Тема 7. Системы управления базами данных

7.1. Основные понятия и определения

7.2. Классификация баз данных

7.3. Системы управления базами данных

7.4. Создание баз данных

7.1. Основные понятия и определения

В качестве прототипа баз данных можно назвать картотеки. В

отличие от своих предшественников, современные базы данных позволяют не

только быстро находить необходимую информацию, но и сортировать данные,

группировать их, а также делать выборки.

Основными определениями, рассматриваемыми в рамках данной

лекции, являются следующие понятия:

· банк данных;

· база данных;

· система управления базами данных.

Банк данных – это автоматизированная информационная система

централизованного хранения и коллективного использования данных.

В качестве основных требований, предъявляемых к банку данных, можно

выделить следующие:

1) гибкость (поиск данных может осуществляться различными

методами);

2) быстрота обработки запросов;

3) удобный интерфейс (позволяет быстро и просто формировать

запросы);

4) распределенная обработка данных;

5) адаптивность (база данных должна иметь возможность настройки);

6) возможность автоматического восстановления данных;

Структура банка данных включает в себя два основных компонента:

· базу данных.

· систему управления базами данных (СУБД).

База данных – это совокупность данных, организованных по

определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания,

хранения и манипулирования данными.

Система управления базами данных – это комплекс программных и

языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз

данных.

7.2. Классификация баз данных

Определение базы данных мы рассмотрели в предыдущем вопросе,

теперь перейдем к изучению ее структурных элементов. В качестве основных

структурных элементов базы данных можно перечислить поле, запись, файл.

Поле – это элементарная единица логической организации данных,

которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. Для

описания поля используются следующие характеристики: имя, тип, длина, а

также точность для числовых данных.

Тип данных – это характеристика данных, определяющая

множество значений, которые могут принимать данные этого типа, и набор

операций, которые можно к ним применять.

Перечислим основные наиболее часто используемые типы данных:

1) целочисленные (могут принимать только значение целого числа);

2) числовые или вещественные (могут принимать любые значения чисел

(целые и с дробной частью) в определенном диапазоне);

3) двоичные или логические (принимают значения «ложь» или «истина»);

4) текстовые (представляют собой любой набор текстовых символов, при этом

количество которых, включая пробелы, не должно быть больше 256);

5) денежные (принимают значения установленной денежной единицы);

6) дата (принимают значение даты);

7) графические (представляют собой графические изображения).

Запись – это совокупность логически связанных полей. Структура записи

определяется составом и последовательностью входящих в нее полей, каждое

из которых содержит элементарные данные.

Файл – это совокупность экземпляров записей одной структуры.

Классификация баз данных

В настоящее время выделяют три подхода к классификации баз данных,

представленные в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Классификация БД

Признак Разделение

по технологии

обработки данных

централизованные БД (данные хранятся в памяти

одной вычислительной системы)

распределенные БД (состоят из нескольких частей,

хранимых на различных ЭВМ сети)

по способу доступа БД с локальным доступом

БД с удаленным доступом

по виду моделей

данных

иерархические БД

сетевые БД

реляционные БД

Наиболее распространенным является третий подход к классификации,

основанный на разделении БД в зависимости от совокупности структур данных

и способов обработки этих данных. Рассмотрим подробнее именно данную

классификацию.

Иерархическая БД – это база данных, в которой данные образуют

совокупность деревьев. Вершинами этих деревьев служат информационные

единицы (сами данные), а дуги указывают на связи между этими

информационными единицами.

Сетевая БД – это база данных, в которой информационные единицы

(данные) связаны друг с другом системой отношений, которая образует

произвольную сеть. Допускается, что любой элемент сети может быть связан с

любым количеством других элементов.

Реляционная БД – это база данных, в которой данные сгруппированы в

двумерные таблицы.

Характерными чертами реляционной модели данных являются:

1) удобство и простота структуры табличных данных;

2) возможность реляционной обработки табличных данных;

3) эффективность применения.

Для характеристики реляционных БД используются следующие понятия:

1) домен – совокупность допустимых значений;

2) кортеж – таблица;

3) кардинальность – количество строк в таблице;

4) атрибут – поле или столбец таблицы;

5) степень отношения – количество полей (столбцов);

6) первичный ключ – уникальный ключ, представляющий собой столбец

или несколько столбцов, которые уникальны, то есть единственным образом

определяют строки.

Для создания таблиц реляционных БД применяются следующие

принципы модели данных:

1) каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных,

при этом повторяющиеся элементы отсутствуют;

2) все столбцы в таблице однородные, то есть в каждом столбце таблицы

могут быть записаны данные только одного определенного типа;

3) столбцам присваиваются уникальные имена;

4) в таблице не должно быть двух одинаковых строк, что позволяет

исключить непроизвольное дублирование информации при ее вводе;

5) в операциях с таблицей ее строки и столбцы могут просматриваться в

любом порядке и в любой последовательности.

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы различными

способами. Группировка должна быть рациональной, то есть должно

достигаться минимальное количество случаев дублирования данных. Для

предотвращения данного явления используется процедура нормализации

отношений.

7.3. Системы управления базами данных (СУБД)

База данных предполагает наличие комплекса программных средств,

обслуживающих эту базу данных и позволяющих использовать содержащуюся

в ней информацию. Такие комплексы программ называют системами

управления базами данных.

Как было указано ранее, система управления базами данных (СУБД) – это

специальный комплекс языковых и программных средств, обеспечивающий

работу с данными (базой данных).

Основными функциями СУБД являются:

· определение данных (заключается в установлении того, какая

именно информация будет храниться в базе данных, задании свойств данных,

их типа, а также в указании какие данные и как связаны между собой);

· обработка данных (может производиться различными способами,

для этого могут выбираться любые поля, может осуществляться фильтрование и

сортировка данных);

· управление данными (заключается в указании, кому разрешено

знакомиться с данными, корректировать или добавлять информацию, а также

могут определяться правила коллективного доступа к данным).

Рассмотрим основные функции, выполняемые при помощи СУБД:

1) описание данных и их структуры;

2) первичный ввод, пополнение информации в БД;

3) удаление устаревшей информации и данных;

4) корректировка данных для поддержания их актуальности;

5) упорядочение или сортировка данных по некоторым признакам;

6) поиск информации по определенным признакам;

7) подготовка и генерация отчетов;

8) защита информации и разграничение доступа пользователей к ней;

9) резервное сохранение и восстановление БД.

СУБД состоят из двух основных компонентов. К ним относятся язык

описания данных, при помощи которого создается схема описания, и язык

манипулирования данными, при помощи которого выполняются все операции с

БД.

Для эффективной работы СУБД используются следующие основные

команды:

1. Команды для работы с файлами. С их помощью происходит создание

новых объектов БД, сохранение и переименование ранее созданных объектов,

открытие и закрытие существующих БД, а также вывод на принтер объектов

БД.

2. Команды редактирования. Применяются для перемещения,

копирования, удаления, поиска и замены определенного пользователем

контекста, а также для вставки рисунков, диаграмм и других графических

объектов.

3. Команды форматирования. Представляют собой команды оформления

выводимой информации.

4. Команды для работы с окнами. Представляют собой команды,

позволяющие организовывать многооконный режим работы.

5. Система получения справочной информации.

При определении СУБД невозможно не указать их основные

характеристики, к которым относятся следующие:

1. Производительность.

2. Обеспечение целостности данных на уровне БД.

3. Обеспечение безопасности (к средствам обеспечения безопасности в

данном случае относятся: шифрование данных и прикладных программ, защита

данных при помощи пароля, а также ограничение уровня доступа).

4. Работа в многопользовательской среде.

5. Импорт-экспорт.

6. Возможность организации запросов и наличие инструментальных

средств для их обработки.

7.4. Создание БД

В сокращенном виде процесс создания БД можно разделить на два

основных этапа:

1) разработка технического задания;

2) разработка схемы данных.

Первый этап осуществляется непосредственно при взаимодействии

заказчика и разработчика БД, в то время как выполнение второго этапа

возлагается исключительно на разработчика БД.

Реализация первого этапа обычно происходит следующим образом.

Либо разработчик демонстрирует заказчику работу аналогичной базы данных,

после чего заказчик высказывает свои пожелания и происходит согласование

деталей, либо в случае, если аналогичная БД не разработана, разработчик

выясняет круг задач и потребностей заказчика, после чего осуществляется

совместная подготовка технического задания.

При подготовке технического задания составляют:

1) список исходных данных, с которыми работает заказчик;

2) список выходных данных, которые необходимы заказчику для

управления структурой своего предприятия;

3) список выходных данных, которые заказчик должен предоставлять в

другие организации (в вышестоящие структуры, в органы статистического

учета, прочие административные и контролирующие организации).

Разработка схемы данных включает в себя следующие 6 этапов:

1. Составление генерального списка полей.

2. Определение типа используемых полей.

3. Распределение полей генерального списка по базовым таблицам.

4. Определение ключевого поля в каждой из базовых таблиц.

5. Выявление взаимосвязей между таблицами и составление общей схемы

данных.