1. Понятие информации, свойства информации

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и др.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде.

Информация обладает следующими свойствами: 1) достоверность - она отражает истинное положение дел; 2) полнота - ее достаточно для понимания и принятия решений; 3) точность - степень ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления; 4) ценность - зависит от того, насколько она важна для решения задачи; 5) своевременность; 6) понятность; 7) доступность - по уровню восприятия; 8) краткость; 9) объективность - независимость от чьего-либо мнения или сознания; 10) релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя.

2. Основные понятия теории баз данных

База данных – интегрированная совокупность хранящихся вместе данных, предназначенная для совместного использования одним или несколькими пользователями и снабженная описанием хранящихся в ней данных.

База данных – 1) совокупность данных, хранящихся на магнитных носителях; 2) набор прикладных программ, которые работают с этими данными; 3) БД является интегрированной, содержит данные для многих пользователей.

БД строится на основании предметной области.

Предметная область - это отражение в БД совокупности объектов реального мира с их связями, относящихся к некоторой области знаний и имеющих практическую ценность для пользователей.

БД является динамической информационной моделью некоторой предметной области, отображением внешнего мира (объекта, явления, процесса). Каждому объекту присущ ряд характерных для него свойств (признаков, параметров). Например, свойства объекта СТУДЕНТ: фамилия, имя, отчество, год рождения, факультет, курс, группа и т.д.

Свойства объекта отображаются с помощью переменных величин, которые являются элементарными единицами информации и называются атрибутами. Атрибут - это логически неделимый элемент, относящийся к свойству некоторого объекта или процесса. Для каждого атрибута определяется множество его значений. Так, атрибут ДЕНЬ НЕДЕЛИ может иметь семь значений.

Атрибуты подразделяются на атрибуты-признаки и атрибуты-основания. Атрибуты-признаки (ключи) являются качественной характеристикой объекта и обычно участвуют в логических операциях, таких как сравнение, сортировка, компоновка, редактирование. Атрибуты-основания характеризуют количественную сторону объекта, зависят от атрибутов-признаков и принимают участие в вычислительных операциях. Атрибуты-основания без атрибутов-признаков не дают определения объекта. Любой документ самой сложной структуры можно представить в виде атрибутов-признаков и атрибутов-оснований. Однако ни сам документ, ни его атрибуты не относятся к основным элементам проектируемой БД. Таким элементом является составная единица информации - показатель, состоящая из одного атрибута-основания и присущих ему атрибутов-признаков. Всякий документ можно разделить на показатели.

3. Цели создания и использования баз данных

Использование БД в основном обеспечивает:

1) централизованное управление данными;

2) независимость данных и программ;

3) реализацию отношений между данными;

4) совместимость компонентов БД;

5) простоту изменения логической и физической структур БД; 6) целостность, восстановление и защиту БД и др.

При централизованном управлении выделяют ряд преимуществ:

• сокращение избыточности хранимых данных,

• устранение возможных противоречий данных,

• совместное использование данных,

• соблюдение стандартов в данных.

Необходимость независимости данных и программ объясняется двумя основными причинами:

1. В разных ПП одни и те же данные могут понадобиться в различной форме.

2. В целях эффективности работы в СУБД должна существовать возможность изменения структуры хранения данных и стратегии доступа к ним без модификации ПП.

Независимость данных проявляется в трех формах: физической и логической независимости, а также независимости от стратегий доступа.

Реализация отношений между данными

Данные в БД, так же как и в реальном мире (предметной области) связаны между собой отношениями (связями). Обычно рассматривают 4 типа отношений.

1) Отношение один к одному (1:1) означает, что каждому экземпляру объекта А может соответствовать только один экземпляр объекта В и, наоборот, любому экземпляру объекта В может соответствовать только один экземпляр объекта А. Например: ФАКУЛЬТЕТ - ДЕКАН.

2) Отношение один ко многим (1:N): ФАКУЛЬТЕТ - КАФЕДРА, ГРУППА - СТУДЕНТ, КЛИЕНТ - ЗАКАЗ.

3) Отношение многие к одному (N:1).

4) Отношение многие ко многим (M:N): ПРЕПОДАВАТЕЛЬ - ПРЕДМЕТ; ИЗДЕЛИЕ - МАТЕРИАЛ.

Совместимость компонентов БД означает, что изменение в любом компоненте не должно влиять на последующие компоненты. Так, замена версии ОС не влечет за собой замены СУБД или изменения в ПП.

Простота изменения логической и физической структур БД. Логическая структура БД отражает состояние некоторого объекта, явлений в реальном мире. В связи с переменами в реальном мире она может изменяться. Поэтому требуется модификация соответствующих логических схем, существующих элементов и их характеристик, суть которой заключается в появлении новых элементов и связей.Изменение физической структуры БД необходимо для повышения эффективности процесса обработки информации, это может быть связано с реорганизацией БД, заменой устройств хранения данных и т.п.

Целостность, восстановление, защита и секретность БД. Целостность БД - это соответствие структуры и содержимого БД реальному состоянию объекта. При использовании БД ее содержимое запоминается в некоторые моменты времени. С возникновением ошибки последнее сохраненное содержимое БД восстанавливается с помощью программ восстановления. Для обеспечения защиты БД от постороннего вмешательства используются три типа контроля: защита от доступа на уровне записей, программ и пользователей, частей БД. Секретность данных обычно обеспечивается идентификацией по имени или коду пользователя.

4. Уровни представления данных (концептуальный, внешний, внутренний)

Описание данных можно выполнять на следующих уровнях: - абстракции реального мира;

- представления некоторого пользователя;

- представления БД на физических носителях.

3 уровня представления данных:

1. концептуальный уровень с концептуальной схемой;

2. внешний уровень с внешними схемами, которые соответствуют различным группам пользователей;

3. внутренний уровень с внутренней (физической) схемой.

Лишь физическая база существует материально, другие уровни описываются абстрактно.

1. Концептуальная модель представляет информацию подобно той форме данных, в которой они существуют в реальном мире. Концептуальная модель описывается концептуальной схемой, которая включает в себя описание каждого объекта модели. Концептуальная схема описывает не только информационное содержание данных.

2. Внешняя модель является информационным содержанием БД в том виде, в каком его представляет конкретный пользователь. Внешняя модель БД определяется внешней схемой, которая состоит из описания всех типов внешних записей.

3. На внутреннем уровне БД можно представить как совокупность наборов данных. Набор данных состоит из логических записей (внутренние записи). Внутренняя запись состоит из двух частей: служебной и информационной.

Поля служебной части идентифицируют экземпляры внутренней записи и определяют их отношения с другими внутренними записями. Доступ к служебной части имеет только СУБД.

Поля информационной части экземпляров внутренней записи содержат значения атрибутов.

Внутренняя модель описывается внутренней схемой. Внутренняя схема определяет различные типы хранимых записей, существующие индексы.

5. Назначение и основные функции СУБД, этапы развития СУБД

Система управления базами данных (СУБД) - комплекс программных средств, обеспечивающих полный доступ к базе данных.

Функции СУБД:

1) Непосредственное управление данными во внешней памяти.

В данной функции можно определить следующие задачи:

- описание и хранение данных;

- выполнение запросов по данным;

- формирование отчётов.

2) Управление буферами оперативной памяти необходимо для увеличения скорости работы системы.

3) Управление транзакциями. Транзакция - последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.

4) Журнализация - ведение журнала изменений БД - помогает при восстановлении БД после сбоев.

5) Поддержка языков БД. Для работы с БД используются специальные языки, в целом называемые языками БД. Эти языки являются структурными компонентами СУБД.

Этапы развития СУБД:

1) мини-ЭВМ: возможность коллективного использования ресурсов и оборудования; централизованное хранение данных; недостаток- отсутствие персонализации рабочей среды.

2) настольные СУБД: взаимодействие с данными выполняется с помощью файловых сервисов операционной системы; обработка данных целиком и полностью осуществляется в пользовательском (клиентском) приложении;

3) сетевые многопользовательские настольные СУБД: позволяют обрабатывать данные нескольким пользователям одновременно.

4) серверные СУБД, архитектура «клиент-сервер»: централизация хранения и обработки данных на одном выделенном компьютере, где функционирует специальное приложение, сервер баз данных. При использовании серверных СУБД выполнение запросов производится сервером, клиентские приложения получают от сервера только результаты самого запроса.

5. Назначение и основные функции СУБД, этапы развития СУБД

Система управления базами данных (СУБД) - комплекс программных средств, обеспечивающих полный доступ к базе данных.

Функции СУБД:

1) Непосредственное управление данными во внешней памяти.

В данной функции можно определить следующие задачи:

- описание и хранение данных;

- выполнение запросов по данным;

- формирование отчётов.

2) Управление буферами оперативной памяти необходимо для увеличения скорости работы системы.

3) Управление транзакциями. Транзакция - последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.

4) Журнализация - ведение журнала изменений БД - помогает при восстановлении БД после сбоев.

5) Поддержка языков БД. Для работы с БД используются специальные языки, в целом называемые языками БД. Эти языки являются структурными компонентами СУБД.

Этапы развития СУБД:

1) мини-ЭВМ: возможность коллективного использования ресурсов и оборудования; централизованное хранение данных; недостаток- отсутствие персонализации рабочей среды.

2) настольные СУБД: взаимодействие с данными выполняется с помощью файловых сервисов операционной системы; обработка данных целиком и полностью осуществляется в пользовательском (клиентском) приложении;

3) сетевые многопользовательские настольные СУБД: позволяют обрабатывать данные нескольким пользователям одновременно.

4) серверные СУБД, архитектура «клиент-сервер»: централизация хранения и обработки данных на одном выделенном компьютере, где функционирует специальное приложение, сервер баз данных. При использовании серверных СУБД выполнение запросов производится сервером, клиентские приложения получают от сервера только результаты самого запроса.

6. Структура системы управления базами данных

СУБД содержит следующие компоненты:

1) язык описания данных (ЯОД) и программные модули языка;

2) язык манипулирования данными (ЯМД) и процессоры, реализующие язык;

3) дополнительные компоненты СУБД.

Язык описания данных включает в себя 3 компонента: язык описания концептуальных схем (или просто схем), внешних схем (подсхем) и внутренних схем БД. Язык описания данных схемы идентифицирует и описывает, с одной стороны, классы объектов, с которыми имеет дело пользователь, а с другой - связи между этими классами объектов. Используется ЯОД как при создании БД, так и при ее модификации.

Язык манипулирования данными используется для работы с данными, т. е. загрузки, поиска, изменения данных. Он может быть встроен в языки высокого уровня. Язык манипулирования данными может быть автономным, если его команды достаточны для получения программ доступа к БД.

Дополнительные компоненты СУБД - это служебные программы, играющие важную роль в процессе работы с БД и предназначенные для:

- создания (загрузки) БД;

- копирования содержимого БД с целью ее восстановления;

- реорганизации БД, чтобы получить более эффективный ее вариант;

- печати как частей, так и БД;

- сбора и получения статистических данных об использовании записей, файлов, путей доступа и т. п.;

- восстановления содержимого БД, начиная с некоторой контрольной точки, при возникновении аварийных ситуаций.