Основные сведения о БД. Понятия: БД, Предметная область, Структурирование данных, Системы управления БД
База данных – это организованная структура, предназначенная для хранения информации. В современных базах данных хранятся не только данные, но и информация.
Это определение легко пояснить, если, например, рассмотреть базу данных крупного банка. В ней есть все необходимые сведения о клиентах, их адреса, кредитные истории, состояние расчетных счетов, финансовые операции и т.д. Доступ к этой базе данных имеется у достаточно большого количества сотрудников банка, но среди них вряд ли найдется такое лицо, которое имеет доступ ко всей базе полностью и при этом способно единолично вносить в нее произвольные изменения. Кроме данных, база содержит методы и средства, позволяющие каждому из сотрудников оперировать только с теми данными, которые входят в его компетенцию. В результате взаимодействия данных, содержащихся в базе, с методами, доступными конкретным сотрудникам, образуется информация, которую они потребляют и на основании которой в пределах собственной компетенции производят ввод и редактирование данных.
С понятием базы данных тесно связано понятие системы управления базой данных. Это комплекс программных средств, предназначенных для создания структуры новой базы, наполнение ее содержимым, редактирования содержимого и визуализации информации. Под визуализацией информации базы понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройства вывода или передачи по каналам связи.
В мире существует множество систем управления базами данных. Несмотря на то, что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий. Это дает возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, приемы и методы на весь класс СУБД. В качестве такого учебного объекта можно взять СУБД Microsoft Access, входящую в пакет Microsoft Office.
Состав СУБД
Язык описания данных (ЯОД) – средства описания данных в БД и связей между ними. Средствами этого языка описывается структура БД, форматы записей, пароли, защищающие данные.
Язык манипулирования данными (ЯМД) – язык для выполнения операций над данными, позволяющий менять их строение.
Для различных СУБД реализация этих уровней языков может быть различной. В одних случаях ЯОД и ЯМД требует составления пользователем программы полностью “вручную”, в других (что отражает современную тенденцию) в СУБД присутствуют средства визуальной (зримой, наглядной) разработки программ. Для этого в современных СУБД имеются редакторы экранных форм, отчетов. “Кирпичиками” (инструментами) таких редакторов являются поля различных видов (поля ввода, поля вывода, вычисляемые поля), процедуры обработки различных типов (формы ввода, таблицы, отчеты, запросы). На основании созданных пользователем объектов программы – генераторы формируют программный код на языке конкретной машины или на промежуточном языке.
Структура простейшей базы данных
Если даже в базе нет никаких данных (пустая база), то это все равно полноценная база данных. Этот факт имеет методическое значение. Хотя данных в базе и нет, но информация в ней все-таки есть – это структура базы, которая определяет методы занесения данных и хранения их в базе. Простейший «некомпьютерный» вариант базы данных – деловой ежедневник, в котором каждому календарному дню выделено по странице. Даже если в нем не записано ни строки, он не перестает быть ежедневником, поскольку имеет структуру, четко отличающую его от записных книжек, рабочих тетрадей и прочей писчебумажной продукции.
Базы данных могут содержать различные объекты. Основными объектами любой базы данных являются ее таблицы. Простейшая база данных имеет хотя бы одну таблицу. Соответственно, структура простейшей базы данных тождественно равна структуре ее таблицы.
Структуру двумерной таблицы образуют столбцы и строки. Их аналогами в простейшей базе данных являются поля и записи. Если записей в таблице пока нет, значит, ее структура образована только набором полей. Изменив состав полей базовой таблицы (или их свойства), мы изменяем структуру базы данных и, соответственно, получаем новую базу данных.
Свойства полей базы данных
Поля базы данных не просто определяют структуру базы – они еще определяют групповые свойства данных, записываемых в ячейки, принадлежащие каждому из полей. Ниже перечислены основные свойства полей таблиц баз данных на примере СУБД Microsoft Access.
Имя поля – определяет, как следует обращаться к данным этого поля при автоматических операциях с базой (по умолчанию имена полей используются в качестве заголовков столбцов таблиц).
Тип поля – определяет тип данных, которые могут содержаться в данном поле.
Размер поля – определяет предельную длину (в символах) данных, которые могут размещаться в данном поле.
Формат поля – определяет способ форматирования данных в ячейках, принадлежащих полю.
Маска ввода – определяет форму, в которой вводятся данные в поле (средство автоматизации ввода данных).
Подпись – определяет заголовок столбца таблицы для данного поля (если подпись не указана, то в качестве заголовка столбца используется свойство Имя поля).
Значение по умолчанию – то значение, которое вводится в ячейки поля автоматически (средство автоматизации ввода данных).
Условие на значение – ограничение, используемое для проверки правильности ввода данных (средство автоматизации ввода, которое используется, как правило, для данных, имеющих числовой тип, денежный тип или тип даты).
Сообщение об ошибке – текстовое сообщение, которое выдается автоматически при попытке ввода в поле ошибочных данных.
Обязательное поле – свойство, определяющее обязательность заполнения данного поля при наполнении базы.
Пустые строки – свойство, разрешающее ввод пустых строковых данных (от свойства Обязательное поле отличается тем, что относится не ко всем типам данных, а лишь к некоторым, например к текстовым).
Индексированное поле – если поле обладает этим свойством, то все операции, связанные с поиском или сортировкой записей по значению, хранящемуся в данном поле, существенно ускоряются. Кроме того, для индексированных полей можно сделать так, что значение в записях будут проверяться по этому полю на наличие повторов, что позволяет автоматически исключить дублирование данных.
Поскольку в разных полях могут содержаться данные разного типа, то и свойства у полей могут различаться в зависимости от типа данных. Так, например, список вышеуказанных свойств полей относится в основном к полям текстового типа. Поля других типов могут иметь или не иметь эти свойства, но могут добавлять к ним и свои. Например, для данных, представляющих действительные числа, важным свойством является количество знаков после десятичной запятой. С другой стороны, для полей, используемых для хранения рисунков, звукозаписей, видео клипов и других объектов OLE, большинство вышеуказанных свойств не имеют смысла.
Типы данных
Таблицы баз данных, как правило, допускают работу с гораздо большим количеством разных типов данных. Так, например, базы данных Microsoft Access работают со следующими типами данных.
Текстовый – тип данных, используемый для хранения обычного неформатированного текста ограниченного размера (до 255 символов).
Числовой – тип данных для хранения действительных чисел.
Поле Мемо – специальный тип данных для хранения больших объемов текста (до 65 535 символов). Физически текст не хранится в поле. Он храниться в другом месте базы данных, а в поле храниться указатель на него, но для пользователя такое разделение заметно не всегда.
Дата/время – тип данных для хранения календарных дат и текущего времени.
Денежный - тип данных для хранения денежных сумм. Теоретически, для их записи можно было бы пользоваться и полями числового типа, но для денежных сумм есть некоторые особенности (например, связанные с правилами округления), которые делают более удобным использование специального типа данных, а не настройку числового типа.
Счетчик – специальный тип данных для уникальных (не повторяющихся в поле) натуральных чисел с автоматическим наращиванием. Естественное использование служит для порядковой нумерации записей.
Логический - тип для хранения логических данных (могут принимать только два значения, например Да или Нет).
Мастер подстановок – это не специальный тип данных. Это объект, настройкой которого можно автоматизировать ввод данных в поле так, чтобы не вводить их вручную, а выбирать их из раскрывающегося списка.
Безопасность баз данных
Базы данных – это тоже файлы, но работа с ними отличается от работы с файлами других типов, создаваемых прочими приложениями. Выше мы видели, что всю работу по обслуживанию файловой структуры берет на себя операционная система. Для базы данных предъявляются особые требования с точки зрения безопасности, поэтому в них реализован другой подход к сохранению данных.
Базы данных – это особые структуры. Информация, которая в них содержится, очень часто имеет общественную ценность. Нередко с одной и той же базой работают тысячи людей по всей стране. От информации, которая содержится в некоторых базах, может зависеть благополучие множества людей. Поэтому целостность содержимого базы не может и не должна зависеть ни от конкретных действий некоего пользователя, забывшего сохранить файлы перед выключением компьютера, ни от перебоев в электросети.
Проблема безопасности баз данных решается путем того, что в СУБД для сохранения информации используется двойной подход. В части операций, как обычно, участвует операционная система компьютера, но некоторые операции сохранения происходят в обход операционной системы.
Режимы работы с базами данных
Обычно с базами данных работаю две категории пользователей. Первая категория – проектировщики. Их задача состоит в разработке структуры таблиц базы данных и согласование ее с заказчиком. Кроме таблиц проектировщики разрабатывают и другие объекты базы данных, предназначенные, с одной стороны, для автоматизации работы с базой, а с другой стороны – для ограничения функциональных возможностей работы с базой (если это необходимо из соображений безопасности). Проектировщики не наполняют базу конкретными данными, (заказчик может считать их конфиденциальными и не предоставлять посторонним лицам). Исключение составляет экспериментальное наполнение модельными данными на этапе отладки объектов базы.
Вторая категория исполнителей, работающих с базами данных, - пользователи. Они получают исходную базу данных от проектировщиков и занимаются ее наполнением и обслуживанием. В общем случае пользователи не имеют средств доступа к управлению структурой базы – только к данным, да и то не ко всем, а к тем, работа с которыми предусмотрена на конкретном рабочем месте.
Соответственно СУБД имеет два режима работы: проектировочный и пользовательский. Первый режим предназначен для создания или изменения структуры базы и создание ее объектов. Во втором режиме происходит использование ранее подготовленных объектов для наполнения базы или получения данных из нее.
Объекты базы данных
Таблицы
Таблицы – это основные объекты любой базы данных. Во-первых, в них хранятся все данные, имеющиеся в базе, а во-вторых, таблицы хранят и структуру базы (поля, их типы и свойства).
Запросы
Эти объекты служат для извлечения данных из таблиц и предоставления их пользователю в удобном виде. С помощью запросов выполняют такие операции как отбор данных, их сортировку и фильтрацию, а так же можно преобразовывать данные по заданному алгоритму, создавать новые таблицы, выполнять автоматическое наполнения таблиц данными, импортированными из других источников и простейшие вычисления в таблицах и многое другое.
Формы
Если запросы – это специальные средства для отбора и анализа данных, то формы – это средства для ввода данных. Смысл их тот же – предоставить пользователю средства для заполнения только тех полей, которые ему положено заполнять. Одновременно с этим в форме можно разместить специальные элементы управления (счетчики, раскрывающиеся списки, переключатели, флажки и прочее) для автоматизации ввода. Преимущества форм раскрываются особенно наглядно, когда происходит ввод данных с заполненных бланков. В этом случае форму создают при помощи графических средств так, чтобы она повторяла оформление бланка – это заметно упрощает работу наборщика, снижает его утомление и предотвращает появление печатных ошибок.
Отчеты
По своим свойствам и структуре отчеты во многом похожи на формы, но предназначены только для вывода данных, причем для вывода не на экран, а на принтер. В связи с этим отчеты отличаются тем, что в них приняты специальные меры для группирования выводимых данных и для вывода специальных элементов оформления, характерных для печатных документов.
Страницы
Это специальные объекты баз данных, реализованных в последней версии СУБД Microsoft Access (Access 2000). Правда, более корректно их называют страницами доступа к данным. Физически это особый объект, выполненный в коде HTML, размещаемый на Web-странице и передаваемый клиенту вместе с ней. Сам по себе этот объект не является базой данных, но содержит компоненты, через которые осуществляется связь переданной Web-страницы с базой данных, остающейся на сервере. Пользуясь этими компонентами, посетитель Web-узла может просматривать записи базы в полях страницы доступа. Таким образом, страницы доступа к данным осуществляют интерфейс между клиентом, сервером и базой данных, размещенной на сервере. Эта база данных не обязательно должна быть базой данных Microsoft Access. Страницы доступа, созданные средствами Microsoft Access, посволяют работать также с базами данных Microsoft SQL Server.
Макросы и модули
Эти категории объектов предназначены как для автоматизации повторяющихся операций при работе с СУБД, так и для создания новых функций путем программирования. В СУБД Microsoft Access макросы состоят из последовательности внутренних команд СУБД и являются одним из средств автоматизации работы с базой. Модули создаются средствами внешнего языка програмирования, в данном случае, языка Visual Basic for Applications. Это одно из средств, с помощью которых разработчик базы может заложить в нее нестандартные функциональные возможности, удовлетворить специфические требования заказчика, повысить быстродействие системы управления, а также уровень ее защищенности.
Как отмечалось, БД в простейшем случае представляется в виде системы двумерных таблиц. Таблицы могут быть представлены в ПК либо в виде отдельных файлов, либо размещаться в одном файле.
Файл – информация, хранимая на электронном носителе после завершения отдельных заданий и рассматриваемая в процессе обработки как единое целое. Файл имеет имя и требует некоторого объема памяти носителя, в качестве которого может выступать дискета, винчестер, компакт-диск (CD).
Поле – столбец файлового документа (таблицы). Имя поля часто называют атрибутом.
Домен – совокупность значений одного поля.
Универсум – совокупность значений всех полей.
Запись – строка документа. Следует отметить, что это понятие неоднозначно. В реляционной модели данных запись – строка таблицы, в сетевой модели данных – элемент структуры, аналогичный примерно таблице в реляционной модели данных.
Запись логическая – поименованная совокупность данных, рассматриваемая пользователем как одно целое.
Запись физическая (совокупность данных записываемых/считываемых одним блоком) характеризует расположение данных в физической памяти ПК.
Ключ – поле с уникальными (неповторяющимися) записями, используемое для определения места расположения записи. Ключ может состоять из совокупности полей (составной ключ), называемых суперключом.
Выделенный ключ – ключ, явно перечисленный вместе с реляционной схемой. В противном случае говорят о неявном ключе. Вводят и такие понятия как возможный ключ (ключ-кандидат), если любой из нескольких наборов полей может быть принят за составной ключ. Один из выделенных ключей называют первичным. При работе с несколькими связанными таблицами говорят о родительском ключе главной таблицы и внешнем ключе подчиненной таблицы. Иногда ключ называют идентификатором – атрибутом, значения которого однозначно определяют экземпляры объекта предметной области.
Предметная область – отражение в БД совокупности и объектов реального мира с их связями, относящимися к некоторой области знаний и имеющих практическую ценность для пользователя. Понятие "идентификатор" используется и в физической базе данных.
Указатель – идентификатор, который ведет к заданной записи из какой-то другой записи в физической базе данных. Здесь запись – некоторый блок данных в памяти компьютера.
Приведем перечень используемых в дальнейшем терминов, детальное пояснение которых проводится в последующих разделах данной работы.
Администратор базы данных (АБД) – лицо, отвечающее за выработку требований к БД, ее проектирование, реализацию, эффективное использование и сопровождение.
Архитектура – разновидность (обобщение) структуры, в которой какой-либо элемент может быть заменен на другой элемент, характеристики входов и выходов которого идентичны первому элементу. Понятие "принцип открытой архитектуры" используется при построении компьютера. Этот принцип означает, что вместо принтера одной марки (например, Epson) к компьютеру может быть подключен принтер другого типа (например, Hewlett Packard).
Безопасность – защита от преднамеренного или непреднамеренного нарушения секретности, искажения или разрушения.
Блокировка – неделимая операция, которая позволяет только одному процессу иметь доступ к совместно используемому ресурсу.
Вид (View) – таблица, вычисленная с помощью навигационной операции на основе исходной таблицы (таблиц). Вид может использоваться почти по тем же правилам, что и исходная таблица.
Внешняя схема – описание данных на концептуальном уровне. Как отмечалось, в реляционной БД порядок расположения полей (столбцов) таблицы безразличен. Однако для реализации следует выбрать вполне определенный порядок (схему). Чаще всего ключевые поля располагают в начале схемы.
Внутренняя схема – описание данных на физическом уровне.
Время доступа – промежуток времени между выдачей команды записи (считывания) и фактическим получением данных.
Время отклика – промежуток времени от момента запроса к БД до фактического получения данных.
Даталогическая модель – модель логического уровня, представляющая собой отображение логических связей безотносительно к их содержанию и среде хранения.
Доступ – операция поиска, чтения данных или записи их.
Задание (работа) – программа или совокупность программ и преобразуемые этими программами данные.
Защита данных – противостояние базы данных несанкционированному доступу, преднамеренному искажению или разрушению информации.
Индекс – совокупность указателей, содержащих информацию о местоположении записи. Для ускорения поиска полям сопоставляют уникальный набор (числовой или символьный). Индекс может быть представлен и несколькими полями. Если при построении БД заданы индексы, то для поиска сначала их и используют. Если индексов нет, то может проводиться длительный поиск путем перебора данных.
Концептуальный – определение, относящееся к обобщенному представлению данных, независимому от СУБД. При проектировании БД выделяют концептуальную, логическую и физическую базы данных (модели), определение которых приведено позднее.
Кортеж – совокупность полей или запись (строка).
КОДАСИЛ (CODASIL) – набор стандартов для сетевых баз данных.
Логический – определение, относящееся к представлению или описанию данных, не зависящему от запоминающей среды или вычислительной системы, однако "привязанное" к выбранной СУБД.
Машина баз данных (МБД) – вспомогательный периферийный процессор, выполняющий функции СУБД.
Метаданные – данные о данных, описание информационных ресурсов, их характеристик, местонахождения, способов использования и т. д. Например, перечень таблиц с характеристиками каждой из них (имя, объем памяти и другие параметры).
Многозначная зависимость (MV-зависимость, зависимость 1:М) – для подсхем X, Y, Z, принадлежащих схеме R, Z = R – (XY) и кортежей t2(X) = t1(Х) и t3(Y) = t1(Y) справедливо t3(Z) = t1(Z) и t3(Z) = t2(Z).
Модель данных – средство абстракции, позволяющее видеть информационное содержание (обобщенную структуру), а не их конкретные значения. Выделяют, как отмечалось, иерархическую, сетевую, реляционную, объектно-ориентированную, объектно-реляционную и многомерную модели данных.
Навигация – операция, результат которой представлен единым объектом, полученным при прохождении пути по логической структуре БД. Иными словами, операция получения новой таблицы из полей связанных таблиц.
Независимость данных – возможность изменения логической и физической структуры БД без изменения представлений пользователя.
Объект – термин, обозначающий факт, лицо, событие, предмет, о котором могут быть собраны данные. В реляционных СУБД выделяют такие основные объекты, как таблицы, формы, запросы, отчеты, макросы, модули.
Объектно-ориентированное программирование – методология программирования, основанная на представлении программ в виде связанной совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию по наследованию.
Объектно-ориентированное проектирование – методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логических и физических, а также статических и динамических моделей проектируемой системы.
Отношение r на множествах (доменах) S1, ..., Sn – подмножество декартова произведения S,& ... &Sn. Понятие "отношение" является основным в реляционных БД. Пусть имеется таблица с двумя полями S1 и S2 по два значения в каждом (S1 = {al, а2} и S2 = {bl, b2}, т. е. в каждом домене по два значения). "Полная" таблица имеет четыре возможных записи (al, bl; al, b2; а2, М; а2, b2), которые и образуют декартово произведение. Отношением является и часть этой таблицы (например, al, bl; а2, b1). Отношение может быть и составным: r – (r1, ..., rn), составленным, например, из нескольких связанных таблиц.
Подсхема – описание логического представления пользователя данной группы. Иными словами, это схема отдельного пользователя БД, если их несколько. Из подсхем может быть составлена схема БД (для всех пользователей). Нетрудно видеть, что при наличии одного пользователя подсхема является схемой.
Программа – полное и точное описание алгоритма на некотором формальном языке программирования.
Процедура – некоторая подпрограмма.
Распределенная база данных (РЕД) – единая БД, представленная в виде отдельных (возможно, избыточных и перекрывающихся) разделов на разных вычислительных средствах.
Связь – ассоциация между экземплярами примитивных или агрегированных объектов (записей) данных.
Семантика – часть языка, касающаяся указания смысла и действия текста, составленного в соответствии с синтаксическими правилами. Действия текста относится к операторам на некотором языке программирования.
Синтаксис – правила, определяющие разрешенные языковые конструкции, а также последовательности расположения символов в программе.
Система баз данных – совокупность СУБД, прикладного программного обеспечения, базы данных, операционной системы и технических средств, обеспечивающих информационное обслуживание пользователей.
Система управления базой данных (СУБД) – совокупность программных средств, обеспечивающих управление БД на всех уровнях.
Системный журнал – журнал регистрации всех изменений БД.
Словарь данных – набор обобщенных описаний данных БД, обеспечивает логически централизованное хранение метаданных.
Спецификация – операция, результатом которой является новая структура, построенная на основе структур базы данных.
Структура – совокупность элементов и нх связей.
Сущность – примитивный объект данных, отображающий элемент предметной области (человек, место, вещь и т. д.).
Схема данных – описание логической структуры данных, специфицированное на языке описания данных и обрабатываемое СУБД. Дело в том, что в общем случае поля таблицы (отношения) могут располагаться в произвольном порядке (семейство отношений). Для конкретного пользователя и в конкретной БД должен быть выбран и зафиксирован только один вариант порядка. Этот вариант называют схемой (пользователя).
Транзакция – процесс изменения файла или БД, вызванный передачей одного входного сообщения. Это сообщение (команду) часто тоже называют транзакцией.
Функциональная зависимость (F-зависимость, зависимость 1:1): схема Y функционально зависит от X, если для кортежей t,(X) = t2(X), справедливо t1(Y) = t2(Y), причем схемы X и Y могут принадлежать схеме R.
Хранимая запись – совокупность связанных элементов данных, соответствующая одной или нескольким логическим записям и содержащая все необходимые служебные данные.
Хранилище данных – предметно-ориентированный, интегрированный, привязанный ко времени и неизменный набор данных, предназначенный для поддержки принятия решений.
Целостность данных – устойчивость хранимых данных к разрушению (уничтожению), связанному с неисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей.
Элемент данных – наименьшая единица данных, имеющая смысл при описании информации; наименьшая единица поименованных данных.
Экземпляр – отдельный экземпляр объекта, записи, элемента данных.
Язык базы данных – общий термин, относящийся к классу языков, которые используются для определения и обращения к базам данных.
Язык манипулирования данными (ЯМД) – командный язык, обеспечивающий доступ к содержимому БД и его обработку. Обработка предполагает вставку, удаление и изменение данных (операции обновления).
Язык описания данных (ЯОД) – предназначен для описания данных на концептуальном, логическом и физическом уровнях на основе соответствующих схем. Речь идет о командах по формированию структуры (шапки) таблиц и связей между ними. Эти операции могут быть обеспечены визуальным языком программирования QBE или директивным языком программирования SQL.
Язык запросов – высокоуровневый язык манипулирования данными, обеспечивающий взаимодействие пользователей с БД. Язык запросов предполагает выборку данных.
Следует отметить, что три группы операций с БД (описание, манипулирование, запрос) совмещены в языке SQL, а в некоторых СУБД – и в языке QBE.
Исходным элементом базы данных является таблица, структурные составляющие которой – поле и запись. Можно выделить две разновидности структуры таблиц: линейную и нелинейную. В линейной структуре поля располагаются последовательно друг за другом в произвольном порядке (табл. 1.11). В силу произвольности порядка для данной, конкретной реализации следует закрепить определенный вариант, называемый схемой пользователя.
Таблица 1.11
Таблица данных о кафедре
В нелинейной структуре выделяется понятие "агрегат", являющийся как бы таблицей в таблице (табл. 1.12). Агрегат может быть двух видов: вектор и повторяющиеся поля. Возможности реализации структур таблиц зависят от выбранной модели данных (МД). Реляционная и иерархическая модели данных реализуют только линейную структуру, тогда как сетевая и объектно-ориентированная модели позволяют использовать и нелинейную структуру. Особенности конкретной реализации определяются классами БД и СУБД.
Таблица 1.12
Таблица данных о студентах
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.
Основные понятия о базах данных и СУБД
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | |
| Рубрика (тематическая категория) | Связь |
Лекция 3. Тема 4.3 Представление об организации баз данных и системах управления базами данных.
1 Основные понятия о базах данных
2 СУБД Microsoft Access
Основные понятия о базах данных и СУБД
Информационная система (ИС) - ϶ᴛᴏ система, построенная на базе компьютерной техники, предназначенная для хранения, поиска, обработки и передачи значительных объёмов информации, имеющая определенную практическую сферу применения.
База данных - ϶ᴛᴏ ИС, которая хранится в электронном виде.
База данных (БД) – организованная совокупность данных, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти ЭВМ, постоянного обновления и использования.
БД служат для хранения и поиска большого объёма информации. Примеры баз данных: записная книжка, словари, справочники, энциклопедии и т.д.
Классификация баз данных:
1. По характеру хранимой информации:
- Фактографические – содержат краткие сведения об описываемых объектах, представленных в строго определённом формате (картотеки, н-р: БД книжного фонда библиотеки, БД кадрового состава учреждения),
- Документальные – содержат документы (информацию) самого разного типа: текстового, графического, звукового, мультимедийного (архивы, н-р: справочники, словари, БД законодательных актов в области уголовного права и др.)
2. По способу хранения данных:
- Централизованные (хранятся на одном компьютере),
- Распределенные (используются в локальных и глобальных компьютерных сетях).
3. По структуре организации данных:
- Реляционные (табличные),
- Нереляционные.
Термин ʼʼреляционныйʼʼ (от лат. relatio – отношение) указывает на то, что такая модель хранения данных построена на взаимоотношении составляющих её частей. Реляционная база данных, по сути, представляет собой двумерную таблицу . Каждая строка такой таблицы принято называть записью. Столбцы таблицы называются полями: каждое поле характеризуется своим именем и типом данных. Поле БД - ϶ᴛᴏ столбец таблицы, содержащий значения определенного свойства.
Свойства реляционной модели данных:
Каждый элемент таблицы – один элемент данных;
Все поля таблицы являются однородными, ᴛ.ᴇ. имеют один тип;
Одинаковые записи в таблице отсутствуют;
Порядок записей в таблице должна быть произвольным и может характеризоваться количеством полей, типом данных.
Иерархической принято называть БД, в которой информация упорядочена следующим образом: один элемент считается главным, остальные – подчинёнными. В иерархической базе данных записи упорядочиваются в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться последовательным ʼʼспускомʼʼ со ступени на ступень. Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи. Принцип работы модели таков, что несколько узлов более низкого уровня соединяются при помощи связи с одним узлом более высокого уровня.
Узел – информационная модель элемента͵ находящегося на данном уровне иерархии.
Свойства иерархической модели данных:
Несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня;
Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), не подчинено никакой другой вершине;
Каждый узел имеет своё имя (идентификатор);
Существует только один путь от корневой записи к более частной записи данных.
Иерархической базой данных является Каталог папок Windows, с которым можно работать, запустив Проводник. Верхний уровень занимает папка Рабочий стол. На втором уровне находятся папки Мой компьютер, Мои документы, Сетевое окружение и Корзина, которые представляют из себяпотомков папки Рабочий стол, будучи между собой близнецами. В свою очередь, папка Мой компьютер – предок по отношению к папкам третьего уровня, папкам дисков (Диск 3,5(А:), С:, D:, E:, F:) и системным папкам (Принтеры, Панель управления и др.).
Сетевой принято называть БД, в которой к вертикальным иерархическим связям добавляются горизонтальные связи. Любой объект должна быть главным и подчинённым.
Сетевой базой данных фактически является Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет. Гиперссылки связывают между собой сотни миллионов документов в единую распределенную сетевую базу данных.
Программное обеспечение, предназначенное для работы с базами данных, принято называть система управления базами данных (СУБД). СУБД используются для упорядоченного хранения и обработки больших объёмов информации.
Система управления базами данных (СУБД) - ϶ᴛᴏ система, обеспечивающая поиск, хранение, корректировку данных, формирование ответов на запросы. Система обеспечивает сохранность данных, их конфиденциальность, перемещение и связь с другими программными средствами.
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.
Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы.
Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями. СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ к ним.
Популярные СУБД - FoxPro, Access for Windows, Paradox.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, крайне важно различать собственно базы данных (БД) – упорядоченные наборы данных, и системы управления базами данных (СУБД) – программы, управляющие хранением и обработкой данных. К примеру, приложение Access, входящее в офисный пакет программ Microsoft Office, является СУБД, позволяющей пользователю создавать и обрабатывать табличные базы данных.
Принципы построения систем управления баз данных следуют из требований, которым должна удовлетворять организация баз данных:
- Производительность и готовность. Запросы от пользователя базой данных удовлетворяются с такой скоростью, которая требуется для использования данных. Пользователь быстро получает данные всякий раз, когда они ему необходимы.
- Минимальные затраты. Низкая стоимость хранения и использования данных, минимизация затрат на внесение изменений.
- Простота и легкость использования. Пользователи могут легко узнать и понять, какие данные имеются в их распоряжении. Доступ к данным должен быть простым, исключающим возможные ошибки со стороны пользователя.
- Простота внесения изменений. База данных может увеличиваться и изменяться без нарушения имеющихся способов использования данных.
- Возможностьпоиска. Пользователь базы данных может обращаться с самыми различными запросами по поводу хранимых в ней данных. Для реализации этого служит так называемый язык запросов.
- Целостность . Современные базы данных могут содержать данные, используемые многими пользователями. Очень важно, чтобы в процессе работы элементы данных и связи между ними не нарушались. Вместе с тем, аппаратные ошибки и различного рода случайные сбои не должны приводить к необратимым потерям данных. Значит, система управления данными должна содержать механизм восстановления данных.
- Безопасность и секретность. Под безопасностью данных понимают защиту данных от случайного или преднамеренного доступа к ним лиц, не имеющих на это права, от неавторизированной модификации (изменения) данных или их разрушения. Секретность определяется как право отдельных лиц или организаций решать, когда, как какое количество информации должна быть передано другим лицам или организациям.
Далее на примере одной из самых распространенных систем управления базами данных – Microsoft Access входит в состав популярного пакета Microsoft Office – мы познакомимся с основными типами данных, способами создания баз данных и с приемами работы с базами данных.
Основные понятия о базах данных и СУБД - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Основные понятия о базах данных и СУБД" 2017, 2018.
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.
Статьи по теме
