Файловые системы и базы данных кратко
Обновлено: 06.07.2024
Базы данных являются основой всех информационных систем, используемых на предприятиях всех отраслей бизнеса. Теория баз данных стала активно развиваться около 30 лет назад. Достижения в фундаментальных исследованиях баз данных стали основой разработок коммуникационных систем, транспорта, логистики, финансового менеджмента. Они также послужили основой для значительного прогресса во всех ведущих областях науки.
Существует два основных направления использования средств вычислительной техники. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения сложных инженерных и научных расчетов. Второе направление, которое непосредственно касается темы данного учебного пособия, - это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Специфика таких систем заключается в хранении и обработке больших объемов информации.
Для хранения больших объемов информации и обеспечения удовлетворительной скорости доступа к информации были разработаны специальные устройства - магнитные диски с подвижными головками, а для управления данными, расположенными на этих носителях - системы управления данными во внешней памяти (система управления файлами).
Файл - это некоторая область во внешней памяти, например на диске, в которую можно записывать или из которой можно читать данные. Файловая организация позволяет манипулировать информацией, размещенной во внешней памяти компьютера, используя только имя файла, не вдаваясь в подробности его размещения по ячейкам памяти. Для этого используется специальная область - таблица размещения файлов.
Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет поддержания во внешней памяти дополнительных файлов со специальной структурой - каталогов или папок . Каждый каталог содержит имена каталогов и/или файлов, содержащихся в данном каталоге. Таким образом, полное имя файла состоит из списка имен каталогов плюс имя файла в каталоге, непосредственно содержащем данный файл. Разница между способами именования файлов в разных файловых системах состоит в том, с чего начинается эта цепочка имен.
Области применения файлов состоят в хранении, в первую очередь, текстовых данных: документов, текстов программ и т.д. Такие файлы образуются и модифицируются с помощью различных текстовых редакторов. Структура текстовых файлов обычно очень проста: это либо последовательность записей, содержащих строки текста, либо последовательность байтов. Одним словом, файловые системы обеспечивают хранение слабо структурированной информации, оставляя дальнейшую структуризацию прикладным программам.
Универсальность является одновременно и достоинством и недостатком файловых систем. Рост количества файлов и приложений, обслуживающих их, неизбежно приводит к тому, что эффективность информационной системы падает, ее сопровождение усложняется, целостность данных нарушается, информация может теряться и не отражать действительного положения дел.
Современные информационные системы требуют сложных и структурированных данных, обеспечения одновременной работы с данными, корректности и согласованности информации. Для решения таких задач используются системы управления базами данных (СУБД).
Файловые системы и базы данных предназначены для поддержания совокупности данных, подлежащих обработке, хранению, вводу, выводу, модификации и т. д. Файл (или набор данных) представляет собой совокупность связанных данных, имеющую имя. Информация о наборах данных (имя, внутренняя структура, размеры и т. д.) должна быть доступна операционной системе.
Файловые системы и базы данных строятся на основе управления данными операционных систем. Физическим объектом управления для них являются внешние устройства, точнее, тома, внешних устройств: магнитные ленты, магнитные диски, листинги печатающих устройств и т. д. Важнейшим стимулом развития сложных систем управления данными явилось появление достаточно дешевых внешних запоминающих устройств большой емкости с малым временем доступа к информации в произвольном порядке. К ним в первую очередь относятся накопители на магнитных дисках со сменными носителями.
Файловые системы управляют наборами данных без учета природы данных, их назначения и содержания. Каждая прикладная программа (или пользователь) имеет собственный набор данных, в результате чего данные могут многократно дублироваться, информация в разных наборах может носить противоречивый характер.
Базы данных, являясь этапом в развитии файловых систем, учитывают природу хранимой информации, обеспечивают ее единство и непротиворечивость. Базы данных ориентированы на коллективное использование информации прикладными программами (пользователями).
Централизованное управление данными позволяет обеспечить повышенную надежность хранения информации (защиту от аппаратных сбоев и отказов и программных ошибок), а также высокую эффективность обработки путем минимизации затрачиваемых времени обработки и объемов памяти.
Рассмотрим более подробно структуру и функции файловых систем , обязательного элемента любой развитой операционной системы.
В ключевое отличие между файловой системой и базой данных заключается в том, что файловая система управляет только физическим доступом, тогда как база данных управляет как физическим, так и логическим доступом к данным.
База данных и файловая система - это два метода, которые помогают хранить, извлекать, управлять и манипулировать данными. Обе системы позволяют пользователю работать с данными одинаково. Файловая система - это набор файлов необработанных данных, хранящихся на жестком диске, тогда как база данных предназначена для простой организации, хранения и извлечения больших объемов данных. Другими словами, база данных содержит набор организованных данных, обычно в цифровой форме для одного или нескольких пользователей. Аббревиатура из базы данных - DB. Можно классифицировать БД по их содержанию, например, документально-текстовое, библиографическое и статистическое. Важно отметить, что даже в базе данных данные в конечном итоге или физически хранятся в некоторых файлах.
1. Обзор и основные отличия
2. Что такое файловая система
3. Что такое база данных
4. Параллельное сравнение - файловая система и база данных в табличной форме
5. Резюме
Что такое файловая система?
Как упоминалось выше, типичная файловая система хранит электронные данные в наборе файлов. Если файл состоит только из одного файла, то это плоский файл. Они содержат значения в каждой строке, разделенные специальным разделителем, например запятыми. Чтобы запросить некоторые случайные данные, сначала необходимо проанализировать каждую строку и загрузить ее в массив во время выполнения. Для этого файл следует читать последовательно, поскольку в файлах нет механизма управления. Поэтому это довольно неэффективно и требует много времени.
На пользователя возлагается определенная нагрузка, такая как поиск необходимого файла, просмотр записей построчно, проверка наличия определенных данных и запоминание того, какие файлы / записи редактировать. Пользователь либо должен выполнять каждую задачу вручную, либо должен написать сценарий, который выполняет их автоматически с помощью возможностей управления файлами операционной системы. По этим причинам файловые системы легко уязвимы для серьезных проблем, таких как несогласованность, неспособность поддерживать параллелизм, изоляция данных, угрозы целостности и отсутствие безопасности.
Что такое база данных?
База данных может содержать разные уровни абстракции в своей архитектуре. Как правило, архитектуру базы данных составляют три уровня: внешний, концептуальный и внутренний. Внешний уровень определяет, как пользователи просматривают данные. Одна база данных может иметь несколько представлений. Внутренний уровень определяет, как данные физически хранятся. Концептуальный уровень - это средство коммуникации между внутренним и внешним уровнями. Он обеспечивает уникальное представление базы данных независимо от того, как она хранится или просматривается.
Существует несколько типов баз данных, таких как аналитические базы данных, хранилища данных и распределенные базы данных. Базы данных или, если быть более точным, реляционные базы данных содержат таблицы, и они состоят из строк и столбцов, во многом как электронные таблицы в Excel. Каждый столбец соответствует атрибуту, а каждая строка представляет одну запись. Например, в базе данных, в которой хранится информация о сотрудниках компании, столбцы могут содержать имя сотрудника, идентификатор сотрудника и зарплату, а одна строка представляет одного сотрудника. Большинство баз данных поставляется с системой управления базами данных (СУБД), которая упрощает создание, управление и организацию данных.
В чем разница между файловой системой и базой данных?
Структура файловой системы проста, тогда как структура базы данных сложна. Кроме того, избыточность в файловой системе выше, чем в базе данных. Данные в файловой системе могут быть противоречивыми. Когда данные находятся в нескольких местах и необходимо внести изменения, необходимо проверить всю систему на предмет обновления. В базе данных необходимо делать только одноразовые обновления. Остальные данные обновятся автоматически. Таким образом, база данных поддерживает согласованность данных. Хотя большинство операционных систем предоставляют графические пользовательские интерфейсы; файловая система выполняет большинство задач, таких как сохранение, получение и поиск вручную. Но база данных предоставляет автоматизированные методы для выполнения этих задач.
Более того, совместное использование данных в файловой системе затруднено, потому что пользователь должен найти местоположение файла и т. Д., Но это простой процесс при использовании базы данных. Кроме того, файловая система не очень безопасна. Следовательно, это может привести к повреждению файлов. С другой стороны, использование базы данных более безопасно. В отличие от файловой системы, база данных обеспечивает резервное копирование и восстановление при необходимости.
Резюме - Файловая система против базы данных
Короче говоря, в файловой системе файлы позволяют хранить данные, в то время как база данных представляет собой набор организованных данных. Хотя файловая система и базы данных - это два способа управления данными, базы данных имеют много преимуществ перед файловыми системами. Файловая система приводит к таким проблемам, как целостность данных, несогласованность данных и безопасность данных, но база данных позволяет избежать этих проблем. В отличие от файловой системы, базы данных эффективны, потому что построчное чтение не требуется и существуют определенные механизмы управления. Разница между файловой системой и базой данных заключается в том, что файловая система управляет только физическим доступом, тогда как база данных управляет как физическим, так и логическим доступом к данным.
На первой лекции мы рассмотрим общий смысл понятий БД и СУБД. Начнем с того, что с самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.
Второе направление, которое непосредственно касается темы нашего курса, это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом широком смысле информационная система представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.
На самом деле, второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти. Понятно, что можно говорить о надежном и долговременном хранении информации только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная память этим свойством обычно не обладает. В начале использовались два вида устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При этом емкость магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны (они больше всего похожи на современные магнитные диски с фиксированными головками) давали возможность произвольного доступа к данными, но были ограниченного размера.
Легко видеть, что указанные ограничения не очень существенны для чисто численных расчетов. Даже если программа должна обработать (или произвести) большой объем информации, при программировании можно продумать расположение этой информации во внешней памяти, чтобы программа работала как можно быстрее.
С другой стороны, для информационных систем, в которых потребность в текущих данных определяется пользователем, наличие только магнитных лент и барабанов неудовлетворительно. Представьте себе покупателя билета, который стоя у кассы должен дождаться полной перемотки магнитной ленты. Одним из естественных требований к таким системам является средняя быстрота выполнения операций.
Как кажется, именно требования к вычислительной технике со стороны нечисленных приложений вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными головками, что явилось революцией в истории вычислительной техники. Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, обеспечивали удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки, а возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически неограниченный архив данных.
С появлением магнитных дисков началась история систем управления данными во внешней памяти. До этого каждая прикладная программа, которой требовалось хранить данные во внешней памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на магнитной ленте или барабане и выполняла обмены между оперативной и внешней памятью с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня (машинных команд или вызовов соответствующих программ операционной системы). Такой режим работы не позволяет или очень затрудняет поддержание на одном внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации данных во внешней памяти.
Читайте также: