БАЗЫ ДАННЫХ В состав современных информационных систем

БАЗЫ ДАННЫХ

В состав современных информационных систем, как правило, входят различные базы данных. l База данных (БД) – это совокупность организованных и взаимосвязанных данных о конкретных объектах реального мира в какой либо предметной области l Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и автоматизации. l Базы данных представляют собой информационные модели, содержащие данные о группах объектов с одинаковым набором свойств. l

l По технологии обработки данных БД подразделяются на: § централизованные; § распределенные. l Централизованная база данных хранится в памяти одного компьютера. Если этот компьютер подключен к локальной вычислительной сети, возможен распределенный доступ к такой базе.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

l По способу доступа к данным базы данных разделяются на: § базы данных с локальным доступом (обрабатываются только на одном компьютере); § базы данных с удаленным (сетевым) доступом, т. е. базы данных, которые могут обрабатываться по сети.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают следующие архитектуры систем: § файл сервер; § клиент сервер

Архитектура файл-сервер. l Данная архитектура предполагает выделение в сети одного компьютера в качестве центрального, который носит название файл сервер. l На таком компьютере хранится централизованная база данных, которая находится в совместном использовании. Все остальные компьютеры в сети выполняют функции рабочих станций. l

Архитектура типа файл-сервер

В данной архитектуре все данные хранятся на сервере, а обрабатывается информация на рабочих станциях. Это удобно, если мощность сервера не велика и не позволяет вести обработку данных на самом сервере.

Архитектура клиент-сервер l Данная архитектура предполагает, что помимо хранения централизованной базы данных центральный компьютер, называемый сервер базы данных, должен выполнять основной объем работы по обработке данных. Рабочие станции посылают запросы на сервер. На каждый запрос сервер генерирует ответ и передает его рабочим станциям, при этом сами файлы не передаются по сети, а передаются только требуемые данные. Спецификой архитектуры клиент сервер является использование языка запросов SQL.

Архитектура типа клиент-сервер

Данная архитектура удобна в том случае, если мощность рабочих станций невелика и не позволяет вести обработку информации на них. Также данная архитектура позволяет снизить нагрузку на вычислительную сеть организации, так как по сети передаются только запросы к серверу и результаты обработки информации. А файлы, которые, как правило, имеют большой размер, по сети не передаются.

Модели данных l l • • • Ядром каждой базы данных является модель данных. Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки. С помощью моделей данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. Различают три основные типа модели данных: сетевая; иерархическая; реляционная.

Иерархическую модель данных еще называют древовидной, так как она имеет структуру в виде перевернутого дерева. К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, узел(объект), связь. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. В этой модели каждый узел на более низком уровне (подчиненный узел) связан только с одним узлом, находящемся на более высоком уровне.

Иерархическая модель данных

Иерархическое дерево имеет только одну вершину ( корень), неподчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Данная модель используется для хранения данных, имеющих взаимное подчинение. Например, для описания структуры любой организации можно использовать иерархическую модель.

Пример структуры организации

В сетевой модели при тех же основных понятиях ( уровень, узел, связь) в отличие от иерархической любой узел может быть связан с любым другим узлом.

Сетевая модель данных

l • • • Реляционная модель данных отображает все данные в виде обычных двухмерных таблиц. При этом каждая реляционная таблица обладает следующими свойствами: каждый элемент таблицы является элементом данных; данные в каждом столбце имеют одинаковый тип (числовой, текстовый, дата и т. д. ); каждый столбец имеет уникальное имя; одинаковые строки в таблице недопустимы; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Строки таблиц соответствуют кортежам или записям, а столбцы атрибутам отношений, доменам, полям. Пример реляционной модели данных представлен в таблице:

l • • • Поле – это элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. При создании базы данных каждому полю таблицы задаются следующие параметры: имя; тип (текстовый, числовой, календарный и т. д. ); длина (может измеряться в байтах или символах); точность (указывается число десятичных знаков после запятой в числах); описание (это произвольный текст, подробно описывающий назначение поля).

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом или ключевым полем. Если для однозначного определения записей используется несколько полей, то совокупность этих полей образуют составной ключ. Например, в приведенной ниже таблице для однозначного определения автомобиля должны использоваться поля Серия и Номер и регион. Таким образом, составной ключ будет состоять из этих двух полей.

Ключи используются при обработке данных, а также применяются для контроля за достоверностью информации в таблицах. Изменение свойств ключа говорит о серьезном искажении информации.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ Понятие СУБД. Состав и функции СУБД Системой управления базами данных (СУБД) называют программную систему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных, используемой для решения множества задач.

СУБД служат для поддержания БД в актуальном состоянии и обеспечения эффективного доступа пользователей к содержащимся в ней данным. СУБД предназначена для централизованного управления базой данных в интересах всех работающих в этой системе. Централизованный характер управления данными в базе данных предполагает необходимость существования некоторого лица (группы лиц), на которое возлагаются функции администрирования данными, хранимыми в базе.

l По степени универсальности различают два класса СУБД: • системы общего назначения; • специализированные системы.

СУБД общего назначения не ориентированны на какую либо предметную область. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных и выполнены, как правило, в виде отдельного программного продукта. К этому классу относятся следующие СУБД: Microsoft Access, Microsoft Fox. Pro, d. BASE, Paradox и др.

Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения. К специализированным СУБД, например, относятся известные СУБД по законодательству Кодекс и Гарант.

l Современные • • СУБД позволяют выполнять следующие функции: добавлять новые данные; обновлять и изменять данные; получать ответы на запросы; осуществлять поиск нужных данных; анализировать данные; печатать отчеты, диаграммы; выполнять экспорт и импорт данных.

l. В состав любой СУБД входят следующие основные элементы: l ядро СУБД (часто его называют Data Base Engine); • инструментальные средства разработки прикладных программ; • набор вспомогательных утилит.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти и в оперативной памяти ЭВМ. При использовании архитектуры "клиент сервер" ядро, как правило, выполняется на сервере компьютерной сети.

В состав инструментальных средств разработки прикладных программ входят язык программирования, компилятор языка базы данных (обычно SQL), средства реализации меню и экранных форм ввода вывода информации. Основной функцией компилятора языка СУБД является компиляция операторов языка базы данных в некоторую выполняемую программу.

В отдельные утилиты СУБД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием внутреннего языка СУБД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т. д.

Требования, предъявляемые к СУБД l • • • При выборе СУБД необходимо обращать внимание на ее производительность. Производительность любых СУБД оценивается следующими параметрами: время выполнения запросов; скорость поиска требуемой информации; время выполнения операций импортирования базы данных из других форматов; скорость выполнения операций обновления, вставки, удаления данных; максимальное число параллельных обращений к данным в многопользовательском режиме; время генерации отчета.

В настоящее время одними их самых быстрых СУБД являются Microsoft Fox. Pro и Paradox. Также одним из главных требований, предъявляемых к СУБД является возможность обеспечения целостности данных в базе данных. Это свойство заключается в том, что в СУБД имеются средства, позволяющие проверить правильность и полноту информации в БД, независимо от того, каким образом она туда заносится (оператором вручную, с помощью специальной программы, посредством импорта информации из других БД).

l Для обеспечения целостности данных устанавливаются специальные правила целостности, которые хранятся вместе с самой базой данных. По надежности сохранения целостности данных лидерами являются СУБД Microsoft Access и Paradox. l Помимо целостности данных желательно, чтобы СУБД обеспечивали безопасность данных.

l l l Безопасность данных определяется наличием в СУБД следующих возможностей: шифрование прикладных программ; шифрование данных; защита паролем; разграничение доступа к отдельным частям БД (таблицам, запросам, отчетам и т. д. ). Хорошими характеристиками обеспечения безопасности данных обладает Microsoft Access.

Технология работы в СУБД l • • В настоящее время широкое распространение получили реляционные БД. Поэтому рассмотрим основные принципы работы в СУБД на примере СУБД с реляционной БД. Работу в любой реляционной СУБД можно разбить на несколько этапов, таких как: создание структуры таблиц БД; ввод и редактирование данных; обработка данных, содержащихся в таблицах; просмотр и вывод информации из БД.

l При создании структуры таблиц БД происходит определение перечня полей, из которых она должна состоять, их типов и размеров. При этом каждому полю таблицы присваивается уникальное имя. l Тип данных указывает программе СУБД, как обрабатывать эти данные.

l l l l Можно использовать следующие типы: текстовый – для текстовой информации и чисел, при невыполнении матема тических расчетов; поле MEMO – для хранения произвольного текста, например, комментария или примечания; числовой – используется при выполнении математических операций над данными; денежный – используется для операций с денежными единицами; дата/время – предназначен для хранения информации о дате и времени; счетчик – специальное числовое поле, в котором многие СУБД проставляют уникальные порядковые номера записей; объект OLE – это объект, созданный другим приложением (например, электронная таблица, рисунок, текст).

Ввод и редактирование данных можно выполнять непосредственно или с помощью дополнительных программ и запросов. При непосредственном вводе могут использоваться создаваемые экранные формы или ввод осуществляется напрямую в таблице. Экранные формы имеют более дружественный интерфейс, и их рекомендуется использовать для пользователей с низкой квалификацией.

l Обработка данных осуществляется с помощью запросов или в процессе выполнения специально разработанной программы. l Запрос представляет собой вопрос о данных, хранящихся в таблицах, или инструкцию на отбор записей, подлежащих изменению.

l l Запросы бывают следующих видов: Запрос-выборка предназначен для отбора данных, хранящихся в таблицах, и не изменяющий эти данные. При выполнении запроса данные, удовлетворяющие условиям отбора, выбираются из одной или нескольких таблиц и выводятся на экран в определенном порядке. Запрос-изменение предназначен для изменения или перемещения данных. К этому виду относятся: запрос на добавление записей, запрос на удаление записей, запрос на создание таблицы, запрос на обновление. Перекрестный запрос предназначен для группировки данных и представ ления их в компактном виде.

l l Запрос с параметром, позволяющий определить одно или несколько условий отбора данных. Запросы SQL – запросы, которые могут быть созданы только с помощью инструкций SQL. Это запрос объединение, запрос к серверу и управляющий запрос. Данный вид запросов позволяет использовать СУБД в локальных вычислительных сетях.

l Для подготовки запроса необходимо определить: • поля, по которым будет проводиться поиск; • искомое значение; • поля, выводимые в результате выполнения запроса

Для указания условий отбора данных и для создания вычисляемых полей в запросах используются выражения. Выражения представляют собой формулы (как логические, так и арифметические), по которым вычисляются необходимые значения.

Просмотр данных в БД может осуществляться с помощью стандартных форм в виде таблицы или с помощью специальных отчетов. Особенно отчеты важны для вывода обработанной информации.

l • • • При построении отчета пользователь имеет возможность: включить в отчет выборочную информацию из БД; добавлять информацию, не содержащуюся в БД; выводить итоговые данные; располагать выводимую информацию в удобном виде; включать в отчет информацию из нескольких связанных таблиц БД.