База данных

     Прежде  чем создавать базу данных, с  которой придется работать, необходимо  выбрать модель данных, наиболее  удобную для решения поставленной  задачи.

     Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки.

     С помощью  модели данных могут быть представлены  объекты предметной области и  взаимосвязи между ними. Модели  данных, которые поддерживают СУБД, а, следовательно, и сами СУБД  делят на:

• иерархические;
• сетевые;
• реляционные.

     Иерархическая база данных (рис. 4.) «см. Приложение Б», в основу которой положена разветвленная структура с элементами подчиненности.

     К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь.

    Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. 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. В каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи [Леонтьев, В. П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. – С. 632-705].

     Несмотря  на кажущуюся целесообразность, для получения ответов на некоторые  запросы в иерархической модели  требуется выполнение большого  числа операций. Например, чтобы узнать о практических занятиях по всем дисциплинам БЮИ требуется просмотреть все записи «Практическое занятие», имеющиеся в данной базе.

     Сетевая (полно-связная) база данных. В сетевой структуре базы данных при тех же основных понятиях иерархической базы данных: узел, уровень, связь - каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

     Реляционная база данных, в основу которой положена реляционная информационная система. Реляционная структура базы данных ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц, называемых еще реляционными таблицами.

     Каждая реляционная  таблица обладает следующими  свойствами:

• каждый элемент таблицы - один элемент данных;
• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковые характеристики и свойства;
• каждый столбец имеет уникальное имя;
• одинаковые строки в таблице отсутствуют;
• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

     Понятие  реляционный (relation – отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области баз данных Э. Кодда. В основу реляционной базы данных положено понятие алгебры отношения и реляционного исчисления.

     Реляционный  подход к построению базы данных  предполагает отображение реальных  объектов (явлений, событий, процессов) в виде информационных объектов или объектов предметной области. Информационные объекты описывают реальные с помощью совокупности взаимосвязанных реквизитов.

     Отношения  представлены в виде таблиц, строки  которых представляют записи, а столбцы – атрибуты отношений – поля. Если значение поля однозначно определяет соответствующую запись, то такое поле называют ключевым.

     Имеется  возможность связать две реляционные  таблицы, если ключ одной таблицы  ввести в состав ключа другой таблицы (рис. 5.) «см. также Приложение Б».

     Так, если  ключом таблицы книга будет  выбран «№ в каталоге», то  такую таблицу можно связать,  например, с таблицей «Список  библиотечного фонда». В этой  таблице кроме полей, определяющих  оценки по дисциплинам сессии, обязательно должно быть поле «№ в каталоге». Таким образом, между этими таблицами может быть установлена связь поэтому ключевому полю.

     Информация, введенная в одну реляционную  таблицу, может быть связана  с одной или несколькими записями  другой таблицы (рис. 5.) «см. также Приложение Б».

     Реляционная база данных является объединением нескольких двумерных таблиц, между которыми установлены связи.

     Между записями  двух таблиц могут быть установлены  следующие основные виды связей:

• один к одному - эта связь предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот; например, начальник курса – курс;
• один к многим - эта связь предполагает, что одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1, 2 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А, например, начальник курса – курсант;
• многие к многим - эта связь предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1, 2 или более экземпляров объекта В и наоборот, например, учебная дисциплина - курсант.

     Одни и  те же данные могут группироваться  в таблицы различными способами, т.е. возможна различная форма наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов.

     При этом должен  выполняться принцип нормализации:

• в одной и той же таблице не может находиться повторяющихся полей;
• в каждой таблице ключ должен однозначно определять запись из множества записей;
• значению ключа должно соответствовать исчерпывающая информация об объекте таблицы;
• изменение значения любого не ключевого поля не должно влиять на информацию в других полях.

     В последние  годы подавляющее большинство баз данных являются реляционными и практически все СУБД ориентированы на такое представление информации.

1.3 Состав системы  управления базами данных

Описание  БД.

     Язык описания  данных (ЯОД) – средства описания  данных в БД и связей между  ними. Средствами этого языка описывается структура БД, форматы записей, пароли, защищающие данные.

     Язык манипулирования  данными (ЯМД) – язык для  выполнения операций над данными,  позволяющий менять их строение.

     Для различных  СУБД реализация этих уровней  языков может быть различной. В одних случаях ЯОД и ЯМД требует составления пользователем программы полностью “вручную”, в других (что отражает современную тенденцию) в СУБД присутствует средства визуальной (зримой, наглядной) разработки программ. Для этого в современных  СУБД имеются редакторы экранных форм, отчетов. “Кирпичиками” (инструментами) таких редакторов являются поля различных видов (поля ввода, поля вывода, вычисляемые поля), процедуры обработки различных типов (формы ввода, таблицы, отчеты, запросы). На основании созданных пользователем объектов программы – генераторы формируют программный код на языке конкретной машины или на промежуточном языке [Кирия, В. Г. Информатика. Учебное пособие.].

 

1.4 Структурные  элементы базы данных

 Понятие базы данных  тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица).

     Поле — элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации — реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики:

имя, например. Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения;

тип, например, символьный, числовой, календарный;

длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально  возможным количеством символов;

точность для числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа.

     Запись — совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи — отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

     Файл (таблица)  — совокупность экземпляров записей одной структуры.

     В структуре  записи файла указываются поля, значения которых являются ключами  первичными (ПК), которые идентифицируют  экземпляр записи, и вторичными (ВК), которые выполняют роль поисковых  или группировочных признаков  (по значению вторичного ключа можно найти несколько записей).

Свойства полей базы данных:

 

     Поля базы  данных не просто определяют  структуру базы – они еще  определяют групповые свойства  данных, записываемых в ячейки, принадлежащие  каждому из полей. Ниже перечислены  основные свойства полей таблиц баз данных на примере СУБД Microsoft Access.

     Имя поля – определяет, как следует обращаться к данным этого поля при автоматических операциях с базой (по умолчанию имена полей используются в качестве заголовков столбцов таблиц).

     Тип поля – определяет тип данных, которые могут содержаться в данном поле.

     Размер поля – определяет предельную длину (в символах) данных, которые могут размещаться в данном поле.

     Формат поля – определяет способ форматирования данных в ячейках, принадлежащих полю.

     Маска ввода – определяет форму, в которой вводятся данные а поле (средство автоматизации ввода данных).

     Подпись – определяет заголовок столбца таблицы для данного поля (если подпись не указана, то в качестве заголовка столбца используется свойство Имя поля).

     Значение  по умолчанию – то значение, которое вводится в ячейки поля автоматически (средство автоматизации ввода данных).

     Условие  на значение – ограничение, используемое для проверки правильности ввода данных (средство автоматизации ввода, которое используется, как правило, для данных, имеющих числовой тип, денежный тип или тип даты).

     Сообщение  об ошибке – текстовое сообщение, которое выдается автоматически при попытке ввода в поле ошибочных данных.

     Обязательное  поле – свойство, определяющее обязательность заполнения данного поля при наполнении базы.

     Пустые  строки – свойство, разрешающее ввод пустых строковых данных (от свойства Обязательное поле отличается тем, что относится не ко всем типам данных, а лишь к некоторым, например к текстовым).

     Индексированное  поле – если поле обладает этим свойством, все операции, связанные с поиском или сортировкой записей по значению, хранящемуся в данном поле, существенно ускоряются. Кроме того, для индексированных полей можно сделать так, что значение в записях будут проверяться по этому полю на наличие повторов, что позволяет автоматически исключить дублирование данных.

      Поскольку  в разных полях могут содержаться  данные разного типа, то и свойства у полей могут различаться в зависимости от типа данных. Так, например, список вышеуказанных свойств полей относится в основном к полям текстового типа. Поля других типов могут иметь или не иметь эти свойства, но могут добавлять к ним и свои. Например, для данных, представляющих действительные числа, важным свойством является количество знаков после десятичной запятой. С другой стороны, для полей, используемых для хранения рисунков, звукозаписей, видео клипов и других объектов OLE, большинство вышеуказанных свойств не имеют смысла.

 

     1.5 Некоторые сведения о типах  данных

 

     Этапам реализации  баз данных соответствуют уровни  описания предметной области:  реальность в том виде, как  она существует; концептуальное  описание реальности; представление описания в виде формального текста и физическая реализация БД на машинных носителях.

     Для ввода в ПК  полученное описание должно быть  представлено в терминах специального  языка описания данных, который  входит в комплекс средств  СУБД.

     Простое (элементарное) данное – это наименьшая семантически значимая поименованная единица данных (например, ФИО, должность, адрес и т.д.). Значения простого данного описывает представленную им характеристику объекта для каждого экземпляра объекта. Имена простых данных хранятся  в описании БД, в то время как их значения запоминаются в самой БД.

     Совокупность простых  данных можно объединить в  составное данное двумя  способами.  Во-первых, можно соединить несколько  разнотипных данных. Например, данное  анкета состоит из данных табельный номер, ФИО, год рождения, пол, должность, зарплата. По этому принципу образуется структурное данное или данное типа структура. Описание структуры состоит из перечисления ее составных частей, значение – из значений составляющих ее данных. Во-вторых, составное данное может объединять совокупность однотипных данных(список сотрудников, послужной список сотрудника и т.п.). Составное данное этого типа называется массивом. В описании массива достаточно указать описание одного элемента, значение массива представляется однородным списком значений его элементов.