Лекция 1.3 �Классификация БД и СУБД. Состав и функции СУБД. Трехуровневая архитектура БД и СУБД

1

Дисциплина: Проектирование и реализация баз данных

Преподаватель: Говорова Марина Михайловна

Факультет ФПИн

2025-2026

�

Содержание

1. Классификация БД и СУБД
2. Состав и функции СУБД
3. Трехуровневая архитектура БД и СУБД

2

Глоссарий

– совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти ПК, и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

�

База данных

- комплекс технических и программных средств для хранения, поиска, защиты и использования информации. �

��

Система управления базами данных

3

Зачем нужна СУБД?

4

Классификация БД и СУБД

5

Классификация БД

6

БД оперативной и ретроспективной информации: OLTP и OLAP

7

OLTP – OnLine Transaction Processing

OLAP – OnLine Analitic Processing

Свойства данных в OLTP и OLAP

8

Классификация СУБД

9

Состав и функции СУБД

10

Компоненты среды СУБД

11

Данные

Содержатся в БД в структурированном виде.

�

Рабочие данные

Структура данных определяется схемой БД.

​

БД должна содержать:

• имена, типы, размеры элементов данных;
• имена связей;
• ограничения целостности;
• имена зарегистрированных пользователей и их права доступа к данным;
• используемые индексы и структуры хранения.

​

Характеристики данных

12

Аппаратное обеспечение

набор физических устройств, на которых существует БД, СУБД и другие компоненты информационной системы.

Аппаратное обеспечение

• тома внешней памяти, используемые для хранения информации, соответствующие устройства ввода—вывода, контроллеры устройств, каналы ввода—вывода и т.д.

​

• аппаратный процессор (или процессоры) вместе с оперативной памятью, предназначенные для поддержки работы программного обеспечения СУБД

13

Программное обеспечение

14

Программные компоненты среды СУБД

15

Пользователи: администраторы

Отвечают за:

• концептуальное и логическое проектирование БД, 
• управление данными, 
• разработку и сопровождение стандартов, бизнес-правил и деловых процедур.�

Администраторы данных

Отвечают за:

• физическое проектирование и физическую реализацию БД,
• обеспечение целостности и безопасности данных,
• обеспечение максимальной производительности приложений.

​

Администраторы баз данных

16

Пользователи: разработчики БД

Отвечают за:

• концептуальное и логическое проектирование БД, 
• управление данными, 
• разработку и сопровождение стандартов, бизнес-правил и деловых процедур.�

Разработчики логической БД

Отвечают за:

• физическое проектирование и физическую реализацию БД,
• обеспечение целостности и безопасности данных,
• обеспечение максимальной производительности приложений.

​

Разработчики физической БД

17

Пользователи: прикладные программисты

Прикладные программисты обеспечивают разработку приложений, предоставляющих пользователям необходимые функциональные возможности.

�

18

Пользователи: клиенты

Пользователи (Клиенты) – конечные пользователи, информационные потребности которых обслуживает БД (АИС).�

19

Основные функции СУБД

• хранение, извлечение и обновление данных независимо от физической организации БД
• наличие системного каталога, описывающего данные в базе (обеспечивает независимость программ от данных)
• механизм транзакций должен гарантировать выполнение либо всех операций обновления данной транзакции, либо ни одной из них (защита данных от сбоев при выполнении транзакций)
• корректное обновление базы данных при параллельном выполнении операций обновления многими пользователями (исключение конфликтов целостности БД).

​

• предоставление средств восстановления БД в случае какого-либо ее повреждения или разрушения (возврат к последнему непротиворечивому состоянию)
• гарантия доступа к информации в базе только санкционированных пользователей (безопасность и конфиденциальность)
• способность к интеграции с коммуникационным программным обеспечением (интеграция с диспетчерами обмена данными, работа в локальной сети и т.п.)
• поддержка целостности данных (контроль ограничений или правил сохранения непротиворечивости данных в базе)

20

Функции СУБД

- обеспечивают основные операции, необходимые для эффективного хранения, обработки и управления данными.

Низкоуровневые функции

- обеспечивают удобный и эффективный доступ к данным, позволяя пользователям взаимодействовать с базой данных без необходимости погружаться в технические детали.

Функции на уровне пользователя

21

Функции СУБД: низкоуровневые

• управление транзакциями
• восстановление БД (обеспечение надежности хранения данных во внешней памяти)
• поддержка языков БД
• журнализацию (словарь данных)
• управление параллельным доступом
• управление данными во внешней памяти (сохранение, извлечение и обновление информации)
• управление буферами оперативной памяти
• контроль доступа к данным
• поддержка обмена данными
• поддержка целостности данных
• поддержка независимости от данных
• вспомогательные функции: предназначены для оказания помощи АБД в эффективном администрировании БД (программы статистического анализа, для загрузки и выгрузки БД, глобальная проверка целостности БД)

22

Транзакции

23

Транзакция – некоторая неделимая последовательность операций над данными в БД, которая отслеживается СУБД от начала до завершения. 

Если транзакция не завершена (сбои, отказы оборудования, ошибки ПО, включая приложение), то транзакция считается незавершенной и отменяется.

Функции СУБД: на уровне пользователя

• хранение данных
• изменение (редактирование, пополнение, удаление)
• обработка информации
• разработка и получение выходных документов

​

24

Языки СУБД для работы с информацией

– высокоуровневый язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных (описание предметной области; для описания внешних и концептуальных схем используется общий язык ЯОД)

Язык описания данных (ЯОД)

– совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными (ввод, модификацию и выборку данных по запросам)

Язык манипулирования данными (ЯМД)

25

2 типа ЯМД

- тип языка, который позволяет описывать последовательность действий для решения задач. Он основывается на концепции процедур, которые представляют собой блоки кода, выполняющие определенные функции.�Примеры: C, C++, C#, Pyton, Java, …

Процедурный

- тип языка программирования, который позволяет описывать, что именно они нужно получить в результате, не указывая как это должно быть достигнуто. В отличие от процедурных языков, где задается последовательность шагов для выполнения задачи, декларативные языки сосредоточены на конечном результате.

Примеры: QBE, SQL

​

​

​

Декларативный

26

Трехуровневая архитектура СУБД

27

Историческая справка

28

• 1971г. – рабочая группа CODASIL (Conference on Data Systems and Languages – Конференция по языкам и системам данных): двухуровневый подход (выделение системного представления и пользовательских представлений).
• 1975г. – Комитет планирования стандартов и норм SPARC (Standarts Planning and Requirements Committee) Американского национального института стандартов ANSI (American National Standarts Institute): обобщенная трехуровневая архитектуры описания БД.
• 1978г. – официальное признание трехуровневой архитектуры.

​

​

​

Трехуровневая архитектура СУБД

29

Взаимодействие уровней

30

Внешний уровень

31

Внешний уровень – пользовательский уровень.

Представление данных с точки зрения пользователей – внешнее представление.

Подсхема – частичные или переопределенные описания БД для отдельных групп пользователей или ориентированные на отдельные аспекты предметной области.

�

Концептуальный уровень

32

Предназначен для отображения внешнего уровня на внутренний уровень и обеспечения необходимой независимости их друг от друга. Связан с обобщенным представлением пользователей.

​

Содержит полное логическое представление базы данных, включающее описание всех данных и связей между ними.

Внутренний уровень

33

Обеспечивает взаимодействие СУБД с методами доступа ОС (вспомогательными функциями хранения и извлечения записей данных) с целью размещения данных на ЗУ, создания индексов, извлечения данных.

Содержит:

• Информацию о распределении дискового пространства для хранения индексов и данных.
• Описание подробностей сохранения записей.
• Сведения о размещении записей.
• Сведения о сжатии данных и выбранных методах их шифрования.

Независимость от данных

Логическая независимость от данных означает полную защищенность внешних схем от изменений, вносимых в концептуальную схему (добавление, удаление новых сущностей, атрибутов или связей не должно влиять на существующие внешние схемы для других групп пользователей).

​

Физическая независимость от данных означает защищенность концептуальной схемы от изменений, вносимых во внутреннюю среду (использование различных файловых систем и устройств хранения, модификация индексов или хеширование).

​

Основное назначение трехуровневой архитектуры – обеспечение независимости от данных: изменение на нижних уровнях никак не влияют на верхние уровни.

34

Важность трехуровневой архитектуры

35

• задача создания базы данных разбивается на подзадачи, сложность задачи сокращается так, что она может быть реализована в конкретной среде
• облегчается перенос разработанных баз данных на другие аппаратно-программные платформы
• пользователи имеют возможность обращаться к данным, используя свои внешние представления, не зависящие от представлений других пользователей
• взаимодействие пользователя с базой осуществляется на логическом уровне манипулирования данными и не зависит от особенностей хранения данных в базе
• внутренняя структура БД не зависит от физических способов хранения информации, например, от устройства хранения
• изменения на более низких уровнях (внутренней схемы и/или концептуальной схемы данных) не влияют на верхние уровни (в частности на работу пользователя с базой)

​

​

​

​

​

Выводы

36

• Реализация трехуровневой архитектуры БД требует, чтобы СУБД переводила информацию с одного уровня на другой, т.е преобразовывала адреса и указатели в соответствующие логические имена и наоборот.
• Для установления соответствия между любым внешней и внутренней схемами СУБД должна использовать информацию из концептуальной схемы. Она связана с внутренней схемой посредством концептуально-внутреннего отображения. Оно позволяет найти фактическую запись или набор записей на физическом устройстве хранения, которые образуют логическую запись в концептуальной схеме.
• Каждая внешняя схема связана с концептуальной с помощью внешне-концептуального отображения. С его помощью СУБД может отображать имена пользовательского представления на соответствующую часть концептуальной схемы.

Контрольные вопросы

37

1. Как классифицируются БД и СУБД?
2. В чем основные отличия OLTP и OLAP систем?
3. Охарактеризуйте основные функции СУБД.
4. Перечислите языки управления БД, дайте их характеристики.
5. Перечислите основные программные компоненты среды СУБД.
6. Дайте понятие Журнала СУБД и его назначение.
7. В чем основная цель трехуровневой архитектуры СУБД?
8. Что означает независимость от данных?

​

​

​

​

​

Источники

38

1. Новиков Б. А. Основы технологий баз данных: учеб. пособие / Б. А. Новиков, Е. А. Горшкова, Н. Г. Графеева; под ред. Е. В. Рогова. — 2-е изд. — М.: ДМК Пресс, 2020. — 582 с. – URL: https://edu.postgrespro.ru/dbtech.pdf (глава 1)
2. Прохорова А.М. Классификация и различия современных СУБД. – URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40931
3. Виды баз данных. Большой обзор типов СУБД. – URL: https://habr.com/ru/companies/amvera/articles/754702/
4. СУБД: виды, особенности, классификация, подбор. – URL: https://www.roksis.ru/articles/subd-vidy-osobennosti-klassifikatsiya-podbor/
5. Работа с базами данных: Лекция 3. Классификация БД и СУБД. – URL: https://intuit.ru/studies/courses/3439/681/lecture/14019?page=1
6. Выбор СУБД: шпаргалка, чтобы не запутаться. – URL: https://habr.com/ru/articles/775574/
7. Найти, сохранить и защитить: как СУБД помогают аналитикам и маркетологам. – URL: https://practicum.yandex.ru/blog/chto-takoe-subd/

Спасибо�за внимание!

39

https://t.me/mmgovorova