Лекция 5. Базы данных и системы управления базами данных

Понятие информационной системы

Базы данных (БД) – важнейшая составная часть информационных систем. Здесь ограничимся лишь кратчайшими общими сведениями об информационных системах, сосредоточив внимание на базах данных как таковых.

Под информационными понимают системы, предназначенные для хранения информации в специальным образом организованной форме и обеспечивающие ее ввод и различные манипуляции с ней, включая поиск по некоторым признакам, подготовку отчетов и т.д.

Сама идея информационных систем и некоторые принципы их организации возникли задолго до появления ЭВМ. Библиотеки, архивы, адресные бюро, справочники, словари – все это информационные системы.

Любая информационная система должна выполнять три основные функции:

1. Ввод и редактирование данных: система должна предоставлять возможность накапливания и упорядочивания данных. Необходимо обеспечить просмотр этих данных, внесение в них изменений и дополнений с тем, чтобы поддерживать актуальность информации.

2. Запросы по данным: в системе должна существовать возможность находить и просматривать отдельные части накопленной информации.

3. Составление отчетов: часто возникает необходимость обобщать и анализировать большую группу данных (или даже все данные) информационной системы, представляя ее в виде документа.

Обслуживание информационных систем, реализованных в письменном (бумажном) виде, сопряжено со многими трудностями: чем больше информационная система, тем больше бумаги (карточек) и места требуется для их хранения (в этом можно убедиться на примере библиотеки); много времени тратится на поиск нужной информации. Сложности возникают при обновлении, анализе и обработке данных.

Виды структур данных

Работа с большим количеством данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены. Совокупность упорядоченных взаимосвязанных данных называется информационной структурой, или структурой данных.

Для упорядочивания данных применяют следующие структуры:

1. Линейная структура (список) – упорядоченная структура, в которой адрес данного однозначно определяется его номером (список учебной группы; дома, стоящие на одной улице).

В списках новый элемент начинается с новой стро­ки. Если элементы располагаются в строчку, нужно внести раздели­тельный знак между элементами. Поиск осуществляется по раздели­телям (чтобы найти, например, десятый элемент, надо отсчитать девять разделителей).

Если элементы списка одной длины, структура называется век­тором данных, при этом разделители не требуются. При длине одного элемен­та – d, зная номер элемента – n, его начало определяется соотно­шением d(n-1).

2. Табличная структура (реляционная) – упорядоченная структура, в которой адрес данного однозначно оп­ределяется двумя числами – номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка с искомым элементом.

Свойства объектов находятся в столбцах таблицы и их называют атрибутами объектов. Каждая строка таблицы – есть совокупность атрибутов объекта. Такую строку называют записью, а столбец – полем записи.

Если элементы располагаются в строчку, нужно внести два раз­делительных знака – разделительный знак между элементами стро­ки и разделительный знак между строками. Поиск, аналогично линейной структуре, осуществляется по раз­делителям.

Если элементы таблицы одной длины, структура называ­ется матрицей данных, при этом разделители в ней не требуются. При длине одного элемента – d, зная номер строки – m и номер столбца n, а также количество столбцов N, найдем адрес его начала: d[N(m-1)+(n-1)].

Таблица может быть и трехмерная, тогда три числа характеризу­ют положение элемента и требуются три типа разделителей, а может быть и n-мерная.

3. Иерархическая структура – нерегулярные данные, которые труд­но представляются в виде списка или таблицы, могут быть представ­лены в иерархической структуре, в которой адрес каждого элемента определяется путем (маршрутом доступа), идущим от вершины структуры к данному элементу (почтовые адре­са).

Линейная и табличная структуры более просты, чем иерархичес­кая структура, но если в линейной структуре появляется новый эле­мент, то упорядоченность сбивается. Например, если в списке сту­дентов появляется новый человек, то расположенный по алфавиту список нарушается. В иерархической структуре введение нового элемента не нару­шает структуры дерева, недостатком ее является трудоемкость запи­си адреса и сложность упорядочения.

Для иерархических структур характерна подчиненность объектов нижнего уровня объектам верхнего уровня. Важно отметить, что в дереве, между верхними и нижними объектами, задано отношение «один ко многим» (т.е. одной группе соответствует много альбомов, одному альбому соответствует много песен).

4. Сетевая структура – упорядоченная структура, элементы которой могут быть связаны между собой произвольным образом. С теоретической точки зрения, каждый элемент может быть связан с любым другим элементом базы. В этом случае есть два уровня взаимосвязанных объектов, но отношение между ними «многие ко многим».

Построение структуры данных происходит в следующем порядке:

1. определяются объекты описания;

2. определяются структуры этих объектов;

3. выбирается тип структуры, отображающий отношения между объектами (линейная, табличная, иерархическая, сети);

4. строится конкретная информационная структура.