Базы данных и системы управления базами данных

1. 9.Охарактеризуйте типы данных, используемые в современных СУБД.

 Базы данных и системы  управления базами данных (СУБД) 
Практически любому специалисту, независимо от сферы его деятельности, приходится заниматься сбором, накоплением и обработкой данных.Microsoft Access является популярной системой управления базами данных (СУБД). Как и другие продукты этой категории, предназначена для хранения и поиска данных, представления информации в удобном виде и автоматизации часто повторяющихся операций (таких, как ведение счетов, учет, планирование и т.п.). С помощью Access можно разрабатывать простые и удобные формы ввода данных, а также осуществлять обработку данных и выдачу сложных отчетов. 
 
База данных – это совокупность информации по определенной теме (по определенной предметной области). Это файл специального формата, содержащий определённым образом структурированную информацию. Это совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных во внешней памяти и используемых в качестве входной информации для решения задач. 
 
Базы данных должны обеспечивать: 
 
·                          Лёгкую, быструю и дешевую разработку приложений, многократное использование данных; 
 
·                          Гибкость использования данных, возможность применения различных методов доступа к ним; 
 
·                          Высокую производительность, достоверность и секретность данных, их защиту от искажения и уничтожения. 
 
При создании базы данных используются различные типы данных: 
 
·                          Числовые; 
 
·                          Символьные данные переменной длины; 
 
·                          Типы даты; 
 
·                          Гиперссылки; 
 
·                          Двоичные данные. 
 
Системы управления базами данных (СУБД) – это комплекс программных средств, предназначенных для создания, ведения и организации совместного доступа к базе данных множеству пользователей. Современные СУБД в основном являются приложениями операционной системыWindows, так как данная среда позволяет более полно использовать возможности персональной ЭВМ по сравнению с операционной системойDOS. 
Виды и функции СУБД приведены в таблице 1. 
Таблица 1 - Виды и функции СУБД

Целостность базы данных подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться в том, что информация в базе данных всегда остаётся корректной и полной. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память (с помощью специальной программы, в интерактивном режиме, посредством импорта). Используемые в настоящее время СУБД обладают средствами обеспечения целостности данных и надежной безопасности. 
 
Информация в базе данных определённым образом структурирована, т.е. её можно описать определённой моделью. Классическими являются три модели описания данных – иерархическая, сетевая, реляционная. 
 
Модели описания баз данных 
Основное различие между моделями описания баз данных состоит в характере описания взаимосвязей и взаимодействия между объектами и атрибутами базы данных. 
 
Иерархическая модель. В ней связи между данными можно представить и описать в виде упорядоченного графа (дерева). При программировании для описания структуры иерархической базы данных используется тип данных «дерево». Достаточно небольшое количество СУБД построено на иерархической модели данных. 
 
Достоинства модели: 
 
·                          Эффективно используется память ЭВМ; 
 
·                          Высокая скорость выполнения операций над данными; 
 
·                          Удобство работы с иерархически упорядоченной информацией. 
 
Недостатки модели: 
 
·                          Модель становится громоздкой, особенно если приходится обрабатывать информацию со сложными логическими связями; 
 
·                          Обычным пользователям бывает трудно понять принципы функционирования модели. 
 
Сетевая модель. Описывает данные и отношения между ними в виде ориентированной сети. В основу модели положены сетевые структуры, в которых каждый элемент может быть информационно связан с любым другим элементом. Примером является сетевая структура, в которой между объектами присутствуют два вида взаимосвязей: «один ко многим» и «многие к одному». Её можно рассматривать как развитие и обобщение иерархической модели данных. В этой модели могут описываться многообразные взаимосвязи между данными в виде произвольного графа. 
 
Достоинства модели: 
 
·                               Эффективное использование памяти ЭВМ; 
 
·                               Высокая скорость выполнения операций над данными; 
 
·                               Возможно описание произвольных связей. 
 
Недостатки модели: 
 
·                          Высокая сложность и жесткость схемы базы данных, построенной на основе этой модели; 
 
·                          При добавлении новых вершин или установлении новых связей возникают проблемы выгрузки данных из базы данных и загрузки их в базу, возникает вероятность утери данных при обратной загрузке; 
 
·                          Трудность для понимания и выполнения операций обработки. 
 
СУБД, построенные на основе этой модели, также не получили широкого распространения в практике. 
 
Реляционная модель. Её разработал сотрудник фирмы IBM Э.Кодд. В основе модели лежит понятие отношения (таблицы). Большинство СУБД построены на основе этой модели данных. 
 
Достоинства модели: 
 
·                          Простота построения; 
 
·                          Гибкость структуры; 
 
·                          Независимость данных; 
 
·                          Данные представляются в простой, понятной и удобной форме; 
 
·                          Удобно реализовать такую базу данных на ЭВМ. 
 
Недостатки модели: 
 
·                          Отсутствуют стандартные средства для идентификации отдельных записей; 
 
·                          Низкая производительность по сравнению с иерархической и сетевой моделями; 
 
·                          Избыточность, сложность программного обеспечения. 
 
 
3.            
Основные понятия таблицы базы данных 
Таблицы являются одним из объектов базы данных. Самая простая база данных имеет хотя бы одну таблицу, состоящую из соответствующих элементов. 
 
Поле (столбец, атрибут) – это основной элемент структуры таблицы. Поля обладают свойствами, определяющими их имя, тип, размер, формат. Разные типы полей (текстовое, числовое, логическое и др.) имеют разное назначение и, соответственно, разные свойства. Чтобы связи между таблицами базы данных работали надежно, предусматриваются уникальные поля. 
Уникальным называется поле, значения в котором не могут повторяться (например, табельный номер работника). 
Ключевое поле (или первичный ключ) – это ключ, идентифицирующий отношение. В качестве первичного ключа часто используется поле, имеющее тип Счетчик. 
Запись (строка, кортеж) – это совокупность логически связанных полей. 
Схема данных – это структура связей между таблицами. 
Окно таблицы позволяет просматривать данные в привычном табличном виде и выполнять необходимые операции с записями таблицы

 

2.13.Охарактеризуйте понятие ключа сущности.

Модель «сущность -  связь» (или ER-модель) представляет собой способ логического унифицированного представления данных некоторой предметной области. Хотя, как мы увидим далее,  эта модель очень напоминает систему связанных друг с другом таблиц, в действительности это совершенно общее представление. Эта модель может быть преобразована к любой из существующих конкретных моделей данных: иерархической, сетевой, реляционной, объектной. Существенно, что ER-модель позволяет представлять только данные, но не действия, которые с ними могут производиться, поэтому она используется лишь для проектирования структуры хранимых данных. Поскольку многие понятия, которые мы будем разбирать в связи с моделью «сущность - связь» были нами  рассмотрены в основах реляционных баз данных (параграфы 1.1,1.2,1.3), будем опираться на эти знания.

Достоинствами данной модели являются

·            Простота

·            Наглядность.

·            Однозначность.

·            Использование естественного языка.

Определение

Сущность это собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта, процесса, явления или некоторого представления об объекте, информацию о котором требуется хранить в базе данных.

Необходимо различать  такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие  тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий  или идей, выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. Например, типом сущности может быть ГОРОД, а экземпляром – Москва, Киев и т.д. Предполагается, что гарантировано отличие экземпляров одного типа сущности друг от друга. Данное требование вполне аналогично требованию отсутствия в таблице тождественных строк.  В дальнейшем, однако, там, где это не может вызвать неоднозначного прочтения, мы не будем различать типы и экземпляры, а будем просто использовать термин «сущность». Принято выражать (именовать) сущность существительным или существительным с характеризующим его прилагательным (СТУДЕНТ, ДЕКАНАТ, ВЫПУСКАЮЩАЯ КАФЕДРА и др.).

Выделяют  три вида сущностей: стержневая, ассоциативная (ассоциация) и характеристическая (характеристика). Кроме этого во множестве ассоциативных сущностей также определяют подмножество обозначений. Дадим теперь определение видам сущностей.

Стержневая сущность.

Стержневая (сильная) сущность – независящая от других сущность. Стержневая сущность не может быть ассоциацией, характеристикой или обозначением (см. ниже).

Ассоциация.

Ассоциативная сущность (или ассоциация) выражает собой связь «многие ко многим» между двумя сущностями. Является вполне самостоятельной сущностью. Например, между сущностями МУЖЧИНА и ЖЕНЩИНА существует ассоциативная связь, выражаемая ассоциативной сущностью БРАК.

Характеристика.

Характеристическую сущность еще называют слабой сущностью. Она связана с более сильной сущностью связями «один ко многим» и «один к одному». Характеристическая сущность описывает или уточняет другую сущность. Она полностью зависит от нее и исчезает с исчезновением последней. Например, сущность Зарплата является характеристикой конкретных работников предприятия и не может в таком контексте существовать самостоятельно – при удалении экземпляра сущности Работника должны быть удалены и экземпляры сущности Зарплата, связанные с удаляемым работником.

Обозначение.

Обозначение это такая сущность, с которой другие сущности связаны по принципу «многие к одному» или «один к одному». Обозначение, в отличие характеристики является самостоятельной сущностью. Например, сущность Факультет обозначает принадлежность студента к данному подразделению института, но является вполне самостоятельной. 

Любой фрагмент предметной области может быть представлен  некоторым набором сущностей  и связями между ними. Например, рассматривая предметную область ФАКУЛЬТЕТ можно выделить следующие основные сущности:СТУДЕНТ, КАФЕДРА, СПЕЦИАЛЬНОСТЬ, ДЕКАНАТ, ГРУППА, ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, ЭКЗАМЕН.  На первом этапе создания ER-модели данных  следует выделить все сущности, которые предполагается описывать исходя из постановки задачи. Лишний раз подчеркнем, что сущностью может быть  не только некоторый материальный объект, но и некоторый процесс, например ЭКЗАМЕН, ЛЕКЦИЯ. Сущностью может быть и некоторая количественная и качественные характеристики объекта: УЧЕНОЕ ЗВАНИЕ, СТАЖ и др. Все в действительности зависит от постановки задачи и от нашего анализа предметной области.

Основные понятия

Рассмотрим другие важные понятия, используемые при построении ER-модели. Мы ввели уже понятие сущности.  Остановимся на трех других Понятиях: атрибут сущности, ключ, связь.

Связь

Связь – одно из понятий  рассматриваемой логической модели данных, отражающая реально существующие в предметной области отношения  между объектами (экземплярами сущности). Ранее мы выделили ассоциативную  сущность, выражающую собой связь  многие ко многим. Но в общем случае связь нельзя назвать сущностью. Она может стать ею, если возникнет  необходимость приписать ей некоторые  атрибуты.

Основным видом связи, которая используется  при логическом проектировании, является бинарная связь, т.е.  связь между двумя сущностями. Можно показать, что связь между n сущностями, где n>2 всегда можно представить набором бинарных связей. Принято называть связь, используя глагольную форму. Причем  в некоторых нотациях именуются оба конца связи, а в некоторых именуется вся связь в целом.  Например, если имеются две сущности СТУДЕНТ и ОЦЕНКИ, то связь с одного конца будет называться, например, ПОЛУЧИЛ ОЦЕНКУ, а с  другого ВЫСТАВЛЕНА ОТМЕТКА.

Другой характеристикой  связи является кардинальность (или степень связи).  Кардинальность показывает, какое максимальное количество экземпляров данной сущности может участвовать в конкретной связи (точнее экземпляре связи). Поскольку мы рассматриваем бинарную связь, то ее характеризуют две кардинальности – для обеих сущностей участвующих в связи.  Для связи «один к одному» кардинальности будут равны  1 и 1, для связей «один ко многим» - 1 и N (часто вместо N используется знак ∞ - «бесконечность» или просто символ «звездочка» ′*′), для связи «многие к одному » - N и 1, для связи «многие ко многим» - N и N. 

Еще одной характеристикой  связи является  модальность. Модальность также является двусторонней характеристикой связи.  Не модальный тип связи со стороны сущности означает, что экземпляры сущности не обязаны участвовать в связи, модальный тип, что все экземпляры сущности участвуют в данной связи. Модальную связь будем обозначать 1, а не модальную 0.  Очень удобно модальность и кардинальность связи  объединять в пары (модальность, кардинальность), например, так (0,1)^[1].  Таким образом, мы получаем возможность классифицировать  связь возможными значениями таких пар. Так для связи «один ко многим» получаем следующие четыре возможных класса:

■           (0,1) – (0,N)

■           (0,1) – (1,N)

■           (1,1) – (0,N)

■           (1,1) – (1,N)

Заметим, что если в бинарной связи одна из сущностей имеет  сильный тип, а другая нет, то считается, что связь имеет направление от сильной сущности к слабой (направленная связь). Графически это изображается стрелкой (см. раздел Система диаграмм).

Связи между двумя сущностями осуществляется на основе первичных  ключей и внешних ключей. Принято  называть внешний ключ тем же именем, что и первичный ключ – тогда  легко разобраться в механизме  осуществления связи. В случае если связь осуществляется на основе двух первичных ключей, то присваивать им одинаковое имя не обязательно, так как их участие вытекает из типа связи.  

 

 

 

 

3.4Опишите архитектуру файл-серверов и клиент-серверов.

Файл-серверные приложения – приложения, схожие по своей структуре с локальными приложениями и использующие сетевой ресурс для хранения программы и данных

• Функции сервера: хранения данных и кода программы.
• Функции клиента: обработка данных происходит исключительно на стороне клиента.

Классическое представление  информационной системы в архитектуре "файл-сервер" представлено на 

 
Классическое представление архитектуры "файл-сервер"

Организация информационных систем на основе использования выделенных файл-серверов все еще является распространенной в связи с наличием большого количества персональных компьютеров разного  уровня развитости и сравнительной дешевизны связывания PC в локальные сети

Конечно, основным достоинством данной архитектуры является простота организации. Проектировщики и разработчики информационной системы находятся в привычных и комфортных условиях IBM PC в среде MS-DOS, Windows или какого-либо облегченного варианта Windows Server. Имеются удобные и развитые средства разработки графического пользовательского интерфейса, простые в использовании средства разработки систем баз данных и/или СУБД.

Достоинства такой архитектуры 

• многопользовательский режим работы с данными;
• удобство централизованного управления доступом;
• низкая стоимость разработки;
• высокая скорость разработки;
• невысокая стоимость обновления и изменения ПО.

Недостатки 

проблемы многопользовательской  работы с данными: последовательный доступ, отсутствие гарантии целостности;

• низкая производительность (зависит от производительности сети, сервера, клиента);
• плохая возможность подключения новых клиентов;
• ненадежность системы.

Простое, работающее с небольшими объемами информации и рассчитанное на применение в однопользовательском режиме, файл-серверное приложение можно спроектировать, разработать  и отладить очень быстро  Очень часто для небольшой компании для ведения, например, кадрового учета достаточно иметь изолированную систему, работающую на отдельно стоящем PC. Однако, в уже ненамного более сложных случаях (например, при организации информационной системы поддержки проекта, выполняемого группой) файл-серверные архитектуры становятся недостаточными.

Клиент-сервер (Client-server) – вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемых серверами, и заказчиками услуг, называемых клиентами . Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Первоначально системы такого уровня базировались на классической двухуровневой клиент-серверной  архитектуре (Two-tier architecture). Под клиент-серверным приложением в этом случае понимается информационная система, основанная на использовании серверов баз данных.