Контрольная работа по "Информационные технологии управления"

      Схема БД (в структурном смысле) - это  набор именованных схем отношений.

      Кортеж, отношение.

      Кортеж, соответствующий схеме отношения, - это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение  каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. "Значение" является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Тем самым, степень или "арность" кортежа, т.е. число элементов в нем, совпадает с "арностью" соответствующей схемы отношения. Попросту говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа.

      Отношение - это множество кортежей, соответствующих  одной схеме отношения. Иногда, чтобы  не путаться, говорят "отношение-схема" и "отношение-экземпляр", иногда схему  отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей - телом отношения. На самом деле, понятие схемы отношения ближе всего к понятию структурного типа данных в языках программирования. Было бы вполне логично разрешать отдельно определять схему отношения, а затем одно или несколько отношений с данной схемой.

      Однако  в реляционных базах данных это  не принято. Имя схемы отношения  в таких базах данных всегда совпадает  с именем соответствующего отношения-экземпляра. В классических реляционных базах  данных после определения схемы  базы данных изменяются только отношения-экземпляры. В них могут появляться новые и удаляться или модифицироваться существующие кортежи. Однако во многих реализациях допускается и изменение схемы базы данных: определение новых и изменение существующих схем отношения. Это принято называть эволюцией схемы базы данных.

      Обычным житейским представлением отношения  является таблица, заголовком которой  является схема отношения, а строками - кортежи отношения-экземпляра; в  этом случае имена атрибутов именуют  столбцы этой таблицы. Поэтому иногда говорят "столбец таблицы", имея в виду "атрибут отношения".

      Реляционная база данных - это набор отношений, имена которых совпадают с  именами схем отношений в схеме  БД.

      В реляционной базе данных каждая таблица  должна иметь первичный ключ —  поле или комбинацию полей, которые единственным образом идентифицируют каждую строку таблицы. Если ключ состоит из нескольких полей, он называется составным. Ключ должен быть уникальным и однозначно определять запись. По значению ключа можно отыскать единственную запись. Ключи служат также для упорядочивания информации в БД.

      Таблицы реляционной БД должны отвечать требованиям  нормализации отношений. Нормализация отношений — это формальный аппарат  ограничений на формирование таблиц, который позволяет устранить  дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение базы данных.

      Каждая  организация хранения информации может  иметь ряд недостатков:

• дублирование информации, следовательно, увеличится объем БД;
• процедура обновления информации в таблице затрудняется из-за необходимости редактирования каждой записи таблицы.

      Нормализация  таблиц предназначена для устранения этих недостатков. Имеется три нормальные формы отношений.

      Первая  нормальная форма.

      Реляционная таблица приведена к первой нормальной форме тогда и только тогда, когда ни одна из ее строк не содержит в любом своем поле более одного значения и ни одно из ее ключевых полей не пусто.

      Вторая  нормальная форма.

      Реляционная таблица задана во второй нормальной форме, если она удовлетворяет требованиям первой нормальной формы и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом. Чтобы привести таблицу ко второй нормальной форме, необходимо определить функциональную зависимость полей. Функциональная зависимость полей — это зависимость, при которой в экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

      Третья  нормальная форма.

      Таблица находится в третьей нормальной форме, если она удовлетворяет требованиям второй нормальной формы, ни одно из ее неключевых полей не зависит функционально от любого другого неключевого поля.

      Нормальная  форма Бойса-Кодда.

      Нормальная  форма Бойса-Кодда требует, чтобы в таблице был только один потенциальный первичный ключ. Чаще всего у таблиц, находящихся в третьей нормальной форме, так и бывает, но не всегда. Если обнаружился второй столбец (комбинация столбцов), позволяющий однозначно идентифицировать строку, то для приведения к нормальной форме Бойса-Кодда такие данные надо вынести в отдельную таблицу.

      Четвертая нормальная форма.

      Для приведения таблицы, находящейся в  нормальной форме Бойса-Кодда, к  четвертой нормальной форме необходимо устранить имеющиеся в ней многозначные зависимости. То есть обеспечить, чтобы вставка / удаление любой строки таблицы не требовала бы вставки / удаления / модификации других строк этой же таблицы.

      Пятая нормальная форма.

      Таблицу, находящуюся в четвертой нормальной форме и, казалось бы, уже нормализованную  до предела, в некоторых случаях  еще можно бывает разбить на три  или более (но не на две!) таблиц, соединив которые, мы получим исходную таблицу. Получившиеся в результате такой, как правило, весьма искусственной, декомпозиции таблицы и называют находящимися в пятой нормальная форме. Формальное определение пятой нормальной формы таково: это форма, в которой устранены зависимости соединения. В большинстве случаев практической пользы от нормализации таблиц до пятой норм.

      Обычно  бывает достаточно первых трёх нормальных форм.

      Над реляционными таблицами возможны следующие  операции:

• объединение таблиц с одинаковой структурой. результат— общая таблица: сначала первая, затем вторая (конкатенация).
• пересечение таблиц с одинаковой структурой. результат — выбираются те записи, которые находятся в обеих таблицах.
• вычитание таблиц с одинаковой структурой. результат — выбираются те записи, которых нет в вычитаемом.
• выборка (горизонтальное подмножество). результат — выбираются записи, отвечающие определенным условиям.
• проекция (вертикальное подмножество). результат — отношение, содержащее часть полей из исходных таблиц.
• декартово произведение двух таблиц записи результирующей таблицы получаются путем объединения каждой записи первой таблицы с каждой записью другой таблицы.

      Реляционные таблицы могут быть связаны друг с другом, следовательно, данные могут  извлекаться одновременно из нескольких таблиц. Таблицы связываются между собой для того, чтобы в конечном счете уменьшить объем БД. Связь каждой пары таблиц обеспечивается при наличии в них одинаковых столбцов.

      Существуют  следующие типы информационных связей:

• один-к-одному;
• один-ко-многим;
• многие-ко-многим.

      Связь один-к-одному предполагает, что одному атрибуту первой таблицы соответствует только один атрибут второй таблицы и наоборот.

      Связь один-ко-многим предполагает, что одному атрибуту первой таблицы соответствует несколько атрибутов второй таблицы.

      Связь многие-ко-многим предполагает, что одному атрибуту первой таблицы соответствует несколько атрибутов второй таблицы и наоборот.  

      Список  литературы

1. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных, 6-е изд.: Пер. с англ. – К., М., СПб.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 848 с.
2. Хомоненко А.Д. Цыганков В.М. Базы данных: Учебник для вузов /Под ред. А.Д. Хомоненко. – М.: Корона, 2000. – 421 с.
3. Информационные технологии управления: Учебное пособие / Под ред. Ю.М. Черкасова. — М.: ИНФРА-М, 2001. — 216 с.

 

24. Локальные и распределенные базы данных.

 

 База данных (БД) представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

      Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели данных. Так, СУБД, основанные на использовании реляционной модели данных, называют реляционными СУБД.  
В зависимости от архитектуры, можно выделить локальные и распределенные БД. Все части локальной БД размещаются на одном компьютере, а распределенной — на нескольких.

      В зависимости от расположения программы, которая использует данные, и самих  данных, а также от способа разделения данных между несколькими пользователями различают локальные и распределенные базы данных. 
Локальные базы данных, составляющих распределенную БД, автономны, независимы и самоопределены.

      Данные  локальной базы данных (файлы данных) локализованы, т. е. находятся на одном устройстве, в качестве которого может выступать диск компьютера или сетевой диск (диск другого компьютера, работающего в сети). Локальные базы данных не обеспечивают одновременный доступ к информации нескольким пользователям. Для обеспечения разделения данных (доступа к данным) между несколькими пользователями (программами, работающими на одном или разных компьютерах) в локальных базах данных используется метод, получивший название "блокировка файлов". Суть этого метода заключается в том, что пока данные используются одним пользователем, другой пользователь не может работать с этими данными, т. е. данные для него закрыты, заблокированы. Несомненным достоинством локальной базы данных является высокая скорость доступа к информации. Приложения работы с локальной базой данных и саму базу данных часто размещают на одном компьютере.

      Распределенные  базы данных строятся по технологии "клиент-сервер". Программа работы с распределенной базой данных состоит из двух частей: клиентской и серверной. Клиентская часть программы работает на компьютере пользователя и обеспечивает взаимодействие с серверной программой посредством запросов, передаваемых на удаленный компьютер (сервер), обеспечивая тем самым доступ к данным. Серверная часть программы, работающая на удаленном компьютере, принимает запросы, выполняет их и пересылает данные клиентской программе. Программа, работающая на удаленном сервере, проектируется так, чтобы обеспечить одновременный доступ к базе данных нескольким пользователям. При этом для обеспечения доступа к данным вместо механизма блокировки файлов используют механизм транзакций. Транзакция — это последовательность действий, которая должна быть обязательно выполнена над данными перед тем, как они будут переданы. В случае обнаружения ошибки во время выполнения любого из действий вся последовательность действий, составляющая транзакцию, повторяется снова. Таким образом, механизм транзакций обеспечивает защиту от аппаратных сбоев. Он также обеспечивает возможность многопользовательского доступа к данным.

      Система распределенных баз данных состоит  из набора узлов, связанных коммуникационной сетью, в которой:

      а)  каждый узел — это полноценная  система управления базами данных (СУБД) сама по себе, но

      б)  узлы взаимодействуют между собой таким образом, что пользователь любого из них может получить доступ к любым данным в сети так, как будто они находятся на его собственном узле.

      Из  этого определения следует, что  так называемая распределенная база данных в действительности представляет собой виртуальную базу данных, компоненты которой физически хранятся в нескольких различных реальных базах данных на нескольких различных узлах (в сущности, являясь логическим объединением этих реальных баз данных).

      Каждый  узел сам по себе является системой баз данных. Иначе  говоря,  на  каждом  узле  есть  собственные  локальные  реальные  базы  данных, собственные  локальные  пользователи,  собственные  локальные  СУБД  и  программное обеспечение управления транзакциями (включая собственное программное обеспечение блокировки,  ведения  журналов,  восстановления  и  т.д.)  и  собственный  локальный диспетчер  передачи  данных.  В  частности,  любой  пользователь  может  выполнять операции над данными на своем локальном узле точно так же, как если бы этот узел вовсе не  входил  в распределенную  систему (по  крайней мере,  так должно  быть).  Всю распределенную  систему баз данных  можно рассматривать как некоторое партнерство между отдельными  локальными  СУБД  на  отдельных локальных  узлах.  Новый программный компонент на каждом узле — логическое расширение локальной СУБД — предоставляет  необходимые  функциональные  возможности  для  организации  подобного партнерства.  Именно  этот  компонент  вместе  с существующими СУБД составляет то,  что обычно называется распределенной системой управления базами данных (РСУБД).