Файлові системиі бази даних. Потреби інформаційних систем
(реферат)
За всю історію обчислювальної техніки можна прослідкувати дві основні сфери її застосування. Перша сфера – це застосування обчислювальної техніки для виконання математичних розрахунків, які надто довго або взагалі неможливо провести вручну. Розвиток саме цієї галузі сприяло інтенсифікації методів числового розв’язку складних математичних задач, розвитку класів мов програмування, орієнтованих на зручний запис числових алгоритмів, становлення зворотного зв’язку з розробниками нових архітектур ЕОМ.
Друга галузь, яка безпосередньо відноситься до теми наших лекцій – це використання засобів обчислювальної техніки в автоматичних або автоматизованих інформаційних системах. В найширшому розумінні, інформаційна система являє собою програмно-апаратний комплекс, функції якого полягають у надійному збереженні інформації у пам’яті комп’ютера, виконання специфічних для даного додатку перетворень інформації та/або обчислень, наданні користувачеві зручного та зрозумілого інтерфейса. Зазвичай такі системи мають справу з великими обсягами інформації, яка має достатньо складну структуру.
Класичними прикладами інформаційних систем є банківські системи, системи резервування авіаційних квитків, місць у готелі тощо.
Друга галузі застосування обчислювальної техніки виникла дещо пізніше за першу. Це пов’язане з тим, що на світанку обчислювальної техніки можливості комп’ютерів по зберіганню інформації були дуже обмеженими. Говорити про надійне та довготривале збереження даних можливо було лише при наявності запам’ятовуючих пристроїв, які зберігають інформацію після вимкнення живлення машини. Оперативна пам’ять комп’ютерів такої властивості не має. У перших комп’ютерах використовувалися два пристрої зовнішньої пам’яті – магнітні стрічки та барабани. Ємність магнітних стручок була достатньо великою, але за своєю фізичною природою така стрічка забезпечувала лише послідовний доступ до даних. Магнітні ж барабани, які більше подібні до сучасних магнітних дисків з фіксованими головками, надавали можливість довільного доступу до даних, але були обмеженого розміру.
Такі обмеження не були суттєвими для чисто чисельних розрахунків. Але для інформаційних систем, в яких потреба у поточних даних визначається кінцевим користувачем, наявність лише магнітних стрічок або барабанів є незадовільною. Уявіть собі покупця квитків, який біля каси повинен чекати повного перемотування магнітної стрічки. Однією з природних вимог до таких систем є достатня швидкість виконання операцій.
Здається, саме вимоги нечислових прикладних програм, викликали появу зйомних магнітних дисків з рухомими голівками, що явилося революцією в історії обчислювальної техніки. Такі пристрої зовнішньої пам’яті мали набагато більший обсяг, забезпечували достатню швидкість доступу до даних в довільному порядку, а можливість зміни дискового пакету на пристрої дозволяла мати практично необмежений архів даних.
З появою магнітних дисків почалася історія систем керування даними у зовнішній пам’яті. До того моменту кожна програма-додаток, якій потрібно було зберігати дані у зовнішній пам’яті, сама визначала розміщення кожної порції даних на магнітній стрічці чи барабані і виконувала обмін між оперативною пам’яттю та пристроєм зовнішньої пам’яті за допомогою програмно-апаратних засобів низького рівня (машинних команд або виклику відповідних програм операційної системи). Такий режим роботи не дозволяє і дуже ускладнює підтримку на одному зовнішньому носії декількох архівів інформації довготривалого зберігання. Крім того, кожній прикладній програмі потрібно було вирішувати проблему іменування частин даних і структуризації даних у зовнішній пам’яті.
Історичним кроком став перехід до використання централізованих систем управління файлами.
Файлові системи – це набір програм, які виконують для користувачів деякі операції, наприклад створення звітів. Кожна програма визначає свої власні дані і керує ними.
Файлові системи були першою спробою комп¢ютиризувати відомі всім ручні картки. Подібна картка (або підшивка документів) в деякій організації могла містити всю зовнішню і внутрішню документацію, пов¢язану з деяким продуктом, завданням, клієнтом або співробітником. Зазвичай таких папок дуже багато, їх нумерують і зберігають у шафах. З метою безпеки шафи можуть навіть закривати на ключ або зберігати у приміщеннях, що знаходяться під охороною. У більшості людей вдома є власні карототеки, що містять підшивки документів, такі як рахунки, гарантійні талони, чеки про сплату за комунальні послуги, стархові та банківські папери, звіти з лабораторних робіт, конспекти лекцій тощо. Якщо нам потрібна будь-яка інформація, потрібно вручну переглянути картотеку від початку до кінця, щоб знайти те, що нас цікавить. Цей процес можна вдосконалити, ввівши у такій системі процес індексування, який дозволить прискорити процес пошуку потрібних відомостей. Наприклад, можна використати спеціальні розділювачі або окремі папки для різноманітних логічно пов¢язаних типів об¢єктів.
Ручні картки дозволяють успішно справитися з поставленими задачами, якщо кількість об¢єктів, що зберігаються, невелике. Також вони цілковито підходять для роботи з великою кількістю об¢єктів, які потрібно лише зберігати, або вилучати. Проте вони виявляються цілковито не придатними для випадків, коли потрібно встановити перехресні зв’язки чи виконати обробку відомостей.
В наш час клієнтам, менеджерам та іншим співробітникам з кожним днем потрібно все більше і більше інформації. Зрозуміло, що картотека зовсім не підходить для виконання роботи подібного типу. Файлові системи були розроблені для забезпечення більш ефективних способів доступу до даних. Проте, замість організації централізованого сховища всіх даних підприємства, використовувався децентралізований підхід, за яким співробітники кожного відділу за допомоггою спеціалістів по обробці даних (програмістів) працюють зі своїми власними даними і зберігають їх у своєму відділі у окремих файлах. Файл являє собою простий набір записів , які містять логічно зв’язані данію кожен запис містить логічно зв’язаний набір з одного чи декількох полів, кожне з яких представляє деяку характеристику об’єкту, що моделюється. Кожен співробітник звертається до даних за допомогою спеціалізованої прикладної програми. Набір прикладних програм кожного відділу дозволяє вводити дані, працювати з файлани і генерувати деякий фіксований набір спеціалізованих звітів. Найважливішим є те, що фізична структура і методи зберігання записів файлів з даними жорстко визначаються в коді прикладної програми.
Обмеження, притаманні файловим системам
- Відокремлення та ізоляція даних.
- Дублювання даних.
- Залежність від даних.
- Несумісність файлів.
- Фіксовані запити/ швидке збільшення кількості додатків.
Розділення та ізоляція даних
Коли дані ізольовані у окремих файлах, доступ до них ускладнений. Наприклад, для створення списку всіх будинків, що відповідають вимогам потенційних орендарів, попередньо потрібно створити тимчасовий файл зі списком орендарів, які бажають орендувати нерухомість типу „будинок”, далі у файлі про нерухомість, що здається в оренду, потрібно здійснити пошук об¢єктів типу „будинок” з орендною платою нижче за максимум, встановлений орендарем. Виконати подібний пошук та обробку даних у файлових системах достатньо складно. Для вилучення інформації, яка задовольняє поставленим умовам програмісту потрібно реалізувати синхронну обробку двох файлів. Ще більші складності виникають, коли інформацію потрібно шукати більше ніж у двох файлах.
Дублювання даних
Через децентралізовану роботу з даними, яка ведеться у кожному відділі на підприємстві, у файловій системі фактично заохочується безконтрольне дублювання даних, яке є небажаним за двох причин:
1. дублювання даних супроводжується неекономним використанням ресурсів, оскільки на введення надлишкових даних потрібно витрачати додатково час та гроші. Більше того, для їх зберігання необхідне додаткове місце у зовнішній пам¢яті. У більшості випадків дублювання даних можна уникнути за рахунок сумісного використання файлів.
2. ще більш важливим є той факт, що дублювання даних може призвести до порушення їх цілісності , інакше кажучи, дані у різних відділах можуть стати суперечливими. Наприклад, у випадку дублювання даних про співробітників у бухгалтерії та відділі кадрів, якщо робітник змінить адресу і цю зміну буде зафіксовано лише у відділі кадрів, то повідомлення про зарплату надійде на чужу адресу. При виявленні подібної помилки потрібно буде витратити багато часу для її повного усунення, оскільки немає деякого автоматичного способа обновлення даних одночасно у всіх відділах.
Залежність від даних
Фізична структура і спосіб збереження записів файлів і спосіб зберігання записів файлів даних жорстко фіксованих у коді програми-додатку. Це означає, що змінити існуючу структуру даних достатньо складно.
Несумісність форматів файлів
Оскільки структура файлів визначається кодом додатків, вона залежить і від мови програмування цього додатку. Наприклад, структура файлу, створеного на мові COBOL може повністю відрізнятися від структури файлу, створеного на мові С.
Фіксовані запити / швидке збільшення кількості додатків
З точки зору користувача можливості файлових систем перевищують можливості ручних карток. Відповідно зростає і їх вимоги до реалізації нових та модифікованих запитів. Проте, файлові системи значно залежать від програміста, оскільки всі необхідні запити і звіти повинні бути створені саме ним. У багатьох організаціях, як свідчить література, події розвивалися по одному з двох сценаріїв. 1) типи створюваних запитів мали фіксовану форму і не було інструментів для створення незапланованих або довільних запитів, як до даних, так і відомостей про те, які типи даних є доступними.