Базы данных

Основные понятия базы данных и модели предметной области

До появления баз данных вся информация хранилась в виде отдельных файлов, создаваемых с помощью определенных приложений. Информацию записанную в файл в разных приложениях невозможно было объединить или совместно обрабатывать. Базы данных не связаны с конкретным приложением и информация из них может быть получена с помощью различных программ. В т.ч. возможно написание и использование специальных программ для решения конкретной задачи. Любая база данных включает в себя файл с описанием структуры и файл с непосредственно данными.

База данных – организованная во внешней памяти компьютера совокупность взаимосвязанных не дублируемых данных, содержащая сведения о различных сущностях одной предметной области.

При проектировании базы данных создается группа, обязательно включающая в себя специалистов, для которых эта база создается.

Ведение и ответственность за базу данных возлагается на одного специалиста, который называется администратором базы данных. При проектировании базы данных выполняется анализ предметной области. В качестве предметной области может выступать оформление заказа через интернет, сбыт готовой продукции, планирование производства или в целом управление предприятия. Поэтапно строится три модели предметной области:

1) Концептуальная модель – общее описание содержимого структуры, информационных потоков и формируемых документов предметной области;

2) Логическая модель – предметная область изображается в виде отдельных объектов с описанием их структуры и связи между ними. Как правило, в виде схемы.

3) Физическая модель – реализация логической модели на компьютере с помощью специальных программных средств. Одной логической модели может соответствовать несколько физических. Построение логической модели и на ее основе физической в настоящее время может выполняться автоматизировано с помощью CASE средств.

Модели данных

Модель данных – совокупность взаимосвязанных структур данных, операций над ними и множества ограничений для хранимых данных.

Иерархическая модель данных описывает предметную область в виде дерева связей, в котором между объектами разного уровня может быть просто одна связь и каждому подчиненному объекту соответствует только один главный. Недостатком такой модели является дублируемость данных и многократное повторение однотипных операций, т.к. для выборки информации из объекта низшего уровня надо организовать запросы ко всем объектам предыдущих уровней. Если выбирается информация по нескольким сущностям, например сотрудникам, то эти операции придется столько же раз и повторить.

Сетевая модель данных – более универсальна т.к. поддерживает связи «многие ко многим». Могут быть связаны объекты одного уровня подчинения ...

Реляционная модель данных в настоящий момент наиболее распространенная. Основана на принципах алгебрологики. Вся информация хранится в виде двухмерных таблиц, между которыми поддерживаются бинарные связи. Данная модель достаточно проста в создании и использовании, что позволяет с ней работать людям не профессионалам в области ИТ.

Для таких моделей должен выполняться принцип нормализации таблиц, реализация которого позволяет сократить избыточность данных. Существует три нормальные формы. Считается, что первоначально любая таблица находится в первой нормальной форме (НФ). Во второй НФ в таблице не должно быть полей зависящих только от части составного ключа.

Пример:

Поставки

Ключевыми полями в этой таблице являются Хлебокомбинат и Продукция. Таблица находится в первой НФ, но не соответствует второй НФ, т.к. цена продукции является одинаковой для одних и тех же наименований не зависимо от хлебокомбината. Т.е. поле Цена зависит только от части составного ключа. Для приведения ко второй НФ эту таблицу надо разделить на две. Первая таблица будет содержать поля Продукция-Цена и являться главной. Вторая таблица – поля Хлебокомбинат-Продукция-Количество и являться подчиненной. Связь между таблицами по полю Продукция.

В третьей НФ не должно быть не ключевых полей зависящих от ключевого через другое не ключевое поле.

Например:

Ключевым является поле ФИО. В этой таблице поле Оклад зависит от ключа через другое не ключевое поле Должность. Для приведения к третьей НФ таблица должна быть разделена на две. Первая таблица поля Должность-Оклад, вторая – ФИО-Должность. Связь между таблицами по полю Должность.

Объектно-ориентированная модель данных – построение этих моделей основано на объектно-ориентированном программировании с созданием собственных пользовательских интерфейсов. Поддерживают принципы объектно-ориентированного программирования. Инкапсуляция – ограничивает область действия свойств объекта пределами одного класса однотипных объектов. Наследование – наоборот, распространяет свойство объекта на все ему подчиненные. Полиморфизм – означает применение к объектам разных типов методов обработки в виде процедур и функций, записанных под одним именем. К недостаткам этой модели относится сложность понятийного характера, обработка данных требует написания программного кода и низкая скорость выполнения запросов.

Многомерная модель данных – в этой модели данные представляются в виде гиперкубов. Оси которых обозначают одно из наименований данных. Например, Фамилии, Города, Должности, Объем продаж и т.д. данная модель описывается как единое целое. Выборка информации происходит путем «разрезания» куба по соответствующим осям. Основным разработчиком на данный момент таких моделей и ПО является фирма Oracle.

Централизованные и распределенные базы данных

Для сетевых моделей данных различают централизованную и распределенную БД. Все объекты централизованной БД размещаются на одном компьютере, все остальные компьютеры являются рабочими станциями. Обслуживание может осуществляться по принципам файл-серверной или клиент-серверной архитектуры.

В распределенной БД вся информация хранится на разных узлах сети. Для работы с такой БД, помимо стандартного ПО, обязательно ПО организации взаимодействия пользователей сети.

Системы управления базами данных

СУБД – комплекс программ, предназначенный для создания и обслуживания БД, для доступа к данным и их обработки. Основными средствами современных СУБД являются:

1) Средства описания структуры базы

2) Ср-ва конструирования экранных форм

3) Ср-ва создания запросов

4) Ср-ва создания отчетов

5) Языковые ср-ва и ср-ва разработки приложений

Большинство ИС при работе с ними использует стандартные средства СУБД, на основе которого создавалась БД при работе с экранными формами, запросами и отчетами.

Свойства СУБД:

1) Независимость программ от данных

2) Непротиворечивость данных и поддержка целостности БД

3) Защита и восстановление данных при аварийных ситуациях, программных сбоях и ошибках пользователя

4) Защита данных от несанкционированного доступа и разграничение прав пользователей

5) Наличие языка запросов ориентированного на конечного пользователя, позволяющего дополнительно создавать запросы, формы и отчеты

Программные средства создания баз данных

Современные СУБД содержат в своем составе программные средства создания БД, работы с данными и сервисные средства. В ранних СУБД поддерживалось 2 языка, язык описания данных и язык манипулирования данными. Они предназначены для пользователя. Позволяют для обработки и вывода информации подсоединять другие программные средства, например текстовый редактор или табличный процессор. В современных СУБД поддерживается язык, который объединил в себе два предыдущих. Стандартом такого для всех СУБД является конструированный язык запросов SQL, который позволяет описать структуру, создать запросы, проверить целостность базы, выполнить авторизацию доступа. Даже при работе с БД в графическом интерфейсе СУБД автоматически все действия описывает на языке SQL.

Например, создание таблицы Сотрудник.

CREAL TABLE Сотрудник

(ТабНом text (6), ФИО text (15), Оклад integer, Дата datetime)

Выбрать из таблицы сотрудника с табельным номером 1251

SELECT * FROM

Сотрудник WHERE (ТабНом = 1251)

Классификация современных СУБД

По типу поддерживаемой модели данных:

1) Иерархические

2) Сетевые

3) Реляционные

4) Объектно-ориентированные

По типу используемых ресурсов:

1) Локальные

2) Сетевые

По типу использования распределенных ресурсов:

1) Гомогенные – если распределенная СУБД состоит из СУБД одного типа установленных на компьютерах сети;

2) Гетерогенные – когда СУБД на компьютерах сети разного типа. В этом случае между СУБД устанавливается специальное программное обеспечение называемое Шлюз. С помощью него команды и данные одной СУБД преобразуются к типу другой;

3) Мультибазовые СУБД – сеть разрозненных баз со своими СУБД соединенных в единую региональную или глобальную сеть.

По виду специализации:

1) Специализированные

2) Общего назначения

Общего назначения: MS Access, Oracle, SQL Seever.