da Web contendo informações de bancos de dados:

1) publicação estática - as páginas da Web são criadas e armazenadas em um servidor Web até que uma solicitação do usuário seja recebida para recebê-las (na forma de arquivos em um disco rígido no formato de um documento Web). Esse método é usado ao publicar informações que raramente são atualizadas no banco de dados. As principais vantagens de tal organização de publicação de bancos de dados na Internet são o acesso acelerado a documentos da Web que contêm informações de bancos de dados e a redução da carga no servidor ao processar solicitações de clientes;

2) publicação dinâmica - as páginas da Web são criadas quando uma solicitação do usuário chega ao servidor. O servidor envia uma solicitação para gerar essas páginas para um programa - uma extensão do servidor que gera o documento necessário. O servidor então envia as páginas da Web concluídas de volta ao navegador. Este método de geração de páginas da Web é usado quando o conteúdo do banco de dados é atualizado com frequência, como em tempo real. Este método publica informações de bancos de dados para lojas online e sistemas de informação. As páginas dinâmicas são formadas usando várias ferramentas e tecnologias, como ASP (Active Server Page - página do servidor ativo), PHP (Personal Home Page tools - ferramentas de home page pessoal).

Dentre as ferramentas de software que permitem obter informações da Internet, destacam-se os aplicativos Web (aplicativos de Internet), que são um conjunto de páginas da Web, scripts e outras ferramentas de software localizadas em um ou mais computadores e projetadas para realizar uma tarefa aplicada. Os aplicativos que publicam bancos de dados na Internet são classificados como uma classe separada de aplicativos da Web.

Literatura

1. Informática: Curso básico: livro didático para alunos/ed. S. V. Simonovich. São Petersburgo: Peter, 2002.

2. Levin A. Sh. Manual de auto-instrução para trabalhar em um computador / A. Sh. Levin. 8ª edição. São Petersburgo: Peter, 2004.

3. Leontiev V.P. A última enciclopédia de um computador pessoal 2003 / V.P. Leontiev. M.: OLMA-Press, 2003.

4. Mogilev A. V. Informática: livro didático. subsídio para estudantes / A. V. Mogilev, N. I. Pak, E. K. Khenner; ed. E. K. Henner. M.: Academia, 2001.

5. Murakhovsky V. I. Hardware de um computador pessoal: um guia prático / V. I. Murakhovsky, G. A. Evseev. M.: DESS COM, 2001.

6. Redes de computadores Oliver VG. Princípios, tecnologias, protocolos: um livro didático para estudantes / V. G. Olifer, N. A. Olifer. São Petersburgo: Peter, 2001.

Autor: Kozlova I.S.

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