Лекция 7. Базы и банки данных

В широком смысле слова база данных - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и автоматизации, например, предприятие, вуз и т.д.

База данных (БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области.

В современной технологии создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются централизованно с помощью специального программного инструментария - системы управления базами данных.

Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сделать это возможно, только если данные структурированы.

Структурирование – это введение соглашений о способах представления данных.

Неструктурированными называют данные, записанные, например, в текстовом файле.

Сложно организовать поиск необходимых данных, хранящихся в неструктурированном виде, а упорядочить подобную информацию практически не представляется реальным.

Чтобы автоматизировать поиск и систематизировать эти данные, необходимо выработать определенные соглашения о способах представления данных, т.е. дату рождения нужно записывать одинаково для каждого студента, она должна иметь одинаковую длину и определенное место среди остальной информации. Эти же замечания справедливы и для остальных данных (номер личного дела, фамилия, имя. отчество).

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на:

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях ПК.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По способу доступа к данным различают базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым доступом).

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

Файл-сервер. Для такой архитектуры БД характерно выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов), где хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ к централизованной базе данных.

Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где производится обработка. Пользователи могут создавать также на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно.

Рис.1. Схема обработки информации в БД по принципу файл-сервер

Клиент-сервер. В этой концепции центральная машина (сервер базы данных) кроме хранения централизованной базы данных, должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных.

Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SQL.

Рис.2. Схема обработки информации в БД по принципу клиент-сервер

Ядром любой базы данных является модель данных.

С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки.

СУБД основывается на использовании трех основных типов моделей данных:

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам.

Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), рис. 8.

К основным понятиям иерархической структуры относятся:

Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.

На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне.

Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Например, как видно из рис. 4, для записи С4 путь проходит через записи А и ВЗ.

Рис. 4. Графическое изображение иерархической структуры БД

Пример 4. (рис. 5.) иллюстрирует использование иерархической модели базы данных.

Для рассматриваемого примера иерархическая структура правомерна, так как каждый студент учится в определенной (только одной) группе, которая относится к определенному (только одному) институту.

В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом (рис. 6).

Рис. 6. Графическое изображение сетевой структуры

Пример 5. Примером сложной сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно-исследовательских работах (НИРС). Возможно участие одного студента в нескольких НИРС, а также участие нескольких студентов в разработке одной НИРС.

Графическое изображение описанной в примере сетевой структуры, состоящей только из двух типов записей, показано на рис. 7. Единственное отношение представляет собой сложную связь между записями в обоих направлениях.

Понятие реляционный (англ. relation - отношение). Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.

Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

§ каждый элемент таблицы - один элемент данных;

§ все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

§ порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Пример 6. Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе (рис. 8).

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям (кортежам), а столбцы – полям ( атрибутам отношений).

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем).

Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

В примере, на рис. 8, ключевым полем таблицы является "N личного дела".

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо:

§ ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей);

§ в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

Пример 7. На рис. 13 показан пример реляционной модели, построенной на основе отношений: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

СТУДЕНТ (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Пол, Дата рождения. Группа);

СЕССИЯ (Номер. Оценка 1, Оценка 2, Оценка 3, Оценка 4, Результат):

Таблицы СТУДЕНТ И СЕССИЯ имеют совпадающие ключи (Номер), что дает возможность легко организовать связь между ними.

Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ Номер и содержит внешний ключ Результат, который обеспечивает ее связь с таблицей СТИПЕНДИЯ.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: