БД - Раздел 1.

Дисциплина «Базы данных»

Цель дисциплины состоит в формировании базовых, основополагающих представлений по одному из основных современных направлений развития информационных технологий – технологии баз данных. Актуальность дисциплины определяется важнейшей ролью технологий баз данных в совершенствовании процессов управления во всех отраслях промышленности.

Основные задачи дисциплины:

- дать общие сведения о принципах построения и функционирования систем управления базами данных в составе автоматизированных информационных систем;

- ознакомить с основами теории реляционных баз данных, методами моделирования данных и проектирования баз данных;

- сформировать комплексные­ знания, умения и навыки, необходимые при разработке, внедрении, эксплуатации автоматизированных баз данных;

- сформировать у студентов умения и навыки активного использования прикладных программных систем управления базами данных для решения научно-технических задач в сферах производства и управления.

Структура курса: лекции – 32 ч.; практ. занятия – 8 ч.; лаб. работы – 28 ч.; СРС – 76 ч.; курсовая работа; экзамен.

Курс содержит 5 следующих разделов.

1. Теоретические основы построения баз данных. Реляционная модель.

2. Проектирование реляционных баз данных

3. Языки баз данных. Язык запросов SQL

4. Создание и использование баз данных средствами СУБД Microsoft SQL Server

5. Средства разработки приложений.

Раздел 1. Теоретические основы построения баз данных. Реляционная модель. (Лекции 1÷4)

Лекция 1. Информационные системы, базы данных, основные понятия, терминология. Понятия организации данных в информационных системах. Назначение и основные компоненты системы баз данных; базы и банки данных. Системы управления базами данных (СУБД).

В современных информационных технологиях понятие баз данных является одним из важнейших. Существует даже новая профессия – администратор баз данных. Интуитивно понятно, что база данных представляет собой своего рода контейнер, хранилище систематизированных каким-либо образом и относящихся к какой-либо предметной области наборов данных.

В настоящее время действует Закон «О правовой охране про­грамм для электронных вычислительных машин и баз данных» № 3523-1 от 23.09.92. В законе есть определение базы данных: «База данных – это объективная форма представле­ния и организации совокупности данных (например, статей, расче­тов), систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ».

Данными обычно называют описания объектов, событий, явлений реального мира, сохраненные для последую­щего использования. Рассматриваемую и моделируемую часть реального мира, сведения о которой предполагается хранить и обрабатывать в информационной системе называют предметной областью. База данных, таким образом, – это средство накопления и организации наборов данных об объектах предметной области.

Данные – это сведения, факты, характеризующие объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства и взаимосвязи. Данные формируются в результате измерений и наблюдений и фиксируются (регистрируются) на каком-либо материальном носителе. Без носителя данные существовать не могут.

Фиксация данных позволяет производить их переда­чу, обработку и интерпретацию (т.е. толкование, объяснение, раскрытие смысла), а информация – это смысл, который чело­век приписывает данным на основании известных ему правил представления в них фактов, идей, сообщений. Такое понимание информации соответствует и этимологии обозначающего его слова (от лат. information – разъяснение, изложение).

Структурированная информация, т.е. связанная причин­но-следственными и иными отношениями и образующая систе­му, составляет знания.

Из этих толкований следует, что если данные воспринимаются и интерпретируются человеком, то они становятся для него информацией. Данные в определенной сте­пени подобны письменному сообщению, передающему какие-то сведения грамотному человеку и остающиеся набором непонят­ных знаков для неграмотного.

Таким образом, информация – это потенциальное свойство данных, которое может быть реализовано одним воспринявшим их человеком и не реализовано другим. Объектом машинной об­работки являются данные, а не информация, так как никакая машина не в состоянии интерпретировать данные, т.е. преобра­зовать их в информацию, ибо машина не обладает, как человек, необходимым запасом знаний о мире и не может мыслить. Тако­ва диалектическая связь между понятиями «данные» и «инфор­мация». Однако в устной и письменной речи часто слово «ин­формация» употребляют вместо слова «данные» как метафору, т.е. в переносном смысле, по аналогии. Такое встречается даже и в этом курсе лекций. Это надо учитывать, когда встречаются вы­сказывания о том, что компьютер обрабатывает информацию. На самом деле, речь в данном контексте может идти только об обработке данных.

Знания – это закономерности предметной области (принципы, отношения, связи, законы) полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие формулировать задачи и принимать решения в этой области.

Данные – фундаментальное понятие информатики. Компьютер можно определить как «устройство обработки данных».

Соотношение понятий «данные», «информация», «знания» можно показать следующей схемой.

Данные Þ Информация Þ Знания Þ Способность принимать решения (компетентность, мастерство, «мудрость»).

Существует множество определений понятия "База данных" (БД) иногда совсем не похожих друг на друга, с разных сторон характеризующих предмет. К примеру, верно такое определение: База данных - это файлы, снабженные описанием хранимых в них данных и находящиеся под управлением специальных программных комплексов, называемых "Системы управления базами данных" (СУБД).

Сколько должно быть этих файлов, кто и как должен распределять между ними данные, как создать понятные СУБД описания данных, как обеспечить безопасность хранимых данных? Эти и некоторые другие вопросы будут изучаться в этом курсе.

Можно дать такое (более развернутое) определение.

БД – есть унифицированная совокупность взаимосвязанных именованных данных с общими правилами организации, описания, хранения и обработки для отображения состояния объектов и их взаимосвязей некоторой предметной области и совместно используемых приложениями (пользователями).

Базы данных, отметим еще раз, – представляют собой своего рода информационные модели, поскольку содержат данные об объектах предметной области, их свойствах и взаимосвязях.

Отдельные элементы данных обычно логически связаны между собой. Структурированность означает, что данные имеет некоторую логическую структуру, некоторую схему, модель, которая связывает между собой отдельные данные. БД предполагает наличие определенного программного обеспечения, позволяющего пользователю работать с ней.

Информационная система – механизм для сбора, хранения, поиска, извлечения и модификации данных. Автоматизированная информационная система (АИС) – комплексная система, включающая организационную часть, техническое (аппаратное) и программное обеспечение и собственно данные, структурированные определенным образом. В зависимости от назначения различают разновидности АИС: управленческие КИС, ИПС, ИСС, БнД, … Все эти системы ориентированы на обработку данных и содержат как «сердцевину» (ядро) , как основу и движущую силу – базы данных.

В АИС обычно используется сразу несколько БД – системы баз данных.

Системы управления базами данных (СУБД) – это класс специализированных программных продуктов для создания и использования баз данных. СУБД широко используются в различных АИС. СУБД позволяет создавать БД, модифицировать в них данные, разрабатывать пользовательские приложения без учета физичес­кого представления данных.

Схематическое изображение состава объектов с указанием связей и отношений между ними называют информационно-логической моделью или короче – инфологической моделью предметной области. В инфологической модели объекты обычно изображают прямоугольниками, а связи или отношения между объектами – стрелками.

Все СУБД позволяют создать структуру данных по определенной модели и поддерживают в той или иной форме четыре основных операции:

• добавить в базу данных одну или несколько записей;

• удалить из базы данных одну или несколько записей;

• обновить в базе данных значения некоторых полей в одной или нескольких записях;

• найти (выбрать) в базе данных одну или несколько записей, удовлетворяющих заданному условию.

Программы для СУБД обычно называются запросами. Результатом выполнения запроса является либо некоторое множество записей, если запрос основан на операции "найти", либо изменение информации в базе, если запрос основан на операциях "добавить", "удалить" или "обновить".

При решении самых разных задач данные целесообразно организовать – упорядочить, чтобы повысить эффективность их обработки.

Данные организуются в единицы, называемые полями, сегментами (агрегатами), записями, файлами. Группа символов, которая вместе составляет логическую единицу информации, называется полем. Поле обычно характеризуется тремя свойствами: типом, размером и наименованием.

Сегмент (агрегат) – группа полей - Два типа: вектор и повторяющаяся группа

Запись – это организованная совокупность взаимосвязанных полей или сегментов.

Файл – это организованная совокупность взаимосвязанных записей. (Данные фиксируются на каком-либо носителе. Термины поле, запись, файл не зависят от используемого носителя.)

БД и банк данных (БнД)…

Автоматизированный БнД – это система информационных , программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоаспектного использования данных в некоторой прикладной области. БнД включает в себя одну или несколько БД, СУБД и комплекс прикладных программ.

БнД и БД бывают документальными и фактографическими. Документальные АИС обеспечивают поиск и выдачу документов по их содержанию.

Модели данных

Логическую структуру данных хранимых в БД называют моделью представления данных (или просто моделью данных). Иначе можно сказать, – модель данных – это метод (принцип) логической организации данных, используемый СУБД.

Если база пустая – не содержит никаких данных – это все равно полноценная БД – в пустой базе все равно есть информация – это структура данных базы.

По способу установления связей между данными различают иерархическую, сетевую и реляционную модели.

Проектируя базу данных разработчик на стадии постановки задачи анализирует предметную область, и определяет объекты – сущности «реального мира», атрибуты, описывающие свойства каждой сущности, а также связи между этими сущностями.

Сущность - объект и (или) факт предметной области, информацию о кото­рых необходимо хранить в базе данных. Как правило, сущность - это имя су­ществительное (может быть одушевленным или неодушевленным).

Атрибут - поименованная характеристика сущности. Например, в предмет­ной области ПРЕДПРИЯТИЕ объект по имени СЛУЖАЩИЙ можно описать ат­рибутами с именами ТАБ_НОМЕР, ФИО, НОМЕР_ОТДЕЛА, ДОЛЖНОСТЬ,..., а факт НАЗНАЧЕНИЕ – атрибутами: ПРОЕКТ, ФИО_СЛУЖАЩЕГО.

Атрибут может выступать в роли ключевого и неключевого.

Первичный (идентифицирующий) ключ (Primary Key) - атрибут или набор атрибутов, однозначно определяющий экземпляр сущности. Так, если все слу­жащие имеют различные табельные номера, то атрибут ТАБ_НОМЕР может вы­ступать в роли первичного ключа для сущности СЛУЖАЩИЙ.

Понятие первичного ключа не следует путать с понятием ключа доступа к данным.

Ключ доступа – это один или несколько атрибутов, по значению которых осуществляется поиск данных в информационной системе. Как правило, пер­вичный ключ всегда является ключом доступа (хотя это и необязательно), но не всякий ключ доступа может выступать в роли первичного ключа. Первич­ный ключ определяет только один экземпляр сущности. Ключ доступа может определять один, несколько или ни одного экземпляра сущности, если поиск неудачен.

Иногда для сущности выделяют несколько атрибутов, каждый из которых может выступать в роли первичного ключа. Например, если все служащие предприятия имеют разные фамилии, то и атрибут ФИО также может играть роль первичною ключа. В этих случаях для определенности один из них объ­являют первичным ключом, а остальные – возможными (альтернативными) ключами.

Первичный ключ может быть простым (один атрибут) или составным (не­сколько атрибутов).

Ключевой атрибут – атрибут, выступающий в роли первичного или возмож­ного первичного ключа или входящий в их состав.

Неключевой атрибут – атрибут, который не является первичным ключом и не входит в состав первичного или возможного первичного ключа. Например, для сущности ПОСТАВКА атрибуты НОМЕР_ПОСТАВЩИКА и НОМЕР_ПОСТАВЛЯЕМОЙ_ДЕТАЛИ считаются ключевыми, так как являются членами со­ставного первичного ключа, а атрибут КОЛИЧЕСТВО_ПОСТАВЛЯЕМЫХ_ДЕТАЛЕЙ является неключевым.

Для описания взаимоотношений между сущностями предметной области или их элементами используется понятие связи (ассоциации). Принято рассматривать четыре возможных типа бинарной связи: 1 : 1 («один к одному»), 1 : М («один ко многим»), М : 1 («многие к одному»), М : М («многие ко многим»).

Внешний ключ – атрибут, который используется для связи одной сущности с другой.

Набор экземпляров всех атрибутов взаимосвязанных между собой сущнос­тей и составляют те данные, которые подлежат хранению в базе данных.

База данных – это именованная совокупность хранимых данных, отобра­жающая состояние сущностей и их отношений в рассматриваемой предметной области. Для создания баз данных и управления данными в них используют различ­ные системы управления базами данных (СУБД).

СУБД – это комплекс языковых и программных средств для создания и веде­ния баз данных. Термин «ведение» подразумевает управление (манипулирова­ние) данными.