Основные понятия баз данных. Реферат: База данных. Понятие базы данных. Виды баз данных. Объекты для работы с базами данных. Типы данн. Типовая организация современной субд

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМ БАЗ ДАННЫХ

Л екция 1. Основные понятия систем базы данных

База данных - совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которых осуществляется в соответствии с правилами средств моделирования данных.

База данных - совокупность данных, организованных в соответствии с концептуальной структурой, описывающей характеристики этих данных и взаимоотношения между ними, причём такое собрание данных, которое поддерживают одну или более областей применения.

СУБД - Это совокупность программ и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление, создание и использование БД.

Классификация СУБД

I. По модели данных.

1. Иерархические;

2. Сетевые;

3. Реляционные;

4. Объектно-ориентированные;

5. Обьектно-реляционные;

II. По способу доступа БД.

1. Файлсерверный;

2. Клиентсерверный;

3. Встраиваемые.

Основные функции СУБД

1. Непосредственное управление файлами БД .

Обеспечение необходимых структур внешней памятью, как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей (например, для ускорения поиска).

2. Управление буферами оперативной памяти .

СУБД обычно работают с БД значительного размера, и этот размер всегда больше доступной оперативной памяти, поэтому единственным доступным способом увеличения скорости производительности является буферизация данных в оперативной памяти, поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.

3. Управление транзакциями .

Транзакция - последовательность операций над БД рассматриваемой СУБД, как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется и СУБД фиксирует изменения в БД, произведенные этой транзакцией, либо ни одно из этих изменений никак не отображается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.

4. Журнализация .

Одним из основных требований к СУБД является надёжность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматривают 2 вида аппаратных сбоев: 1) мягкий сбой, который можно трактовать как внезапную остановку компьютера; 2) жесткий сбой, который можно трактовать внезапным сбоем компьютера, который характеризуется потерей частью информации на внешних носителях. Журнал - особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью, в которую поступают записи обо всех изменениях в основной части БД.

5. Поддержка языков БД.

Для работы с БД используются специальные языки, называемые языками БД. В ранних версиях СУБД поддерживалось несколько языков, специализированных по выполняемым функциям. Обычно выделялось два: язык для выделения структур базы данных и язык манипулирования данными. Сейчас таким языком является TSQL .

Типовая организация современной СУБД

1. Ядро .

Отвечает за управление в СУБД данными во внешней памяти, управлением буферами оперативной памяти, управлением транзакциями и журнализацию. Можно выделить компоненты ядра: менеджер данных, буферов, транзакций, журналов.

2. Компилятор языка .

Основной функцией компилятора языка является компиляция операторов языка, под некоторой управляемой программой.

3. Утилиты БД .

В них выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, такие как загрузка БД, глобальная загрузка целостности и так далее.

Лекция 2. Введение в реляционную модель данных

Реляционный подход к организации БД был заложен в конце 1960-х годов Эдгаром Коддом. В современности данных подход является одним из распространенных.

Достоинствами реляционного подхода являются:

Основан на небольшом числе интуитивно понятных абстракций, на основе которых возможно простое моделирование наиболее распространенных предметных областей. Эти абстракции могут быть точно и формально определены. Теоретическом базисом реляционного подхода служит аппарат теории множеств и математической логики. Реляционный подход обеспечивает возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической структуры базы данных во внешней памяти.

Основные понятия реляционных баз данных

1. Тип данных;

3. Атрибут;

4. Кортеж;

5. Отношение;

6. Первичный ключ.

Тип данных

Значения данных, хранимые в реляционной базе данных являются типизированными, то есть известен тип каждого хранимого значения. Понятие типа данных в реляционной модели полностью соответствует понятию типы данных языка программирования.

Домен

В общем виде домен определяется путем задания некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена и произвольного логического выражения, применяемого элементу этого типа данных (ограничение домена). Элемент будет являться элементом домена только в том случае, если вычисления ограничения домена дает результат ИСТИНА. С каждым доменом связываются Имя уникальной среди имен всех доменов и соответствующей базе данных.

Заголовок отношения, кортеж, тело отношения, значение отношения, переменная отношения

Заголовком схемы отношения r отношение (Hr) называется конечное множество , где A - имя атрибута, Т обозначает имя некоторого базового типа или ранее определенного домена. По определению требуется, чтобы все имена атрибутов в заголовке были различны.

Кортежем tr соответствующим заголовку Hr называется множество упорядоченных триплетов вида: , где v должен являться допустимым значением типа данных или домена.

Телом Br называется произвольное множество кортежей tr.

Значением Vr называется пара множества Hr и Br. Заголовок и тело данных.

Первичный ключ

Первичным ключом является такое подмножество, которых что в любое время значение первичного ключа в любом кортеже тела отношения отличается от значения первичного ключа в любом другом кортеже тела этого отношения. А никакое собственное подмножество S этим свойством не обладает.

Фундаментальные свойства отношений

1. Отсутствие кортежей дубликатов. Это свойство следует из определения тела отношения как множество кортежей. В классической теории множеств по определению множество состоит из различных элементов. Именно из этого свойства вытекает наличие у каждого значения отношения первичного ключа. То есть у минимального множества атрибутов, являющегося подмножества заголовка данного отношения, составное значение которых уникально определяет кортеж отношения. Понятие первичного ключа является исключительно важным в связи с понятием целостности баз данных.

2. Отсутствие упорядоченности кортежей.

3. Отсутствие упорядоченности атрибутов.

4. Атомарность значения атрибутов. Значения всех атрибутов являются атомарными. Это следует из определения домена, как потенциального множества значений скалярного типа. То есть среди значений домена не могут содержаться значения с видимой структурой, в том числе множества значений. Главное в атомарности значений атрибутов состоит в том, что реляционная СУБД не должна обеспечивать пользователю явновидимой структуры внутренних данных.

Типы данных

Целые числа Строки символов Деньги Номера отделов

Домены (кроме первичного ключа)

Перв.ключ и номера проп-ов. Имена Размеры зарплат Номера отделов

Атрибуты

Лекция 3. Реляционная алгебра и нормализация

Базисные средства манипулирования реляционными данными составляющие определяются 2 базовых механизма манипулирования реляционными данными.

1) основанные на теории множеств реляционная алгебра и базирующиеся на мат. логике (на исчислении предикатов) реляционные исчисления. В свою очередь рассматривают два вида реляционного исчисления: исчисление доменов и предикатов. Все механизмы обладают одним важным свойством: они замкнуты относительно понятия отношения. Это означает, что выражения реляционной алгебры и формулы рел вычисления определяются над отношениями реляционной базы данных и результатом их выполнения также является отношения. Конкретный язык манипулирования рел. базами данных называется реляционно полным, если любой запрос, выражаемый с помощью одного выражения рел. алгебры или одной формулой реляционного исчисления может быть выражен с помощью одного оператора этого языка.

2) Осн. идея рел. алгебры в том, что отношения явл. множествами, то средствами манипулирования отношениями могут базироваться на традиционных теоретико-множественных операций, дополненными некоторыми специальными операциями, специфичными для БД.

В состав теоретико-множественных операций входят:

объединение

пересечение

разность

прямое произведение

Специальные операции:

ограничение отношений

проекция отношений

соединение отношений;

деление отношений;

Кроме того включают операцию присваивания, которые позволяют сохранить результаты алгебраических отношений, и операцию переименования, которая дает возможность корректно сформировать заголовок результирующего отношения.

Общая интерпретация рел. операций:

1) При выполнении операции объединения двух отношений, производится отношение, включающих все кортежи, входящее в хотя бы одно из отношений операндов.

2) Операция пересечений двух отношений производит отношение, включающее все кортежи, входящие в оба отношений операндов.

3) Отношение, являющееся разностью двух отношений, включает все кортежи, входящие в отношение первого операнда, такие что ни один из них не входит в отношение, являющимся вторым операндом.

4) При выполнении прямого произведения двух отношений производится отношение, кортежи которого являются... (сцеплением) кортежей первого и второго операнда.

5) Результатом ограничения отношений по некоторому условию является отношение, включающее кортежи отношения операнда, удовлетворяющие этому условию.

6) При выполнении проекции отношений на заданный набор атрибутов, ...... кортежи которого производятся путем взятия соответствующих значений, из кортежей отношения операнда.

7) При соединении двух отношений по некоторому условию образуется результирующее отношение, кортежи которого являются контетенацией (сцеплением) кортежей первого и второго отношения и удовлетворяет условию.

8) У операции деления два операнда: бинарные и унарные отношения. результирующее отношение состоит из одноатрибутного значения, включающее значение первого атрибута кортежей, первого операнда таких, что множество значений второго атрибута при фиксированном значении второго атрибута совпадает со множ. значений второго операнда.

9) Операция переименования производит отношение, тело которого совпадает с телом операнда, но имена атрибутов изменены.

Особенности теоретико-множественных операций реляционной алгебры. база данный компиляция реляционный

Понятие совместимости отношений об объединений

Два отношения совместимых по объединению только в том случае, когда обладают одинаковыми заголовками, более точно это означает, что в заголовках содержится один и тот же набор атрибутов, и одноименные атрибуты определены на одном и том же домене. Если два отношения почти совместимы по объединению, то есть во всем, кроме имен атрибутов, то их можно сделать полностью совместимыми, путем использования операции переименования.

Понятие совместимости по взятию расширенного прямого произведения. В том случае, если множество имен этих отношений не пересекаются. Все 4 теоретико-множественных операций рел. алгебры являются ассоциативными.

Специальные реляционные операции

Операция ограничения. Требует наличие двух операндов, ограничиваемых отношений и простого условного ограничения.

a comp-on b - ....

a comp-on const - литерально заданная константа

В результате выполнения операции ограничения производится отношение, заголовок которого совпадает с заголовком отношения операнда, а в тело входят те кортежи отношения операндов, для которых значением ограничения является TRUE.

Операция соединения отношений требует наличия двух операндов, соединяемых отношений и третьего операнда как и в операции соединения отношений она имеет такой же вид. Результатом операции соединения является отношение, получаемое путем выполнения операции путем ограничения по условию прямого произведения отношений a и b.

Операция деления отношений. Результатом деления а на b являются унарные отношения,состоящий из кортежей v таких что в отношении кортежей множество {w}включает множество значений...

Проектирование реляционных БД

При проектировании решаются две проблемы: каким образом отобразить предметно-объектные области в абстрактные модели данных, чтобы это отображение не противоречило семантике предметной области и было по возможности лучше, часто эту проблему называют проблему логического проектирования БД.

вторая - как обеспечить эффективность выполнения запросах в базе данных. Каким образом, имея особенности в конкретной субд расположить данные во внеш памяти и создание доп стр-р например индексов будет требоваться. Это проблема - проблема физ. проектирования бд.

Проектирование БД с использованием нормализации - классический подход, при котором весь процесс, весь процесс проектирования сводится в терминах реляционных моделей данных методом последовательных отношений к удовлетворительному набор схем отношений. Процесс проектирования представляет собой процесс нормализации схем отношений. Каждая след. нормальная форма обладает лучшими свойствами, чем предыдущая. В теории рел бд выделяется след послед-ть норм форм:

1 норм форма

2 норм форма

3 норм форма

Нормальная форма Бойса-Кодде

4 нормальная форма

5 нормальная форма или нормальная форма проекции соединения.

Основные свойства норм форм:

каждая след нф в некотором смысле лучше предыдущей.

при переходе к след нф свойства предыдущих нф сохраняются.

Определение 1. Функциональная зависимость в отношении r атрибут y функционально зависит от атрибута х только в том случае, если каждому значению х соответствует в точности одно значение у.

Полная функциональная зав-ть r(x) r(y) если y не зависит функционально от любого точного значения х.

Транзитивная зависимость если существует атрибут Z, что имеются функциональные зависимости...

Неключевой атрибут - любой атрибут отношения, невходящий в состав первичного ключа.

Взаимнонезависимые атрибуты (2 или более) - если не один из этих атрибутов не является функционально зависимым от других.

Отношение находится в 1нф тогда, когда каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов. В реляц модели отношений все они находятся в нормальной форме.

вторая нормальная форма, только в том случае, когда она находится в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут полностью зависит от первичного ключа.

Третья нормальная форма. Отношение r находится в том случае, если она нах-ся во второй и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

СОТРУДНИК	ОТДЕЛ	ТЕЛЕФОН
	БУХГАЛТЕР
	БУХГАЛТЕР
	СНАБЖЕНЕЦ

Лекция 4. Операторы языка SQL

SELECT служит для получения любого количества данных из одной или нескольких таблиц. В общем случае результатом выполнения предложения SELECT ЯВЛЯЕТСЯ ДРУГАЯ ТАБЛИЦА К этой новой таблице вновь может быть применена операция SELECT И так далее

1) Самостоятельная команда на получение и вывод строк в таблице, сформированной из столбцов и строк одной или нескольких таблиц представлений

2) как элемент WHERE или HAVING условия. Это называется ложным запросом

3) фраза выбора в командах CREATE VIEW DECLARE CURSOR INSERT

4) Средство присвоения глобальным переменным значений и строк сформированной таблицы. INTO

Имеет следующий формат.

SELECT [ выбрать данные и выполнить перед их выводом преобразования в соответствии с указанными выражениями и или функциями

Элемент, -\\-} FROM перечисление.......

базовая таблица | представления],

Строки из указанных таблиц должны соответствовать указанному перечню условий отбора строк

Фраза]

GROUP BY - операция по группировке по указанному перечню столбцов, с тем, чтобы получить для каждой группы единственное агрегированное значение.

HAVING - условие фильтрации по группам.

5. Простая выборка.

* служит псевдонимом для

выбор конкретного поля

Исключение дубликатов. Для исключения дубликатов и одновременного упорядочивания перечня применяется запрос с ключевым словом DISTINCT.

Выборка вычисляемых значений.

Фраза SELECT может содержать не только перечень столбцов, но и выражение.

Выборка с использованием фразы WHERE. В синтаксисе фразы для отбора нужных строк таблицы можно использовать базовые операторы сравнения. И возможность использования составных логических выражений.

WHERE P1 = 6 AND P2 = 8

Можно использовать BETWEEN для выборки значений в интервале.

BETWEEN удобно использовать при работе с данными задаваемыми интервалами, начало и конец, которые расположены в разных таблицах.

Использование оператора IN.

IN (3, 4, 5) <=> P1= 3 OR P1 = 4 OR P1 = 5

Использование LIKE

Данный оператор позволяет отыскать все значения указанного столбца, соответствующий образцу.

Заменяет любой одиночный символ.

% - заменяет любую последовательность из n символов.

Вовлечение неопределенного значения (NULL). Для проверки неопределенного значения используется IS.

Выборка с упорядочиванием. Для сортировки данных используется оператор ORDER BY. Можно упорядочить по возрастанию по умолчанию. Ключевое слово ASC позволит сортировать по убыванию.

Агрегирование данных

В SQL существует ряд стандартных функций. Кроме специального случая COUNT *, каждый из этих функций... столбца некоторой таблицы и создаёт несколько значений.

COUNT - количество значений в столбце

SUM - сумма значений в столбце

AVG - среднее значение в столбце

Столбец должен содержать числовые значения. Аргумент у всех функций кроме COUNT *, предшествует ключевое слово DISTINCT, указывающее...

А COUNT* служит для подсчета всех строк в таблице с дубликатами.

Если не используется фраза GROUP BY то в SELECT можно включать лишь SQL функции или выражения, содержащие такие функции.

Фраза GROUP BY

Инициирует перекомпоновку указанных во FROM таблицы по группам, каждая из которых имеет одинаковые значения в столбце, указанном в GROUP BY. Данная фраза не предполагает сортировки.

Фраза HAVING играет такую же роль для групп, что и WHERE для строк. Те используется для исключения групп.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Современные базы данных – многофункциональные программные системы, работающие в открытой распределенной среде изучении администрирования базы данных. Способы организации внешней памяти баз данных. Системы управления базами данных для хранения информации.

курсовая работа , добавлен 07.12.2010


Основные понятия базы данных и систем управления базами данных. Типы данных, с которыми работают базы Microsoft Access. Классификация СУБД и их основные характеристики. Постреляционные базы данных. Тенденции в мире современных информационных систем.

курсовая работа , добавлен 28.01.2014


Понятие базы данных, её структура. Общие принципы хранения информации. Краткая характеристика особенностей иерархической, сетевой и реляционной модели организации данных. Structured Query Language: понятие, состав. Составление таблиц в Microsoft Access.

лекция , добавлен 25.06.2013


Преимущества и недостатки роботизированной сварки. Характеристика видов систем управления базами данных. Информационная модель сварочного робота, системы управления роботом сварочных клещей. Критерии выбора робота и структура запроса на выборку.

курсовая работа , добавлен 22.12.2014


Устройства внешней памяти. Система управления базами данных. Создание, ведение и совместное использование баз данных многими пользователями. Понятие системы программирования. Страницы доступа к данным. Макросы и модули. Монопольный режим работы.

реферат , добавлен 10.01.2011


Формы представляемой информации. Основные типы используемой модели данных. Уровни информационных процессов. Поиск информации и поиск данных. Сетевое хранилище данных. Проблемы разработки и сопровождения хранилищ данных. Технологии обработки данных.

лекция , добавлен 19.08.2013


Характеристика категорий современных баз данных. Исследование особенностей централизованных и распределенных баз данных. Классификация систем управления базами данных по видам программ и применению. Управление буферами оперативной памяти и транзакциями.

курсовая работа , добавлен 10.03.2016


Классификации баз данных по характеру сберегаемой информации, способу хранения данных и структуре их организации. Современные системы управления базами данных и программы для их создания: Microsoft Office Access, Cronos Plus, Base Editor, My SQL.

презентация , добавлен 03.06.2014


Особенности управления информацией в экономике. Понятие и функции системы управления базами данных, использование стандартного реляционного языка запросов. Средства организации баз данных и работа с ними. Системы управления базами данных в экономике.

контрольная работа , добавлен 16.11.2010


Структура и функции системы управления базами данных (СУБД). Управление хранением данных и доступом к ним. Защита и поддержка целостности данных. Надежность хранения данных во внешней памяти. Классификация СУБД по способу доступа к базе данных.

Работа с СУБД Access

Лабораторная работа №1. Знакомство с СУБД Access

Цель работы: освоение приемов работы в процессе создания базы данных в MS Access (анализ предметной области, анализ данных, построение модели данных, создание структуры и заполнение таблиц БД).

Основные понятия баз данных

Основой многих информационных систем (прежде всего, информационно-справочных систем) являются базы дан­ных.

База данных - совокупность связанных данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования, независимая от прикладных программ, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти ЭВМ, постоянного обновления и ис­пользовании.

В большинстве случаев базу данных можно рассматри­вать как информационную модель некоторой реальной сис­темы, например книжного фонда библиотеки, кадрового со­става предприятия, учебного процесса в школе и так далее. Такую систему называют предметной областью базы дан­ных и информационной системы, в которую она входит.

Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные и распределенные.

Вся информация и централизованной БД хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных се­тях. В последнем случае разные части базы данных хранят­ся на разных компьютерах.

Известны три разновидности структуры данных: иерар­хическая, сетевая и табличная. Соответственно по признаку структуры базы данных делятся на иерархические БД, се­тевые БД и реляционные (табличные) БД.

Слово "реляционная" происходит от английского relation - отношение. Отношение - ма­тематическое понятие, но в терминологии моделей данных отношения удобно изображать в виде таблицы.

В последнее время наиболее распространенным типом баз данных стали реляционные БД. Известно, что любую структуру данных можно свести к табличной форме.

Структурированное представление данных называется моделью данных. Основной информационной единицей ре­ляционной БД является таблица . Реляционные БД исполь­зуют табличную модель данных. База данных может со­стоять из одной таблицы - однотабличная БД, или из множества взаимосвязанных таблиц - многотабличная БД.

Структурными составляющими таблицы являются запи­си и поля.

Каждая запись содержит информацию об отдельном объекте системы: одной книге в библиотеке, одном сотруднике предприятия и т. п. А каждое поле - это определенная характеристика (свойство, атрибут) объектов: название книги, автор книги, фамилия сотрудника, год рождения и т. п. Поля таблицы должны иметь несовпадающие имена.

При этом строки таблицы соответствуют кортежам отношения , а столбцы - атрибутам . Ключом называют любую функцию от атрибутов кортежа, которая может быть использована для идентификации кортежа. Такая функция может быть значением одного из атрибутов (простой ключ ), задаваться алгебраическим выражением, включающим значе­ния нескольких атрибутов (составной ключ). Это означает, что данные в строках каждого из столбцов составного ключа могут повторяться, но комбинация данных каждой строки этих столбцов является уникальной.

Для каждой таблицы реляционной БД должен быть опре­делен главный ключ - имя поля или нескольких полей, сово­купность значений которых однозначно определяют запись. Иначе говоря, значение главного ключа не должно повторя­ться в разных записях.

Для строчного представления структуры таблицы приме­няется следующая форма:

Имя_таблицы (ИМЯ_ПОЛЯ_1, ИМЯ_П0ЛЯ_2, ....)

Подчеркиваются имена полей, составляющие главный ключ.

Каждое поле таблицы имеет определенный тип.

Тип - это множество значений, которые поле может принимать, и множество операций, которые можно выполнять над этими значениями. Существуют четыре основных типа для полей БД: символьный, числовой, логический и дата.

Программное обеспечение, предназначенное для работы с балами данных, называется системой управления ба­зами данных - СУБД .

Наибольшее распространение на персональных компью­терах получили реляционные БД, использующие табличное представление данных.

Основные действия, которые пользо­ватель может выполнять с помощью СУБД:

Создание структуры БД;

Заполнение БД информацией;

Изменение (редактирование) структуры и содержания БД;

Поиск информации в БД;

Сортировка данных;

Защита БД;

Проверка целостности БД.

Вывод

База данных - организованная совокупность данных, предназначенная для длительного хранения но внешней па­мяти ЭВМ, регулярного обновления и использования.

База данных представляет собой информационную мо­дель определенной предметной области.

Классификация баз данных возможна по характеру ин­формации: фактографические и документальные БД; по структуре данных: иерархические, сетевые, реляционные БД; по способу хранения данных: централизованные и рас­пределенные БД.

Реляционные БД (РБД) - наиболее распространенный тип БД, использующий табличное представление данных.

Реляционная база данных - база данных, основанная на реляционной модели.

Основные понятия организации данных в РБД: таблица, запись, поле, тип поля, главный ключ таблицы.

СУБД (система управления базами данных) - програм­мное обеспечение для работы с базами данных.

Развития вычислительной техники осуществлялось по двум основным направлениям:

· применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов;

· использование средств вычислительной техники в информационных системах.

Информационная система – это совокупность программно-аппаратных средств, способов и людей, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и выдачу информации для решения поставленных задач. На ранних стадиях использования информационных систем применялась файловая модель обработки. В дальнейшем в информационных системах стали применяться базы данных. Базы данных являются современной формой организации, хранения и доступа к информации. Примерами крупных информационных систем являются банковские системы, системы заказов железнодорожных билетов и т.д.

База данных – это интегрированная совокупность структурированных и взаимосвязанных данных, организованная по определенным правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Обычно база данных создается для предметной области.

Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению с целью создания базы данных для автоматизации процесса управления.
Наборы принципов, которые определяют организацию логической структуры хранения данных в базе, называются моделями данных .

Существуют 4 основные модели данных – списки (плоские таблицы), реляционные базы данных, иерархические и сетевые структуры.

В течение многих лет преимущественно использовались плоские таблицы (плоские БД) типа списков в Excel. В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД получили реляционные модели данных. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц – отношений (англ. relation),т.е. простейшая двумерная таблица определяется как отношение (множество однотипных записей объединенных одной темой) .

От термина relation (отношение) происходит название реляционная модель данных. В реляционных БД используется несколько двумерных таблиц, в которых строки называются записями, а столбцы полями, между записями которых устанавливаются связи. Этот способ организации данных позволяет данные (записи) в одной таблице связывать с данными (записями) в других таблицах через уникальные идентификаторы (ключи) или ключевые поля.

Основные понятия реляционных БД: нормализация, связи и ключи

1. Принципы нормализации :

· В каждой таблице БД не должно быть повторяющихся полей;

· В каждой таблице должен быть уникальный идентификатор (первичный ключ);

· Каждому значению первичного ключа должна соответствовать достаточная информация о типе сущности или об объекте таблицы (например, информация об успеваемости, о группе или студентах);

· Изменение значений в полях таблицы не должно влиять на информацию в других полях (кроме изменений в полях ключа).

2. Виды логической связи .

Связь устанавливается между двумя общими полями (столбцами) двух таблиц. Существуют связи с отношением «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим».

Отношения, которые могут существовать между записями двух таблиц:

· один – к - одному, каждой записи из одной таблицы соответствует одна запись в другой таблице;

· один – ко - многим, каждой записи из одной таблицы соответствует несколько записей другой таблице;

· многие – к - одному, множеству записей из одной таблице соответствует одна запись в другой таблице;

· многие – ко - многим, множеству записей из одной таблицы соответствует несколько записей в другой таблице.

Тип отношения в создаваемой связи зависит от способа определения связываемых полей:

· Отношение «один-ко-многим» создается в том случае, когда только одно из полей является полем первичного ключа или уникального индекса.

· Отношение «один-к-одному» создается в том случае, когда оба связываемых поля являются ключевыми или имеют уникальные индексы.

· Отношение «многие-ко-многим» фактически является двумя отношениями «один-ко-многим» с третьей таблицей, первичный ключ которой состоит из полей внешнего ключа двух других таблиц

3. Ключи. Ключ – это столбец (может быть несколько столбцов), добавляемый к таблице и позволяющий установить связь с записями в другой таблице. Существуют ключи двух типов: первичные и вторичные или внешние.

Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.

Внешний (вторичный) ключ - это одно или несколько полей (столбцов) в таблице, содержащих ссылку на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц.
Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в форме, отчете или запросе.

Существует три типа первичных ключей : ключевые поля счетчика (счетчик), простой ключ и составной ключ.

Поле счетчика (Тип данных «Счетчик»). Тип данных поля в базе данных, в котором для каждой добавляемой в таблицу записи в поле автоматически заносится уникальное числовое значение.

Простой ключ . Если поле содержит уникальные значения, такие как коды или инвентарные номера, то это поле можно определить как первичный ключ. В качестве ключа можно определить любое поле, содержащее данные, если это поле не содержит повторяющиеся значения или значения Null .

Составной ключ . В случаях, когда невозможно гарантировать уникальность значений каждого поля, существует возможность создать ключ, состоящий из нескольких полей. Чаще всего такая ситуация возникает для таблицы, используемой для связывания двух таблиц многие - ко - многим.

Необходимо еще раз отметить, что в поле первичного ключа должны быть только уникальные значения в каждой строке таблицы, т.е. совпадение не допускается, а в поле вторичного или внешнего ключа совпадение значений в строках таблицы допускается.

Если возникают затруднения с выбором подходящего типа первичного ключа, то в качеcтве ключа целесообразно выбрать поле счетчика.

Программы, которые предназначены для структурирования информации, размещения ее в таблицах и манипулирования данными называются системами управления базами данных (СУБД ). Другими словами СУБД предназначены как для создания и ведения базы данных, так и для доступа к данным. В настоящее время насчитывается более 50 типов СУБД для персональных компьютеров. К наиболее распространенным типам СУБД относятся: MS SQL Server, Oracle, Informix, Sybase, DB2, MS Access и т. д.

База данных (БД), упорядоченная информационная система, в которой информация хранится в виде таблиц, управляется специально созданной системой управления базой данных (СУБД), состоящей из таблиц, запросов, форм, макросов и отчетов.

Понятие БД можно применить к любой информации, в которой имеются связанные по определенному признаку элементы, хранимой и организованной в виде таблиц, это некоторое подобие электронной картотеки, электронного хранилища данных, которое хранится в компьютере в виде одного или нескольких файлов. При этом возникает необходимость в выполнении ряда операций с БД, в частности: добавление новой информации в существующие файлы БД; добавление новых пустых файлов в БД; изменение (модификация) информации в существующих файлах БД; поиск информации в БД; удаление информации из существующих файлов БД; удаление файлов из БД.

Примерами информационных систем являются: системы заказа железнодорожных или авиационных билетов; банковские системы и многие другие.

Основным назначением БД в первую очередь является быстрый поиск содержащейся в ней информации; при значительном размере БД ручной поиск, а также модификация содержащейся информации занимает значительное время. Использование компьютера для обработки БД устраняет перечисленные выше проблемы при поиске и выборке информации. В этом случае ее модификация осуществляются достаточно быстро, эффективно, БД, состоящая из тысяч записей, может легко уместиться на дискете.

Обработка информации с помощью СУБД

Существует большое количество программ, которые предназначены для структурирования информации, размещения ее в таблицах и манипулирования имеющимися данными - такие программы и получили название СУБД. Основная особенность СУБД - это наличие средств для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры. Если говорить более детально, то к функциям СУБД относят следующие:

• - управление данными непосредственно БД - функция, обеспечивающая хранение данных, непосредственно входящих в БД, и служебной информации, обеспечивающей работу СУБД;
• - управление данными в памяти компьютера - функция, связанная в первую очередь с тем, что СУБД работают с БД большого размера. В целях ускорения работы СУБД используется буферизация данных в оперативной памяти компьютера. При этом пользователь СУБД использует только необходимую для его конкретной задачи часть БД, а при необходимости получает новую "порцию" данных;
• - управление транзакциями - функция СУБД, которая производит ряд операций над БД, как над единым целым. Как правило, такие операции производятся в памяти компьютера. В первую очередь транзакции необходимы для поддержания логической целостности БД в многопользовательских системах. Если транзакция (манипуляция над данными) успешно выполняется, то СУБД вносит соответствующие изменения в БД. В обратном случае ни одно из сделанных изменений никак не влияет на состояние БД;
• - поддержка языков БД - для работы с БД используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В СУБД обычно поддерживается единый язык, содержащий все необходимые средства - от создания БД до обеспечения пользовательского интерфейса при работе с данными. Наиболее распространенным в настоящее время языком СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

Реляционная модель базы данных.

В последние годы в большинстве БД используются реляционные модели данных, и практически все современные СУБД ориентированны именно на такое представление информации. Реляционную модель можно представить как особый метод рассмотрения данных, который включает как собственно данные (в виде таблиц), так и способы работы и манипуляции с ними (в виде связей). Другими словами, в реляционной БД используется несколько таблиц, между которыми устанавливаются связи. Таким образом, информация, введенная в одну таблицу, может быть связана с одной или несколькими записями из другой таблицы.

Между записями двух таблиц (например, таблиц А и В) могут существовать следующие основные виды связей:

• - "один к одному" (каждой записи из А соответствует одна определенная запись из В, например, работник получает зарплату, и только одну);
• - "один ко многим" (каждой записи из А соответствует несколько записей из В, например, в доме проживает много жильцов);
• - "многие к одному" (множеству записей из А соответствует одна определенная запись из В, например, несколько студентов учатся в одной группе);
• - "многие ко многим" (множеству записей из А соответствует множество записей из В, например, у нескольких студентов занятия ведут разные преподаватели).

Важным понятием в теории реляционных БД является нормализация, принципы которой можно сформулировать в виде следующих основных правил, используемых при разработке структуры БД:

• 1. В каждом поле таблицы должен находиться уникальный вид информации, т.е. в одной и той же таблице не должны находиться повторяющиеся поля.
• 2. В каждой таблице должен быть первичный ключ или уникальный идентификатор, который однозначно определяет данную запись среди множества записей таблицы.
• 3. Каждому значению первичного ключа должна соответствовать исчерпывающая информация об объекте таблицы.
• 4. Изменение значения любого поля таблицы, не входящего в состав первичного ключа, не должно влиять на информацию в других ее полях.

Microsoft Access является СУБД реляционного типа. Достоинством Access является то, что она имеет очень простой графический интерфейс, который позволяет грамотному пользователю (не программисту) не только создавать собственные базы данных, но и разрабатывать приложения различной степени сложности. СУБД Access применяется в тех случаях, когда прикладная задача требует хранения и обработки разнородной информации о большом количестве объектов и предполагает возможность многопользовательского режима. Примером может служить задача ведения складского учета.

Работа с базой данных

Работа с БД делится на три этапа:

• 1. Проектирование
• 2. Программная реализация
• 3. Эксплуатация

На этапе проектирования закладываются основы будущей БД. Проектирование проводится на бумаге и требует очень тщательного подхода, так как именно здесь разрабатывается БД. Необходимо проделать следующие действия:

• - собрать информацию о будущей работе, о ее структуре и движении документов, изучить задачи автоматизации, определить объекты системы и связи между ними;
• - для каждого объекта выявить свойства и характеристики, по которым создаются поля таблиц;
• - для каждого объекта назначить ключевые поля (первичные ключи), провести нормализацию исходных таблиц, установить связи.

Этап реализации выполняется на компьютере в следующем порядке:

• - составляются структуры таблиц и вводятся в компьютер;
• - разрабатываются запросы для отбора данных, отчеты для печати, создаются макросы и экранные формы для работы с данными;
• - планируется порядок ведения и поддержания БД в рабочем состоянии.

Этап эксплуатации начинается с внесения в БД реальной информации, после чего происходит ее использование.

Одно из самых популярных направлений использования компьютеров – работа с информацией. Информация – это любые сведения о каком-либо событии, сущности, процессе и т.п., являющиеся объектом некоторых операций: восприятия, передачи, преобразования, хранения или использования. Компьютер может хранить большие объемы информации, мгновенно обрабатывать ее и выдавать в необходимом виде.

Рассмотрим предприятие, которое располагает большим количеством данных, хранимых в течение длительных периодов времени в ЭВМ, например, авиалинию. Эти данные могут, в частности, содержать сведения о пассажирах, рейсах, самолетах и о персонале и представлять типичные для конкретной предметной области отношения. Такими отношениями являются, например, продажа билетов (каким пассажирам, на какие рейсы и места проданы билеты), формирование экипажей (кто должен быть командиром корабля, вторым пилотом и т.д., на каком рейсе) и регистрация технического обслуживания (когда и кем обслуживается каждый самолет в последний раз и т.д.). Можете себе представить, сколько сил и времени понадобилось бы, чтобы человек смог найти в случае необходимости какие-то данные (например, был ли продан, и кому, билет такой-то серии, на такой-то рейс)! А если эти данные хранятся вместе с другими, подобными им, в одном большом центре, в который поступает информация из аэропортов всей страны?

Тогда, пожалуй, такая задача потребовала бы годы напряженной работы. Но мы живем в тот век, когда человек старается найти способы для облегчения своей работы. И одним из верных помощников в этом стала ЭВМ, что ни для кого не является сейчас секретом. Вы уже догадались, что дальше пойдет речь о том, как разрешить проблемы, описанные выше. Действительно, человек нашел великолепный выход – разработал систему управления базами данных (СУБД). Эта система и предназначена для того, чтобы человек мог, не особо утруждая себя утомительной работой, работать с большими объемами данных, организованными специальным образом (об этом чуть позже). Но, кроме того что СУБД предоставляет возможность пользователю осуществлять поиск определенной информации, она обеспечивает возможность составлять отчеты по определенным данным (например, в случае с аэропортом, насчитывать зарплату и составлять ведомости о ней для различных работников аэропорта: пилотов, администрации, стюардесс, механиков и т.д.), изменять имеющиеся данные (например, в случае выхода из строя самолета, переоформления билета, увольнения человека и т.д.), поиск информации по нескольким условиям (например, пилотов, стаж работы которых более 7 лет, возраст не менее 30 лет и образование не ниже высшего) и т.д. Подробнее о функциях СУБД будет рассказано ниже, а пока введем определение.

База данных (БД) – именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

В случае аэрофлота, БД – это данные о рейсах, пилотах, билетах и т.д. Об этих данных вы уже читали. Следует обратить внимание на то, что данные в БД собираются не обо всем на свете, а такие, которые относятся к определенной области деятельности человека и каким-то образом взаимосвязаны друг с другом. Нет смысла работникам бухгалтерии иметь сведения в БД о тематике книг в библиотеках города, ей просто, вероятнее всего, никогда не воспользуются. Кроме этого пользователь ЭВМ, как известно, хранит большие объемы информации, а БД к таковым и относится, во внешней памяти. Мало того, что информацией не воспользуются, для нее еще нужно предоставить определенный объем внешней памяти, что связано с определенными материальными затратами, а ни один разумный хозяин не выбросит деньги на ветер.

2.2.Уровни представления баз данных

Очевидно, что существует множество уровней абстракции между ЭВМ, имеющей дело с битами, и конечными пользователями, имеющими дело с такими абстракциями, как рейсы или закрепление экипажа за самолетом. Уровни абстракции и связи между ними представлены на Рис. 1.