Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Понятие и назначение баз данных

база жизненный проектирование графический

Банк данных (система баз данных) - это система, в которой реализованы функции централизованного хранения, накопления и обработки информации, организованной в одну или несколько баз данных.

БнД состоит из одной или нескольких БД и СУБД. Для его корректной работы необходим администратор базы данных, вычислительная система, программное обеспечение (интерфейс пользователя), обслуживающий персонал, пользователь.

БД - совокупность данных об объектах реального мира, отображающих состояние этих объектов и их взаимосвязи в рассматриваемой предметной области. Назначение базы данных: хранение информации пользователя в определённой предметной области.

Предметная область - это набор объектов, представляющий интерес для пользователей, когда реальный мир отображается набором абстрактных понятий, между которыми фиксируются определённые связи.

СУБД - совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД.

Администратор БД - лицо, или группа лиц, отвечающих за проектирование, создание, эффективное использование и сопровождение БД.

Вычислительная система - совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих ЭВМ и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приёма, обработки и выдачи информации.

Обслуживающий персонал - лицо, или группа лиц, отвечающих за поддержание технических и программных средств в работоспособном состоянии.

Пользователь БД - это программа или человек, обращающий к БД с помощью средств СУБД,

Процесс устранения произвола в представлении длины и значений данных, называется структурированием информации.

Примерами структурированной информации могут служить: таблицы, анкеты, графические данные в виде чертежей, схем.

Примерами неструктурированной информации могут служить: связный текст, графические данные в виде фотографий, картинок и т.д.

1.1 Классификация банков и баз данных

1. По форме представления информации:

a) фактографические;

b) документальные;

c) мультимедийные (аудио-, видео-, графическая информация).

В фактографических БД регистрируются факты - конкретные значения данных (атрибутов) об объектах реального мира. Основная идея таких систем заключается в том, что все сведения об объектах (фамилии людей и названия предметов, числа, даты) сообщаются компьютеру в каком-то заранее обусловленном формате (например, дата - в виде комбинации ДД.ММ.ГГГГ). Информация, с которой работает фактографическая БД, имеет чёткую структуру, позволяющую машине отличать одно данное от другого, - например, фамилию от должности человека, дату рождения от роста и т. п. Поэтому фактографическая система способна давать однозначные ответы на поставленные вопросы.

Документальные БД не предполагают однозначного ответа на поставленный вопрос. Базу данных таких систем образует совокупность неструктурированных текстовых документов (статьи, книги, рефераты, тексты законов) и графических объектов, снабжённая тем или иным формализованным аппаратом поиска. Цель системы, как правило, - выдать в ответ на запрос пользователя список документов или объектов, в какой-то мере удовлетворяющих сформулированным в запросе условиям. Документальная система должна уметь по контексту определять смысл того или иного термина (например, различить «Рак» (животное), «Рак» (созвездие) и «Рак» (болезнь)).

2. По типу используемой модели данных:

a) иерархические;

b) сетевые;

c) реляционные;

d) постреляционные;

e) многомерные;

f) объектно-ориентированные.

1. По топологии хранения данных:

a) локальные;

b) распределённые.

2. По сфере применения:

a) универсальные;

b) специализированные.

6. По степени доступности:

a) общедоступные;

b) с ограниченным доступом.

2. Этапы жизненного цикла БД

Жизненный цикл БД - это процесс, который начинается с этапа проектирования БД и заканчивается снятием БД с эксплуатации.

2.1 Проектирование БД

Проектирование БД - процесс разработки структуры БД на основании требований пользователя.

Стадия проектирования включает в себя:

1. определение сферы применения БД;

2. сбор информации об использовании данных, то есть, на какие запросы БД должна формировать ответы;

3. построение концептуальной схемы;

4. определение ключевых атрибутов;

5. переход от концептуальной схемы к таблицам с использованием правил перехода;

6. выполнение нормализации таблиц;

7. выбор СУБД.

При возникновении каких-либо проблем (например, противоречивость данных) решение их полностью зависит от разработчика БД.

Наиболее важной стадией в жизненном цикле приложения, работающего с базой данных, является стадия проектирования. От того, насколько тщательно продумана структура базы, насколько четко определены связи между ее элементами, зависит производительность системы и ее информационная насыщенность, а значит - и время ее жизни.

2.2 Создание БД

Стадия создания БД включает в себя:

1. подготовка среды хранения (программно - аппаратные платформы);

2. создание таблиц БД;

3. ввод и контроль данных;

4. определение связей между таблицами (схема данных);

5. разработка экранных форм, запросов, отчетов.

6. загрузка и корректировка БД.

Ошибки, возникающие на этапе создания БД, устраняются как автоматически используемой СУБД, так и пользователем.

2.3 Эксплуатация БД

Стадия эксплуатации БД включает в себя:

1. поиск, редактирование, обновление, удаление данных;

2. разграничение доступа к данным;

3. контроль целостности БД;

4. копирование и восстановление БД;

5. реорганизация БД.

Эксплуатация БД заключается в поддержании целостности, согласованности, безопасности данных, поиске необходимой информации и обновлении данных. Решение возникших проблем на физическом уровне во многом зависит от используемой СУБД, зачастую автоматизировано и скрыто от пользователя. В ряде случаев пользователю предоставляется возможность настройки отдельных параметров системы, которая не составляет большой проблемы.

3. Концептуальный уровень проектирования

3.1 Основные определения

Концептуальный уровень является основой проектирования баз данных, так как позволяет создать графическую модель базы данных, выявить основные элементы и описать взаимосвязи между ними.

Основные определения:

·--концептуальная схема - графическое представление данных на концептуальном уровне;

·--сущность - объект реального мира, информация о котором хранится в БД.

Пример: дом, машина, человек, книга и т.д;

·--атрибут - это данные, описывающие (характеризующие) сущность.

Пример: для сущности человек: рост, возраст, ФИО, адрес и т.д.;

·--ключ - атрибут, содержащий уникальные (не повторяющиеся) значения.

Пример: по номеру паспорта, в сущности «СОТРУДНИК» можно определить ФИО человека (см. таблицу 3.1.);

Таблица 3.1. Паспортные данные сотрудника

Номер паспорта	Фамилия	Имя
123	Иванов	Андрей
124	Иванов	Максим
125	Латышев	Андрей

·--связь двух или более сущностей - это зависимость между атрибутами этих сущностей;

·--степень связи - это характеристика связи между сущностями и может быть: 1:1, 1: М, М: М;

·--класс принадлежности определяет наличие связи между сущностями. Он может быть: всюдуопределенным (обязательным) и частичным (необязательным);

·--всюдуопределенная связь - это связь, в которой все атрибуты сущности участвуют обязательно;

·--частичная связь - это связь, в которой участвуют не все атрибуты сущности;

3.2 Виды связей между сущностями и их графическое обозначение

I - однозначная связь

1:1 - «один-к-одному»: - это связь, которая устанавливается между одним объектом и одним атрибутом.

ФИО> номер паспорта,

ФИО > ИНН

М - многозначная связь

1: m - «один-ко-многим»: - это связь, которая устанавливается между одним объектом и многими атрибутами.

человек> место рождения.

группа>>студенты,

n: m - «многие-ко-многим»: - это связь, которая устанавливается между многими объектами и многими атрибутами.

студент<-> преподаватель,

библиотека<->читатель,

завод<-> рабочие

V - всюдуопределенная связь. Обозначение:

человек группа крови,

товар цена.

C - частичная связь. Обозначение:

преподаватель дисциплина,

человек автомобиль,

Обозначения элементов концептуальной схемы отражено на рис. 3.1.

Обозначения элементов концептуальной схемы

Рис.3.1

3.3 Порядок построения концептуальной схемы

1. Определение сферы применения БД.

2. Сбор информации об использовании данных, то есть, на какие запросы БД должна формировать ответы.

3. Выбор сущностей и атрибутов.

4. Определение связей между сущностями..

5. Отображение атрибутов и сущностей.

6. Определение и отображение степени связи и класса принадлежности между сущностями.

7. Определение ключевых атрибутов.

8. Проверка концептуальной схемы.

4. Классические модели данных

После построение концептуальной схемы необходимо выполнить логическое проектирование БД, то есть выбрать модель данных для дальнейшего построения БД.

Модель данных - это метод структурирования данных, позволяющий описывать объекты и взаимосвязи между ними.

4.1 Иерархическая модель данных (ИМД)

ИМД - это метод структурирования информации, в котором все отношения структурированы в виде деревьев.

Корневая вершина - это запись, которая имеет подчиненные записи, и сама не является потомком.

Потомок - подчиненная запись в иерархическом отношении.

Предок - подчиняющая запись.

Иерархическая организация данных представлена на примере БД «Предприятие» на рис.4.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4.2. Иерархическая организация данных

4.2 Сетевая модель данных (СМД)

СМД - это метод структурирования информации, который позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа.

Она является расширением иерархической, так как в модели допускается любое количество объектов и любые связи между ними.

В СМД элементарные данные и отношения между ними представляются в виде ориентированной сети (вершины - данные, дуги - отношения).

Пример схемы сетевой организации данных на примере БД «Предприятие» представлен на рис. 4.5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.5.

В отличие от иерархической, в сетевой модели объект-потомок может иметь не одного, а любое количество объектов предков. Тем самым допускаются любые связи, в том числе и одноуровневые

4.3 Реляционная модель данных (РМД)

РМД - это метод структурирования информации, который представляет собой набор двумерных таблиц, в каждой из которых содержатся сведения об одной из сущности и связи между которыми, явно не указаны.

Свойства реляционных таблиц

1. в приделах одной таблицы нет строк и столбцов с одинаковыми данными;

2. все данные в приделах одного столбца имеют одинаковый тип данных;

3. в приделах одной таблицы нет 2-х столбцов с одинаковыми именами;

4. строки и столбцы таблицы могут просматриваться в любом порядке без учета их смысла.

Основные понятия:

Отношение - это таблица, состоящая из строк и столбцов.

Атрибут или поле - столбец таблицы.

Домен - это множество допустимых значений данного атрибута.

Кортеж или запись - строка таблицы.

Пример реляционной организации данных представлен на примере БД «Предприятие» представлен на рис. 4.6.

Реляционная организация данных

Рис. 4.6

5. Современные модели данных

5.1 Постреляционная модель данных (ПМД)

ПМД - это расширенная реляционная модель, допускающая многозначные поля.

Многозначные поля - поля, значения которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встроенной в основную таблицу.

Пример организации данных с помощью ПМД приведен на рис.5.1.

Таблица. Постреляционная модель данных

Номер накладной	ФИО Покупателя	Название товара	Количество, кг	Сумма покупки, руб
1	Иванов И.П.	сыр	3	600
		рыба	2
2	Смирнов А.А.	макароны	6	240
		печенье	2
3	Килина В.Д.	конфеты	6	300

5.2 Многомерная модель

ММД - это модель данных, которая используется в информационных системах, позволяющих обрабатывать информацию для проведения анализа и принятия решений.

По сравнению с реляционой МД многомерная модель обладает более высокой наглядностью и информативностью.

Информацию модели можно представить в виде многомерных объектов - гиперкубов.

Пример графической организации данных с помощью ММД приведен на рис. 5.3.

Организации данных с помощью многомерной модели данных

Рис. 5.3

Измерение - множество однотипных данных, образующих одну из граней гиперкуба.

Ячейка (показатель) - поле, значение которого однозначно определяется фиксированным набором измерений. Тип поля чаще всего определён как цифровой.

5.3 Объектно-ориентированная модель данных (ОМД)

Структура объектно-ориентированной БД графически представима в виде дерева, узлами которого, являются объекты. Свойства объектов описываются некоторым стандартным типом (например, строковый - String) или типом, конструируемым пользователем (определяется как Class). Значением свойства типа String является строка символов. Значение свойства типа Class есть объект.

Пример организации данных с помощью ОМД приведен на рис. 5.4.

Объектно-ориентированная модель данных

Рис. 5.4.

5.4 Типы данных

-числовой (0,45, 345, 2Е+5);

-символьный (алфавитно-цифровые) («строка», «пятница»);

-дата, задаваемые с помощью специального типа «Дата» или как символьные данные (01.12.02, 23/ 2/ 2000).

-временный и дата - временный (31.01.85, 9:10:03, 6.03.1960 12:30);

-символьный переменной длины. Предназначен для хранения текстовой информации большой длины;

-денежный;

-логический. Данное этого типа может принимать только одно из двух взаимоисключающих значений - TRUE или FALSE (наличие водительских прав (да - нет);

-двоичный. Предназначен ля хранения графических объектов, аудио- и видеоинформации, хронологической и другой специальной информации (Access - OLE);

-гиперссылка. Предназначен для хранения ссылок на различные ресурсы (файлы, узлы, документы), находящиеся все базы данных;

-пользовательский тип - подтип системного типа данных, приспособленный к конкретным требованиям схемы базы данных (дни недели).

В современных СУБД с различными моделями данных могут использоваться все перечисленные типы данных.

7. Первичный и внешний ключи

7.1 Понятие ключа

В каждой таблице должна быть только одна функциональная зависимость вида:

K>F, где К - первичный ключ,

F - все остальные атрибуты таблицы.

Код книги	Название	Автор	Год издания	Издательство
1	БД	Хомоненко	2001	ФОЛИО
2	БД	Мельников	2002	ФОЛИО

7.2 Основные определения

Первичный ключ - минимальный набор атрибутов, однозначно определяющий каждую строку таблицы.

Составной ключ - ключ, который содержит два или более атрибута.

Внешний ключ - набор атрибутов одной таблицы, являющейся ключом другой таблицы, который используется для установления логических связей между таблицами.

Пример: первичный ключ.

Таблица. Рабочие

Таб. номер	ФИО	Тарифная ставка	Профессия
1234	Егоров К. Г.	12,50	Электрик
1456	Бочкин М.О.	13,75	Штукатур
1520	Смирнов Р.П.	17,40	Плотник
1345	Бочкин М.О.	15,50	Электрик

Пример: составной ключ.

Таблица.

Код студента	Дата защиты отчета	Группа
123	12.05.01	АСУ-21
123	24.09.01	АСУ-31

Пример: внешний ключ.

7.3 Функции ключа

1. исключение дублирования значений в ключевых атрибутах;

2. упорядочивание строк таблицы (возрастание, убывание значений ключевых атрибутов, смешанное упорядочивание: по одним - возрастание, по другим - убывание);

3. ускорение работы со сроками таблицы;

4. организация связывания таблиц.

7.4 Главная и подчинённая таблицы

Рассмотрим на примере БД «Телефонный справочник» главную и подчинённую таблицы.



Составляя таблицу «Словарь категорий» можно указать в ней те категории, для которых в таблице «Телефоны» пока не записей. Но нельзя включить в таблицу «Телефоны» номер, для которого не определена категория. Поэтому таблица «Словарь категорий» является главной, а «Телефоны» - подчиненной.

7.5 Обеспечение целостности данных

Целостность - это свойство БД, означающее, что она содержит полную, непротиворечивую и адекватно отражающую предметную область информацию/

Виды целостности данных:.

·--физическая целостность - это наличие физического доступа к данным;

·--логическая целостность - отсутствие логических ошибок в БД, к которым относятся нарушение структуры БД или ее объектов, удаление или изменение установленных связей между объектами.

Поддержание целостности базы данных осуществляется с помощью условий (ограничений), которым должны удовлетворять хранимые в базе данные.

Рассмотрим существующие типы ограничений:

·--ограничения на значения атрибутов - это требование недопустимости пустых или повторяющихся значений атрибутов и контроль принадлежности атрибутов заданному типу данных (год приема на работу должен превышать год рождения);

·--целостность сущностей - это требование определяет, что любое отношение (таблица) должно обладать первичным ключом;

·--категорная целостность - это требование определяет, что никакой ключевой атрибут строки не должен быть пустым;

·--целостность ссылок:

1. в связанное поле подчинённой таблицы можно вводить только те значения, которые имеются в связанном поле главной таблицы;

2. из главной таблицы нельзя удалить запись, у которой значения связанного поля совпадает хотя бы с одним значением того же поля в подчинённой таблице

8. Первая нормальная форма

При проектировании БД, может возникнуть несколько проблем, которые могут существенно осложнить обработку данных на физическом уровне. Для решения таких проблем необходимо пересмотреть созданные таблицы, то есть провести нормализацию.

Нормализация - это процесс изменения структуры таблицы путем ликвидации противоречий в хранении данных с целью приведения таблиц к виду, позволяющему осуществлять корректное редактирование данных

Процесс проектирования БД с использованием метода нормальных форм заключается в последовательном переводе отношений из 1НФ в НФ более высокого порядка по определенным правилам. Каждая следующая НФ накладывает определенные ограничения на данные таблиц и сохраняет свойства предшествующих НФ.

Нормальная форма - это таблица, с дополнительными ограничениями на хранящиеся в ней значения.

Выделяют следующую последовательность НФ:

1. первая нормальная форма (1НФ);

2. вторая нормальная форма (2НФ);

3. третья нормальная форма (3НФ).

Отношение находится в 1НФ, если все его атрибуты являются простыми, то есть имеют единственное значение.

Следует различать простое (неизбыточное) и избыточное дублирование данных. Наличие первого из них допускается в БД, а избыточное дублирование данных может приводить к проблемам при обработке данных.

Пример: неизбыточное дублирование данных.

Номер телефона 4328 в таблице 8.1 повторяет несколько раз, хотя для каждого служащего он уникален. При удалении одного из номеров будет утеряна информация о том, по какому номеру можно дозвониться до сотрудника.

Таблица 8.1. Телефоны служащих

Сотрудник	Телефон
Иванов	3721
Баранов	4328
Сидоров	4328

Пример: избыточное дублирование (см. таблицу 8.2).

Таблица 8.2. Телефоны служащих

Естественно предположить, что все сотрудники, находящиеся в одной комнате имеют один и тот же номер телефона.

Необходимо разделить данную таблицу на две, для устранения избыточного дублирования данных (см. таблицы 8.3 и 8.4).

Таблица 8.3

Таблица 8.4

Рассмотрим таблицу 8.5 «Отделы предприятия», которая содержит избыточное дублирование данных, т.е. повторение сведений о названии отдела, руководителе, бюджете и номере отдела. Такие группы данных называются повторяющимися группами.

Таблица 8.5. Отделы предприятия

№ отдела	Название отдела	№ руководителя	Бюджет	Расположение
100	продаж	001	1000000	Москва
100	продаж	001	1000000	Зеленоград
600	разработок	120	1100000	Тверь
100	продаж	001	1000000	Калуга

Для приведения этой таблицы к 1НФ необходимо устранить поле «Расположение» из таблицы «Отделы предприятия» (см. таблицу 8.6).

Таблица 8.6

9. Вторая нормальная форма

Отношение находится в 2НФ, если оно находится в 1 НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от первичного составного ключа).

Для приведения отношения в 2НФ необходимо удалить все неключевые атрибуты, которые зависят только от части первичного ключа. Такие атрибуты называются частично зависимыми.

Например, предположим, что необходимо распределить работников по проектам, ведущимся на предприятии. Для этого создадим таблицу «Проект» с составным первичным ключом, включающим табельный номер работника и код проекта (см. таблицу 9.1.).

Таблица 9.1. Проекты предприятия

Таб.номер	Код проекта	ФИО работника	Название проекта	Продукт
28	БРЖ	Иванов И.И.	Биржа	программа
17	ДОК	Петров П.П.	Документы	программа
06	УПР	Сидоров С.С.	Управление	адм.меры

В этой таблице возникает следующая проблема:

1) атрибуты «Название проекта» и «Продукт» зависят от атрибута «Код проекта» (являющегося частью первичного ключа), но не зависят от атрибута «Таб.номер»;

2) атрибут «ФИО работника» зависит от атрибута «Таб.номер», но не зависит от атрибута «Код проекта».

Следовательно, они являются частично зависимыми от составного первичного ключа.

Для нормализации таблицы «Проекты предприятия» удалим из нее атрибуты «Таб. номер» и «ФИО работника» и объединим их в таблицу «Работники предприятия».

Для связи двух таблиц «Работники предприятия» и «Проекты предприятия» создадим другую таблицу (назовем ее «Работник в проекте»), которая будет содержать два атрибута «Таб. номер и Код проекта», и они же будут составлять ее первичный ключ.

10. Третья нормальная форма

Отношение находится в 3НФ, если оно находится во 2НФ, и все неключевые атрибуты отношения взаимно независимы и полностью зависят от первичного ключа.

Другими словами, каждый неключевой атрибут должен быть логически связан с атрибутом или атрибутами, являющимся первичным ключом.

Добавим поля «№ руководителя» и «Телефон» в таблицу «Проекты предприятия», находящуюся в 2НФ (первичным ключом является поле «Код проекта»).

Атрибут «Телефон» логически связан с атрибутом «№ руководителя», неключевым полем, но не с атрибутом «Код проекта», являющимся первичным ключом (см. таблицу 10.1).

Таблица 10.1. Проекты предприятия

Код проекта	№ руководителя	Телефон	Название проекта	Продукт
БРЖ	02	2-21	Биржа	программа
ДОК	12	2-43	Документы	программа
УПР	08	2-56	Управление	адм.меры

Для нормализации этой таблицы удалим атрибут «Телефон». Сделаем атрибут «№ руководителя» внешним ключом, ссылающимся на атрибут «№ работника» (первичный ключ) в таблице «Работники» (см.таблицы 10.2 и 10.3).

Таблица 10.2.Проекты предприятия

Код проекта	руководитель	Название проекта	Продукт
БРЖ	02	Биржа	программа
ДОК	12	Документы	программа
УПР	08	Управление	адм.меры

Таблица 10.3. Работники предприятия

№ работника	Телефон
02	2-21
08	2-56
12	2-43

11. Метод диаграмм «Сущность - связь»

Метод диаграмм заключается в непосредственном переходе от концептуальной модели к реляционной с использованием правил перехода.

11.1 Бинарная связь «один - к - одному»

Правило 1: если степень бинарной связи 1:1, то строится только одно отношение, ключом которого может быть ключ любой из сущности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Преподаватель (таб.номер) читает только одну дисциплину, дисциплина (код дисциплины) читается только одним преподавателем.

Отношение: Преподаватель (таб.номер, ФИО,…, код дисциплины, наименование…)

или

Отношение: Дисциплина (код дисциплины, наименование,…таб.номер, ФИО,…)

11.2 Бинарная связь «один - ко - многим»

Правило 2: Если степень связи между сущностями 1:М или М:, то формируются отношения на каждую из сущностей. Первичными ключами отношений являются ключи их сущностей, ключ 1-связной сущности добавляется как атрибут в отношение М-связной сущности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Преподаватель (таб.номер) читает много дисциплин, дисциплина (код дисциплины) читается только этим преподавателями.

Отношение 1: Преподаватель (таб.номер, ФИО, адрес, кафедра…)

Отношение 2: Дисциплина (код дисциплины, наименование,…, таб.номер)

11.3 Бинарная связь «многие - ко - многим»

Правило 3: Если степень связи М:N, то не зависимо от класса принадлежности сущностей формируются три отношения. Два на каждую из сущностей и их ключи являются первичными ключами этих отношений. Третье отношение является связующим, а его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Преподаватель (таб.номер) читает или не читает много дисциплин, дисциплина (код дисциплины) читается или не читается многими преподавателями.

Отношение 1:Преподаватель (таб.номер, ФИО, адрес, кафедра…)

Отношение 2:Дисциплина (код дисциплины, наименование…)

Отношение 3:Читает (таб.номер, код дисциплины,…)

11.4 Связи более высокого порядка

Правило 4: Если степень связи n-арная, то независимо от класса принадлежности сущностей строится n+1 отношение. Формируются отношения для каждой из сущности и их ключи являются первичными ключами этих отношений. И отношение одно является связующим и среди своих атрибутов содержит ключи всех сущностей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отношение 1: Материал (шифр материала, наименование…)

Отношение 2: Поставщик (код поставщика, название…)

Отношение 3: Потребитель (код потребителя, название…)

Отношение 4: Поставка (№ поставки, код поставщика, шифр материала, код потребителя…)

12. Системы управления базами данных. Классификация СУБД

12.1 Системы управления базами данных

СУБД - совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД.

В общем случае под СУБД можно понимать любой программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования БД.

12.2 Функции СУБД

1. Поддержка моделей данных и операции над данными.

2. Обеспечение целостности данных (в БД хранится непротиворечивая и полная информация).

3. Обеспечение средствами создания и управления интерфейсом пользователя.

4. Организация связи с языками программирования.

5. Обеспечение средствами обучения пользователя (подсказками, меню).

6. Обеспечение связей с др. пакетами программ (др. СУБД, электронные таблицы, графической поддержкой).

7. Обеспечение работы в сетях.

8. Обеспечение безопасности хранимой информации (защита паролем, поддержка уровней доступа к БД, шифрование данных и программ).

1. Способ доступа к БД

Файл-серверные СУБД - файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Обработка данных осуществляется на ПК клиента. Пользователь получает файлы базы данных. ( Access, Paradox, dBase, FoxPro).

Клиент-серверные СУБД - СУБД располагается на сервере вместе с БД. Пользователи через клиентское приложение обращаются с запросами к СУБД и получают записи таблиц (Oracle, Interbase, Informix, MySQL).

Встраиваемые СУБД -- СУБД, которая поставляется как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Физически реализована в виде подключаемой библиотеки. Предназначена только для локального хранения данных и не рассчитана на коллективное использование в сети. (SQLite, BerkeleyDB)

2. Поддерживаемая модель данных:

·--Иерархические СУБД;

·--Сетевые СУБД;

·--Реляционные СУБД;

·--Постреляционные СУБД и т.д.;

3. Степень распределённости

·--Локальные СУБД (все части СУБД размещаются на одном ПК)

·--Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

4. Сфера применения

·--Универсальные СУБД

·--Специализированные СУБД (проблемно ориентированные СУБД).

5. Мощность

Настольные СУБД (FoxPro, Clipper, Paradox, Access) - невысокие требования к техническим средствам, ориентация на конечного пользователя и низкая стоимость.

Корпоративные СУБД (Oracle, Sybase, Informix) - работа в распределенной среде, высокая производительность, развитые средства администрирования. Сложные, дорогие, ресурсоемкие.

13. Процедура выбора СУБД

13.1 Процедура выбора СУБД

Процедуру выбора СУБД необходимо проводить в 3 этапа:

1. оценка на качественном уровне программного продукта;

2. оценка технических характеристик;

3. оценка производительности программы.

Оценка на качественном уровне. К числу основных показателей программных продуктов можно отнести следующие:

·--вид программного продукта (рассмотрены ранее);

·--категории пользователей:

1. профессиональные программисты - разработчики СУБД, серверов БД и др;

2. администраторы БД;

3. квалифицированные пользователи, разрабатывающие приложения;

4. неквалифицированные пользователи;

5. различные комбинации перечисленных категорий.

При выборе программных продуктов следует отдавать предпочтение программам более широкого назначения. Многие популярные многофункциональные СУБД содержат средства как для пользователей и администраторов, так и разработчиков (Microsoft Access содержит Visual basic для создания приложений);

·--удобство и простота использования:

1. понятные процедуры установки программных продуктов (особенно сетевые установки с множеством рабочих мест);

2. удобный и унифицированный интерфейс конечного пользователя;

3. простота выполнения обычных операций: создания БД, навигации, модификации данных, подготовки запросов и оформления отчетов;

4. наличие интеллектуальных подсистем подсказок, помощи в процессе работы и обучения, включая примеры;

·--модель представления данных.

Наиболее распространенной и отработанной теоретически и практически является РМД.

·--качество средств разработки.

Учитывается: возможности создания пользовательских интерфейсов; мощность языка создания программ; автоматизация разработки различных объектов, экранных форм, отчетов, запросов.

Предпочтение отдается системам, имеющим полнофункциональные генераторы (мастера, конструкторы) и обеспечивающим удобство работы пользователя;

·--качество средств защиты БД (контроль типа данных, определение диапазона допустимых значений)

·--фирма - разработчик.

При отборе программных продуктов немаловажное значение имеет авторство продукта. Солидность фирмы - разработчика пакета дает следующие преимущества:

1. высокое качество продукта;

2. наличие документации и методических материалов;

3. наличие «горячей линии» для консультаций по возникающим проблемам;

4. высокую уверенность в появлении более совершенной версии.

Следует отдавать предпочтение фирмам с твердым финансовым положением и перспективной динамикой роста программно - аппаратных средств. В качестве показателей «благополучия» можно использовать годовой оборот, численность состава, объемы продаж вообще и интересующего продукта, в частности…

·--стоимость.

На стоимость программных продуктов в основном влияют вид программного продукта и фирма - разработчик. Стоимость полнофункциональных СУБД обычно колеблется в приделах - $500 - $1000. Общая стоимость включается в себя стоимость прикладного инструментария, средств настройки конфигурации системы, администрирования БД и сопровождения. Иногда общая стоимость крупных систем, построенных на базе РБД, достигает миллиона долларов. Основным фактором, определяющим общую стоимость системы, чаще всего является число поддерживаемых пользователей.

Технические характеристики.

1. Общие параметры:

·--операционная среда (типы поддерживаемых ОС);

·--потребность в оперативной памяти;

·--ограничение на max объем БД;

·--ограничение на количество одновременных подключений пользователей.

2. Ограничения на операции над данными:

·--max размер поля;

·--max размер строки;

·--max число полей в таблице;

·--max число индексных полей;

·--max число строк в таблице;

·--max число одновременно открытых таблиц.

3. Типы данных.

4. Возможности средств формулировки и выполнения запросов:

·-- вид языка запросов: SQL, QBE, свой собственный;

·--максимальное число полей для поиска;

·--сохранение запросов;

·--сортировка: по одному любому полю, по нескольким полям;

·--наличие вычислений в запросах.

5. Работа в многопользовательских средах:

·-- типы блокировок: исключительные, общие;

·--уровни защиты: защита БД, защита объектов разработки (текстов программ, отчетов, экранных форм), защита таблицы (файла), защита записи, защита поля;

6. Инструментальные средства разработки приложений:

·--генератор интерфейсов пользователя (экранных форм, меню, кнопок, окон, отчетов);

·--генерация независимых exe - модулей.

7. Импорт и экспорт: ASCII - файлы, DBF - формат, XLS - формат и другие.

Оценка производительности. Тестирование СУБД проводится с помощью эталонных тестов. Испытываемая БД состоит из 4 таблиц по 100 тысяч записей.

Основные виды применяемых тестов:

1. «Выборка». Измеряется на сколько быстро СУБД может выполнять однотабличный запрос. Запросы включают текстовые и числовые данных, значения должны попадать в заданный диапазон.

2. «Полное сканирование». Измеряет время, необходимое для поиска значения в неиндексируемом поле, которое отсутствует в таблице.

3. «Загрузка и индексация». Проводится оценивание того, как быстро программы могут импортировать исходную БД и создать определенное число индексов.

4. «Обновление». Предназначен для измерения времени обновления индексов при выполнении операций модификации, вставки и удаления 1000 записей.

5. «Чтение с произвольной выборкой». Позволяет определить max число параллельных обращений к данным, которые способен обработать испытываемый пакет. Для получения этой характеристики, на рабочих станциях генерировались запросы со случайными номерами записей одной таблицы, которые должен быть выполнить пакет, находящийся на отдельном ПК.

6. «Запись с произвольным доступом». Каждая из рабочих станций случайно выбирает обновляемую запись, в которой изменяется целочисленное поле.

7. «Генерация отчета». Предполагает задействование одной рабочей станции для подготовки и печати собственного отчета, а других машин - для имитации потока требований к основной станции при групповой работе. Имитация происходит при помощи теста «чтение с произвольной выборкой».

По параметрам производительности оценивались 10 наиболее высококачественных СУБД. Лидирующее положение заняли PARADOX и ACCESS.

14. Язык запросов SQL

14.1 Основные понятия

SQL (Structured Query Language) представляет собой непроцедурный язык, используемый для управления данными в реляционных СУБД. Термин непроцедурный означает, что на этом языке можно сформулировать, что нужно сделать с данными, но нельзя проинструктировать, как это сделать.

Язык SQL был создан в начале 70 - х годов фирмой IBM. За это время он был расширен, то есть дополнен новыми операторами.

14.2 Функции SQL

·--Организация данных (дает пользователю возможность устанавливать отношения между элементами базы данных).

·--Чтение данных (дает пользователю возможность читать из базы данных содержащиеся в ней данные и пользоваться ими).

·--Обработка данных (дает пользователю возможность изменять базу данных, т.е. добавлять в нее новые данные, а также удалять или обновлять уже имеющиеся в ней данные).

·--Управление доступом (можно ограничить возможности пользователя по чтению и изменению данных и защитить их от несанкционированного доступа).

·--Совместное использование данных (координирует совместное использование данных пользователями, работающими параллельно, чтобы они не мешали друг другу).

·--Целостность данных (позволяет обеспечить целостность базы данных, защищая ее от разрушения из-за несогласованных изменений или отказа системы).

14.3 Достоинства и недостатки языка запросов

Достоинства:

·--cтандартность языка SQL;

* независимость от конкретных реляционных СУБД;

Ни одна новая СУБД, не поддерживающая SQL, не может рассчитывать на успех. РБД и программы, которые с ней работают, можно перенести с одной СУБД на другую с минимальными доработками и переподготовкой персонала.

* переносимость с одной вычислительной платформы на другую;

Поставщики СУБД предлагают программные продукты для различных вычислительных систем: от персональных компьютеров и рабочих станций до локальных сетей, мини-компьютеров и больших ЭВМ. Приложения, созданные с помощью SQL и рассчитанные на однопользовательские системы, по мере своего развития могут быть перенесены в более крупные системы.

* реляционная основа;

Табличная структура реляционной базы данных интуитивно понятна пользователям, поэтому язык SQL является простым и легким для изучения.

* высокоуровневая структура, напоминающая английский язык;

Операторы SQL выглядят как обычные английские предложения, что упрощает их изучение и понимание.

* полноценность как языка, предназначенного для работы с базами данных;

Содержит все возможные операторы для работы с таблицами и данными баз данных.

* возможность динамического изменения данных и структуры таблиц;

С помощью SQL можно динамически изменять и расширять структуру базы данных даже в то время, когда пользователи обращаются к ее содержимому.

* поддержка архитектуры клиент/сервер.

SQL служит связующим звеном между клиентской системой, взаимодействующей с пользователем, и серверной системой, управляющей базой данных, позволяя каждой системе сосредоточиться на выполнении своих функций

Недостатки:

·--не может существовать, как самостоятельный язык программирования;

·--поддерживает работу только с РБД;

·--предназначен только для формирования запросов к БД.

14.4 Основные операторы языка

Операторы языка SQL можно разделить на два подъязыка: язык определения данных (ddl) и язык манипулирования данными (DML). Представлены в таблице 18.1

Таблица 18.1. Основные операторы языка SQL

Вид	Название	Назначение
DDL	CREATE TABLE DROP TABLE Alter TABLE CREATE VieW DROP VieW	Создание таблицы Удаление таблицы Изменение структуры таблицы Создание представления Удаление представления
DML	SELECT UPDATE INSERT DELETE	Выборка записей Изменение записей Вставка новых записей Удаление записей

15. Операции выборки или чтения данных

15.1 Операторы выборки и чтения данных

Запрос - это команда, которая обращается к БД и сообщает ей, чтобы она отобразила определенную информацию из таблиц.

Простой запрос - запрос, который обращается только к одной таблице БД.

Многотабличный запрос - запрос, который обращается к 2 или > таблицам.

Пусть существует БД «ТОВАРЫ»:

ТОВАРЫ (номер товара, тип товара, номер компании, название товара, цена)

КОМПАНИИ (номер компании, название компании, адрес, телефон)

ПРОДАЖА (номер товара, номер покупателя, количество товара)

Выбор данных представляет собой наиболее часто встречающуюся операцию, выполняемую с помощью языка запросов.

Оператор SELECT наиболее важный оператор, применяемый для выборки данных. Синтаксис оператора имеет вид:

SELECT <список данных>

FROM <список таблиц>

[WHERE <условие выборки>]

[ORDER BY <условие сортировки> [,<условие сортировки>]…];

SELECT - ключевое слово, которое сообщает БД, что эта команда является запросом.

Список данных - содержит имена столбцов, участвующих в запросе. Поля, не перечисленные здесь, не будут включены в вывод команды, но это не означает, что они будут удалены и информация в них будет стерта.

Для вывода все полей без их перечисления используется символ *.

FROM - это оператор, который задает существующие таблицы, участвующих в запросе.

WHERE - это оператор, который задает условия, на основании которых выбираются строки из заданных таблиц.

ORDER BY - задает порядок сортировки результирующего множества.

Точка с запятой (;) используется для сообщения СУБД, что запрос построен и готов выполнятся.

Пример: вывести таблицу товаров.

SELECT Номер товара, тип товара, номер компании, название товара, цена

FROM ТОВАРЫ;

Пример: при необходимости получить каждой поле таблицы можно использовать необязательное сокращение в виде символа «*».

SELECT *

FROM ТОВАРЫ;

Пример: при необходимости можно вывести только определенные поля таблицы в определенной последовательности.

SELECT название товара, цена, тип товара

FROM ТОВАРЫ;

Это способ позволяет работать с таблицами, которые имеют большое количество полей, содержащих данные, не нужные в данный момент пользователю.

15.2 Выборка строк с условием

Пример: определить товар, код которого 1245.

SELECT *

FROM ТОВАРЫ

WHERE Номер товара = 1245;

Условие выборки - является логическим выражением. Его элементами могут быть операции сравнения (=, <>, <, >, <=, >=), арифметические операции, логические операторы (and, or, not).

Операции сравнения имеют стандартные значения для числовых данных, а для символьных их определение зависит от кодов ASCII символов - они следуют в алфавитном порядке, причем заглавные буквы имеют меньший код, чем строчные `Z' < `a'.

Пример: вывести список товаров, цена которых >250,45

SELECT *

FROM ТОВАРЫ

WHERE цена > 250,45;

Пример: вывести информацию о товарах, код которых >123 и цена < 250.

SELECT *

FROM ТОВАРЫ

WHERE Номер товара > 123 and цена < 250,45;

Пример: вывести информацию о фирмах - поставщиках, наименование которых «Феникс» или местоположение г. Москва.

SELECT *

FROM Компании

WHERE Название товара = `Феникс' or адрес = `Москва';

Пример: вывести информацию о компании, офис которой не находится в Москве.

SELECT *

FROM Компании

WHERE Not (адрес = `Москва');

При построении запросов могут быть использованы специальные операторы:

IN -определяет набор значений, в который данное значение должно быть включено;

BETWEEN - определяет диапазон значений, в которых должно умещаться искомое значение;

LIKE - определяет значение, точное написание которого неизвестно. Применим только к полям символьного типа.

Пример: вывести информацию о товарах, тип которых «Посуда» или «Игрушка». (Более простая замена оператора OR).

SELECT *

FROM ТОВАРЫ

WHERE Тип товара in (`Посуда', `Игрушка');

Пример: вывести информацию о компаниях, код которых находится между 1245 и 1256.

SELECT *

FROM Компании

WHERE Номер компании BETWEEN 1245 and 1256;

Значения равные 1245 и 1256 включаются в ответную таблицу.

Пример: выбрать все компании, наименование которых находятся между «К» и «С».

SELECT *

FROM Компании

WHERE номер компании BETWEEN `K' and `C';

Существует два типа групповых символов, используемых с оператором Like:

·--символ подчеркивания замещает любой одиночный символ, например М_Л, может соответствовать словам «Мел» или «Мол»;

·--знак процента замещает последовательности любого числа символов, например, «%М%Л» соответствует словам «Мел» или «Помол», не соответствует «Молоко».

Пример: найти все товары, наименование которых начинается на букву «К».

SELECT название товара

FROM ТОВАРЫ

WHERE название товара LIKE `K%';

Пример: определить название компании.

SELECT название компании, адрес

FROM Компании

WHERE название компании LIKE `П_рус%';

16. Получение итоговых данных

16.1 Операторы групповой обработки значений поля

Запросы могут производить обобщённую групповую обработку значений полей. Это реализуется с помощью функций: AVG, SUM, MAX, MIN, COUNT.

В логических и арифметических выражениях можно использовать функции: AVG (среднее значение в поле), MAX (максимальное значение поля), MIN (минимальное), COUNT (подсчёт количества строк): числовые и символьные.

SUM (сумма значений поля): только числовые значения

Пример : найти сумму всех товаров в таблице ТОВАРЫ.

SELECT SUM (цена)

FROM ТОВАРЫ;

Пример: подсчитать количество фирм, производящих товар.

SELECT COUNT Номер компании

FROM Компании;

Пример: Подсчитать общее число строк в таблице КОМПАНИИ.

SELECT COUNT (*)

FROM Компании;

COUNT со звездочкой включает записи с NULL (неопределенным значением) и дубликаты.

Пример : определить товар с максимальной ценой.

SELECT MAX (Цена)

FROM ТОВАРЫ;

В результате запроса будет получено только одно значение.

16.2 Сортировка результатов поиска

Если указаны несколько полей, то столбцы вывода упорядочиваются один внутри другого, при этом можно определять возрастание (ASC) и убывание (DESC) для каждого столбца. Необходимо, чтобы поле, по которому происходит упорядочивание, было указано в операторе SELECT.

Пример: вывести наименования товаров в алфавитном порядке.

SELECT * FROM ТОВАРЫ

ORDER by Название товара ASC;

Пример: вывести наименования компаний в порядке возрастания, а их адреса в порядке убывания.

SELECT *

FROM Компании

ORDER by Название компании ASC, адрес DESC;

Пример: поместить в запрос название единицы измерения цены товара.

SELECT название товара, тип товара, `у.е.', цена

FROM ТОВАРЫ;

17. Многотабличные запросы

В реляционных таблицах допускается наличие одинаковых полей в разных таблицах.

Поэтому при формировании многотабличного запроса в разных таблицах могут встретиться одинаковые поля, во избежание этого синтаксис многотабличных запросов следующий:

Товары. Название товара, где Товары - имя таблицы;

Название товара - поле этой таблицы.

При построении многотабличного запроса в операторе WHERE необходимо выполнить связывание таблиц по одинаковому полю, а затем накладывать остальные условия

Пример: определить какие товары поставляются фирмами.

SELECT Товары. название товара, Компании. название товара

FROM Товары, Компании

WHERE Товары. Номер компании = Компании. Номер компании;

Пример: определить компанию, которая производит товар «кружка».

SELECT Товары. Название товара

FROM Товары, Компании

WHERE Товары. Номер компании = Компании. Номер компании and Товары. Название товара = `кружка';

Пример: выбрать товары, произведенные в Москве в порядке убывания их цены.

SELECT Товары. Название товара, Товары. Цена

FROM Товары, Компании

WHERE Товары. Номер компании = Компании. Номер компании and Компании. Адрес = `Москва'

ORDER BY Товары. Цена DESC;

18. Внесение изменений в базу данных

Для внесения изменений в базу данных используют три оператора:

UPDATE - изменение значений строк таблицы;

INSERT INTO - вставка новых записей (строк таблицы);

DELETE - удаление записей таблиц.

18.1 Оператор изменения записи

UPDATE <имя таблицы>

SET <имя столбца> = {<выражение>, NULL}

[, SET <имя столбца> = {<выражение>, NULL}…]

[WHERE <условие>]

Пример: изменить тип всех товаров на «Посуда».

UPDATE ТОВАРЫ

SET Тип товара = `Посуда';

Пример: увеличить на 500 единиц стоимость товаров, которые выпускает фирма - производитель с кодом 15.

UPDATE ТОВАРЫ

SET Цена = цена + 500

WHERE Номер компании 15;

Пример: уменьшить в два раза стоимость товаров, наименование которых «Мягкая игрушка», произведенных фирмой «Алиса».

UPDATE ТОВАРЫ

SET Цена = Цена / 2

WHERE Название товара = `Мягкая игрушка' AND номер компании =

(SELECT номер компании

FROM Компании

Where название компании = `Алиса');

18.2 Оператор добавления записей

INSERT INTO <имя таблицы>

[(<список столбцов>)]или

VALUES (<список значений>);

Оператор предназначен для ввода новых записей с заданными значениями в столбцах. Порядок перечисления имен столбцов должен соответствовать порядку значений, перечисленных в списке операнда VALUES.

Если <список столбцов> опущен, то в <списке значений> должен быть перечислены значения в порядке столбцов структуры таблицы.

Пример: ввести в таблицу ТОВАРЫ запись о новом товаре.

INSERT INTO ТОВАРЫ

VALUES (123, `Посуда', Ф100, `Кружка керамическая', 45,00 );

При необходимости допускается указывать столбцы, куда необходимо осуществить вставку значения, что позволяет это делать в любом порядке.

Пример:

INSERT INTO ТОВАРЫ (название товара, тип товара, цена)

VALUES (`Кружка керамическая', `Посуда', 45,00 );

Столбцы Номер товара и Номер компании отсутствуют, т.е. для этих полей автоматически устанавливаются значения по умолчанию.

Значение по умолчанию может быть введено заранее или это будет NULL значение. Если ограничение запрещает использование значения NULL в данном поле, то необходимо заранее позаботится об обеспечении столбца содержательным значением для любой команды INSERT.