Общая характеристика баз данных. Характеристика базы данных
Каждый владелец сайта знает, что для правильного функционирования сайта нужны не только файлы с кодом страниц, но и базы данных. Для взаимодействия с базами данных используются системы управления базами данных (СУБД). В данной статье я хочу рассказать о базах данных и СУБД, о том, какие разновидности существуют, и чем они отличаются друг от друга.
База данных
База данных представляет собой определенный набор данных, которые, как правило, связаны объединяющим признаком либо свойством (или несколькими). Эти данные упорядочены, например, по алфавиту. Обилие различных данных, которые могут быть помещены в единую базу, ведет к множеству вариаций того, что может быть записано: личные данные пользователей, записи, даты, заказы и так далее. К примеру, если у вас интернет-магазин, то база данных вашего сайта может содержать прайс-листы, каталог товаров или услуг, отчеты, статистику и информацию о клиентах.
В первую очередь это удобно тем, что информацию можно быстро заносить в базу данных и так же быстро ее извлекать при необходимости. Если на заре развития web-разработки все необходимые данные нужно было прописывать в коде страницы, то теперь такая необходимость отсутствует - нужная информация может быть запрошена из базы данных при помощи скриптов. Специальные алгоритмы хранения и поиска информации, которые используются в базах данных, позволяют находить нужные сведения буквально за доли секунд - а при работе в виртуальном пространстве скорость работы ресурса важна как ничто другое.
Немаловажной является и взаимосвязь информации в базе данных: изменение одной строчки может привести к значительным изменениям других строк. Работать с данными таким образом гораздо проще и быстрее, чем если бы изменения касались только одного места в базе данных.
Однако это не значит, что база данных обязательно должна быть у каждого сайта - к примеру, если у вас сайт-визитка, и никакой новой информации вы на сайте не размещаете, то база данных вам будет попросту не нужна. Самый легкий способ сделать простой сайт - создать .
Система управления базами данных
Как можно догадаться уже из названия, система управления базами данных (или сокращенно СУБД) представляет собой программное обеспечение, которое используется для создания и работы с базами данных. Главная функция СУБД - это управление данными (которые могут быть как во внешней, так и в оперативной памяти). СУБД обязательно поддерживает языки баз данных, а также отвечает за копирование и восстановление данных после каких-либо сбоев.
Что касается классификации баз данных, то тут возможны различные варианты.
К примеру, можно разделить базы по модели данных
: иерархические (имеют древовидную структуру), сетевые (по своей структуре похожи на иерархические), реляционные (используются для управления реляционными базами данных), объектно-ориентированные (используются для объектной модели данных) и объектно-реляционные (некое слияние реляционного и объектно-ориентированного вида баз данных).
Либо, если деление идет по тому, где размещается СУБД , их можно разделить на локальные - вся СУБД размещается на одном компьютере, и распределенные - части системы управления базами данных находятся на нескольких компьютерах.
Файл-серверные, клиент-серверные и встраиваемые - такие названия носят СУБД, если разделить их по способу доступа к базам данных . Файл-серверные СУБД на данный момент уже считаются устаревшими; в основном идет использование клиент-серверных (СУБД, которые располагаются на сервере вместе с самой базой данных) и встраиваемых (не требующих отдельной установки) систем.
Информация, которая хранится в базах данных, не ограничивается только текстовыми или графическими файлами - современные версии СУБД поддерживают также форматы аудио и видеофайлов.
В этой статье я сделаю упор на СУБД, которые используются для хранения информации различных веб-ресурсов.
Зачем же нужны эти СУБД? Помимо основной своей функции - хранения и систематизации огромного количества информации - они позволяют быстро обрабатывать клиентские запросы и выдавать свежую и актуальную информацию.
Это касается и изменений, которые вносите вы - вместо того, чтобы менять информацию в каждом файле сайта, вы можете поменять ее в базе данных, и тогда на каждой странице сразу же будет отображена корректная информация.
Реляционные СУБД и язык SQL
Реляционные и объектно-реляционные СУБД являются одними из самых распространенных систем. Они представляют собой таблицы, у которых каждый столбец (который называется “field” или «поле») упорядочен и имеет определенное уникальное название. Последовательность строк (их называют “records” или «записи») определяется последовательностью ввода информации в таблицу. При этом обрабатывание столбцов и строк может происходить в любом порядке. Таблицы с данными связаны между собой специальными отношениями, благодаря чему с данными из разных таблиц можно работать - к примеру, объединять их - при помощи одного запроса.
Для управления реляционными базами данных применяется особый язык программирования - SQL. Сокращение расшифровывается как “Structured query language”, в переводе на русский «язык структурированных запросов».
Команды, которые используются в SQL, делятся на те, которые манипулируют данными, те, которые определяют данные, и те, которые управляют данными.
Схема работы с базой данных выглядит следующим образом:
MySQL
MySQL является одной из самых популярных и распространенных СУБД, которая используется во многих компаниях (например, Facebook, Wikipedia, Twitter, LinkedIn, Alibaba и других). MySQL представляет собой реляционную СУБД, которая относится к свободному программному обеспечению: она распространяется на условиях GNU Public License. Как правило, эту систему управления базами данных определяют как хорошую, быструю и гибкую систему, рекомендованную к применению в небольших или средних проектах. У MySQL есть множество различных преимуществ. Например, она поддерживает различные типы таблиц: как известные MyISAM и InnoDB, так и более экзотичные HEAP и MERGE; кроме того, количество поддерживаемых типов постоянно растет. MySQL выполняет все команды быстро - возможно, сейчас это самая быстрая СУБД из всех существующих. С этой системой управления базами данных может одновременно работать неограниченное количество пользователей, а число строк в таблицах может быть равно 50 миллионам.
Так как в сравнении с некоторыми другими СУБД MySQL поддерживает меньшее количество возможностей, то и работать с ней значительно проще, чем, к примеру, с PostgreSQL, о которой будет рассказано ниже.
Первая версия MySQL вышла в далеком 1995 году, и с тех пор состоялось несколько последующих релизов, каждый из которых нес в себе значительные изменения.
Для работы с MySQL используется не только текстовый, но и графический режим. Это возможно благодаря приложению phpMyAdmin: для работы в приложении вам даже не нужно будет знать SQL-команды, а администрировать свою базу данных можно прямо через браузер.
В целом можно отметить, что MySQL - это выбор тех, кому необходима СУБД для проекта небольшого или среднего размера, быстрая и удобная в работе и без сложностей с администрированием.
PostgreSQL
Эта свободно распространяемая система управления базами данных относится к объектно-реляционному типу СУБД. Как и в случае с MySQL, работа с PostgreSQL основывается на языке SQL, однако, в отличие от MySQL, PostgreSQL поддерживает стандарт SQL-2011. Эта СУБД не имеет ограничений ни по максимальному размеру базы данных, ни по максимуму записей или индексов в таблице.
Если говорить о преимуществах PostgreSQL, то, безусловно, это надежность транзакций и репликаций, возможность наследования и легкая расширяемость. PostgreSQL поддерживает различные расширения и варианты языков программирования, такие как PL/Perl, PL/Python и PL/Java. Также есть возможность загружать C-совместимые модули.
Многие отмечают, что в отличие от MySQL данная СУБД имеет хорошую и подробную документацию, которая дает ответы практически на все вопросы.
О том, что это более масштабная, чем MySQL, СУБД, говорит и тот факт, что PostgreSQL периодически сравнивают с такой мощной системой управления данных, как Oracle.
Все это позволяет говорить о PostgreSQL как об одной из самых продвинутых СУБД на данный момент.
SQLite
На данный момент это одна из самых компактных СУБД; также она является встраиваемой и реляционной. SQLite позволяет хранить все данные в одном файле и, благодаря своему небольшому объему, отличается завидным быстродействием. SQLite значительно отличается от MySQL и PostgreSQL своей структурой: движок и интерфейс этой СУБД находятся в одной библиотеке - и именно это позволяет выполнять все запросы очень быстро. Другие СУБД (MySQL, PostgreSQL, Oracle и т.д.) используют парадигму клиент-сервер, когда взаимодействие происходит через сетевой протокол.
Из недостатков можно отметить отсутствие системы пользователей и возможности увеличения производительности.
SQLite можно посоветовать к использованию в проектах, где нужно иметь возможность быстро перенести приложение, и нет необходимости в масштабируемости.
Oracle
Эта СУБД относится к объектно-реляционному типу. Название произошло от названия разработавшей эту систему фирмы Oracle. Наравне с SQL СУБД использует процедурное расширение под названием PL/SQL, а также язык Java.
Oracle - это система, отличающаяся стабильностью уже не один десяток лет, поэтому ее выбирают крупные корпорации, для которых важна надежность восстановления после сбоев, отлаженная процедура бэкапа, возможность масштабирования и другие ценные возможности. К тому же эта СУБД обеспечивает отличную безопасность и эффектную защиту данных.
В отличие от других СУБД, стоимость покупки и использования Oracle достаточно высока, и именно это зачастую является значимым препятствием к ее использованию в небольших фирмах. Вероятно, именно это также является причиной того, что в рейтинге СУБД на 2016 год в России Oracle находится лишь на 6-м месте.
MongoDB
Эта СУБД отличается тем, что она предназначена для хранения иерархических структур данных, и поэтому ее называют документоориентированной (она представляет собой документное хранилище без использования таблиц или схем). MongoDB имеет открытый исходный код.
Используя идентификатор, вы можете производить быстрые операции над объектом; эта СУБД хорошо показывает себя и при сложных взаимодействиях. В первую очередь речь идет о быстродействии - в некоторых случаях приложение, написанное на MongoDB, будет работать быстрее, чем такое же приложение, использующее SQL, т.к. MongoDB относится к классу СУБД NoSQL и вместо SQL пользуется объектным языком запросов, который значительно легче SQL.
Однако этот язык имеет и свои ограничения, а поэтому MongoDB следует использовать в случаях, когда нет необходимости в сложных и нетривиальных выборках.
Вместо заключения
Выбор СУБД - это важный момент при создании своего ресурса. Отталкивайтесь от своих задач и возможностей, пробуйте и экспериментируйте, чтобы найти именно тот вариант, который будет наиболее подходящим.
Введение
Глава1. Основы баз данных
1.1.Классификация баз данных
1.3Модели описания баз данных
1.4. Основы работы настольных СУБД
1.5.Требования и стандарты, предъявляемые к базам данных
Глава 2. Работа с базой данных Microsoft Access
2.1. Основы работы настольной СУБД Microsoft Access
2.2. Работа с базой данных Microsoft Access
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Потоки информации, циркулирующие в мире, который нас окружает, огромны. Во
времени они имеют тенденцию к увеличению. Поэтому в любой организации, как
большой, так и маленькой, возникает проблема такой организации управления
данными, которая обеспечила бы наиболее эффективную работу. Некоторые
организации используют для этого шкафы с папками, но большинство предпочитают
компьютеризированные способы – базы данных, позволяющие эффективно хранить,
структурировать и систематизировать большие объемы данных. И уже сегодня без баз
данных невозможно представить работу большинства финансовых, промышленных,
торговых и прочих организаций. Не будь баз данных, они бы просто захлебнулись в
информационной лавине.
Существует много веских причин перевода существующей информации на компьютерную основу. Сейчас стоимость хранения информации в файлах ЭВМ дешевле, чем на бумаге. Базы данных позволяют хранить, структурировать информацию и извлекать
оптимальным для пользователя образом. Данная тема актуальна в настоящее время, т.к. использование клиент/серверных технологий позволяют сберечь значительные средства, а главное и время для получения необходимой информации, а также упрощают доступ и ведение, поскольку они основываются на комплексной обработке данных и централизации их хранения. Кроме того ЭВМ позволяет хранить любые форматы данных, текст, чертежи, данные в рукописной форме, фотографии, записи голоса и т.д.
Для использования столь огромных объемов хранимой информации, помимо развития
системных устройств, средств передачи данных, памяти, необходимы средства
обеспечения диалога человек - ЭВМ, которые позволяют пользователю вводить
или принимать решения на основании хранимых данных. Для обеспечения этих функций
созданы специализированные средства – системы управления базами данных (СУБД).
Целью данной работы является раскрыть понятие базы данных и системы управления базами данных, а также рассмотреть на конкретном примере работу настольной СУБД.
1.1.Классификация баз данных
База данных – это информационная модель предметной области, совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Данные (файлы) хранятся во внешней памяти и используются в качестве входной информации для решения задач.
СУБД - это программа, с помощью которой реализуется централизованное управление данными, хранимыми в базе, доступ к ним, поддержка их в актуальном состоянии.
Системы управления базами данных можно классифицировать по способу установления связей между данными, характеру выполняемых ими функций, сфере применения, числу поддерживаемых моделей данных, характеру используемого языка общения с базой данных и другим параметрам.
Классификация СУБД:
· по выполняемым функциям СУБД подразделяются на операционные и информационные;
· по сфере применения СУБД подразделяются на универсальные и проблемно-ориентированные;
· по используемому языку общения СУБД подразделяются на замкнутые, имеющие собственные самостоятельные языки общения пользователей с базами данных, и открытые, в которых для общения с базой данных используется язык программирования, расширенный операторами языка манипулирования данными;
· по числу поддерживаемых уровней моделей данных СУБД подразделяются на одно-, двух-, трехуровневые системы;
· по способу установления связей между данными различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных;
· по способу организации хранения данных и выполнения функций обработки базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.
Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают две основные архитектуры – файл-сервер или клиент-сервер.
Архитектура файл-сервер. Предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (главный сервер файлов), где хранится совместно используемая централизованная база данных. Все другие машины исполняют роль рабочих станций. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится их обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.
Архитектура клиент-сервер. Эта модель взаимодействия компьютеров в сети для современных СУБД фактически стала стандартом. Каждый из подключенных к сети и составляющих эту архитектуру компьютеров играет свою роль: сервер владеет и распоряжается информационными ресурсами системы, клиент имеет возможность пользоваться ими. Помимо хранения централизованной базы данных сервер базы данных обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запроса SQL.
Сервер базы данных представляет собой СУБД, параллельно обрабатывающую запросы, поступившие со всех рабочих станций. Как правило, клиент и сервер территориально отделены друг от друга, и в этом случае они образуют систему распределенной обработки данных.
1.2. Функциональные возможности СУБД
Характеристиками СУБД являются:
· производительность;
· обеспечение целостности данных на уровне баз данных;
· обеспечение безопасности данных;
· возможность работы в многопользовательских средах;
· возможность импорта и экспорта данных;
· обеспечение доступа к данным с помощью языка SQL;
· возможность составления запросов;
· наличие инструментальных средств разработки прикладных программ.
Производительность СУБД оценивается:
· временем выполнения запросов;
· скоростью поиска информации;
· временем импортирования баз данных из других форматов;
· скоростью выполнения операций (таких как обновление, вставка, удаление);
· временем генерации отчета и другими показателями.
· Безопасность данных достигается:
· шифрованием прикладных программ;
· шифрованием данных;
· защитой данных паролем;
· ограничением доступа к базе данных (к таблице, к словарю и т.д.).
Обеспечение целостности данных подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться, что информация в базе данных всегда остается корректной и полной. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память (в интерактивном режиме, посредством импорта или с помощью специальной программы). Используемые в настоящее время СУБД обладают средствами обеспечения целостности данных и надежной безопасности.
Система управления базами данных управляет данными во внешней памяти, обеспечивает надежное хранение данных и поддержку соответствующих языков базы данных. Важной функцией СУБД является функция управления буферами оперативной памяти. Обычно СУБД работают с базами данных больших размеров, часто превышающими размеры оперативной памяти ЭВМ. В развитых СУБД поддерживается свой набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной их замены.
Наибольшее распространение в настоящее время получили системы управления базами данных Microsoft Access и Oracle.
Этапами работы в СУБД являются:
· создание структуры базы данных, т.е. определение перечня полей, из которых состоит каждая запись таблицы, типов и размеров полей (числовой, текстовый, логический и т.д.), определение ключевых полей для обеспечения необходимых связей между данными и таблицами;
· ввод и редактирование данных в таблицах баз данных с помощью представляемой по умолчанию стандартной формы в виде таблицы и с помощью экранных форм, специально создаваемых пользователем;
· обработка данных, содержащихся в таблицах, на основе запросов и на основе программы;
· вывод информации из ЭВМ с использованием отчетов и без использования отчетов.
Реализуются названные этапы работы с помощью различных команд.
Централизованная база данных обеспечивает простоту управления, улучшенное использование данных на местах при выполнении дистанционных запросов, более высокую степень одновременности обработки, меньшие затраты на обработку.
Распределенная база данных предполагает хранение и выполнение функций управления данными в нескольких узлах и передачу данных между этими узлами в процессе выполнения запросов. В такой базе данных не только различные ее таблицы могут храниться на разных компьютерах, но и разные фрагменты одной таблицы. При этом для пользователя не имеет значения как организовано хранение данных, он работает с такой базой, как с централизованной.
1.3.Модели описания баз данных
Известны три типа моделей описания баз данных – иерархическая, сетевая и реляционная, основное различие между которыми состоит в характере описания взаимосвязей и взаимодействия между объектами и атрибутами базы данных.
Иерархическая модель предполагает использование для описания базы данных древовидных структур, состоящих из определенного числа уровней. «Дерево» представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Под элементами понимается список, совокупность, набор атрибутов, элементов, описывающих объекты.
Построение реляционных баз данных
Основы построения реляционных баз данных
Описание реляционных данных
В процессе построения реляционной базы данных должны быть решены несколько задач. Во-первых, необходимо описать структуру базы данных для СУБД. Для этого разработчик использует язык описания данных или какой-либо эквивалентный способ описания структуры (например, графическое отображение). Затем база данных записывается на тот или иной физический носитель и заполняется данными. В этом разделе мы рассмотрим каждую из этих задач, но сначала познакомимся с реляционной терминологией.
Обзор терминологии
Как указывалось в главе 5, отношение - это таблица, обладающая определенными свойствами.
Записи в отношении могут иметь только одиночные значения; множественные значения не допускаются. Следовательно, на пересечении строки и столбца находится только одно значение.
Все записи в одном столбце имеют один и тот же тип. Например, один столбец может содержать имена покупателей, а другой - их даты рождения. Каждый столбец имеет уникальное имя, и порядок следования столбцов несуществен. Столбцы отношения носят название атрибутов. Каждый атрибут имеет свой домел, который представляет собой физическое и логическое описание множества допустимых значений.
3. В отношении не может быть двух одинаковых строк, и порядок следования строк несуществен (рис. 8.1). Строки отношения называются также кортежами.
Рисунок 8.1 являет собой пример, или отдельный экземпляр, реляционной структуры, содержащей сведения о пациенте клиники. Обобщенный формат, PATIENT (Name , Birth Date , Gender , AccountNumber , Physician ) - это структура отношения; именно ее большинство людей имеют в виду под термином отношение. (Вспомните из главы 5, что подчеркиванием выделяется атрибут, являющийся ключом отношения.) Если мы добавим в структуру отношения ограничение на возможные значения данных, мы получим реляционную схему (relational schema). Все эти термины приведены в табл. 8.1.
Недоразумения относительно термина «ключ»
Термин ключ зачастую является источником недоразумений, так как он имеет различные значения на стадиях проектирования и реализации. В процессе проектирования под ключом понимается один или несколько столбцов, однозначно определяющих строку отношения. Как мы знаем из главы 5, каждое отношение имеет хотя бы один ключ, поскольку каждая строка является уникальной; в предельном случае ключ представляет собой комбинацию всех столбцов отношения. Обычно ключ состоит из одного-двух столбцов.
На стадии реализации термин ключ используется в другом значении. В большинстве реляционных СУБД ключом называется столбец, на базе которого СУБД формирует индекс и другие структуры данных. Это делается для того, чтобы обеспечить быстрый доступ к значениям из данного столбца. Эти ключи не обязаны быть уникальными, и зачастую они действительно таковыми не являются. Они создаются только для повышения быстродействия. (Информацию о таких структурах данных вы найдете в приложении А.)
Рассмотрим, например, отношение ЗАКАЗ (НомерЗаказа, ДатаЗаказа, НомерКли-ента, Количество). С точки зрения проектирования, ключом этого отношения является НомерЗаказа, так как выделение жирным шрифтом означает, что данный атрибут однозначно определяет строку отношения. С точки зрения реализации, ключом может быть любой из четырех столбцов данного отношения. Это может быть, например, атрибут ДатаЗаказа. В таком случае СУБД создаст структуру данных, обеспечивающую быстрый доступ к данным из отношения ЗАКАЗ по значению даты заказа. Скорее всего, конкретному значению атрибута ДатаЗаказа будет соответствовать много строк. В данном смысле определение атрибута в качестве ключа не говорит ничего о его уникальности.
Иногда, чтобы различать два значения слова ключ, употребляются термины логический ключ (logical key) и физический ключ (physical key). Логический ключ - это уникальный идентификатор, а физический ключ - это столбец, для которого с целью увеличения быстродействия создан индекс или другая структура данных.
Индексы
Поскольку физический ключ обычно является индексом, некоторые оставляют за термином ключ значение логического ключа, а за термином индекс - значение физического ключа. В данной книге мы именно так и будем поступать: термин ключ мы будем использовать в значении «логический ключ», а термин индекс - в значении «физический ключ».
В пользу создания индексов есть три соображения. Одно из них состоит в том, чтобы обеспечить ускоренный доступ к строкам по значению индексируемого атрибута. Другое заключается в упрощении сортировки строк по этому атрибуту. Например, в отношении ЗАКАЗ в качестве ключа может быть определен атрибут ДатаЗаказа, в результате чего отчеты, в которых заказы отсортированы по дате, будут генерироваться быстрее.
Третья цель построения индексов - обеспечение уникальности. Индексы не обязаны быть уникальными, но когда разработчик хочет, чтобы какой-то столбец был уникальным, СУБД создает для этого столбца индекс. В большинстве реляционных СУБД столбец или группу столбцов можно сделать уникальными, если при определении столбца в таблице указать ключевое слово UNIQUE .
Реализация реляционной базы данных
И этой книге для описания структуры базы данных мы используем реляционную модель. Поэтому от проектирования базы данных мы можем непосредственно переходить к ее реализации. Нам нет нужды как-либо преобразовывать структуру па стадии реализации: все, что требуется сделать, - это описать существующую реляционную структуру для СУБД.
При реализации баз данных с использованием СУБД, основанных не на реляционной модели, дело обстоит иначе. Например, реализуя базу данных на основе модели DL/I, мы должны преобразовать реляционную структуру в иерархическую, а затем описать для СУБД преобразованную структуру.
Описание структуры базы данных для СУБД
Есть несколько способов, с помощью которых структура базы данных описывается для СУБД. Эти способы зависят от того, какая конкретно СУБД используется. 13 некоторых продуктах создается текстовый файл, который описывает структуру базы данных. Язык, используемый для определения такой структуры, иногда называется языком определения данных (data definition language, DDL). В текстовом DDL-файле перечислены названия таблиц базы данных, указаны названия столбцов этих таблиц и описано их содержимое, определены индексы, а также описаны другие структуры (ограничения, меры безопасности). В листинге 8.1 с помощью типичного языка определения данных описана простая реляционная база данных для гипотетической СУБД. Более реалистичные примеры с использованием стандарта под названием SQL приведены в главах 12 и 13.
Некоторые СУБД не требуют, чтобы структура базы данных была определена с помощью DDL в текстовом формате. Наиболее распространенная альтернатива - это графический способ задания структуры базы данных. Например, в Access 2002 разработчику дается графическая структура в виде списка, в соответствующих местах которой нужно ввести имена таблиц и столбцов. Пример этого мы видели в главе 2 (см. рис. 2.2).
Вообще говоря, графические средства описания данных распространены в СУБД, предназначенных для работы на персональных компьютерах. На серверах и больших ЭВМ применяются как графические, так и текстовые средства. Например, в Oracle и SQL Server для определения данных могут применяться оба способа. На рис. 8 .2 представлена общая схема процесса описания данных для СУБД.
При любом способе определения структуры данных разработчик должен дать название каждой таблице, определить столбцы для этой таблицы и описать физический формат данных в каждом столбце (скажем, TEXT 10). Кроме того, в зависимости от возможностей используемой СУБД, разработчик может указать ограничения, которые должны реализовываться СУБД. Значения столбцов могут определяться, например, как NOT NULL (не пустой) или UNIQUE (уникальный). Некоторые продукты позволяют также устанавливать ограничения на возможные значения (атрибут Часть может принимать значения, меньшие 10 000, а атрибут Цвет может принимать одно из значений ["Красный"/Зеленый"/Синий"]). Наконец, могут быть введены ограничения целостности по внешнему ключу. Приведем пример такого ограничения: «Значение атрибута НомерОтдела в таблице СОТРУДНИК должно быть равно значению атрибута НомерОтдела в таблице ОТДЕЛ».
Во многих СУБД разработчик может также устанавливать пароли и использовать другие средства контроля и безопасности. Как будет показано в главе 11, существует множество различных стратегий обеспечения безопасности. В одних стратегиях объектами контроля являются структуры данных (например, таблица защищается паролем), в других - пользователи (обладатель пароля X может читать и обновлять таблицы Т1 и Т2).
Распределение пространства на физических носителях
Кроме определения структуры базы данных, разработчик должен выделить место для базы данных на физическом носителе. И вновь конкретные действия зависят от того, какая именно СУБД используется. В случае персональной базы данных псе, что требуется сделать, - это присвоить базе данных каталог на диске и дать ей имя. После этого СУБД автоматически выделит пространство для хранения данных.
Другие СУБД, в особенности предназначенные для серверов и больших ЭВМ, требуют больших усилий. Чтобы повысить быстродействие и улучшить контроль, необходимо тщательно спроектировать распределение информации в базе данных по дискам и каналам. Например, в зависимости от специфики обработки приложений, может оказаться, что определенные таблицы лучше размещать на одном и том же диске. И наоборот, может быть важно, чтобы определенные таблицы не находились на одном и том же диске.
Рассмотрим, например, объект-заказ, скомпонованный из таблиц ЗАКАЗ, СТР0КА_ ЗАКАЗА и ТОВАР. Предположим, что при обработке заказа приложение считывает одну строку из таблицы ЗАКАЗ, несколько строк из таблицы СТР0КА_ЗАКАЗА и по одной строке из таблицы ТОВАР для каждой строки из таблицы СТР0КА_ЗАКАЗА. Далее, строки из таблицы СТР0КА_ЗАКАЗА, относящиеся к одному и тому же заказу, обычно сгруппированы вместе, а строки в таблице ТОВАР не сгруппированы никак. Эту ситуацию иллюстрирует рис. 8.3.
Теперь представим, что организация параллельно обрабатывает множество заказов и что у нее есть два диска: один большого объема и быстродействующий, а другой - меньшего объема и более медленный. Разработчик должен определить наилучшее место для хранения данных. Возможно, производительность улучшится, если таблица ТОВАР будет храниться на большом диске с быстрым доступом, а таблицы СТРОКА_ЗАКАЗА и ЗАКАЗ - на диске меньшего размера и быстродействия. А может быть, производительность будет выше, если поместить данные из таблиц ЗАКАЗ и СТРОКА_ЗАКАЗА за предыдущие месяцы на более медленный диск, а за текущий месяц - на более быстрый.
Мы не можем ответить на эти вопросы здесь, поскольку ответ зависит от объема данных, характеристик СУБД и операционной системы, размера и быстродействия дисков и каналов, а также от требований приложений, использующих эту базу данных. Смысл состоит в том, что все эти факторы необходимо принимать во внимание при выделении пространства для базы данных на физическом носителе.
Кроме местоположения и объема пространства для данных пользователя, разработчику, возможно, потребуется также указать, должно ли это пространство увеличиваться по мере необходимости, и если да, то на какую величину. Как правило, величина такого приращения указывается либо в виде фиксированного значения, либо в виде процентов от первоначального объема занимаемого пространства.
При создании базы данных разработчику понадобится выделить файловое пространство для журналов базы данных. О ведении журналов вы узнаете в главах 11-13; на данном этапе вам просто следует знать, что СУБД ведет журнал изменений в базе данных, который потом, в случае необходимости, можно использовать для восстановления базы. Файловое пространство для журналов выделяется на этапе создания базы данных.
Составление плана обслуживания базы данных
План обслуживания (maintenance plan) базы данных - это расписание процедур, которые необходимо выполнять на регулярной основе. Эти процедуры включают в себя резервное копирование базы данных, сброс содержимого журнала базы данных в архивные файлы, проверка на наличие нарушений ссылочной целостности, оптимизация дискового пространства для данных пользователя и индексов и т. д. К этим вопросам мы также обратимся в главе 11, но имейте в виду, что план обслуживания базы данных должен составляться в процессе ее создания или вскоре после него.
Заполнение базы данных информацией
Когда база данных описана и для ее хранения выделено пространство на физическом носителе, можно начинать заполнение базы данных информацией. То, каким путем это делается, зависит от требования приложений и возможностей СУБД. В лучшем случае все данные уже находятся в формате, воспринимаемом компьютером, а в СУБД имеются возможности и средства, позволяющие упростить импорт данных с магнитных носителей. В худшем случае все данные должны вводиться вручную через клавиатуру с помощью прикладных программ, созданных разработчиками «с нуля». Большинство ситуаций, где необходимо конвертирование данных, находятся в промежутке между этими двумя крайними случаями.
Когда данные введены, необходимо проверить их корректность. Такая проверка утомительна и требует больших трудозатрат, однако она весьма важна. Зачастую, особенно в больших базах данных, есть смысл в написании специальных программ для проверки данных. Преимущества от использования этих программ вполне окупят время и деньги, затраченные командой разработчиков на их создание. Такие программы занимаются тем, что подсчитывают количество строк в различных категориях, вычисляют контрольные суммы, выполняют проверки допустимости значений данных и другие процедуры контроля.
Манипулирование реляционными данными
Мы обсудили проектирование реляционных баз данных и способы, при помощи которых структура базы данных описывается для СУБД. До сих пор, говоря об операциях с отношениями, мы рассуждали в обобщенной и интуитивной манере. Такая манера хороша, пока речь идет о проекте, но для реализации приложений нам нужен четкий и непротиворечивый язык, выражающий логику обработки. Такие языки носят название языков манипулирования данпьши (data manipulation languages, DML).
На сегодняшний день предложено четыре стратегии манипулирования реляционными данными. Первая из стратегий, реляционная алгебра (relational algebra), определяет операторы, действующие на отношения (они подобны операторам высшей алгебры +, - и т. д.). Эти операторы позволяют манипулировать отношениями для достижения желаемого результата. Но реляционная алгебра трудна в использовании, отчасти потому, что она является процедурной. Это значит, что при использовании реляционной алгебры мы должны знать не только то, что мы делаем, но и то, как это делается.
Реляционная алгебра не используется в коммерческих системах обработки баз данных. Хотя ни одна коммерчески успешная СУБД не включает в себя инструментарий реляционной алгебры, мы будем обсуждать ее здесь, поскольку это поможет яснее представить себе манипулирование реляционными данными и заложит основу для изучения SQL.
Реляционное исчисление (relational calculus) - вторая стратегия манипулирования реляционными данными. Реляционное исчисление не является процедурным; оно представляет собой язык, выражающий то, что мы хотим сделать, без указания на то, как этого достичь. Вспомните переменную интегрирования в интегральном исчислении: эта переменная принимает значения из того диапазона, по которому происходит интегрирование. В реляционном исчислении есть подобная переменная. В кортежио-реляционном исчислении областью значений этой переменной являются кортежи отношения, а в доменно-реляционном исчислении - значения домена. В основе реляционного исчисления лежит область математики, называемая исчислением предикатов.
Если вы не собираетесь становиться теоретиком реляционной технологии, вам, скорее всего, не понадобится изучать реляционное исчисление. Оно никогда не используется в коммерческих системах обработки баз данных, и в его изучении для наших целей нет необходимости. Таким образом, мы не будем обсуждать его в этой книге.
Хотя реляционное исчисление трудно для понимания и использования, его непроцедурный характер является преимуществом. Поэтому разработчики СУБД начали поиск других непроцедурных стратегий, который привел к появлению третьей и четвертой категорий языков манипулирования реляционными данными.
Языки, ориентированные на преобразования (transform-oriented languages), - это класс непроцедурных языков, которые преобразуют входные данные, имеющие вид отношений, в результат, представляющий собой одно отношение. В этих языках имеются простые в использовании структуры, позволяющие указать действия, которые необходимо совершить с предоставленными данными. SQUARE, SEQUEL и SQL - это примеры языков, ориентированных на преобразования. Язык SQL будет подробно изучаться нами в главах 9, 12 и 13.
Четвертая категория языков манипулирования реляционными данными - это графические языки. К этой категории относятся запрос по образцу (Query-by-Example) и запрос из формы (Query-by-Form). В числе продуктов, поддерживающих эту категорию, можно упомянуть Approach (фирмы Lotus) и Access. Пользователю выдается графическое представление одного отношения или более. Представление может иметь вид формы для ввода данных, электронной таблицы или какой-либо другой структуры. СУБД преобразует представление в соответствующее отношение и формирует запросы (скорее всего, на SQL) от лица пользователя. После этого пользователи инициируют выполнение операторов DML, по они об этом не знают. Четыре категории языков манипулирования реляционными данными:
реляционная алгебра;
реляционное исчисление;
языки, ориентированные на преобразования (например, SQL);
запрос по образцу, запрос из формы.
Интерфейсы языков манипулирования данными
В этом разделе мы рассмотрим четыре вида интерфейсов, с помощью которых осуществляется манипулирование информацией в базе данных.
Манипулирование данными посредством форм
В большинстве реляционных СУБД имеются средства для создания форм. Некоторые формы генерируются автоматически при определении таблицы, другие должны создаваться разработчиком. Помощь в этом процессе может оказать интеллектуальный ассистент, присутствующий, например, в Access. Форма может иметь вид таблицы (электронной таблицы), в которой одновременно показываются несколько строк отношения. Есть и другой вид форм, где каждая строка отношения представляется отдельно. На рис. 8.4 и 8.5 приведены примеры обоих типов форм для таблицы PATIENT с рис. 8.1. Большинство продуктов обеспечивают некоторую гибкость в обработке форм и отчетов. Например, строки для обработки могут выбираться по значениям столбцов и могут быть отсортированы. Таблица па рис. 8.4 отсортирована по значению поля AccountNumber.
Многие формы, генерируемые по умолчанию, содержат в себе данные только из одного отношения. Если нужно получить данные из двух или более отношений, тогда, как правило, нужно создавать специальные формы с помощью средств СУБД. Такие средства позволяют создавать как многотабличные, так и многострочные формы. Поскольку использование этих средств сильно зависит от конкретной СУБД, мы не будем рассматривать их далее.
Интерфейс языка запросов и обновлений
Второй тип интерфейса к базе данных - это язык запросов и обновлений (query/ update language), или просто язык запросов (query language). (Хотя большинство такого рода языков позволяют выполнять как запрос, так и обновление данных, их чаще всего называют языками запросов.) В этом случае пользователь вводит команды, которые указывают, какие действия необходимо произвести над базой данных. СУБД расшифровывает эти команды и выполняет предписанные действия. Рисунок 8.6 показывает, какие программы участвуют в обработке запроса.
Важнейшим из всех языков запросов является SQL. Чтобы дать вам представление о языках запросов, рассмотрим следующий SQL-оператор, который обрабатывает отношение PATIENT , показанное на рис. 8.1:
SELECT Name. DateOfBirth FROM PATIENT
WHERE Physician = "Levy"
Этот оператор извлекает из отношения PATIENT все строки, в которых атрибут Physician имеет значение " Levy ". Значения атрибутов Name и DateOf Birth из этих строк он затем помещает во вторую таблицу.
Хранимые процедуры
Со временем пользователи и разработчики баз данных обнаружили, что некоторые последовательности команд SQL приходится выполнять регулярно. Единственное, что при этом меняется, - это значения, указываемые в предложении WHERE . Например, при ежемесячном начислении платежей выполняются одни и те же SQL-операторы, но с различной датой закрытия. Чтобы учесть эту потребность, производители СУБД ввели так называемые хранимые процедуры (stored procedures). Такая процедура представляет собой набор SQL-операторов, который хранится в файле и может быть запущен на выполнение одной командой. Параметры, указываемые в предложении WHERE и т. д., могут передаваться при вызове процедуры. Примером может служить следующее:
DO BILLING STORED_PROCEDURE FOR BILLDATE = "9/1/2000"
Эта строка запускает хранимую процедуру под названием BILLING со значением параметра BILLDATE , равным "9/1/2000".
По мере накопления разработчиками опыта выявилась одна проблема. SQL создавался как подъязык данных, и при этом не делалось попыток наделить его всеми элементами полноценного языка программирования. Однако некоторые из этих элементов были необходимы для написания хранимых процедур, и производители СУБД создали расширенные версии SQL, включив в них дополнительные возможности. Один такой язык, PL/SQL, был разработан для Oracle, а еще один, под названием TRANSACT-SQL, - для SQL Server. Более подробно об этих языках вы узнаете из глав 12 и 13.
Специальный тип хранимой процедуры - триггер (trigger) - вызывается СУБД при выполнении заданного условия. Например, в приложении, обрабатывающем заказы, разработчик должен создать триггер, который запускается в тех случаях, когда количество товара на складе оказывается ниже заданного предела (то есть пора заказывать товар у оптового поставщика). Более подробно о хранимых процедурах вы узнаете из глав 12 и 13.
Интерфейс прикладных программ
Четвертый тип интерфейса доступа к данным - это доступ через прикладные программы, написанные на таких языках программирования, как COBOL, BASIC, Perl, Pascal и С++. Кроме того, некоторые прикладные программы пишутся на встроенных в используемые СУБД языках. Из таких языков программирования наибольшей известностью пользуется dBASE.
Есть два стиля интерфейса между прикладными программами и СУБД. Первый из них характеризуется тем, что прикладные программы вызывают подпрограммы из библиотеки функций, поставляемой в комплекте с СУБД. Например, чтобы считать строку из таблицы, прикладная программа вызывает функцию чтения СУБД и передает ей параметры, которые указывают нужную таблицу, требуемые столбцы, критерии выбора строки и т. п.
В некоторых случаях вместо вызовов функций используется объектно-ориентированный синтаксис. В приведенном ниже коде Access объектный указатель db устанавливается на открытую в данный момент базу данных, а объектный указатель rs ссылается на строки таблицы PATIENT ;
set db = currentdbC)
set rs = db.OpenRecordsetCPATIENT")
С помощью последнего указателя можно обращаться к свойствам откры того набора записей и запускать его методы. Например, с помощью свойства rs . AllowDeletions можно определить, могут ли быть удалены записи из набора записей PATIENT . Метод MoveFirst перемещает курсор на первую строку.
Второй, более старый тип интерфейса используется иногда в СУБД, предназначенных для больших ЭВМ и серверов. Здесь производителем СУБД определен набор высокоуровневых команд доступа к данным. Эти команды, которые относятся к обработке базы данных и не являются частью какого-либо стандартного языка, встраиваются в код прикладной программы.
Прикладная программа со встроенными командами передается на предварительный компилятор, входящий в комплект СУБД. Он транслирует операторы доступа к данным в корректные вызовы функций и определяет области данных, которые будут совместно использоваться прикладными программами и СУБД. Предварительный компилятор также вставляет в программу код, поддерживающий доступ к этим областям данных. Обработанная таким образом программа передается на языковой компилятор. На рис. 8 .7 показано взаимодействие программ в этом процессе.
Инфологическая модель
Инфологическая модель - это описание предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства. Инфологическая модель является моделью ориентированной на человека, полностью независимой от физических параметров среды, способа хранения данных. Инфологическая модель изменяется только в том случае, когда изменения в реальном мире потребуют изменений основной модели. Основные преимущества ER-моделей:
· наглядность;
· модели позволяют проектировать базы данных с большим количеством объектов и атрибутов;
Основные элементы ER-моделей:
· объекты (сущности);
· атрибуты объектов;
· связи между объектами.
Сущность - объект предметной области, имеющий атрибуты.
Связь между сущностями характеризуется:
· типом связи (1:1, 1:N, N:М);
· классом принадлежности. Класс может быть обязательным и необязательным. Если каждый экземпляр сущности участвует в связи, то класс принадлежности - обязательный, иначе - необязательный.
В данном дипломном проекте ER-модель реализована в системе автоматизированного проектирования баз данных ERWin, и изображена на рисунке №2.3.
Рисунок №2.3. Инфологическая модель
Даталогическая модель
Даталогическая модель это отображение логических связей между элементами данных безотносительно их содержанию и среде хранения. Эта модель базируется на языке описания данных (ЯОД), используемом в той конкретной СУБД, в среде которой проектируется БД. Этап создания даталогической модели называется даталогическим проектированием. Описание логической структуры БД на языке СУБД называется даталогической схемой базы данных.
При проектировании логической структуры БД осуществляется преобразование исходной инфологической модели в модель данных, поддерживаемую конкретной СУБД, и проверка адекватности полученной даталогической модели отображаемой предметной области.
Даталогическая модель отображает логические связи между информационными данными в данной концептуальной модели. При переходе от инфологической модели к даталогической следует иметь в виду, что инфологическая модель включает в себя всю информацию о предметной области, необходимую и достаточную для проектирования БД. Даталогическая модель базы данных менеджера по продукции представлена на рисунке №2.3.
Рисунок №2.3. Даталогическая модель.
Программное обеспечение задачи (комплекса задач)
Общие положения (дерево функций и сценарий диалога)
Дерево функций представляет собой схему, в которой отображаются все возможные функции и опции, которые можно выполнять в программе с входящими, исходящими документами, а также дополнительные возможности по настройке системы автоматизации менеджера по продукции. Схематично дерево функций изображено на рисунке № 2.4.
Схема сценариев диалога представляет собой пути диалога пользователя программы с самим программным продуктом. В данной схеме отображается то, как пользователь может дойти до определённого документа или вызвать требуемую функцию. Схема сценариев диалога изображена на рисунке № 2.5.
