Базы данных и субд. Какие бывают базы данных
Возможно, вы еще не знаете, что входит в понятие базы данных, но то, что вы ими постоянно пользуетесь абсолютно точно. Каждый раз, когда вы что-то ищете в поисковике, вы используете базу данных. Когда вы вводите свои логин и пароль для входа на какой-нибудь сервис, они сравниваются со значениями, которые хранятся в базе данных этого сервиса.
Несмотря на то, что мы постоянно используем базы данных, для многих остается непонятным, что же это такое на самом деле. И связано это отчасти с тем, что одни и те же термины, относящиеся к базам данных, используются людьми для определения совершенно разных вещей.
Давайте разберемся с терминами и понятиями баз данных:
База данных - набор сведений, хранящихся некоторым упорядоченным способом. Можно сравнить базу данных со шкафом, в котором хранятся документы. Иными словами, база данных - это хранилище данных. Сами по себе базы данных не представляли бы интереса, если бы не было систем управления базами данных (СУБД).
Система управления базами данных - это совокупность языковых и программных средств, которая осуществляет доступ к данным, позволяет их создавать, менять и удалять, обеспечивает безопасность данных и т.д. В общем СУБД - это система, позволяющая создавать базы данных и манипулировать сведениями из них. А осуществляет этот доступ к данным СУБД посредством специального языка - SQL.
SQL - язык структурированных запросов, основной задачей которого является предоставление простого способа считывания и записи информации в базу данных.
Итак, простейшая схема работы с базой данных выглядит примерно так:
По характеру использования СУБД делят на однопользовательские (предназначенные для создания и использования БД на персональном компьютере) и многопользовательские (предназначенные для работы с единой БД нескольких компьютеров, объединенных в локальные сети). Вообще деление по характеру использования можно представить следующей схемой:
Не вдаваясь далее в подробности, отметим, что на сегодняшний день число используемых СУБД исчисляется десятками.
Наиболее известные однопользовательские СУБД - Microsoft Visual FoxPro и Access, многопользовательские - MS SQL Server,
Oracle и MySQL.
В этих уроках мы будем использовать СУБД MySQL. Во-первых, она бесплатная, а во-вторых, она является стандартом де-факто у российских хост-провайдеров. Но об этом позже, а пока вернемся к основам. В определении базы данных говорится, что это сведения, которые упорядочены некоторым образом. А как собственно они упорядочены? Об этом и пойдет речь в следующем уроке.
БД - это аббревиатура, расшифровывающаяся как "база данных", или "базы данных" (в зависимости от контекста). В данной статье рассмотрим, что она/они собой представляют, какими бывают и где применяются. Также обсудим, СУБД и БД - это одно и то же или нет.
Терминология
Базой данных называют некое структурированное хранилище информации. БД - это также способная вмещать в себе некие данные, с условием, что они обязательно будут упорядочены. Каждый из нас работал с БД хоть раз, но мог об этом даже и не догадываться, например, вводя поисковый запрос, мы обращаемся к масштабной базе данных за конкретными сведениями.
СУБД - это очередная аббревиатура, которую расшифровывают как В общем смысле они представляют собой различные программные решения, при помощи которых можно организовывать данные БД. Под этим понимается заполнение базы информацией, упорядочивание ее, удаление, копирование, анализ и многое другое.
Виды БД
В теории различают несколько их видов. Бывают:
- Реляционные базы данных (от английского слова relation, что переводится как "связь") - характеризируются отношениями и выражены в совокупности взаимосвязанных сущностей. Последние представлены в виде табличек, в которых содержатся данные БД. Это наиболее распространенный
- Иерархические - связи на уровне "предок-потомок", "начальник-подчиненный".
- Сетевые - ответвление от предыдущего вида.
- Объектно-ориентированные, которые напрямую работают с соответствующей методологией
Рассмотрим каждый из них подробнее, попутно останавливаясь на основных идеях и понятиях базы данных.
БД - это табличка?
В их обычном представлении не вызывают трудностей для понимания - это таблички с информацией. Для разъяснения можно призвать на помощь очень известную СУБД от компании "Майкрософт" - "Аксес", входящий в их привычных офисный пакет приложений.
У таблиц реляционных БД есть записи (строки) и поля (столбцы). В первых содержится непосредственно информация, данные, в последних - описания того, что именно означают записи. Например, поле - "имя", запись - "Катерина".
Для полей задаются типы значения. Они могут быть числовыми, символьными, датой, временем и т. д. Кроме того, у каждой таблицы должно быть ключевое поле - записи в нем уникально идентифицируют данные.
Следует понимать, что сама по себе БД - это не таблица. В базе может храниться от одной до нескольких сотен таблиц в зависимости от количества и разнообразия информации.
Связи между таблицами
Для обеспечения связей между таблицами в СУБД есть схемы данных. Связи бывают:
- "Один-к-одному" - каждой записи таблицы соответствует только одна запись из другой таблички.
- "Один-ко-многим" и "многие-ко-многим". Одной записи может соответствовать сразу несколько из связанной таблицы. И наоборот (для второго варианта).
- "Многие-ко-многим". Уже нетрудно догадаться, что в этом случае для нескольких строк может быть подобрано для связи несколько строк другой таблицы (такая связь организовывается при помощи промежуточной таблицы и двух связей вышеуказанного вида).
Движение вверх и вниз
Иерархические БД имеют гораздо более четкую структуру, чем реляционные. Им свойственно строгое подчинение. Имеется корневой элемент - "верхушка", от которого ответвляются подчиненные - "наследники" или "потомки". Иерархическая БД - это база с древовидной структурой, у которой у каждого узла может быть только один предок.
Такой тип удобно применять для построения хранилищ информации уже упорядоченной структуры: например, базы данных воинского подразделения или файлового менеджера. Недостатком считается невозможность для узла иметь более одного предка, а также сложность логики БД.
Расширяем связи
Сетевые БД стали решением недостатка иерархических, названного чуть выше. Единственным отличием этого типа от предыдущего стала связь "многие-ко-многим", которая в данном случае проявляется в том, что как предок может иметь много наследников, так и они, потомки, могут происходить сразу от нескольких узлов.
Табличный способ отображения
Несмотря на то что таблицы ассоциируются прежде всего с реляционными БД, и иерархические, и сетевые могут быть также представлены в виде таблиц. Основное же различие этих видов - именно в принципе построения структуры: реляционные по сравнению с двумя остальными гораздо более свободные и менее упорядоченные.
Объектно-ориентированный тип
Последний рассматриваемый тип - объектно-ориентированный - наименее распространен. Все потому, что он очень узкоспециализирован. Сложные структуры данных такой базы образуют объект и работают непосредственно с языками объектно-ориентированного программирования. Они разрабатывались в восьмидесятых годах прошлого века и не получили пока большой популярности из-за своей сложности и не очень высокого показателя быстродействия.
Аннотация: В лекции рассматривается общий смысл понятий базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД). Даются основные понятия, относящиеся к базе данных такие, как алгоритм, кортеж, объект, сущность. Основные требования, предъявляемые к банку данных. Определения БД и СУБД.
Цель лекции: Уяснить разницу между базой данных и системой управления базой данных. Ознакомиться с основными требованиями, которые предъявляются к банку данных и основными определениями, относящимися к БД и СУБД.
Рассмотрим общий смысл понятий базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД).
С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления использования ее.
Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.
Второе направление, это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах . В самом широком смысле информационная система представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы , системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.
На самом деле, второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти. Понятно, что можно говорить о надежном и долговременном хранении информации только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная память этим свойством обычно не обладает. В начале, использовались два вида устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При этом емкость магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны (они больше всего похожи на современные магнитные диски с фиксированными головками) давали возможность произвольного доступа к данным, но были ограниченного размера.
Легко видеть, что указанные ограничения не очень существенны для чисто численных расчетов. Даже если программа должна обработать (или произвести) большой объем информации, при программировании можно продумать расположение этой информации во внешней памяти, чтобы программа работала как можно быстрее.
С другой стороны, для информационных систем, в которых потребность в текущих данных определяется пользователем, наличие только магнитных лент и барабанов неудовлетворительно. Представьте себе покупателя билета, который стоя у кассы должен дождаться полной перемотки магнитной ленты. Одним из естественных требований к таким системам является средняя быстрота выполнения операций.
Именно требования к вычислительной технике со стороны не численных приложений вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными головками , что явилось революцией в истории вычислительной техники. Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, обеспечивали удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки, а возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически неограниченный архив данных.
С появлением магнитных дисков началась история систем управления данными во внешней памяти. До этого каждая прикладная программа, которой требовалось хранить данные во внешней памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на магнитной ленте или барабане и выполняла обмены между оперативной и внешней памятью с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня (машинных команд или вызовов соответствующих программ операционной системы). Такой режим работы не позволяет или очень затрудняет поддержание на одном внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации данных во внешней памяти.
Историческим шагом стал переход к использованию систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса внешней памяти и обеспечение доступа к данным.
Любая задача обработки информации и принятия решений может быть представлена в виде схемы, показанной на рис. 1.1 .
Рис.
1.1.
Определение основных терминов
Дадим определения основных терминов. В качестве составных частей схемы выделяются информация (входная и выходная) и правила ее преобразования.
Правила могут быть в виде алгоритмов, процедур и эвристических последовательностей.
| Алгоритм | - последовательность правил перехода от исходных данных к результату. Правила могут выполняться компьютером или человеком. |
| Данные | - совокупность объективных сведений. |
| Информация | - сведения, неизвестные ранее получателю информации, пополняющие его знания, подтверждающие или опровергающие положения и соответствующие убеждения. Информация носит субъективный характер и определяется уровнем знаний субъекта и степенью его восприятия. Информация извлекается субъектом из соответствующих данных. |
| Знания | - совокупность фактов, закономерностей и эвристических правил, с помощью которых решается поставленная задача. |
Последовательность операций обработки данных называют информационной технологией (ИТ). В силу значительного количества информации в современных задачах она должна быть упорядочена. Существует два подхода к упорядочению.
- Данные связаны с конкретной задачей (технология массивов) - упорядочение по использованию. Вместе с тем алгоритмы более подвижны (могут чаще меняться), чем данные. Это вызывает необходимость переупорядочения данных, которые к тому же могут повторяться в различных задачах.
- В связи с этим предложена другая, широко используемая технология баз данных, представляющая собой упорядочение по хранению.
Под базой данных (БД) понимают совокупность хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Целью создания баз данных , как разновидности информационной технологии и формы хранения данных, является построение системы данных, не зависящих от принятых алгоритмов (программного обеспечения), применяемых технических средств и физического расположения данных в ЭВМ; обеспечивающих непротиворечивую и целостную информацию при нерегламентируемых запросах. БД предполагает многоцелевое ее использование (несколько пользователей, множество форм документов и запросов одного пользователя).
База знаний (БЗ) представляет собой совокупность БД и используемых правил, полученных от лиц, принимающих решения ( ЛПР ).
Наряду с понятием "база данных" существует термин " банк данных ", который имеет две трактовки.
- В настоящее время данные обрабатываются децентрализовано (на рабочих местах) с помощью персональных компьютеров (ПК). Первоначально же использовалась централизованная обработка на больших ЭВМ. В силу централизации базу данных называли банком данных и потому часто не делают различия между базами и банками данных.
- Банк данных - база данных и система управления ею (СУБД). СУБД (например, FoxPro) представляет собой приложение для создания баз данных как совокупности двумерных таблиц.
| Банк данных (БнД) | - это система специально организованных данных, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных. |
| Базы данных (БД) | - это именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношения в рассматриваемой предметной области. Характерной чертой баз данных является постоянство: данные постоянно накапливаются и используются; состав и структура данных, необходимы для решения тех или иных прикладных задач, обычно постоянны и стабильны во времени; отдельные или даже все элементы данных могут меняться - но и это есть проявления постоянства - постоянная актуальность. |
| Система управления базами данных (СУБД) | - это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. |
Иногда в составе банка данных выделяют архивы. Основанием для этого является особый режим использования данных, когда только часть данных находится под оперативным управлением СУБД. Все остальные данные обычно располагаются на носителях, оперативно не управляемых СУБД. Одни и те же данные в разные моменты времени могут входить как в базы данных, так и в архивы. Банки данных могут не иметь архивов, но если они есть, то в состав банка данных может входить и система управления архивами.
Эффективное управление внешней памятью являются основной функцией СУБД . Эти обычно специализированные средства настолько важны с точки зрения эффективности, что при их отсутствии система просто не сможет выполнять некоторые задачи уже по тому, что их выполнение будет занимать слишком много времени. При этом ни одна из таких специализированных функций не является видимой для пользователя. Они обеспечивают независимость между логическим и физическим уровнями системы: прикладной программист не должен писать программы индексирования, распределять память на диске и т. д.
Основные требования, предъявляемые к банкам данных
Развитие теории и практики создания информационных систем, основанных на концепции баз данных, создание унифицированных методов и средств организации и поиска данных позволяют хранить и обрабатывать информацию о все более сложных объектах и их взаимосвязях, обеспечивая многоаспектные информационные потребности разных пользователей. Основные требования, предъявляемые к банкам данных, можно сформулировать так:
- Многократное использование данных: пользователи должны иметь возможность использовать данные различным образом.
- Простота: пользователи должны иметь возможность легко узнать и понять, какие данные имеются в их распоряжении.
- Легкость использования: пользователи должны иметь возможность осуществлять (процедурно) простой доступ к данным, при этом все сложности доступа к данным должны быть скрыты в самой системе управления базами данных.
- Гибкость использования: обращение к данным или их поиск должны осуществляться с помощью различных методов доступа.
- Быстрая обработка запросов на данные: запросы на данные должны обрабатываться с помощью высокоуровневого языка запросов , а не только прикладными программами, написанными с целью обработки конкретных запросов.
- Язык взаимодействия конечных пользователей с системой должен обеспечивать конечным пользователям возможность получения данных без использования прикладных программ.
База данных - это основа для будущего наращивания прикладных программ: базы данных должны обеспечивать возможность быстрой и дешевой разработки новых приложений.
- Сохранение затрат умственного труда: существующие программы и логические структуры данных не должны переделываться при внесении изменений в базу данных.
- Наличие интерфейса прикладного программирования: прикладные программы должны иметь возможность просто и эффективно выполнять запросы на данные; программы должны быть изолированными от расположения файлов и способов адресации данных.
- Распределенная обработка данных: система должна функционировать в условиях вычислительных сетей и обеспечивать эффективный доступ пользователей к любым данным распределенной БД, размещенным в любой точке сети.
- Адаптивность и расширяемость: база данных должна быть настраиваемой, причем настройка не должна вызывать перезаписи прикладных программ. Кроме того, поставляемый с СУБД набор предопределенных типов данных должен быть расширяемым - в системе должны иметься средства для определения новых типов и не должно быть различий в использовании системных и определенных пользователем типов.
- Контроль целостности данных: система должна осуществлять контроль ошибок в данных и выполнять проверку взаимного логического соответствия данных.
- Восстановление данных после сбоев: автоматическое восстановление без потери данных транзакции. В случае аппаратных или программных сбоев система должна возвращаться к некоторому согласованному состоянию данных.
- Вспомогательные средства должны позволять разработчику или
- Лингвистические средства;
- Программные средства;
- Технические средства;
- Организационно-административные подсистемы и нормативно-методическое обеспечение.
Организационно-методические средства - это совокупность инструкций, методических и регламентирующих материалов, описаний структуры и процедуры работы пользователя с СУБД и БД.
Пользователи БД и СУБД
Пользователей (СУБД) можно разделить на две основные категории: конечные пользователи ; администраторы баз данных .
Особо следует поговорить об администраторе базы данных (АБД). Естественно, что база данных строится для конечного пользователя (КП). Однако первоначально предполагалось, что КП не смогут работать без специалиста-программиста, которого назвали администратором базы данных. С появлением СУБД они взяли на себя значительную часть функций АБД, особенно для БД с небольшим объемом данных. Однако для крупных централизованных и распределенных баз данных потребность в АБД сохранилась. В широком плане под АБД понимают системных аналитиков, проектировщиков структур данных и информационного обеспечения, проектировщиков технологии процессов обработки, системных и прикладных программистов, операторов, специалистов в предметной области и по техническому обслуживанию. Иными словами, в крупных базах данных это могут быть коллективы специалистов. В обязанности АБД входит:
- анализ предметной области, статуса информации и пользователей;
- проектирование структуры и модификация данных;
- задание и обеспечение целостности;
- защита данных;
- обеспечение восстановления БД;
- сбор и статистическая обработка обращений к БД, анализ эффективности функционирования БД;
- работа с пользователем.
Краткие итоги
Базы данных (БД) - это именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношения в рассматриваемой предметной области.
Система управления базами данных (СУБД) - это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.
Основные требования, предъявляемые к банкам данных: многократное использование данных, простота, легкость использования, гибкость использования, быстрая обработка запросов на данные, язык взаимодействия.
Пользователей (СУБД) можно разделить на две основные категории: конечные пользователи; администраторы баз данных.
Вопросы для самопроверки
- Дайте определение базы данных.
- Дайте определение банка данных.
- Назовите две трактовки банка данных.
- Что такое система управления базой данных?
- Основные требования, предъявляемые к банку данных.
- Что такое данные, информация, знания?
- Пользователи СУБД и БД?
- Основные функции администратора БД.
- Что обеспечивает возможность быстрой и дешевой разработки новых приложений?
База данных представляет собой хранилище данных, в которых данные хранятся в организованном порядке.
Это облегчает функции, такие как извлечение, обновление и добавление новых данных. Базы данных имеют многочисленные применения и преимущества, когда речь идет о больших объемах, данных.
Знаете ли вы что?
"База данных Интеграция" привела к революции в бизнесе, ИТ, и образовательном секторе, предоставляя широкий спектр возможностей для управления и анализа данных.
Структура базы данных
Система базы данных состоит из следующих элементов:
Таблицы: Данные хранятся в строках (записи) и столбцах (поля).
Формы: Формы разработаны с целью ввода новых данных. Чтобы можно было легче и без ошибок добавлять информацию в базу данных через форму, а не вводить данные непосредственно в таблицу.
Запросы: Запросы написаны для извлечения строк и / или столбцов на основе заранее определенного состояния.
Наиболее известные базы данных это: MySQL, SAP, Oracle, IBM DB2 и т.д. СУБД или "система управления базы данных» используется в качестве интерфейса для связи между пользователем и базой данных.
Что такое базы данных и для где они используются?
Хранение данных / Вставка: Начальная фаза (перед вводом данных) включает в себя создание структуры данных, таких как таблицы (с необходимым количеством строк и столбцов). Затем данные вносят в эту структуру.
Восстановление данных: Базы данных используются, когда данные, которые будут храниться в большом количестве нуждаются в постоянном поиске. Это делает процесс извлечения конкретной информации проще.
Данные модификации / Updation: Статические данные не нуждаются в обновлении. Тем не менее, динамические данные нуждаются в постоянной модификации. Рассмотрим возраст сотрудников в организации. Она должна обновляться каждый год (периодическое обновление).
Пример
Рассмотрим развлекательный клуб, который имеет большое количество зарегистрированных людей. Секретарь должен постоянно отслеживать контактные данные всех зарегистрированных пользователей. Если эти записи хранятся в ряде технических описаний или списках, изменение деталей является трудоемкой задачей. Потому что, извлечение и модификация данных должна быть сделана во всех листах, содержащих эти записи в целях сохранения согласованности. Таким образом, целесообразно использовать четко определенную базу данных.
Преимущества баз данных
Емкость хранения: Базы данных хранят большее количество данных по сравнению с другими хранилищами данных. Малогабаритные данные можно вписаться в электронные таблицы или документы. Однако, когда дело доходит до тяжелых данных, базы данных являются лучшим выбором.
Ассоциация данных: записи данных из отдельных таблиц могут быть связаны. Это необходимо, когда определенный фрагмент данных существует в более чем одной таблице. Например, идентификаторы работников могут существовать в таких данных как «Заработная плата», а также «сотрудники». Связь имеет важное значение для того, чтобы иметь единые изменения в нескольких местах и тех же данных.
Несколько пользователей: Разрешения могут быть предоставлены для множественного доступа к базе данных. Это позволяет одновременно нескольким (более одного) пользователям, получить доступ и манипулировать данными.
Удаление данных: Нежелательные требования данных для удаления из базы данных. В таких случаях, записи должны быть удалены из всех связанных таблиц, чтобы избежать каких-либо нарушений данных. Это гораздо проще для удаления записей из базы данных с помощью запросов или форм, а не из других источников данных, таких как таблицы.
Безопасность данных: Файлы данных, хранятся в безопасности, в большинстве случаев. Эта особенность гарантирует, что злоумышленники не получит незаконный доступ к данным, и что их качество поддерживается.
Импорт: Это еще один важный момент в использование баз данных. Он позволяет импортировать внешние объекты (данные из других баз данных). Импорт в основном делается для таблицы или запроса. При вводе, база данных создает копию импортируемого объекта.
Экспорт: В данном случае, таблицы или запросы импортируются другими базами данных.
Связи данных: Это делается для того, чтобы избежать создание копии объекта в базе. Ссылка определяется до требуемого объекта исходной базы данных.
Сортировки данных / Фильтрация: Фильтры могут быть применены к данным, которые имеют одинаковые значения данных. Примером одинаковых данных могут быть имена сотрудников организации с аналогичными фамилиями или именами. Аналогичным образом данные могут быть отсортированы как по возрастанию, так и по убыванию. Это помогает в просмотре или распечатки результатов в требуемом порядке.
Индексация базы данных: Большинство баз данных содержат индекс для хранимых данных, что в конечном итоге повышает время доступа. Тот факт, что линейный поиск данных занимает много времени, делает эту особенность наиболее популярной.
Непрерывные связанные изменения данных: Таблицы с общими данными могут быть связаны с ключами (первичный, вторичный, и т.д.). Ключи очень полезны, потому что изменение общей организации в одной таблице отражается также в связанных таблицах.
Снижает накладные расходы: Передача данных отнимает много времени. Транзакции с помощью запросов очень быстры, таким образом производя более быстрые результаты.
Базы данных упрощают весь смысл хранения и доступа к информации. Тем не менее, предусмотрительность необходима со стороны создателя базы данных, так, чтобы иметь наиболее эффективную базу данных.
Федеральное агентство по образованию
Государственное Общеобразовательное Учреждение
Среднепрофессионального Обучения
«Тульский экономический колледж»
По дисциплине «Информатика»
На тему: «База данных. Понятие базы данных. Виды баз данных. Объекты для работы с базами данных. Типы данных в базах и таблицах Access. Основные элементы и понятия баз данных»
Подготовила студентка 2 курса
группы 216-БП
Храмова Анна
Проверил преподаватель:
Васильева И.В.
Щёкино,2007
С О Д Е Р Ж А Н И Е:
1. Введение…………………………………………...…………….……2
2. Понятие базы данных………………………………………………..3
3. Виды базы данных………………………………………….………4-5
4. Объекты для работы с базами данных…………………………...6-7
5. Типы данных в базах………………………………………………….8
6. Типы данных в таблицах Access……………………………………9
7. Основные элементы и понятия баз данных…………………..10-15
8. Тест…………………………………………………………….…16-17
9. Ответы на тест……………………………………………...…….…18
10. Вопросы для самопроверки………………………………..........19
11. Список используемой литературы……………………………….20
12. Презентация……………………………………………………21-33
13. Рецензия………………………………………………..…………..34
В В Е Д Е Н И Е:
Мы познакомились с работой Excel и знаем, что это приложение создано специально для решения задач обработки табличных данных.
Существуют системы (приложения) для решения иных классов задач. В частности, очень большую роль играют сейчас программы (приложения, системы), цепь которых – хранение данных и выдача данных по запросу пользователя.
Использование ЭВМ именно для решения этого класса задач становится всё более массовым явлением.
Смело можно сказать, что такие задачи и необходимость их решения существуют в любой фирме, на любом предприятии.
Основное понятие для подобного круга задач – база данных. Так называется файл или группа файлов стандартной структуры, служащая для хранения данных.
Для разработки программ, систем программ, работающих с базами данных, используются специальные средства – системы управления базами данных (СУБД).
СУБД включает, как правило, специальный язык программирования и все прочие средства, необходимые для разработки указанных программ.
В настоящее время наиболее известными СУБД являются FOXPRO и ACCESS. Последняя входит в состав профессионального пакета MS Office 97.
Это современные системы с большими возможностями, предназначенные для разработки сложных программных комплексов, и знакомство с ними для пользователя ЭВМ исключительно полезно, но в рамках настоящего пособия осуществить его затруднительно.
Понятие базы данных
База данных (БД) – это совокупность массивов и файлов данных, организованная по определённым правилам, предусматривающим стандартные принципы описания, хранения и обработки данных независимо от их вида.
База данных (БД) – совокупность организованной информации, относящейся к определённой предметной области, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти компьютера и постоянного применения.
Виды БД:
1.Фактографическая – содержит краткую информацию об объектах некоторой системы в строго фиксированном формате;
2.Документальная – содержит документы самого разного типа: текстовые, графические, звуковые, мультимедийные;
3.Распределённая – база данных, разные части которой хранятся на различных компьютерах, объединённых в сеть;
4.Централизованная – база данных, хранящихся на одном компьютере;
5.Реляционная – база данных с табличной организацией данных.
Одно из основных свойств БД – независимость данных от программы, использующих эти данные.
Работа с базой данных требует решения различных задач, основные из них следующие:
Создание базы, запись данных в базу, корректировка данных, выборка данных из базы по запросам пользователя.
Задачи этого списка называются стандартными.
Следующее понятие, связанное с базой данных: программа для работы с базой данных – это программа, которая обеспечивает решение требуемого комплекса задач. Любая подобная программа должна уметь решать все задачи стандартного набора.
База данных в разных системах имеет различную структуру.
В ПВЭМ обычно используются реляционные БД – в таких базах файл является по структуре таблицей. В ней столбцы называются полями, строки – записями.
Примером БД может служить расписание движения поездов или автобусов. Здесь каждая строчка – запись отражает данные строго одного объекта. База включает поля: номер рейса, маршрута следования, время отправления и т.д.
Классическим примером БД является и телефонный справочник. Запрос к базе данных – это предписание, указывающее, какие данные пользователь желает получить из базы.
Некоторые запросы могут представлять собой серьёзную задачу, для решения которой потребляется составлять сложную программу. Например, запрос к базе – автобусному расписанию: определить разницу в среднем интервале отправления автобусов из Ростова в Таганрог и из Ростова в Шахты.
Объекты для работы с базами данных
Для создания приложения, позволяющего просматривать и редактировать базы данных, нам потребуется три звена:
набор данных
источник данных
визуальные элементы управления
В нашем случае эта триада реализуется в виде:
Table
DataSource
DBGrid
Table подключается непосредственно к таблице в базе данных. Для этого нужно установить псевдоним базы в свойстве DataBaseName и имя таблицы в свойстве TableName, а затем активизировать связь: свойство Active = true.
Однако, поскольку Table является невизуальным компонентом, хотя связь с базой и установлена, пользователь не в состоянии увидеть какие – либо данные. Поэтому необходимо добавить визуальные компоненты, отображающие эти данные. В нашем случае это сетка DBGrid. Сетка сама по себе «не знает», какие данные ей нужно отображать, её нужно подключить к Table, что и делается через компонент – посредник DataSource.
А зачем нужен компонент – посредник? Почему бы сразу не подключаться к Table?
Допустим, несколько визуальных компонентов – таблица, поля ввода и т.п. подключены к таблице. А нам нужно быстро переключить их все на другую подобную таблицу. С DataSource это сделать несложно - достаточно просто поменять свойство DataSet, а вот без DataSource пришлось бы менять указатели у каждого компонента.
Приложения баз данных – нить, связывающая БД и пользователя:
БД – набор данных – источник данных – визуальные компоненты – пользователь
Набор данных:
Table (таблица, навигационный доступ)
Query (запрос, реляционный доступ)
Визуальные компоненты:
Сетки DBGrid , DBCtrlGrid
Навигатор DBNavigator
Всяческие аналоги Lable , Edit и т.д.
Компоненты подстановки
Типы данных в базах
В Access можно определить следующие типы полей:
Текстовый – текстовая строка; максимальная длина задаётся параметром «размер», но не может быть больше 255
Поле МЕМО – текст длиной до 65535 символов
Числовой – в параметре «Размер поля» можно задать поле: байт, целое, дейсвительное и т.п.
Дата/время – поле, хранящее данные о времени.
Денежный – специальный формат для финансовых нужд, по сути являющийся числовым
Счётчик – автоинкрементное поле. При добавлении новой записи внутренний счётчик таблицы увеличивается на единицу и записывается в данное поле новой записи. Таким образом, значения этого поля гарантированно различны для разных записей. Тип предназначен для ключевого поля
Логический – да или нет, правда или ложь, включен или выключен
Объект OLE – в этом поле могут храниться документы, картинки, звуки и т.п. Поле является частным случаем BLOB – полей ( Binary Large Object ), встречающихся в различных базах данных
Подстановка
Типы данных в таблицах Access :
Текстовый
Поле МЕМО
Числовой
Дата\время
Денежный
Счётчик
Логический
Объект OLE
Не надо забывать про индексы.
Связывать таблицы.
Связь с обеспечением целостности контролирует каскадное удаление и модификацию данных.
Монопольный доступ к БД нужен для того, чтобы производить в ней фундаментальные изменения.
Основные понятия и элементы баз данных
Базы данных понадобились тогда, когда возникла потребность хранить большие объёмы однотипной информации, уметь её оперативно использовать. Базами данных (в широком понимании этого слова) пользовались на протяжении всей истории жрецы, чиновники, купцы, ростовщики, алхимики.
Основное требование к базам данных – удобство доступа к данным, возможность оперативно получить исчерпывающую информацию по любому интересующему вопросу (важно не только то, что информация содержится в базе, важно то, насколько она хорошо структирована и целостна).
Лишь только появились и распространились компьютеры, почти сразу на них возложили тяжёлый и кропотливый труд по обработке и структурированию данных, появились базы данных (БД) в их нынешнем понимании.
Согласно современным требованиям к базам данных, информация, содержащаяся в них, должна быть:
непротиворечивой (не должно быть данных, противоречащих друг другу);
неизбыточной (следует избегать ненужного дублирования информации в базе, избыточность может привести к противоречивости – например, если какие – то данные изменяют, а их копию в другой части базы забыли изменить);
целостной (все данные должны быть связаны, не должно быть ссылок на несуществующие в базе данные)
Реляционная модель баз данных была предложена Эдгаром Коддом в конце 70-х годов. В рамках этой модели база данных представляет собой набор таблиц, связанных друг с другом отношениями. При достаточной простоте (а значит, и удобстве реализации на компьютере) данная модель обладает гибкостью, позволяющей описывать сложно структурированные данные. Кроме того, для этой модели достаточно глубоко проработано теоретическое обоснование, что также даёт возможность эффективнее использовать компьютер при создании базы данных и работе с ней. В плане правил связи в реляционной модели реализуется отношение «один–ко–многим» связи между таблицами. Это значит, что одной записи в главной таблице соответствует несколько записей в подчинённой таблице (в том числе может не соответствовать ни одной записи). Другие типы связей: «один-к-одному», «много-к-одному» и «много-ко-многим» - можно свести к данному типу «один-ко-многим». Реляционные базы данных состоят из связанных таблиц.
Таблица представляет собой двумерный массив, в котором хранятся данные. Столбцы таблицы (в рамках принятых обозначений БД) называются полями, строки – записями. Количество полей таблицы фиксировано, количество записей – нет. Фактически таблица – нефиксированный массив записей с одинаковой структурой полей в каждой записи. Добавить в таблицу новую запись не составляет труда, а то время как добавление нового поля влечёт за собой рестрктуризацию всей таблицы и может вызвать определённые трудности. В качестве значений полей в записях могут храниться числа, строки, картинки и т.д. Таблицы баз данных хранятся на жёстком диске (на локальном компьютере или на сервере баз данных – в зависимости от типа БД). Одной таблице соответствуют обычно несколько файлов – один основной и несколько вспомогательных. Тонкости организации таблиц зависят от используемого формата (dBase, Paradox, InterBase, Microsoft Access и т.д.)
Ключ – поле или комбинация полей таблицы, значения в которых однозначно определяют запись. Ключ потому так и называется, что, имея значения ключевых полей, можно однозначно получить доступ к нужной записи. Таким образом, ключи чрезвычайно полезны для связи таблиц. Записывая значения ключа в отведённые поля подчинённой таблицы и тем самым, задавая ссылку, обеспечиваем связь двух записей – записи в главной таблице и записи в подчинённой таблице. В одной записи подчинённой таблицы может находиться и несколько ссылок на записи главной таблицы. Например, в школьном журнале может быть таблица – список дежурств, где в каждой записи содержатся фамилии и имена (ключ их двух полей) нескольких дежурных. Так осуществляется связь различных записей главной таблицы и реализуется достаточно сложная структура данных. В школьной практике в качестве ключевых полей используются имена и фамилии, но в БД лучше отводить специальные ключевые поля – индивидуальные номера (коды) записей. Это гарантированно уберегает от возможных проблем с однофамильцами. В школе же, где не требуется такая компьютерная чёткость, появление в одном классе двух учеников с одинаковыми именами и фамилиями – очень редкое событие, поэтому можно простить подобное техническое упущение. Кроме связывания, ключи могут использоваться для прямого доступа к записям, ускорения работы с таблицей.
Индекс – поле, так же, как и ключ, специально выделенное в таблице, данные в котором, однако, могут повторяться. Они также служат для ускорения доступа и, кроме того, для сортировки и выборок.
Нормальные формы были придуманы, скорее, для автоматизации процесса создания баз данных, нежели как руководство тем, кто создаёт их вручную (автоматическое проектирование больших баз данных может производиться с помощью специальных систем программ – средств (CASE). Реально при ручной разработке проектировщик сразу же задумывает необходимую структуру, планирует нужные таблицы, а не идёт от одной большой таблицы. Нормальные формы фактически формализуют интуитивно понятые требования к организации данных, помогая, прежде всего, избежать избыточного дублирования данных.
Первая нормальная форма:
информация в полях неделимая (к примеру, имя и фамилия должны быть разными полями, а не одним);
в таблице нет повторяющихся групп полей
Вторая нормальная форма:
выполнена первая форма;
любое неключевое поле однозначно идентифицируется ключевыми полями (фактически, требование наличия ключа)
Третья нормальная форма:
выполнена вторая форма
неключевые поля должны однозначно идентифицироваться только ключевыми полями (это значит, что данные, не зависящие от ключа, должны быть вынесены в отдельную таблицу)
Требование третьей нормальной формы имеет тот смысл, что таблицу с полями (Имя, Фамилия, Класс, Классный руководитель) необходимо разбить на две таблицы (Имя, Фамилия, Класс) и (Класс, Классный руководитель), поскольку поле Класс однозначно определяет поле Классный руководитель (а согласно третьей форме, однозначно определять должны только ключи).
Для более глубокого понимания тонкостей проведения операций с записями в таблицах необходимо иметь понятия о способах доступа, транзакциях и бизнес-правилах.
Способы доступа определяют, как технически производятся операции с записями. Способы доступа выбираются программистом во время разработки приложения. Навигационный способ основан на последовательной обработке нужных записей поодиночке. Он обычно используется для небольших локальных таблиц. Реляционный способ основан на обработке сразу набора записей с помощью SQL-запросов. Он используется для больших удалённых БД.
Транзакции определяют надёжность выполнения операций по отношению к сбоям. В транзакцию объединяется последовательность операций, которая либо должна быть выполнена полностью, либо не выполнена совсем. Если во время выполнения транзакции произошёл сбой, то все результаты всех операций, входящих в неё отменяются. Это гарантирует то, что не нарушается корректность базы данных даже в случае технических (а не программных) сбоев.
Бизнес-правила определяют правила проведения операций и представляют механизмы управления БД. Задавая возможные ограничения на значения полей, они также вносят свой вклад в поддержание корректности базы. Несмотря на возможные ассоциации с бизнесом как коммерцией, бизнес-правила не имеют к нему прямого отношения и просто являются правилами управления базами данных.
Корректная БД:
- неизбыточная;
- непротиворечивая;
- целостная
Реляционная БД:
- таблицы;
- связи между таблицами с помощью ключей
- поля (столбцы) – фиксированы;
- записи (строки) – легко добавляются и удаляются
- однозначно определяет запись
Ключи и индексы:
- служат для связи таблиц, прямого доступа, ускорения обработки и т.п.
Нормальные формы:
- служат для борьбы с избыточностью данных;
- много требуют, но из самых благих побуждений
Способы доступа:
-навигационный;
- реляционный
Защита корректности БД:
- транзакции – техническая защита
- бизнес-правила – логическая защита
Т Е С Т
1.Модели баз данных:
А) коммерческие
Б) сетевые
В) объектно-ориентированные
Г) революционные
Д) реляционные
Е) интегральные
2.Виды базы данных:
А) документальные
Б) сетевые
В) графические
Г) реляционные
3.Какая из баз данных содержит документы самого разного типа?
А) распределённая
Б) централизованная
В) фактографическая
Г) документальная
4.Что может являться примером базы данных?
А) пешеход, стоящий на обочине дороги
Б) телефонный справочник
В) расписание уроков
Г) расписание движения поездов или автобусов
5. Что такое ключ?
А) ссылкаБ) кодовое словоВ) программаГ) поле или комбинация полей таблицы6. Что будет выведено на экран в результате выполнения фрагмента программы?
M:= ‘биология’;
k:= ‘зоо’ + copy (m, 4, 5);
writeln (k);
Ответы на тест
Вопросы для самопроверки :
1. Что такое БД?
2. Что является классическим примером БД?
3. Приведите несколько примеров БД
4. Какой вид БД обычно используется в ПВЭМ?
5. Какие виды БД вы знаете?
6. Какие три звена нам потребуются для создания приложения, позволяющего просматривать и редактировать базы данных?
7. Какие типы полей можно определить в Access?
8. Для чего нужен монопольный доступ к БД?
9. Что такое реляционная модель базы БД?
10. Сколько существует нормальных форм в БД? Перечислите их
11. Что такое транзакции?
Л И Т Е Р А Т У Р А :
1. Информатика. Учебное пособие для среднего профессионального образования (+CD)/Под общ. ред. И.А. Черноскутовой – СПб.: Питер, 2005. – 272 с.: ил. стр. 24 - 25
2. Информатика. Учебное пособие для студ. пед. вузов /А.В.Могилёв; Н.И.Пак, Е.К.Хённер; Под ред. Е.К.Хённера. – М., 1999. - 816 с стр. 185 - 187
3. Информатика. Учебник. – 3-е перераб. изд./Под ред. проф. Н.В.Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2000. – 768 с.: ил.
Р Е Ц Е Н З И Я