Шпаргалка по "Информатике"

1.Базы данных (БД). Структура  БД. Система управления базами  данных (СУБД)

Информация — совокупность сведений, воспринимаемых из окружающей среды, выдаваемых в окружающую среду, либо сохраняемых внутри информационной системы.

Данные — информация, представленная в виде, позволяющем автоматизировать ее сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средствам.

Файл — последовательность записей, размещаемых на внешних запоминающих устройствах и рассматриваемых в процессе обработки, как единое целое.

База данных — совокупность взаимосвязанных данных при такой минимальной избыточности, которая позволяет ее использовать оптимальным образом для одного или нескольких приложений в определенной предметной области человеческой деятельности.

Предметная область — это отражение в БД совокупности объектов реального мира с их связями, относящихся к некоторой области знаний и имеющих практическую ценность для пользователей.

Прежде всего, существует база данных — совокупность данных, хранящихся во вторичной памяти — на дисках, барабанах или каком-либо другом носителе. Во-вторых, имеется набор прикладных программ пакетной обработки, которые работают с этими данными (выборка, обновление, включение, удаление). Дополнительно может присутствовать группа оперативных пользователей, взаимодействующих с базой данных от удаленных терминалов. В-третьих, база данных является “интегрированной”, т.е. содержит данные для многих пользователей. Базы данных создаются с целью централизованного управления определенными данными.

Совместное использование данных предполагает не только то, что все  файлы существующих приложений интегрированы, а также и то, что новые приложения могут быть построены на существующей базе данных. Использование БД обеспечивает в основном: — независимость данных и программ; — реализацию отношений между данными; — совместимость компонентов БД; — простоту изменения логической и физической структур БД; — целостность; — восстановление и защиту БД и др. К другим целям использования БД относятся: сокращение избыточности в хранимых данных; устранение несовместимости в хранимых данных с помощью автоматической корректировки и поддержки всех дублирующих записей; — уменьшение стоимости разработки пакета программы; — программирование запросов к БД.

БД является динамической информационной моделью некоторой предметной области, отображением внешнего мира. Каждому  объекту присущ ряд характерных  для него свойств, признаков, параметров. Работа с БД осуществляется по атрибутам  объектов.

Необходимо отметить, что если в базе нет никаких данных (пустая база), то это все равно полноценная база данных. Этот факт имеет методическое значение. Хотя данных в базе и нет, но информация в ней все-таки есть – это структура базы. Она определяет методы занесения данных и хранения их в базе. Простейший «некомпьютерный» вариант базы данных – деловой ежедневник, в котором каждому календарному дню выделено по странице. Даже если в нем не записано ни строки, он не перестает быть ежедневником, поскольку имеет структуру, четко отличающую его от записных книжек, рабочих тетрадей и прочей писчебумажной продукции.

Базы данных могут  содержать различные объекты. Основными  объектами любой базы данных являются ее таблицы. Простейшая база данных имеет  хотя бы одну таблицу. Соответственно, структура простейшей базы данных тождественно равна структуре ее таблицы.

Структуру двумерной  таблицы образуют столбцы и строки. Их аналогами в простейшей базе данных являются поля и записи. Если записей  в таблице пока нет, значит, ее структура  образована только набором полей. Изменив состав полей базовой таблицы (или их свойства), мы изменяем структуру базы данных и, соответственно, получаем новую базу данных.

С понятием базы данных тесно связано понятие  системы управления базой данных. Это комплекс программных средств, предназначенных для создания структуры  новой базы, наполнение ее содержимым, редактирование содержимого и визуализации информации. Под визуализацией информации базы понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройства вывода или передачи по каналам связи.

В мире существует множество систем управления базами данных. Несмотря на то, что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий. Это дает нам возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, приемы и методы на весь класс СУБД. В качестве такого учебного объекта мы выберем СУБД Microsoft Access, входящую в пакет Microsoft Office. 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.

2. Модели данных

Использование модели данных при работе с БД (в "компьютерном" смысле, в смысле хранения структур данных) неизбежно по нескольким причинам. Во-первых, модель дает общий язык пользователям, работающим с данными. Во-вторых, модель может обеспечить предсказуемость  результатов работы с данными. Становится возможным объяснить пользователю, почему он получил конкретный результат  при просмотре или изменении  данных, и наоборот, работающий с  базой может предвидеть, какого сорта  он получит результат. За время существования  разработок программных систем предложено много различных моделей разной степени распространенности. На некоторых  можно остановиться.

Реляционная модель и СУБД

Не будучи хронологически первой, наиболее популярной с начала 80-х гг. была и до сих пор остается реляционная модель данных. Она первая получила математическое описание, и  она экономна по части базовых  понятий. Первое повлекло возможность  тщательного и интенсивного исследования свойств этой модели (немедленно реализованного в обширной литературе), а второе сделало ее привлекательной для  программистов и пользователей.

В реляционной модели считается, что все данные ИС представлены в  виде таблиц  Строки в каждой таблице - это кортеж неструктурированных  единиц данных, "атрибутов". Набор  кортежей, составляющий таблицу, образует математическое отношение; таким образом, модель данных представляется множеством таблиц-отношений (называемых также R-таблицами); отсюда название "реляционная", т.е. модель, представленная отношениями.

Атрибуты строк-кортежей (и таблиц-отношений) - это значения из заданных наравне с таблицами  областей определения ("доменов"). Разные столбцы в одной и той же или в разных таблицах могут иметь одну и ту же область определения, а могут - разные.

Значения атрибутов в  таблице-отношении могут иметь  только один определенный вид функциональной зависимости друг от друга, а именно, все значения в произвольном кортеже  должны по отдельности зависеть только от значений столбца или группы столбцов - одних для всего отношения. Такой  столбец или группа столбцов, называются ключевыми, а значения атрибутов  в них - ключами.

Реляционная база данных - это  набор R-таблиц и только R-таблиц, т.е. считается, что никаким иным образом (переменные, массивы и т.п.) данные в базе не представлены.

В рамках реляционной теории имеется список операций, которые  можно осуществлять над R-таблицами, причем так, что результатом снова  будет R-таблица (и, таким образом, в  результате выполнения операции мы снова  получим реляционную базу данных). Обычно это следующие операции:

• базовые операции
• ограничение - исключение из таблицы некоторых строк;
• проекция - исключение из таблицы некоторых столбцов;
• декартово произведение - из двух таблиц получается третья по принципу декартова произведения двух множеств строк;
• объединение - объединение множеств строк двух таблиц;
• разность - разность множеств строк двух таблиц;
• присвоение - именованной таблице присваивается значение выражения над R-таблицами;
• производные операции
• группа операций соединения;
• пересечение - пересечение множеств строк двух таблиц;
• деление - позволяет отвечать на вопросы типа: "какие студенты посещают все курсы ?";
• разбиение - позволяет отвечать на вопросы типа: "какие пять служащих в отделе наиболее оплачиваемы ?";
• расширение - добавление новых столбцов в таблицу;
• суммирование - в новой таблице с меньшим, чем в исходной, числом строк, строки получены как агрегирование (например, суммирование по какому-то столбцу) строк исходной.

Помимо "основных" таблиц, "изначально" присутствующих в  БД, приведенные операции позволяют  получать выводимые таблицы -"представления", получаемые в результате применения операций.

Если можно говорить об основной идее использования реляционного подхода в СУБД, то это именно предсказуемость результатов работы с данными, обеспечиваемая математическим аппаратом в основе этого подхода. Действительно, поскольку в основе лежит корректная математическая модель, то любой запрос к базе данных, составленный на каком-нибудь "корректном" (формальном) языке повлечет ответ, однозначно определенный схемой данных и конкретными данными. Ничего другого для объяснения пользователю, почему он получил тот, а не иной результат, не требуется (не требуется, например, знать о физическом расположении данных на дисках или же в буферах  памяти либо "заглядывать" в одни файлы, чтобы получить описания информации о других). А учитывая, что набор  основных понятий достаточно прозрачен, получается, что результат не просто предсказуем, но и относительно просто предсказуем. То же можно сказать  не только о запросах, но и о манипулировании  моделью с помощью перечисленных  операций над таблицами.

Кроме того, как отмечалось, реляционный подход приносит относительную  простоту работы разработчику ИС, поскольку  прикладная область часто описывается  в терминах таблиц достаточно естественно.

Вскоре после появления  идея (и теория) реляционных баз  данных стала популярна среди  разработчиков СУБД. Однако сделать  реляционную СУБД оказалось непросто. Сложилась неоднозначная ситуация, когда после некоторых усовершенствований одни фирмы стали называть свои разработки реляционными (иногда просто добавляя '/R' к имени своей СУБД), а другие - отказываться от создания реляционных  СУБД в силу сложности задачи. Для  того чтобы внести ясность в оценку разработок одних фирм и более  определенно сформулировать цель, к  которой разработчикам нужно  стремиться, для других (или тех  же самых) фирм, Е. Кодд, автор реляционного подхода, в конце 70-х гг. опубликовал  свои 12 правил соответствия произвольной СУБД реляционной модели дополнив основные понятия реляционных баз данных определениями, важными для практики. Ниже приводятся эти правила вместе с дополняющим их подразумеваемым  общим положением.

0. Основное (подразумеваемое)  правило. Система, которая рекламируется  или провозглашается поставщиком  как реляционная СУБД, должна  управлять базами данных исключительно  способами, соответствующими реляционной  модели.

1. Информационное правило.  Вся информация, хранимая в реляционной  базе данных, должна быть явно, на логическом уровне, представлена  единственным образом: в виде  значений в R-таблицах.

2. Правило гарантированного  логического доступа. К каждому  имеющемуся в реляционной базе  атомарному значению должен быть  гарантирован доступ с помощью  указания имени R-таблицы, значения  первичного ключа и имени столбца.

3. Правило наличия значения (missing information). В полностью реляционной  СУБД должны иметься специальные  индикаторы (отличные от пустой символьной строки или строки из одних пробелов и отличные от нуля или какого-то другого числового значения) для выражения (на логическом уровне, систематично и независимо от типа данных) того факта, что значение отсутствует по меньшей мере по двум различным причинам: его действительно нет либо оно неприменимо к данной позиции. СУБД должна не только отражать этот факт, но и распространять на такие индикаторы свои функции манипулирования данными не зависимо от типа данных.

4. Правило динамического  диалогового реляционного каталога. Описание базы данных выглядит  логически как обычные данные, так что авторизованные пользователи  и прикладные программы могут  употреблять для работы с этим  описанием тот же реляционный  язык, что и при работе с  обычными данными.