Базы данных (БД) и системы управления БД
База данных (БД) – поименованная совокупность сведений о конкретных объектах предметной области, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными. База данных – совокупность массивов данных сложной структуры. Предметная область - часть реального мира, представляющая интерес для конкретного исследования.
Требования к БД : Модельность – БД должна моделировать некоторую часть объектов реального мира; Актуальность – отражает текущее состояние объектов реального мира и динамически обновляется; Непротиворечивость – данные в БД не должны противоречить друг другу и выбранной модели предметной области; Целостность – БД должна по возможности наиболее полно моделировать объекты реального мира в рамках выбранной предметной области; Надежность - данные защищены от потери либо искажения.
Системы управления базами данных (СУБД) – пакет программ, обеспечивающих создание БД и организацию данных. Основные функции СУБД Описание структуры данных; Ввод данных Обработка данных: Редактирование (Добавление, Удаление, Обновление) Поиск и выборка Вычисления Вывод данных Управление данными: Защита от несанкционированного доступа. Поддержка многопользовательского режима. Обеспечение целостности и согласованности данных.
БД Данные из внешней среды Ввод данных Хранение данных Обработка данных Редактирование Поиск Вычисление Информация для использования Вывод информации
По технологии обработки данных: А) Централизованные; Б) Распределенные; Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной машины Распределенная база данных состоит из нескольких частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД). 2. По способу доступа : А) с локальным доступом; Б) с удаленным (сетевым) доступом; Системы централизованных баз данных с сетевым доступом могут быть реализованы с использованием следующих архитектур : файл-сервер и клиент-сервер
Файл – сервер Раб. Станция №1 Раб. Станция №2 Раб. Станция №3 П е р е д а ч а ф а й л о в БД д л я о б р а б о т к и Хранение данных Обработка данных Информация для использования
Сервер базы данных Раб. Станция №1 Раб. Станция №2 Раб. Станция №3 Хранение данных Обработка данных Информация для использования
3. По используемой модели данных : Модель данных – это правила, которые определяют структуру данных и доступные операции над данными. А) иерархические; Б) сетевые; В) реляционные Г) объектно-ориентированные
Иерархические Сетевые Реляционные Объектно-ориентированные Организация данных в виде двухмерных таблиц
Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по правилам иерархических отношений. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево). С3 С2 Уровень 1 Уровень 2 Уровень 3 … … С1 .. .. С5 С4 С6 С7 С8 .. В1 В2 В3 А К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь.
специальности факультеты ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ДАННЫХ ВУЗ Главная вершина (корень) Уровень 1 Юридический Экономический Информационных технологий Уровень 2 Этр Фин Мэк Уровень 3 Эуп курсы 1 2 Уровень 4 3 4 5 группы 1 2 Уровень 5 3 4 Андреев Борисов Григорьева
Сетевая структура ( модель данных ) имеет те же составляющие, что и иерархическая ( уровень, узел, связь ), но каждый узел может быть связан с любым другим узлом ( представлена в виде диаграммы связей ). А B C D E F
Студент ( номер зачетной книжки, фамилия, имя, отчество) Д11222 Иванов И.И. Д22111 Петров П.П. Д33222 Сидоров С.С. 1006 Орлов Н.А. 1007 Соколов П.Е. 1008 Грачев К.П. 1009 Галкин А.В. Работа ( шифр, руководитель) Примером сложной сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно-исследовательских работах (НИР). Возможно участие одного студента в нескольких НИР, а также нескольких студентов в разработке одной НИР.
Отношение ( relation ) Поля, домены Запись, кортеж Ключевое поле
Реляционная база данных – связанная информация, представленная в виде двумерных таблиц. Сущность – это любой различимый, отличный от других, реальный или воображаемый, объект, информация о котором будет храниться в базе данных. Отношение – сгруппированные в двумерную таблицу логически связанные данные, описывающие сущность (информационный объект). Атрибут – характеристика, определяющая свойства данного класса объектов и позволяющая однозначно идентифицировать объект и отличить его от других. Домен (Поле) – это диапазон значений, которые может принимать атрибут. Домен может быть задан перечислением возможных значений либо в абстрактном виде. Кортеж ( Запись) – одна из реализаций информационного объекта, т.е данные, расположенные в одной из строк таблицы. Ключевое поле - это тот атрибут информационного объекта, значение которого однозначно определяет соответствующую запись.
Сущность Таблица. Атрибуты сущности Заголовки столбцов (полей). Значения атрибутов для различных экземпляров объектов Строки таблицы (записи). Номер Фамилия Имя Отчество Страна 1 Иванов Иван Иванович Россия 2 Петров Петр Петрович Украина 3 Сидоров Сидор Сидорович Россия Клиенты
Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами: каждый ее столбец имеет уникальное имя; все столбцы в таблице однородны, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и для них выделяется одинаковый объем в памяти ЭВМ; один элемент данных занимает одну ячейку таблицы; одинаковые строки в таблице отсутствуют; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
Первичный ключ ( PRIMARY KEY ) - уникальный идентификатор записей таблицы. Один или несколько столбцов, используемые для идентификации каждой строки и обеспечивающие различимость строк. Однозначно определяет значения остальных атрибутов отношения, не входящих в состав первичного ключа. Содержит минимально необходимое для идентификации записи множество атрибутов. В качестве первичного ключа рекомендуется выбирать поля типа «длинное целое». Если первичный ключ подобрать сложно, рекомендуется создавать искусственный идентификатор в виде поля «длинное целое» и заполнять его уникальными значениями, кодирующими записи исходной таблицы.
Внешний ключ ( FOREIGN KEY ) – поле таблицы, предназначенное для хранения значения первичного ключа другой таблицы с целью организации связи между этими таблицами. Значения атрибутов, входящих в исходную и связанную таблицы, должны совпадать для связанных записей. Наименования связанных полей совпадать не обязаны. Код сделки Код клиента Дата Сумма 1 3 01.12.08 1000 2 1 02.12.08 2000 Код клиента Наименование Адрес 1 Клиент1 Адрес1 2 Клиент2 Адрес2 Сделки Клиенты FOREIGN KEY PRIMARY KEY
Экземпляры 2-ой сущности Экземпляры 1-ой сущности Экземпляры 2-ой сущности Экземпляры 1-ой сущности Экземпляры 2-ой сущности Экземпляры 1-ой сущности Один - к – одному (1:1) Один - ко – многим (1: n ) Многие - ко – многим ( n : n )
Связи между информационными объектами (сущностями) или межтабличные связи бывают трех типов: 1:1 (Один-к-одному), если одному экземпляру 1-го информационного объекта соответствует один экземпляр 2-го информационного объекта. 1:М (Один-ко-многим), если одному экземпляру 1-го объекта соответствует множество экземпляров 2-го, а каждому экземпляру 2-го объекта соответствует один экземпляр1-го. М:М ( Многие-ко-многим), если каждому экземпляру 1-го объекта соответствует множество экземпляров 2-го объекта, а каждому экземпляру 2-го объекта соответствует множество экземпляров 1-го объекта.
Один студент обучается у многих преподавателей, а один преподаватель обучает многих студентов Установленный размер стипендии по результатам сдачи сессии может неоднократно повторяться для различных студентов Каждый студент имеет определенный набор экзаменационных оценок в сессию
В теории реляционных баз разработан метод нормализации отношений, который помогает разработчику оптимальным образом спроектировать структуру отношений базы данных. Нормализация отношений - пошаговый процесс разложения (декомпозиции) исходных отношений БД на более простые. Каждая ступень этого процесса приводит схему отношений БД в последовательные "нормальные формы". Каждая следующая нормальная форма обладает «лучшими» свойствами, чем предыдущая.
Нормализация – процесс удаления избыточных данных из таблицы путем декомпозиции отношений, т.е. разбиения исходного отношения на множество более простых отношений. Результаты нормализации : Устранение (сокращение) дублирования данных. Поддержка непротиворечивости информации. Уменьшение пустых значений. Уменьшение объема таблиц БД. Повышение скорости выполнения различных операций с данными. В теории реляционных баз данных принято выделять следующую последовательность нормальных форм: первая (1 NF ); вторая (2 NF ); третья (3 NF ); нормальная форма Бойса-Кодда ( BCNF );четвертая (4 NF ); пятая (5 NF ).
Отношение находится в первой нормальной форме (1 NF ), если значения атрибутов атомарны, то есть в каждом столбце находится только одно значение. Отношение находится во второй нормальной форме (2 NF ), если выполняются ограничения первой нормальной (1 NF ) формы и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от первичного ключа (первичный ключ может быть составным). Отношение находится в третьей нормальной форме (3 NF ), если выполняются ограничения второй нормальной формы (2 NF ) и если все неключевые атрибуты отношения взаимно независимы и полностью зависят от первичного ключа.
Пусть небольшой фирме, продающей комплектующие для компьютеров, требуется сохранять данные о заказах. Эти данные включают: 1) дату заказа; 2) номер заказа; 3) артикул (уникальный номер единицы товара); 4) наименование товара; 5) цену заказанного товара.
Отношение находится в 1 NF, так как все ее атрибуты атомарны.
Для того чтобы выполнить требования второй нормальной формы, надо добавить к таблице атрибут, который однозначно бы идентифицировал каждую единицу товара, входящую в заказ. Это атрибут – Учетный №. В этой таблице все атрибуты зависят от атрибута Учетный №, но есть зависимость Наименования и Цены от Артикула. Требование (3 NF ) независимости атрибутов отношения не выполняются.
ПРОДАЖИ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ЦЕНЫ Для приведения отношения в третью нормальную форму предыдущую таблицу требуется разбить на три отношения: ПРОДАЖИ, КОМПЛЕКТУЮЩИЕ, ЦЕНЫ.
Инфологическая модель предметной области представляет собой ее (области) отображение в виде совокупности информационных объектов и структурных связей.
Определение таблиц, включаемых в БД; Определение полей всех таблиц; Определение полей с уникальными значениями (ключевых полей); Определение связей между таблицами. Разработка инфологической модели ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАБОТЫ С БД создание структуры таблиц базы данных; ввод и редактирование данных в таблицах Создание базы данных обработка данных, содержащихся в таблицах; вывод информации из базы данных. Эксплуатация БД
Фрагмент анкеты
Содержание ответа Код ответа Полностью 1 Не в полной мере 2 Нет 3 Затрудняюсь с ответом 4
