1_Информационные_системы_Базы_данных_Архитектура_ИС_

1. Тема: «Информационные системы и базы данных»

2. 

Информационная
система
ИС — система,
предназначенная для
хранения, поиска и
обработки информации
и соответствующие
организационные
ресурсы которые
обеспечивают и
распространяют
информацию.

3. Функции информационной системы:

• надежное хранение информации;
• преобразование информации и вычисления;
• удобный интерфейс.
ИС предназначена для своевременного обеспечения информацией, то
есть
для
удовлетворения
конкретных
информационных
потребностей в рамках определённой предметной области, при этом
результатом
функционирования
информационных
систем
является
информационная
продукция
—
документы,
информационные массивы, базы данных и информационные услуги

4. Причины интенсивного развития БД:

• мощные вычислительные системы и ПК;
• рост объемов носителей информации;
• устройства хранения прямого доступа;
• мировая сеть Internet;
• разнообразие языков программирования;
• искусственный интеллект.

5. Откуда берутся данные?

Google увеличивает объем
на 20 PB в день (2008).
• Facebook – + 15 TB в день
(2009).
• eBay – + 50 TB в день
(2009).
640Kб должно
хватить каждому.
Билл Гейтс, 1961г

6. Общие сведения о базах данных

7. Сравнение данных и информации

Чем отличаются
данные от
информации?
Данные?
Информация?
7

8. Сравнение данных и информации

• Данные:
− Собранные факты по
какому-то вопросу или
теме
• Информация:
− Результат объединения,
сравнения и выполнения
расчетов с данными
8

9. Сравнение данных и информации:

Ввод данных…
Вывод информации…
$1 000 000 в 2015 г.
$2 000 000 в 2016 г.
… Бюджет на следующий год
«Статья VI запрещает
использовать школьное
имущество для…»
Реализация требований
регуляторов
312 выпускников
98% учащихся успешно
сдают экзамен по
математике…
БАЗА
ДАННЫХ
…Куда они собираются
поступать?
С какими оценками?
…Средняя оценка в классе или
средняя оценка в школе
Экзаменационные
оценки учащихся…
9

10. Что такое база данных?

Набор порций
информации,
существующий в течение
длительного времени.

11. Определение базы данных

• База данных:
−Централизованный структурированный набор данных,
хранящихся в компьютерной системе
−Предоставляет средства для извлечения, добавления,
изменения и удаления данных по требованию
−Предоставляет средства для преобразования
извлеченных данных в полезную информацию
11

12. Основные сведения о реляционных базах данных

• Реляционная база данных хранит информацию в
таблицах со строками и столбцами
• Таблица является набором записей
• Строка называется записью (или экземпляром)
• Столбец называется полем (или атрибутом)
12

13. Пример реляционной базы данных

Таблица сведений о заказах
ID
DETAILS
CUSTOMER_ID
Таблица клиентов
CUSTOMER_ID
NAME
ADDRESS
Реляционная
база данных
состоит из
таблиц,
которые
связаны
общим
атрибутом
13

14. Система управления базами данных

• Система управления базами данных (СУБД) — это
программное обеспечение, которое контролирует
хранение, организацию и извлечение данных
Управление
памятью
и
хранилищем
Элементы СУБД
Словарь данных
Язык запросов
14

15. Преобразования в сфере компьютерных технологий

Сфера
компьютерных
технологий
претерпела
множество изменений.
Какими они были и
когда произошли?
15

16. Преобразования в сфере компьютерных технологий

1970-е
1990-е
Мейнфрейм
Среда клиент-сервер
2010-е
Облачные
вычисления
1980-е
2000-е
Настольный
компьютер
Распределенные
вычисления
16

17. 1970-е: мейнфреймы

Терминалы ввода-вывода
• В 1970-е годы
совершались попытки МЕЙНФРЕЙМ
построить системы
баз данных,
интегрируя
База
данных
аппаратное и
программное
обеспечение.
• Небольшие компьютеры или «терминалы ввода-вывода»
использовались для доступа к мощным мейнфреймам и
выполнения команд.
• Эти терминалы зависели от мейнфрейма и отображали
результаты только тогда, когда мейнфрейм завершал
обработку.
• Сами они не обладали значимыми вычислительными
мощностями для обработки данных
17

18. 1980-е: настольные компьютеры

Серверный компьютер:
программное обеспечение
• По мере
Смарт-клиенты: графический интерфейс
увеличения
пользователя (GUI) и ПО
скорости работы
персональных
База
компьютеров (ПК) и
данных
их широкого
распространения
обработка данных
переместилась с мейнфреймов на клиентские компьютеры
• ПК, имеющие собственное программное обеспечение и
самостоятельно выполняющие некоторую обработку, стали
известны как «смарт-клиенты» или «рабочие станции»
• Вычислительная мощность клиентской машины привела к
появлению приложений с графическим интерфейсом пользователя.
В эту эпоху были созданы многие приложения, широко
распространенные сегодня (Word, Excel, PowerPoint)
18

19. 1990-е: среда «клиент-сервер»

Тонкие клиенты: графический
Сервер баз данных:
Сервер приложений:
программное
обеспечение
интерфейс пользователя (GUI),
браузер
программное
• В среде
обеспечение
«клиентсервер»
используется
Интернет и
База
быстродействующие
данных
серверы для
удовлетворения
потребностей
организаций в хранении
данных и получении
информации
• Программное обеспечение, которое управляет данными, находится на сервере баз
данных и выполняет операции по хранению и извлечению данных
• Приложения для бизнес-операций находятся на сервере приложений и служат для
создания документов, разработки, взаимодействия или выполнения операций с
данными
• Клиенты могут иметь собственные приложения, но доступ к основным бизнесприложениям осуществляется с клиентов с помощью интернет-браузера
19

20. 2000-е: распределенные вычисления

• В модели
База данных в основе веб-коммуникаций
распределенных
НОВОСТИ
Сетевые пользователи
вычислений
(в частности,
СПОРТ
в грид-системе)
РАЗВЛЕЧЕНИЯ
все компьютеры в
База
данных
ФИЛЬМЫ
организации,
находящиеся в
ИГРЫ
разных местах,
могли использоваться как пул вычислительных ресурсов
• В грид-системах создается программная инфраструктура, которая
может работать на большом числе сетевых серверов
• Пользователи со своих рабочих станций отправляют запросы,
чтобы получить информацию или выполнить вычисления, и
эти запросы максимально эффективно обрабатываются на
компьютерах в грид-системе
20

21. 2010-е: облачные вычисления

2010-е: облачныеВыполнение
вычисления
операций с базами
данных по веб-запросам (как услуга)
ИНФРАСТРУКТУРА
(IaaS)
Веб-пользователи
База
данных
База
данных
ПЛАТФОРМА (PaaS)
База
данных
ПРОГРАММНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ (SaaS)
• Облачные вычисления позволяют предоставлять вычислительные услуги через
Интернет
• Три основные категории облачных услуг:
• IaaS — позволяет вам арендовать серверы, хранилища, операционные системы и
т. д. в облачной среде
• PaaS — предоставление доступа к онлайн-среде для разработки и
тестирования ПО без затрат на установку или управление
• SaaS — предоставление ПО напрямую из Интернета. Пользователи обычно
получают к нему доступ, используя веб-браузер
21

22. История баз данных (БД)

Годы
1960-е
Описание
Компьютеры становятся экономически эффективными для
частных компаний, наряду с увеличением возможностей
хранения
1970-72
Эдгар Франк Кодд (E.F. Codd) предлагает реляционную
модель для баз данных, отделяя логическую организацию от
физического хранилища
1976
Петер Чен (P. Chen) предлагает модель связей между
объектами (ERM) для разработки
баз данных
Начало 1980-х В начале 1980-х годов начинают появляться первые
коммерчески доступные системы реляционных баз данных,
в том числе Oracle версии 2
22

23. История баз данных (БД)

Годы
Описание
Середина
1980-х
1990-е
Начинает широко использоваться SQL (структурированный язык
запросов)
Крупные инвестиции в интернет-компании приводят к быстрому
росту рынка инструментов для подключения к веб- серверам,
Интернету и БД
Продолжается устойчивый рост приложений БД. Примеры:
коммерческие веб-сайты (yahoo.com, amazon.com),
государственные системы (Служба гражданства и иммиграции
США, Бюро переписи населения США), художественные музеи,
больницы, школы
Облачные услуги, предоставляемые такими компаниями, как
Oracle, Apple и Microsoft, наряду с Amazon AWS превращают
облачные вычисления в многомиллиардную индустрию
2000-е
2010-е
23

24. Система управления базами данных (СУБД)

25. Примеры использования БД

• Школы и колледжи используют базы данных, чтобы
хранить информацию об учебных курсах, учащихся и
преподавателях
• Банки используют базы данных для хранения информации о
клиентах, счетах, займах и транзакциях
• Авиакомпании и железные дороги используют онлайн- базы
данных для бронирования билетов и для отображения
информации о расписании
25

26. Примеры использования БД

• Телекоммуникационные подразделения хранят в базах данных
информацию о коммуникационных сетях, номера телефонов,
сведения о вызовах и месячных счетах
• В финансовой сфере и торговле базы данных используются для
хранения информации, касающейся продаж и покупки акций и
облигаций или интернет-трейдинга
• Организации используют базы данных для хранения
информации о своих сотрудниках, зарплатах, премиях,
налогах и создания платежных чеков
26

27. Причины появления СУБД

• Высокая значимость данных в различных областях
применения.
• Дублирование средств управления данными в каждом
приложении.
• Высокая сложность создания приложений.
• Необходимость организации доступа к одним и тем же
данным разным пользователям.

28. Лидеры на рынке СУБД

29. DB2

• Начало 1970-х годов – Эдгар Кодд разработал
теорию реляционных баз данных.
• Июнь 1970 года – Эдгар Кодд опубликовал
модель манипуляции данными.
• Начало 1980-х годов – IBM
разработал первый прототип
DB2.

30. ORACLE

• Выпуск первой коммерческой СУБД с поддержкой
языка запросов SQL.
• Объем рынка СУБД ORACLE
составляет около 30 млрд долларов.
• Программное обеспечение выпускается под
разные операционные системы.

31. Microsoft SQL Server

• Microsoft SQL Server — система
управления реляционными базами
данных.
• Microsoft SQL Server выпускался только под
Windows.
• Первую версию под Linux Microsoft
выпустил только в 2017 году.

32.

PostgreSQL
СУБД PostgreSQL– свободно
распространяемый программный
продукт с открытым исходным
кодом.

33.

MySQL
MySQL – свободная реляционная
система управления базами
данных.

34. Функции СУБД

• Средства постоянного хранения данных.
• Поддержка безопасности данных и защита от
несанкционированного доступа.
• Обеспечение согласованности данных.
• Поддержка высокоуровневых эффективных
языков запросов.

35. Физическая и логическая независимость данных в БД

• Приложения не зависят от используемых способов
хранения данных на носителях.
• Представление данных в приложении не зависит
от структуры БД.
• Изменение подсхемы одного пользователя не
влечет изменений других подсхем.

36.

37. Классы архитектур информационных систем:

• однокомпонентные;
• клиент-сервер;
• многослойные архитектуры;
• гибридные архитектуры.

38. Системные модели определяют:

• архитектуру информационной системы;
• роли и функции компонентов системы;
• правила взаимодействия компонентов;
• состав оборудования;
• состав программных средств, необходимых
для функционирования системы.

39. Роли программных компонентов:

• Клиент: реализует взаимодействие с человеком;
• Функциональный модуль: реализует основные
функции системы;
• Сервер данных: обеспечивает хранение
и доступ к хранимой информации.

40. Пользователи

Структура ИС
Интерфейс
ПО
приложения
Интерфейс
доступа
Информационное
хранилище
ИС

41. Подходы к реализации ИС:

• модель файлового сервера
(File Server – FS);
• модель доступа к удаленным данным
(Remote Access Data – RDA);
• модель сервера базы данных
(DataBase Server – DBS);
• модель сервера приложений
(Application Server – AS).

42. Файловый сервер (FS)

Компонент
представления
Прикладной
компонент
Клиент
Файлы
Компонент доступа к ресурсам
Сервер

43. Особенности файлового сервера (FS):

• высокий трафик;
• узкий спектр операций манипуляции с данными;
• отсутствие адекватных средств безопасности
доступа к данным.

44. Модель доступа к удаленным ресурсам (RDA)

SQL
Компонент
представления
Прикладной
компонент
Клиент
Данные
Компонент доступа к ресурсам
Сервер

45. Модель сервера базы данных (DBS)

Вызов
процедуры
Компонент представления
Клиент
Данные
Прикладной
компонент
Компонент доступа
к ресурсам
Сервер

46. Модель сервера базы данных (DBS). Достоинства:

• возможность централизованного
администрирования прикладных функций;
• снижение трафика;
• экономия ресурсов.

47. Модель сервера базы данных (DBS). Недостатки:

• ограниченность средств, используемых
для написания хранимых процедур;
• ограниченность сферы использования.

48. RDA + DBS

• Сервер: целостность данных и простейшие
прикладные функции поддерживаются
хранимыми процедурами.
• Клиент: более сложные функции реализуются
в прикладной программе, которая выполняется
на компьютере-клиенте.

49. Трехуровневые ИС: сервер приложений

Компонент
представления
Клиент
API
Прикладной
компонент
Компонент
доступа к ресурсам
Сервер
Сервер

50. Достоинства многоуровневых архитектур

• Большое количество компонентов.
• Массовое использование.
• Средства генерации кода.

51. Недостатки многослойных систем

• Неэффективное использование серверов данных.
• Слишком большое количество сетевых обменов.
• Искусственное привязывание ролей к слоям.