Лекция 1

Предисловие

Курс «Базы данных» изучается в течение 2 семестров. В 1-м семестре излагаются элементы общей теории баз данных, в том числе основные понятия технологии баз данных, общие свойства и принципы их проектирования, а также изучается в теории и на практике СУБД MicrosoftAccess. Материал 2-го семестра – это СУБДParadox, а также изучение языкаSQL, который является основным языком для работы с базами данных. Предмет входит в программу междисциплинарного госэкзамена. На практических занятиях во 2-м семестре будет использоваться среда программированияDelphi, поэтому предполагается наличие первоначальных навыков работы сDelphiпосле изучения курса «Основы программирования».

Рекомендуемая литература:

1. Торгашев А.Б. Базы данных и знаний. Курс лекций. Н.Н., НКИ, 2001.

2. И.В.Рахмелевич. Система управления базами данных MicrosoftAccess. Н.Н., НКИ, 1999.

3. И.В.Рахмелевич. Язык SQLи его использование в приложениях для баз данных. Учебное пособие. Н.Н., НКИ, 2006.

4. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. Киев, 1998.

5. Грофф Дж., Вайнберг П. SQL: Полное руководство. Киев, 2001.

6. Гофман В., Хомоненко А. Delphi5 в подлиннике. СПб, 2000.

Введение

Человеку постоянно приходится иметь дело с обработкой информации. Объем взаимосвязанных данных, необходимых для решения задач во всех мыслимых областях человеческой деятельности, мало сказать значителен, в современном обществе этот объем возрастает практически экспоненциально. Активная деятельность по отысканию приемлемых способов обработки непрерывно растущего объема информации неизбежно еще в 60-х годах привела к осознанию необходимости использования компьютерных технологий в качестве технических средств обработки информации.

Взаимосвязанные и упорядоченные данныевместе стехническимисредствами для эффективной обработки этих данных с целью обеспечения пользователей необходимыми сведениями называютинформационной системой(ИС). При этом база данных является частью ИС.

Для дальнейшего обсуждения процессов построения и эксплуатации ИС, необходимо договориться о терминах, которые применяются при описании и представлении данных.

1. Основные понятия технологии баз данных

Любая информационная система основывается на модели некоторого фрагмента реального мира. Для описания такой модели используется свой понятийный аппарат. Настоящий раздел начинает описание такого аппарата, основанного на подходах Дейта К.Дж., авторитетнейшего специалиста в области баз данных.

1. Определение некоторых понятий технологии баз данных

Предметная область

Предметная область– часть реального мира, исследуемая в конкретном проекте, которая описывается (моделируется) с помощью инструментария системы управления базами данных и с помощью приложений (прикладных программ), разработанных в рамках этого проекта.

Предметной областью может быть целиком предприятие, некоторая его часть, процесс (например, завод, банк, институт, областная администрация, больница, цех, склад – "предприятие или его часть", продажа авиабилетов, бухгалтерский учет, выплавка стали – "процесс"). В некоторых работах термин "предприятие" просто используется вместо термина "предметная область".

База данных

База данных (БД) – это взаимосвязанные данные о предметной области и описание их модели, хранимые в ЭВМ.БД предназначена для удовлетворения информационных потребностей ее пользователей.Правильно спроектированная БД — это совокупность взаимосвязанных, хранящихся с минимальной избыточностью данных, использующихся оптимальным образом для нескольких приложений и нескольких пользователей.

Система управления базами данных

Система управления базами данных (СУБД)- это программное обеспечение, предоставляющее пользователям инструментарий, позволяющий описать модель данных предметной области и использующий один общий способ управления доступом к данным для их поиска и редактирования.

Структурно информация, хранимая и используемая в информационных системах, обычно достаточно сложна. Но, хотя структуры данных, естественно, различаются в разных информационных системах, всегда имеется существенная часть, обладающая общими свойствами и механизмами управления. Выделение этой общей части, ответственной за управление сложно структурированными данными и создание соответствующих механизмов предопределило появление СУБД. Таким образом, между физическойбазой данных (т.е. фактически хранимыми данными) и пользователями информационной системы расположилось промежуточное звено – СУБД (database management system (DBMS)), предоставляющая пользователям возможность работать с БД, не вникая в детали организации данных на аппаратном уровне (прикладной программист менее отстранен от этих деталей).

Объект (Сущность)

Объект– идентифицируемая сущность реального мира, относящаяся к предметной области.

Объектом является некоторое понятие или процесс – нечто существующее и различимое, т.е. должна быть возможность отличать одну сущность от другой. Объект может быть реальным (например, человек, автомобиль, здание) и абстрактным (например, событие "билет на рейс такой-то – продан"). Определение перечня объектов-сущностей, сведения о которых будут храниться в информационной базе, – один из ключевых моментов в проектировании модели предметной области. Пример такого перечня: больной, врач, болезнь, посещение, лекарство, процедура, рецепт и т.д.

Набор объектов – это множество объектов одного вида. Для примера приведем три набора объектов: "Работники организации"; "Клиенты организации"; "Основные средства организации".Конкретного представителя некоторого набора объектов называют экземпляром объекта. Например, одним экземпляром объекта "Клиенты организации" является ООО "Монолит", другим – ЗАО "Парнас".

Связь

Объекты не существуют обособленно, между ними всегда в базе существует прямые или опосредованные связи.Например, между двумя объектами «Поставщики» и «Товары» имеется двунаправленная связь: каждый поставщик поставляет определенные товары и, соответственно, каждый товар поставляется определенными поставщиками. Связи подобно объектам являются частью данных и, соответственно, должны быть представлены в базе данных. Заметим, что связь может объединять и более двух объектов, например, три объекта - «Преподаватель» «Дисциплина» и «Студент» связаны: преподаватель по предмету поставил студенту оценку

Атрибут

Атрибут — характеристика (свойство) объекта или связи, которая определяется именем и совокупностью допустимых значений.

Каждый объект в модели характеризуется именно набором атрибутов-свойств. Например, объект "Модель автомобиля" характеризуется названием, типом кузова, объемом двигателя, количеством цилиндров, мощностью, габаритами и другими атрибутами, присущими этому объекту. А связь «Поставщик-Товар» характеризуется, например, атрибутами дата поставки, количество, стоимость.

Атрибут является наименьшей смысловой единицей данных, он атомарен, у него нет внутренней структуры, т.е. он неразложим в данной модели.Хотя это не означает, что атрибут не может иметь внутренней структуры вообще. Например, номер паспорта имеет некоторое обозначение и собственно номер, но в рамках конкретного проекта это может не иметь значения и он целиком объявляется атрибутом.

Выбор подходящих атрибутов для "описания" объектов является вторым ключевым моментом в проектировании модели предметной области.

Таким образом, описание модели предметной области, в частности, состоит из перечня объектов, каждому из которых присущ свой список атрибутов-свойств.

Ключ

Некоторые атрибуты обладают важным для построения информационной модели свойством. Значение этого атрибута уникально и может встретиться единственный раз для данного набора объектов. Если известно значение, которое принимает такой атрибут, то можно однозначно определить значения всех остальных атрибутов данного экземпляра объекта. Например, если известен табельный номер сотрудника, то можно точно определить его фамилию, имя, пол, дату рождения и т.д. Однозначно идентифицировать объект могут совокупные значения двух и более атрибутов.

Ключом называется множество атрибутов K (в частном случае один атрибут), значения которых однозначно идентифицируют экземпляр объекта из набора объектов, причем, никакое из подмножеств K не обладает свойством уникальности.

Ключ, состоящий из одного атрибута, называется простым. Состоящий из более чем одного – составным. Например, для объекта "Ежемесячная оплата клиента" ключ будет составным: {"Код клиента", "Год", "Месяц"}, а для объекта "Клиент" – простым: "Код клиента".

Каждый набор объектов обязательно имеет ключ, поскольку, по определению объекта, каждый его экземпляр отличим от остальных. Более того, у объекта может оказаться несколько ключей.Например, для набора объектов "Таблица химических элементов" объект "Химический элемент" имеет несколько разных атрибутов, значения которых уникально для каждого объекта. 1."Название элемента" (например, «водород», «свинец»); 2. "Обозначение элемента" (соответственно – H, Pb); 3. "Атомное число" (соответственно – 1, 207); 4. "Номер элемента в таблице" (соответственно — 1, 54).Поэтому говорят о потенциальных ключах, один из которых объявляется первичным, а остальные – альтернативными.

Определение потенциальных и первичного ключа является третьим "ключевым" моментом при создании достоверной модели предметной области. Они обеспечивают основной механизм адресации в базах данных.

Домeн

Домен – это именованное множество допустимых значений, которые может принимать конкретный атрибут конкретного объекта.

Каждый атрибут должен быть определен на единственном домене, это значит, что значения атрибута должны браться из этого домена. В свою очередь, на одном домене может быть определено несколько атрибутов.

Например, атрибут "Забито голов в матче" определен на домене "целые неотрицательные числа, меньшие 21", атрибут "Пол" – на домене {"мужской", "женский"}, атрибут "Фамилия" – на домене "символьная строка, первая буква русская-заглавная, остальные – русские-прописные".

Таким образом, домен – это тип данных (как это понимается, например, в языке программирования Pascal¹).

Одним из наиболее важных назначений доменов состоит в том, что домены определяют возможность сравнения значений атрибутов. Если значения двух атрибутов берутся из одного и того же домена, то, сравнения (соединения и другие операции обработки данных), использующие эти два атрибута, имеют смысл (например, для организации транзитного рейса можно дать запрос "Выдать рейсы, в которых время вылета из Москвы в Сочи больше времени прибытия из Архангельска в Москву"). Если же значения двух атрибутов берутся из различных доменов, тогда сравнения лишены смысла (стоит ли сравнивать номер рейса со стоимостью билета?). Система, поддерживающая домены, способна предотвратить такого рода ошибки. Далее будет показано также значение доменов для контроля за целостностью базы данных.