Цикл функционирования автоматизированных информационных систем

Как следует из рассмотрения внутренней схемы баз данных, одной из основных функций систем управления базами данных является создание и поддержание собственной системы размещения и обмена данными между внешней (дисковой) и оперативной памятью. От эффективности реализации в каждой конкретной СУБД данной функции (формат файлов данных, индексирование, хэширование и буферизация) во многом зависит и эффективность функционирования СУБД в целом. Поэтому основные усилия создателей первых СУБД были сосредоточены именно в этом направлении. Однако такой подход приводил к «самостийности», уникальности каждой конкретной СУБД и созданной на ее основе автоматизированной информационной системы. В результате для реализации любой функции по вводу, обработке или выводу данных требовались квалифицированные программисты для написания специальных программ на алгоритмических языках высокого уровня (в 70-х годах прошлого века ФОРТРАН, КОБОЛ и др.), «знающих» особенности структуры и способы размещения данных во внешней и оперативной памяти. В итоге работа с базами данных осуществлялась через посредника в виде квалифицированного программиста, «переводящего» информационные потребности пользователя в машинный код.

Функции СУБД — ввод, обработка и вывод данных
Язык SQL

Базы данных создаются для удовлетворения информационных потребностей пользователей. Однако для выполнения этой главной задачи базу данных необходимо не только правильно организовать и построить, но и наполнить самими данными. Как правило, эта задача требует больших затрат особенно на начальном этапе ввода информационных систем в эксплуатацию. Поэтому способам, удобству ввода и редактирования данных в СУБД всегда придавалось и придается важное значение.

Ввод и редактирование данных в реляционных СУБД

В современных реляционных СУБД имеется развитый арсенал возможностей по вводу и загрузке данных, который позволяет эффективно решать задачи по наполнению БД данными.

Особенности ввода и загрузки данных в СУБД с сетевой моделью организации данных

Обработка данных представляет собой емкое понятие, включающее широкий набор различных функций и операций по удовлетворению информационных потребностей пользователя. Тем не менее в технологическом плане этот широкий набор удобно разделить на три группы:

• поиск, фильтрация и сортировка данных;
• запросы к базе данных;
• механизм реализации событий, правил (триггеров) и процедур в базе данных.

На практике работа пользователя с базой данных может включать сразу весь комплекс операций, однако с методической точки зрения целесообразно рассмотреть их последовательно.

Поиск, фильтрация и сортировка данных

Запросы являются наиболее распространенным видом обработки данных при решении пользователями АИС тематических, логических, статистических и технологических информационных задач. Иначе говоря, для удовлетворения сложных информационных потребностей пользователи «общаются» с базой данных через запросы. Запрос представляет собой спецификацию (предписание) на специальном языке (языке базы данных) для обработки данных. В реляционных СУБД запросы к базе данных выражаются, соответственно, на языке SQL. Формирование запросов в СУБД может осуществляться в специальном редакторе (командный режим) или через наглядно-диалоговые средства (конструкторы) и пошаговые мастера формирования запросов. Сформированный запрос в виде SQL-инструкции сохраняется в файле базы данных и впоследствии специальной командой СУБД может запускаться (открываться) на выполнение. С точки зрения решаемых информационных задач и формы результатов исполнения запросов их можно разделить на три группы:

• запросы на выборку данных;
• запросы на изменение данных;
• управляющие запросы.

Запросы на выборку данных
Запросы на выборку данных из одной таблицы
Запросы на выборку данных из нескольких таблиц

Во многих случаях при формировании набора данных по запросам на выборку требуется производить определенные вычисления или определенные операции по непосредственной обработке отбираемых данных. В реляционных СУБД такие возможности предоставляются через вычисляемые поля и групповые операции в запросах над отбираемыми данными.

Вычисления и групповые операции в запросах

Важное значение для решения различных технологических информационных задач по ведению базы данных имеют запросы на изменение данных. В отличие от непосредственного ввода данных в режимах открытой таблицы или формы они вносят изменения сразу в группу записей за одну операцию. Таким образом, результатом запросов на изменение является не набор данных, как в запросах на выборку, а изменение данных в самих таблицах.

Запросы на изменение данных
Управляющие запросы
Подчиненные (сложные) запросы

Под оптимизацией запросов понимается такой способ обработки запросов, когда по начальному представлению запроса вырабатывается процедурный план его выполнения, наиболее оптимальный при существующих в базе данных управляющих структурах.

Оптимизация запросов

После логической и семантической оптимизации строится процедурный план выполнения запросов. Процедурным планом запроса называется детализированный порядок выполнения операций доступа к базе данных физического уровня. Уже упоминавшаяся многовариантность способов выполнения SQL-инструкций соответственно приводит к набору альтернативных процедурных планов выполнения запросов, среди которых оптимизатор запросов ядра СУБД должен выбрать оптимальный в соответствии с определенными критериями. Общепринятым критерием оптимальности процедурных планов является минимизация стоимости выполнения запросов. При этом под стоимостью выполнения запроса понимаются вычислительные ресурсы (ресурсы процессора и ресурсы дисковой и оперативной памяти), необходимые для выполнения запросов.

Стратегии оптимизатора по оценкам стоимости выполнения запросов могут быть упрощенными (когда статистические распределения любых полей являются по умолчанию равномерными) либо более сложными. В сложных стратегиях при ведении базы данных (добавление, удаление, изменение записей) осуществляется мониторинг за параметрами апостериорных статистических распределений значений по полям базы данных (отслеживается минимальное, максимальное, среднее значение и другие параметры). В этом случае оценки стоимости процедурных планов выполнения запросов являются более точными, и тем самым повышается эффективность оптимизации запросов и в целом эффективность обработки данных.

Рассмотренные выше способы обработки данных через запросы, фильтрацию, поиск и сортировку данных реализуют достаточно простые информационные потребности пользователей АИС либо являются лишь отдельными элементами в последовательности взаимоувязанных операций при решении сложных информационных задач в предметной области АИС. План последовательности таких операций, отражающий определенный алгоритм реализации информационных задач, может быть достаточно сложным, и каждый раз при возникновении соответствующей информационной потребности должен создаваться (воспроизводиться) и реализовываться пользователем заново.

Процедуры, правила (триггеры) и события в базах данных
Особенности обработки данных в СУБД с сетевой моделью организации данных

Результаты обработки данных должны использоваться в том порядке и в тех формах, которые приняты в предметной области АИС. Решение этой задачи обеспечивается комплексом функций СУБД, определяемым термином «вывод данных».

Вывод данных