Общая характеристика баз данных. Характеристика базы данных

Построение реляционных баз данных

Основы построения реляционных баз данных

Описание реляционных данных

В процессе построения реляционной базы данных должны быть решены несколь­ко задач. Во-первых, необходимо описать структуру базы данных для СУБД. Для этого разработчик использует язык описания данных или какой-либо эквивалент­ный способ описания структуры (например, графическое отображение). Затем база данных записывается на тот или иной физический носитель и заполняется данными. В этом разделе мы рассмотрим каждую из этих задач, но сначала позна­комимся с реляционной терминологией.

Обзор терминологии

Как указывалось в главе 5, отношение - это таблица, обладающая определенны­ми свойствами.

Записи в отношении могут иметь только одиночные значения; множест­венные значения не допускаются. Следовательно, на пересечении строки и столбца находится только одно значение.

Все записи в одном столбце имеют один и тот же тип. Например, один столбец может содержать имена покупателей, а другой - их даты рожде­ния. Каждый столбец имеет уникальное имя, и порядок следования столб­цов несуществен. Столбцы отношения носят название атрибутов. Каж­дый атрибут имеет свой домел, который представляет собой физическое и логическое описание множества допустимых значений.

3. В отношении не может быть двух одинаковых строк, и порядок следова­ния строк несуществен (рис. 8.1). Строки отношения называются также кортежами.

Рисунок 8.1 являет собой пример, или отдельный экземпляр, реляционной структуры, содержащей сведения о пациенте клиники. Обобщенный формат, PATIENT (Name , Birth Date , Gender , AccountNumber , Physician ) - это структура отноше­ния; именно ее большинство людей имеют в виду под термином отношение. (Вспомните из главы 5, что подчеркиванием выделяется атрибут, являющийся ключом отношения.) Если мы добавим в структуру отношения ограничение на возможные значения данных, мы получим реляционную схему (relational schema). Все эти термины приведены в табл. 8.1.

Недоразумения относительно термина «ключ»

Термин ключ зачастую является источником недоразумений, так как он имеет различные значения на стадиях проектирования и реализации. В процессе про­ектирования под ключом понимается один или несколько столбцов, однозначно определяющих строку отношения. Как мы знаем из главы 5, каждое отношение имеет хотя бы один ключ, поскольку каждая строка является уникальной; в пре­дельном случае ключ представляет собой комбинацию всех столбцов отношения. Обычно ключ состоит из одного-двух столбцов.

На стадии реализации термин ключ используется в другом значении. В боль­шинстве реляционных СУБД ключом называется столбец, на базе которого СУБД формирует индекс и другие структуры данных. Это делается для того, чтобы обеспечить быстрый доступ к значениям из данного столбца. Эти ключи не обязаны быть уникальными, и зачастую они действительно таковыми не яв­ляются. Они создаются только для повышения быстродействия. (Информацию о таких структурах данных вы найдете в приложении А.)

Рассмотрим, например, отношение ЗАКАЗ (НомерЗаказа, ДатаЗаказа, НомерКли-ента, Количество). С точки зрения проектирования, ключом этого отношения яв­ляется НомерЗаказа, так как выделение жирным шрифтом означает, что данный атрибут однозначно определяет строку отношения. С точки зрения реализации, ключом может быть любой из четырех столбцов данного отношения. Это может быть, например, атрибут ДатаЗаказа. В таком случае СУБД создаст структуру данных, обеспечивающую быстрый доступ к данным из отношения ЗАКАЗ по зна­чению даты заказа. Скорее всего, конкретному значению атрибута ДатаЗаказа бу­дет соответствовать много строк. В данном смысле определение атрибута в каче­стве ключа не говорит ничего о его уникальности.

Иногда, чтобы различать два значения слова ключ, употребляются термины логический ключ (logical key) и физический ключ (physical key). Логический ключ - это уникальный идентификатор, а физический ключ - это столбец, для которого с целью увеличения быстродействия создан индекс или другая структура данных.

Индексы

Поскольку физический ключ обычно является индексом, некоторые оставляют за термином ключ значение логического ключа, а за термином индекс - значение физического ключа. В данной книге мы именно так и будем поступать: термин ключ мы будем использовать в значении «логический ключ», а термин индекс - в значении «физический ключ».

В пользу создания индексов есть три соображения. Одно из них состоит в том, чтобы обеспечить ускоренный доступ к строкам по значению индексируемого атрибута. Другое заключается в упрощении сортировки строк по этому атрибу­ту. Например, в отношении ЗАКАЗ в качестве ключа может быть определен атри­бут ДатаЗаказа, в результате чего отчеты, в которых заказы отсортированы по да­те, будут генерироваться быстрее.

Третья цель построения индексов - обеспечение уникальности. Индексы не обязаны быть уникальными, но когда разработчик хочет, чтобы какой-то столбец был уникальным, СУБД создает для этого столбца индекс. В большинстве реля­ционных СУБД столбец или группу столбцов можно сделать уникальными, если при определении столбца в таблице указать ключевое слово UNIQUE .

Реализация реляционной базы данных

И этой книге для описания структуры базы данных мы используем реляционную модель. Поэтому от проектирования базы данных мы можем непосредственно пе­реходить к ее реализации. Нам нет нужды как-либо преобразовывать структуру па стадии реализации: все, что требуется сделать, - это описать существующую реляционную структуру для СУБД.

При реализации баз данных с использованием СУБД, основанных не на реля­ционной модели, дело обстоит иначе. Например, реализуя базу данных на основе модели DL/I, мы должны преобразовать реляционную структуру в иерархиче­скую, а затем описать для СУБД преобразованную структуру.

Описание структуры базы данных для СУБД

Есть несколько способов, с помощью которых структура базы данных описывает­ся для СУБД. Эти способы зависят от того, какая конкретно СУБД используется. 13 некоторых продуктах создается текстовый файл, который описывает структуру базы данных. Язык, используемый для определения такой структуры, иногда на­зывается языком определения данных (data definition language, DDL). В текстовом DDL-файле перечислены названия таблиц базы данных, указаны названия столб­цов этих таблиц и описано их содержимое, определены индексы, а также описаны другие структуры (ограничения, меры безопасности). В листинге 8.1 с помощью типичного языка определения данных описана простая реляционная база данных для гипотетической СУБД. Более реалистичные примеры с использованием стандарта под названием SQL приведены в главах 12 и 13.

Некоторые СУБД не требуют, чтобы структура базы данных была определена с помощью DDL в текстовом формате. Наиболее распространенная альтер­натива - это графический способ задания структуры базы данных. Например, в Access 2002 разработчику дается графическая структура в виде списка, в соот­ветствующих местах которой нужно ввести имена таблиц и столбцов. Пример этого мы видели в главе 2 (см. рис. 2.2).

Вообще говоря, графические средства описания данных распространены в СУБД, предназначенных для работы на персональных компьютерах. На серве­рах и больших ЭВМ применяются как графические, так и текстовые средства. Например, в Oracle и SQL Server для определения данных могут применяться оба способа. На рис. 8 .2 представлена общая схема процесса описания данных для СУБД.

При любом способе определения структуры данных разработчик должен дать название каждой таблице, определить столбцы для этой таблицы и описать фи­зический формат данных в каждом столбце (скажем, TEXT 10). Кроме того, в зави­симости от возможностей используемой СУБД, разработчик может указать ог­раничения, которые должны реализовываться СУБД. Значения столбцов могут определяться, например, как NOT NULL (не пустой) или UNIQUE (уникальный). Не­которые продукты позволяют также устанавливать ограничения на возможные значения (атрибут Часть может принимать значения, меньшие 10 000, а атрибут Цвет может принимать одно из значений ["Красный"/Зеленый"/Синий"]). Наконец, могут быть введены ограничения целостности по внешнему ключу. Приведем при­мер такого ограничения: «Значение атрибута НомерОтдела в таблице СОТРУДНИК должно быть равно значению атрибута НомерОтдела в таблице ОТДЕЛ».

Во многих СУБД разработчик может также устанавливать пароли и исполь­зовать другие средства контроля и безопасности. Как будет показано в главе 11, существует множество различных стратегий обеспечения безопасности. В одних стратегиях объектами контроля являются структуры данных (например, таблица защищается паролем), в других - пользователи (обладатель пароля X может чи­тать и обновлять таблицы Т1 и Т2).

Распределение пространства на физических носителях

Кроме определения структуры базы данных, разработчик должен выделить место для базы данных на физическом носителе. И вновь конкретные действия зависят от того, какая именно СУБД используется. В случае персональной базы данных псе, что требуется сделать, - это присвоить базе данных каталог на диске и дать ей имя. После этого СУБД автоматически выделит пространство для хранения данных.

Другие СУБД, в особенности предназначенные для серверов и больших ЭВМ, требуют больших усилий. Чтобы повысить быстродействие и улучшить контроль, необходимо тщательно спроектировать распределение информации в базе дан­ных по дискам и каналам. Например, в зависимости от специфики обработки приложений, может оказаться, что определенные таблицы лучше размещать на одном и том же диске. И наоборот, может быть важно, чтобы определенные таб­лицы не находились на одном и том же диске.

Рассмотрим, например, объект-заказ, скомпонованный из таблиц ЗАКАЗ, СТР0КА_ ЗАКАЗА и ТОВАР. Предположим, что при обработке заказа приложение считывает одну строку из таблицы ЗАКАЗ, несколько строк из таблицы СТР0КА_ЗАКАЗА и по одной строке из таблицы ТОВАР для каждой строки из таблицы СТР0КА_ЗАКАЗА. Далее, строки из таблицы СТР0КА_ЗАКАЗА, относящиеся к одному и тому же за­казу, обычно сгруппированы вместе, а строки в таблице ТОВАР не сгруппированы никак. Эту ситуацию иллюстрирует рис. 8.3.

Теперь представим, что организация параллельно обрабатывает множество за­казов и что у нее есть два диска: один большого объема и быстродействующий, а другой - меньшего объема и более медленный. Разработчик должен опреде­лить наилучшее место для хранения данных. Возможно, производительность улучшится, если таблица ТОВАР будет храниться на большом диске с быстрым доступом, а таблицы СТРОКА_ЗАКАЗА и ЗАКАЗ - на диске меньшего размера и бы­стродействия. А может быть, производительность будет выше, если поместить данные из таблиц ЗАКАЗ и СТРОКА_ЗАКАЗА за предыдущие месяцы на более мед­ленный диск, а за текущий месяц - на более быстрый.

Мы не можем ответить на эти вопросы здесь, поскольку ответ зависит от объема данных, характеристик СУБД и операционной системы, размера и быстродейст­вия дисков и каналов, а также от требований приложений, использующих эту базу данных. Смысл состоит в том, что все эти факторы необходимо принимать во вни­мание при выделении пространства для базы данных на физическом носителе.

Кроме местоположения и объема пространства для данных пользователя, разра­ботчику, возможно, потребуется также указать, должно ли это пространство уве­личиваться по мере необходимости, и если да, то на какую величину. Как правило, величина такого приращения указывается либо в виде фиксированного значения, либо в виде процентов от первоначального объема занимаемого пространства.

При создании базы данных разработчику понадобится выделить файловое пространство для журналов базы данных. О ведении журналов вы узнаете в гла­вах 11-13; на данном этапе вам просто следует знать, что СУБД ведет журнал изменений в базе данных, который потом, в случае необходимости, можно ис­пользовать для восстановления базы. Файловое пространство для журналов вы­деляется на этапе создания базы данных.

Составление плана обслуживания базы данных

План обслуживания (maintenance plan) базы данных - это расписание процедур, которые необходимо выполнять на регулярной основе. Эти процедуры включают в себя резервное копирование базы данных, сброс содержимого журнала базы данных в архивные файлы, проверка на наличие нарушений ссылочной целост­ности, оптимизация дискового пространства для данных пользователя и индексов и т. д. К этим вопросам мы также обратимся в главе 11, но имейте в виду, что план обслуживания базы данных должен составляться в процессе ее создания или вскоре после него.

Заполнение базы данных информацией

Когда база данных описана и для ее хранения выделено пространство на физиче­ском носителе, можно начинать заполнение базы данных информацией. То, ка­ким путем это делается, зависит от требования приложений и возможностей СУБД. В лучшем случае все данные уже находятся в формате, воспринимаемом компьютером, а в СУБД имеются возможности и средства, позволяющие упро­стить импорт данных с магнитных носителей. В худшем случае все данные долж­ны вводиться вручную через клавиатуру с помощью прикладных программ, созданных разработчиками «с нуля». Большинство ситуаций, где необходимо конвертирование данных, находятся в промежутке между этими двумя крайними случаями.

Когда данные введены, необходимо проверить их корректность. Такая про­верка утомительна и требует больших трудозатрат, однако она весьма важна. За­частую, особенно в больших базах данных, есть смысл в написании специальных программ для проверки данных. Преимущества от использования этих программ вполне окупят время и деньги, затраченные командой разработчиков на их соз­дание. Такие программы занимаются тем, что подсчитывают количество строк в различных категориях, вычисляют контрольные суммы, выполняют проверки допустимости значений данных и другие процедуры контроля.

Манипулирование реляционными данными

Мы обсудили проектирование реляционных баз данных и способы, при помощи которых структура базы данных описывается для СУБД. До сих пор, говоря об операциях с отношениями, мы рассуждали в обобщенной и интуитивной манере. Такая манера хороша, пока речь идет о проекте, но для реализации приложений нам нужен четкий и непротиворечивый язык, выражающий логику обработки. Такие языки носят название языков манипулирования данпьши (data manipulation languages, DML).

На сегодняшний день предложено четыре стратегии манипулирования реляци­онными данными. Первая из стратегий, реляционная алгебра (relational algebra), определяет операторы, действующие на отношения (они подобны операторам высшей алгебры +, - и т. д.). Эти операторы позволяют манипулировать отноше­ниями для достижения желаемого результата. Но реляционная алгебра трудна в использовании, отчасти потому, что она является процедурной. Это значит, что при использовании реляционной алгебры мы должны знать не только то, что мы делаем, но и то, как это делается.

Реляционная алгебра не используется в коммерческих системах обработки баз данных. Хотя ни одна коммерчески успешная СУБД не включает в себя ин­струментарий реляционной алгебры, мы будем обсуждать ее здесь, поскольку это поможет яснее представить себе манипулирование реляционными данными и заложит основу для изучения SQL.

Реляционное исчисление (relational calculus) - вторая стратегия манипулиро­вания реляционными данными. Реляционное исчисление не является процедур­ным; оно представляет собой язык, выражающий то, что мы хотим сделать, без указания на то, как этого достичь. Вспомните переменную интегрирования в ин­тегральном исчислении: эта переменная принимает значения из того диапазона, по которому происходит интегрирование. В реляционном исчислении есть по­добная переменная. В кортежио-реляционном исчислении областью значений этой переменной являются кортежи отношения, а в доменно-реляционном ис­числении - значения домена. В основе реляционного исчисления лежит область математики, называемая исчислением предикатов.

Если вы не собираетесь становиться теоретиком реляционной технологии, вам, скорее всего, не понадобится изучать реляционное исчисление. Оно никогда не используется в коммерческих системах обработки баз данных, и в его изуче­нии для наших целей нет необходимости. Таким образом, мы не будем обсуж­дать его в этой книге.

Хотя реляционное исчисление трудно для понимания и использования, его непроцедурный характер является преимуществом. Поэтому разработчики СУБД начали поиск других непроцедурных стратегий, который привел к появлению третьей и четвертой категорий языков манипулирования реляционными данными.

Языки, ориентированные на преобразования (transform-oriented languages), - это класс непроцедурных языков, которые преобразуют входные данные, имею­щие вид отношений, в результат, представляющий собой одно отношение. В этих языках имеются простые в использовании структуры, позволяющие указать дей­ствия, которые необходимо совершить с предоставленными данными. SQUARE, SEQUEL и SQL - это примеры языков, ориентированных на преобразования. Язык SQL будет подробно изучаться нами в главах 9, 12 и 13.

Четвертая категория языков манипулирования реляционными данными - это графические языки. К этой категории относятся запрос по образцу (Query-by-Example) и запрос из формы (Query-by-Form). В числе продуктов, поддерживаю­щих эту категорию, можно упомянуть Approach (фирмы Lotus) и Access. Поль­зователю выдается графическое представление одного отношения или более. Представление может иметь вид формы для ввода данных, электронной таблицы или какой-либо другой структуры. СУБД преобразует представление в соответ­ствующее отношение и формирует запросы (скорее всего, на SQL) от лица поль­зователя. После этого пользователи инициируют выполнение операторов DML, по они об этом не знают. Четыре категории языков манипулирования реляцион­ными данными:

реляционная алгебра;

реляционное исчисление;

языки, ориентированные на преобразования (например, SQL);

запрос по образцу, запрос из формы.

Интерфейсы языков манипулирования данными

В этом разделе мы рассмотрим четыре вида интерфейсов, с помощью которых осуществляется манипулирование информацией в базе данных.

Манипулирование данными посредством форм

В большинстве реляционных СУБД имеются средства для создания форм. Неко­торые формы генерируются автоматически при определении таблицы, другие должны создаваться разработчиком. Помощь в этом процессе может оказать ин­теллектуальный ассистент, присутствующий, например, в Access. Форма может иметь вид таблицы (электронной таблицы), в которой одновременно показыва­ются несколько строк отношения. Есть и другой вид форм, где каждая строка от­ношения представляется отдельно. На рис. 8.4 и 8.5 приведены примеры обоих типов форм для таблицы PATIENT с рис. 8.1. Большинство продуктов обеспечивают некоторую гибкость в обработке форм и отчетов. Например, строки для обработки могут выбираться по значениям столбцов и могут быть отсортированы. Таблица па рис. 8.4 отсортирована по значению поля AccountNumber.

Многие формы, генерируемые по умолчанию, содержат в себе данные только из одного отношения. Если нужно получить данные из двух или более отноше­ний, тогда, как правило, нужно создавать специальные формы с помощью средств СУБД. Такие средства позволяют создавать как многотабличные, так и много­строчные формы. Поскольку использование этих средств сильно зависит от кон­кретной СУБД, мы не будем рассматривать их далее.

Интерфейс языка запросов и обновлений

Второй тип интерфейса к базе данных - это язык запросов и обновлений (query/ update language), или просто язык запросов (query language). (Хотя большинство такого рода языков позволяют выполнять как запрос, так и обновление данных, их чаще всего называют языками запросов.) В этом случае пользователь вводит команды, которые указывают, какие действия необходимо произвести над базой данных. СУБД расшифровывает эти команды и выполняет предписанные дейст­вия. Рисунок 8.6 показывает, какие программы участвуют в обработке запроса.

Важнейшим из всех языков запросов является SQL. Чтобы дать вам пред­ставление о языках запросов, рассмотрим следующий SQL-оператор, который обрабатывает отношение PATIENT , показанное на рис. 8.1:

SELECT Name. DateOfBirth FROM PATIENT

WHERE Physician = "Levy"

Этот оператор извлекает из отношения PATIENT все строки, в которых атрибут Physician имеет значение " Levy ". Значения атрибутов Name и DateOf Birth из этих строк он затем помещает во вторую таблицу.

Хранимые процедуры

Со временем пользователи и разработчики баз данных обнаружили, что некото­рые последовательности команд SQL приходится выполнять регулярно. Единст­венное, что при этом меняется, - это значения, указываемые в предложении WHERE . Например, при ежемесячном начислении платежей выполняются одни и те же SQL-операторы, но с различной датой закрытия. Чтобы учесть эту потреб­ность, производители СУБД ввели так называемые хранимые процедуры (stored procedures). Такая процедура представляет собой набор SQL-операторов, кото­рый хранится в файле и может быть запущен на выполнение одной командой. Параметры, указываемые в предложении WHERE и т. д., могут передаваться при вызове процедуры. Примером может служить следующее:

DO BILLING STORED_PROCEDURE FOR BILLDATE = "9/1/2000"

Эта строка запускает хранимую процедуру под названием BILLING со значени­ем параметра BILLDATE , равным "9/1/2000".

По мере накопления разработчиками опыта выявилась одна проблема. SQL создавался как подъязык данных, и при этом не делалось попыток наделить его всеми элементами полноценного языка программирования. Однако некоторые из этих элементов были необходимы для написания хранимых процедур, и про­изводители СУБД создали расширенные версии SQL, включив в них допол­нительные возможности. Один такой язык, PL/SQL, был разработан для Oracle, а еще один, под названием TRANSACT-SQL, - для SQL Server. Более подробно об этих языках вы узнаете из глав 12 и 13.

Специальный тип хранимой процедуры - триггер (trigger) - вызывается СУБД при выполнении заданного условия. Например, в приложении, обрабаты­вающем заказы, разработчик должен создать триггер, который запускается в тех случаях, когда количество товара на складе оказывается ниже заданного предела (то есть пора заказывать товар у оптового поставщика). Более подробно о храни­мых процедурах вы узнаете из глав 12 и 13.

Интерфейс прикладных программ

Четвертый тип интерфейса доступа к данным - это доступ через прикладные программы, написанные на таких языках программирования, как COBOL, BASIC, Perl, Pascal и С++. Кроме того, некоторые прикладные программы пишутся на встроенных в используемые СУБД языках. Из таких языков программирования наибольшей известностью пользуется dBASE.

Есть два стиля интерфейса между прикладными программами и СУБД. Пер­вый из них характеризуется тем, что прикладные программы вызывают подпро­граммы из библиотеки функций, поставляемой в комплекте с СУБД. Например, чтобы считать строку из таблицы, прикладная программа вызывает функцию чтения СУБД и передает ей параметры, которые указывают нужную таблицу, требуемые столбцы, критерии выбора строки и т. п.

В некоторых случаях вместо вызовов функций используется объектно-ориен­тированный синтаксис. В приведенном ниже коде Access объектный указатель db устанавливается на открытую в данный момент базу данных, а объектный указа­тель rs ссылается на строки таблицы PATIENT ;

set db = currentdbC)

set rs = db.OpenRecordsetCPATIENT")

С помощью последнего указателя можно обращаться к свойствам откры­ того набора записей и запускать его методы. Например, с помощью свойства rs . AllowDeletions можно определить, могут ли быть удалены записи из набора за­писей PATIENT . Метод MoveFirst перемещает курсор на первую строку.

Второй, более старый тип интерфейса используется иногда в СУБД, предна­значенных для больших ЭВМ и серверов. Здесь производителем СУБД опреде­лен набор высокоуровневых команд доступа к данным. Эти команды, которые относятся к обработке базы данных и не являются частью какого-либо стандарт­ного языка, встраиваются в код прикладной программы.

Прикладная программа со встроенными командами передается на предвари­тельный компилятор, входящий в комплект СУБД. Он транслирует операторы доступа к данным в корректные вызовы функций и определяет области данных, которые будут совместно использоваться прикладными программами и СУБД. Предварительный компилятор также вставляет в программу код, поддерживаю­щий доступ к этим областям данных. Обработанная таким образом программа передается на языковой компилятор. На рис. 8 .7 показано взаимодействие про­грамм в этом процессе.

База данных -- организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

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

База данных -- совокупность взаимосвязанных данных, совместно хранимых в одном или нескольких компьютерных файлах.

Существует множество других определений, отражающих скорее субъективное мнение тех или иных авторов о том, что означает этот термин в их понимании, однако общепризнанная единая формулировка отсутствует. Наиболее часто используются следующие отличительные признаки: База данных хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Таким образом, любые внекомпьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки, картотеки и т. п.) базами данных не являются.

Данные в базе данных логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе.

Структурированность подразумевает явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизацию элементов и связей, при которой с типом элемента (связи) соотносится определённая семантика и допустимые операции.

Из перечисленных признаков только первый является строгим, а другие допускает различные трактовки и различные степени оценки. Можно лишь установить некоторую степень соответствия требованиям к БД.

Многие специалисты указывают на распространённую ошибку, состоящую в некорректном использовании термина база данных вместо термина система управления базами данных. Эти понятия, следовательно, необходимо различать.

Базы данных необходимы для хранения и фильтрации информации, для её обработки и обмена. В целом, спектр применения достаточно широкий. По всему миру люди используют БД, начиная от простого пользователя-любителя, заканчивая крупнейшими мировыми корпорациями.

База данных - это хранилище для большого количества систематизированных данных, с которыми можно производить определённые действия. Под действиями понимается добавление, удаление, изменение, копирование, упорядочивание и прочее.

Все данные в БД можно представить в виде записей или объектов.

Для успешной работы с БД необходимы какие-то программные средства, при помощи которых можно было бы создавать и управлять БД. Для этого существуют Системы Управления Базами Данных (СУБД).

СУБД - совокупность языковых и программных средств, обеспечивающих создание, использование и ведение БД.

Существует два вида СУБД: локальные и сетевые.

Локальные - это СУБД, работающие на одном компьютере. К таким относятся dBase, FoxPro, Microsoft Access, Paradox и т.д.

Сетевые - это СУБД, позволяющие нескольким компьютерам использовать одну и ту же БД с помощью технологии клиент-сервер. Примером таких СУБД являются InterBase, Oracle, Microsoft SQL Server и т.д.Поскольку мы разбираем общие понятия, то расскажу немного о взаимосвязи данных.

Существует 4 типа взаимосвязи данных:

1) Один к одному

2) Один ко многим

3) Много к одному

4) Много ко многим

Вид взаимосвязи один к одному означает, что каждая запись одного объекта БД будет указывать на единственную запись другого объекта.

Один ко многим означает, что одной записи объекта БД будет соответствовать несколько записей других объектов.

Много к одному означает, что нескольким записям объектов БД будет соответствовать одна запись другого объекта.

Много ко многим устанавливается между двумя типами объектов БД.

Характеристика баз данных

База данных - это реализованная с помощью компьютера информационная структура (модель), отражающая состояние объектов и их отношения.

Следует учесть, что это определение не является единственно возможным. Информатика в отношении определений чаще всего не похожа на математику с ее полной однозначностью. Если подойти к понятию “база данных” с чисто пользовательской точки зрения, то возникает другое определение: база данных - совокупность хранимых операционных данных некоторого предприятия. Все дело в том, какой аспект доминирует в рассмотрении; в данной главе первое из определений более уместно.

Опыт использования баз данных позволяет выделить общий набор их рабочих характеристик:

* полнота - чем полнее база данных, тем вероятнее, что она содержит нужную информацию (однако, не должно быть избыточной информации);

* правильная организация - чем лучше структурирована база данных, тем легче в ней найти необходимые сведения;

* актуальность - любая база данных может быть точной и полной, если она постоянно обновляется, т.е. необходимо, чтобы база данных в каждый момент времени полностью соответствовала состоянию отображаемого ею объекта;

* удобство для использования - база данных должна быть проста и удобна в использовании и иметь развитые методы доступа к любой части информации.

Соответственно возможностям организации реляционных, иерархических и сетевых информационых структур, существуют и аналогичные виды баз данных.

Основные типы баз данных

1) Иерархические

2) Сетевые

3) Реляционные

Иерархические базы данных

Иерархические БД применялись в начале 60-х годов. Они построены в виде обычного дерева. Данные делятся на 2 категории: главные и подчинённые. Таким образом, один тип объекта является главным, а остальные, находящиеся на более низких ступенях иерархии, - подчинёнными.БД, организованные по такому принципу, удобно использовать в тех случаячх, когда информамция упорядочена соответствующим образом.

Сетевые базы данных

Сетевые БД начали применятся практически одновременно с иерархическими. В этих БД любой объект может быть как главным, так и подчинённым.

В использовании довольно сложно реализовать представление данных в таком виде, поэтому от этого типа тоже отказались.

Реляционные базы данных

Именно реляционные БД используются в повседневной жизни. (от англ. relation - отношение). Такой тип БД представляется собой несколько взаимосвязанных таблиц прямоугольной формы. В которых собственное есть поля, ключи, записи, аторибуты и прочее и прочее.

База данных составлялась на основе реляционной системы. Реляционная модель данных основывается на математических принципах, вытекающих непосредственно из теории множеств и логики предикатов. Эти принципы впервые были применены в области моделирования данных в конце 1960-х гг. доктором Е.Ф. Коддом, в то время работавшим в IBM, а впервые опубликованы - в 1970 г.

Техническая статья «Реляционная модель данных для больших разделяемых банков данных» доктора Е.Ф. Кодда, опубликованная в 1970 г., является родоначальницей современной теории реляционных БД. Доктор Кодд определил 13 правил реляционной модели (которые называют 12 правилами Кодда).

• 12 правил Кодда:
• 1. Реляционная СУБД должна быть способна полностью управлять базой данных через ее реляционные возможности.
• 2. Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах.
• 3. Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца
• 4. Поддержка пустых значений (null value) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов.
• 5. Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных.
• 6. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции.
• 7. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему.
• 8. Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление
• 9. Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных.
• 10. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц.
• 11. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти.
• 12. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно.
• 13. Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня

Кодд предложил применение реляционной алгебры в СУРБД, для расчленения данных в связанные наборы. Он организовал свою систему БД вокруг концепции, основанной на наборах данных.

В реляционной модели данные разбиваются на наборы, которые составляют табличную структуру. Эта структура таблиц состоит из индивидуальных элементов данных, называемых полями. Одиночный набор или группа полей известна как запись.

Модель данных, или концептуальное описание предметной области - самый абстрактный уровень проектирования баз данных.

С точки зрения теории реляционных БД, основные принципы реляционной модели на концептуальном уровне можно сформулировать следующим образом:

• 1. все данные представляются в виде упорядоченной структуры, определенной в виде строк и столбцов и называемой отношением;
• 2. все значения являются скалярами. Это означает, что для любой строки и столбца любого отношения существует одно и только одно значение;
• 3. все операции выполняются над целым отношением, и результатом их выполнения также является целое отношение. Этот принцип называется замыканием

Реляционная БД на физическом уровне состоит из таблиц, между которыми могут существовать связи по ключевым значениям. Одновременно с таблицами и информацией о связях в реляционной базе данных могут присутствовать «хранимые процедуры» и, в частности, «триггеры», обеспечивающие соблюдение условий ссылочной целостности базы. База данных, содержащая информацию о проектной организации состоит из нескольких таблиц. Таблица, содержащая информацию о заключенных договорах называется dogovor и содержит следующий список полей:

• · D_id - № по порядку
• · D_name - № договора
• · Stoimost - стоимость договора
• · Obor - оборудование
• · Data_zakl - дата заключения договора
• · Srok_deistv - срок действия договора

Таблица dogovor_dop - дополнительная информация по договорам:

• · P_name - №-ра проектов
• · Zakazchik - заказчик
• · Rukovoditel - руководитель договора
• · Ispolnitel - исполнители договора

Таблица proekt:

• · P_name - № проекта
• · Stoimost - стоимость
• · Data - дата исполнения проекта

Таблица proekt_dop:

• · P_name - № проекта
• · D_name - №-ра договоров
• · Zakazchik - заказчик
• · Rukovoditel - руководитель проекта
• · Ispolnitel - исполнители проекта

Таблица obor:

• · Otdel_id - № отдела
• · Ob_name - название оборудования
• · P_name - №-ра проектов
• · Data - дата эксплуатации

Таблица otdel_dop:

• · Otdel_id - № отдела
• · Prinadlegn - принадлежность отделу
• · Ispolzovanie - пользование отделом

Таблица otdel_dop:

• · Otdel - название отдела
• · Dolznost - должность
• · Familia - фамилия
• · Name - имя
• · Otchestvo - отчество
• · God_rozden - год рождения
• · Zarplata - заработная плата

Таблица kontragenti:

• · Kg_name - название организации
• · Specifik - спецификация
• · Adres - адрес
• · Tel - телефон
• · Bank_rekv - банковские реквизиты

3 Описание базы данных

Особую значимость для подсистемы составляют базы данных

База данных АИС – совокупность файлов, документов, показателей, данных, упорядоченных по определенным признакам, имеющим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, а также обеспечивающих их независимость от прикладных программ. В базе данных АИС может быть представлена не только экономическая, но и правовая, научная, техническая и другая информация. В основе классификации базы данных могут быть положены различные основания деления. В большинстве случаев выбор оснований систематизации базы данных определяется конкретными условиями работы предприятия и характером функциональных и информационных задач.

По форме представления данных различаются одноконтурные и многоконтурные базы данных. Основная форма представления базы данных двухконтурная. Могут быть и трехконтурные базы данных, когда третий контур представлен и сохраняется на традиционных бумажных документах. БД АИС четвертого контура может быть представлена в форме микрофильмированной ленты и ее отдельных отрезков.

По характеру содержащейся информации различают фактографические, документальные и смешанные базы данных. Фактографическая база данных отображает конкретные сведения, необходимые пользователю – факты, показатели, свойства продукции, формулы расчета какой-либо величины, отрывок (фрагмент) текста документа, документ полностью и др. Документальная БД содержит только сведения о документах – библиографическое описание документа, аннотацию, реферат, идентификатор документа, адрес его хранения в БД и т.д. Сам документ, как правило, во внешнем контуре БД – шкафу, хранилище, библиотеке-депозитарии. В документальных БД по массиву первого контура проводится поиск адреса хранения полного текста документа, а затем по адресу осуществляется доступ и к самому документу.

В смешанных БД представлены как фотографические, так и документальные массивы информации.

БД имеют определенные способы построения, так называемые модели баз данных: иерархические, сетевые, реляционные и объектно-ориентированные.

Иерархическая модель БД построена по принципу древовидного графа, в котором информационные элементы представлены по уровням их соподчиненности (иерархии). В структуре иерархии каждый порожденный узел не может иметь более одного порождающего (выходного) узла. Корень дерева здесь не порожденный, а порождающий узел. Узлы, не имеющие выхода, носят названия листьев. При поиске необходимых данных происходит чтение записей от корня к листьям дерева, т.е. сверху вниз. Достоинством стало то, что подобная структура БД обеспечивает более быстрый доступ и выдачу данных пользователю. Вместе с тем, недостатком представляется жесткость иерархической структуры. Отсутствует информационная гибкость в поиске, так как за один проход невозможно получить данные. В иерархической модели реализована связь между данными по схеме «один-ко-многим».

Сетевая модель БД имеет независимые типы данных, т.е. «Конкуренты», и зависимые типы данных – продукция и цены на продукцию. В сетевых моделях возможны как прямые, так и обратные виды связей между данными (записями). Существует ограничение – каждая связь должна включать в себя основную и зависимую записи. К достоинству сетевой модели можно отнести гибкость организации и доступа к данным относительно иерархической модели. Как недостаток можно указать, что сохраняется относительная жесткость в построении структуры БД. Это влечет необходимость в определенных ситуациях реструктурирования БД, препятствует реализации более гибкой стратегии поиска данных.

Реляционная модель БД имеет независимую организацию взаимосвязи логических и физических записей. Отношения между данными построены в виде двухмерных таблиц и наделены определенными признаками. Каждый элемент таблицы отображает одно данное. Элементы столбца таблицы имеют одинаковую природу, отображая одно свойство (признак) в строке (записи)таблицы.

Объектно-ориентированная модель БД – пример реализации БД более высокого логического уровня. ООБД возникли на концептуальной основе ООП. В отличие от структурного, ООП базируется на процедурных (программных) категориях (циклы, декларации, условия и др.), а на более широкой категории – объектах.

Организация ООБД имеет несколько стадий:

1) концептуальная модель, когда множество объектов БД прошли описание по соответствующим правилам;

2) логическая модель, когда определены свойства объектов и указаны логические взаимосвязи между объектами;

3) физическая модель, когда определены адреса и проведено размещение объектов в памяти ЭВМ

В структуру БД АИС входят различные компоненты – агрегаты, массивы, файлы и др. Агрегат – структурированная совокупность информационных объектов, определяемая как единый тип данных.

Массив информации – это поименованная совокупность однотипных (логически однородных) элементов, упорядоченных по индексам, которые определяют положение элементов в массиве

Файл – опорный структурный элемент БД Файл – поименованная область внешней памяти ЭВМ. Он может содержать различную информацию: текстовый документ, рисунок, музыкальное произведение, программу ЭВМ и др..

Расчета премии. Рис. 3.4 – Диаграмма IDEF3. Основные элементы модели представлены в таблицах 3.4 – 3.6. Таблица 3.4. Основные элементы модели Название проекта: Проектирование ИС для расчета оплаты труда в торговле Цель проекта: реализация структурной функциональной модели ИС Технология моделирования: метод описания бизнес-процессов IDEF3 Инструментарий: программный продукт BPwin ...

Начисленные в текущем месяце – ОПВ за текущий месяц – Сумма ИПН, подлежащая удержанию. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной дипломной работе, при проектировании информационной системы «Начисление заработной платы сотрудникам школы» были рассмотрены принципы проектирования концептуальной модели, логической модели и были рассмотрены основные причины, по которым данный выбор программного обеспечения Delphi был...

Рисунок 5 – Диаграмма классов 3 Описание проблем и формирование концепции информационной системы 3.1 Проблемы предметной области После проведения исследования предметной области были выявлены следующие проблемы: − с увеличением количества пациентов сети поликлиник, увеличивается количество информационных потоков, что приводит к снижению управляемости...

Информационных технологий на деятельность организации. 2. Создание логической модели ЕСВ Нашей первой задачей является создание логической модели информационной системы единой среды взаимодействия студентов для образования полноценного научно-образовательного сообщества. Основным концептуальным понятием общей модели системы мы выбрали процессы. Процессы: · учебная работа · научная...