Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Базы данных проектирование и реализация. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В. А. АСТА
ПЧУК, Е. Н. ПАВЕНКО, И. В. ЭСТРАЙХ
БАЗЫ ДАННЫХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2023
1
УДК 004.65(075.8)
А 91
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент Н. Б. Тесля
канд. техн. наук, доцент Д. Н. Достовалов
Работа подготовлена на кафедре автоматизированных
систем управления
Астапчук В. А.
А 91 Базы данных: проектирование и реализация: учебное посо-
бие / В. А. Астапчук, Е. Н. Павенко, И. В. Эстрайх. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – 111 с.
ISBN 978-5-7782-4917-2
В учебном пособии представлены современные тенденции в области организации хранения данных в информационных системах различного назначения и масштаба, а также рассмотрены перспективные
инструменты и технологии реализации баз данных.
Пособие соответствует ООП по направлению 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» и направлению 09.03.03 «Прикладная
информатика». Уровень подготовки – бакалавриат и магистратура.
Материалы учебного пособия могут быть использованы студентами, обучающимися по направлениям, охватывающим такие области
профессиональной деятельности, как автоматизированные системы
обработки информации и управления; исследование, разработка, внедрение и сопровождение информационных систем и технологий; системный анализ прикладной области, формализация решения прикладных задач и процессов информационных систем, а также широким кругом специалистов, занимающихся проблемами автоматизации управления организациями.
УДК 004.65(075.8)
ISBN 978-5-7782-4917-2 © Астапчук В. А., Павенко Е. Н.,
Эстрайх И. В., 2023
© Новосибирский государственный
технический университет, 2023
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Информационные системы (ИС), являющиеся объектом профессиональной деятельности бакалавра по направлению 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» и 09.03.03 «Прикладная информатика»
[1, 2], рассматриваются как сложные комплексы, включающие множество компонентов, среди которых можно выделить базу данных (БД) и
систему управления базой данных (СУБД), во многом определяющих
производительность и эффективность ИС, при этом проектирование
структуры базы данных является весьма сложной задачей, требующей
как теоретических знаний, так и некоторого опыта.
Настоящее пособие предназначено для получения обучающимися
знаний, необходимых для решения задач профессиональной деятельности в соответствии с ФГОС [1, 2].
В первом разделе даны определения основных понятий, используемых при рассмотрении вопросов, связанных с задачами хранения и до
ступа к данным, и входящих в тезаурус
ным технологиям. Определения даются как неформальные, так и на основе соответствующих стандартов.
Во втором разделе определена цель проектирования базы данных,
рассмотрены подходы к выявлению необходимой для проектирования
базы данных информации и задачи анализа результатов предпроектного
обследования.
В третьем разделе изложена методика концептуального проектирования базы данных,
основанная на модели «Сущность–Связь», приве-
дены различные нотации для визуализации ER-диаграмм.
1
Тезаурус – словарь, собрание сведений, охватывающие понятия, опреде-
ления и термины специальной области знаний или сферы деятельности.
1
специалиста по информацион-
-
3
Вопросы проектирования реляционных баз данных изложены в четвертом разделе, в котором определено понятие логической модели данных, описана методика построения логической схемы БД, а также приведены элементы реляционной алгебры и реляционного исчисления и показан переход от концептуальной модели к логической.
Пятый раздел содержит введение в язык SQL: эволюция
стандартов,
краткое описание синтаксиса и семантики.
Механизм транзакций, как средство обеспечения целостности и согласованности базы данных, описан в шестом разделе.
Седьмой раздел затрагивает вопросы, связанные с обеспечением
производительности путем создания дополнительных структур и рационального распределения данных в среде хранения.
Восьмой раздел описывает модели управления доступом к данным,
методы и
алгоритмы обеспечения целостности и непротиворечивости
баз данных.
Материалы учебного пособия могут быть полезны для обучающихся
по направлениям, охватывающим такие области профессиональной деятельности, как автоматизированные системы обработки информации
и управления; исследование, разработка, внедрение и сопровождение
информационных систем и технологий.
4
ВВЕДЕНИЕ
Современный мир информационных технологий трудно представить себе без использования баз данных. Практически все производственные и организационно-экономические системы в той или иной
степени связаны с функциями долговременного хранения и обработки
информации. Обычно такие системы имеют дело с большими объемами информации, имеющей достаточно сложную структуру. Классическими примерами подобных
стемы, автоматизированные системы управления предприятиями, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов,
мест в гостиницах и т. д.
К сожалению, подобные системы не всегда обеспечивают требуемые показатели производительности, надежности и безопасности из-за
неудачных проектных решений, ошибок реализации и нарушений условий эксплуатации. Очень часто
ботчиков и администраторов базы данных, являющейся одним из основных и важных элементов любой информационной системы. Некорректный проект базы данных может создавать значительную угрозу в обеспечении целостности данных и приводить к различным техническим
сбоям, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на производи
тельности и работоспособности системы в целом, а в крупных организациях сбои могут стать причиной финансовых убытков.
Таким образом, возникает задача подготовки высококвалифицированных специалистов, занятых в ИТ-индустрии и удовлетворяющих
требованиям профессиональных стандартов: 06.015 – Специалист по
информационным системам; 06.011 – Администратор баз данных,
06.022 – Системный аналитик [3]. В настоящем пособии поставлена
цель помочь в
решении этой задачи.
систем являются банковские си-
вину за это можно возложить на разра-
-
5
Целью освоения дисциплины «Базы данных» является формирование у обучающихся системы знаний, умений и навыков в области организации хранения, актуализации и управления данными, необходимых
для выполнения своих должностных обязанностей по проектированию
и реализации информационных систем (ИС) широкого профиля.
Для достижения этой цели решаются следующие задачи:
изучение современных и
перспективных технологий хранения
данных;
освоение наиболее популярных инструментальных средств под-
держки процесса проектирования и реализации баз данных;
изучение основных видов технической и технологической доку-
ментации, стандартов оформления документов, сопровождающих процесс проектирования и реализации ИС.
В результате изучения дисциплины «Базы данных» студенты должны:
знать:
основные подходы к
проектированию баз данных;
модели, используемые при проектировании баз данных;
возможности современных систем управления данными и систем
автоматизации процесса проектирования;
уметь:
проектировать базу данных с использованием моделей, отражаю-
щих различные аспекты жизнедеятельности организации;
владеть:
навыками проектирования и реализации баз данных.
Прежде чем обсуждать, каким образом материал пособия
будет способствовать формированию профессиональных знаний и навыков, уточним значение некоторых терминов, которые будут использоваться
в дальнейшем.
6
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Следует иметь в виду, что трактовка многих понятий в области информационных технологий неоднозначна, зависит от задач, которые
должны решаться на основе соответствующего определения, поэтому
в пособии приводятся определения одних и тех же терминов как неформальные, так и взятые из соответствующих стандартов.
Предметная область – фрагмент реального мира, ассоциированный
с
множеством задач, требующих автоматизации решения, например,
бухгалтерия, отдел маркетинга. Предметная область характеризуется
множеством объектов и процессов, использующих объекты, а также
множеством пользователей, имеющих различные взгляды на предметную область.
Предметная область – совокупность объектов реального или виртуального мира, образующая предмет моделирования в информационной системе [4].
При формализации описания предметной области вводят
объекта – нечто реально или виртуально существующего, о чем или
о ком необходимо хранить сведения в базе данных. Каждый объект обладает набором характеристик, значения которых позволяют выделить
уникальный объект или группу объектов, с одинаковыми значениями
некоторых характеристик.
Объекты с одинаковым набором характеристик называются однородными, а множество однородных объектов
именуется как сущность.
понятие
Пример
В предметной области, относящейся к продаже автомобилей, реальными (материальными) объектами будут клиенты (покупатели), автомобили, в то время как марка или модель автомобиля, запись в счете на
оплату будут виртуальными (абстрактными) объектами.
7
Информация – некоторые сведения об объектах предметной области, представляющие для кого-либо интерес, возможно, в будущем. Эти
сведения необходимы для решения задач, с которыми ассоциирована
предметная область, например, выписка счета покупателю.
Информация – знания относительно фактов, событий, вещей, идей
и понятий, которые в определенном контексте имеют конкретный
смысл (knowledge concerning objects, such as facts, events, things,
processes, or ideas, including concepts, that within a certain context has
a particular meaning) [5].
Определений информации существует множество, причем в [6] отмечается, что академик Н.Н. Моисеев даже полагал, что в силу широты
этого понятия нет и не может быть строгого и универсального определения информации.
Данные – информация, представленная в виде, пригодном для обработки, или уже обработанная с помощью ЭВМ.
Данные – информация, представленная
в формализованном виде,
пригодном для ее передачи, интерпретации и обработки с участием человека или автоматическими средствами [7].
Элемент данных – минимальная (атомарная), именованная единица
данных, одна из характеристик объекта со следующими свойствами.
1. Возможность идентификации. Различают наименование (имя)
элемента данных и его значение. Наименование элемента данных –
одно или несколько слов на
естественном языке, определяющих содержание элемента данных (семантику), так, например, ФАМИЛИЯ будет
именем элемента данных, а ПЕТРОВ – содержанием (значением).
2. Четкое и ясное описание семантики (однозначная трактовка
смысла).
3. Возможное наличие синонимов в разных контекстах.
Элемент данных – единица данных, которая в определенных усло-
виях считается неделимой с известными методами идентификации, опи
-
сания и представления значения [8].
Элемент данных – часть данных, рассматриваемая как единое це-
лое [9].
Элемент данных – часть данных, неразложимая на составные ча-
сти [10].
Атомарность (неделимость) элемента данных означает, что в стандартных ситуациях значение элемента будет рассматриваться как единое целое.
8
База данных – совокупность элементов данных, организованных так,
чтобы обеспечить возможность сохранения некоторых свойств данных:
конфиденциальность состояние информации, при котором до-
ступ к ней осуществляют только субъекты, имеющие на это право [12];
доступность – состояние информации, при котором субъекты,
имеющие право доступа, могут реализовать их беспрепятственно [12];
целостность – состояние информации,
при котором ее изменение
осуществляется только преднамеренно субъектами, имеющими на это
право [12];
непротиворечивость – отсутствие в базах данных либо в частях
одной и той же базы сведений, которые бы противоречили друг другу.
База данных – совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания,
хранения и манипулирования данными, независимая от
прикладных
программ [13].
База данных – совокупность данных, хранимых в соответствии со
схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии
с правилами средств моделирования данных [14].
База данных – набор взаимосвязанных сведений (фактов), относящихся к определенной предметной области, организованных по определенным правилам, которые могут предусматривать их клиаратизированное
1
представление, хранение и манипулирование ими [15].
Система управления базой данных – программный комплекс,
предназначенный для организации хранения данных, доступа к ним и,
возможно, реализации некоторых алгоритмов обработки на встроенном
языке программирования.
Система управления базой данных – совокупность программных
и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных [11].
Информационная система – система, организующая обработку информации о предметной области и ее хранение [14].
В соответствии с законодательством РФ [16] «информационная система – это совокупность содержащейся в базах данных информации
1
Клиаратизированное представление информации – представление инфор-
мации в виде, обеспечивающем повышенный уровень ее понимания при восприятии и использовании.
9
и обеспечивающих обработку информационных технологий и технических средств». Таким образом, информационная система (ИС) –
это вся инфраструктура предприятия, задействованная в реализации
всех информационно-документальных потоков, а также в управлении
ими. Ее обязательными компонентами являются следующие.
1. Информационная модель, включающая в себя все формы доку-
ментов, структуру справочников и данных, правила
и алгоритмы функ-
ционирования ИС.
2. Правила и регламенты актуализации и развития информационной
модели.
3. Персонал, отвечающий за формирование и развитие информаци-
онной модели.
4. Программный комплекс (программное обеспечение (ПО)), конфи-
гурация которого соответствует требованиям информационной модели,
и процедура технической и пользовательской поддержки на протяжении всего его жизненного цикла.
5.
Состав функциональных модулей ПО и регламент внесения изме-
нений в его конфигурацию.
6. Персонал, отвечающий за конфигурирование и соответствие ПО
утвержденной информационной модели.
7. Аппаратно-технический комплекс, соответствующий требова-
ниям по эксплуатации ПО (компьютеры, периферийное оборудование,
каналы телекоммуникации, системное ПО и СУБД).
8. Эксплуатационно-технический персонал, включая персонал по
обслуживанию
аппаратно-технической базы.
9. Правила использования ПО и пользовательские инструкции, регламент обучения и сертификации пользователей ИС.
В более узком смысле информационная система рассматривается
как подмножество перечисленных ранее компонентов ИС, включающее базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы. Таким образом, информационную систему можно определить
как совокупность технических, программных и организационных ресурсов, предназначенных для решения задач в некоторой предметной области. Решение упомянутых задач предусматривает использование информации, накопленной в базе данных, так что можно сказать, что база
данных – центральный элемент и очень важная часть информационной
системы.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]