Технология баз данных

ЕЛАБУЖСКИЙ ФИЛИАЛ КАЗАНСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ А.Н. ТУПОЛЕВА

 

КАФЕДРА ИТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Реферат  по дисциплине:

«Информационные технологии»

На тему:

«Технология баз  данных».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент гр 22404

Ежов А.Т.

Проверила:

Юрзанова Т.К.

 

 

 

 

 

Елабуга, 2012

 

Оглавление

 

 

Технология баз данных

В различных областях деятельности государств ведутся большие работы по созданию автоматизированных систем управления (АСУ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных информационных систем (АИС) и др. Каждая из этих систем располагает большим объемом информации, которая используется для решения задач специализированными программами. Информационный фонд этих систем принято называть базой данных.

Общее понятие о базе данных

Под данными понимается информация, находящаяся в памяти ЭВМ или машинных носителях (дискете, магнитной ленте и др.).         

 Под обработкой данных понимается совокупность задач, осуществляющих преобразование массивов данных. Обработка данных включает в себя ввод данных в ЭВМ, отбор данных по каким-либо критериям и параметрам, преобразование структуры данных, перемещение данных , вывод данных в табличном или ином удобном для пользователя виде.         

 Под управлением данных понимается весь круг операций с  данными, которые необходимы для получения требуемого результата.         

 Под базой данных  (БД) понимается совокупность взаимосвязанных данных некоторой предметной области, хранимых в памяти ЭВМ и организованных таким образом, чтобы эти данные могли быть использованы  для решения многих задач многими пользователями. Базы данных хранятся на магнитных дисках и по мере необходимости считываются в оперативную память ЭВМ, в которой происходит непосредственно их обработка.

Пример базы данных

 

          Допустим, что в институте, который размещается  в разных корпусах, разрабатывается  информационная система учебного процесса. Анализируя данную предметную область, разработчики выделили следующие объекты: 1) учебные корпуса; 2) факультеты; 3) кафедры; 4) учебные курсы; 5) преподаватели; 6) студенты; 7) студенческие группы. Данные об этих объектах должны быть включены в БД. На рис. 1 эти данные условно показаны в виде прямоугольников.

Между объектами существуют взаимосвязи, которые также должны найти свое отражение в БД. Так, между факультетами и студенческими группами существуют иерархические отношения включения (группы входят в факультеты, причем факультет объединяет несколько групп, а каждая группа входит ровно в один факультет). Между учебными предметами и студенческими группами существует взаимосвязь, выражаемая понятием «расписание экзаменов». На рис. 1 взаимосвязи условно изображены в виде стрелок, возможно поименованных. 

                   

 Рис.1. Условное изображение  объектов и их взаимодействие  в   Базе данных информационной модели ВУЗа         

 В реальном мире  все указанные выше объекты  так или иначе связаны между собой. Однако в БД введена информация лишь о некотором минимальном наборе взаимосвязей, по которым тем не менее можно восстановить остальные взаимосвязи. Например, принадлежность студентов тому или иному факультету можно установить используя взаимосвязи «входит в факультет» и «входит в группу».

Требования к организации данных

 

        Успешное  функционирование БД может быть  осуществлено только при выполнении  ряда требований к ее организации.  К таким основным требованиям  можно отнести:

Расширяемость базы данных

База данных должна обладать способностью к расширению, которое может быть за счет:

1) увеличения числа экземпляров  однотипных данных, например количества  данных о преподавателях;

2) введение в БД новых типов  объектов или новых типов взаимосвязей, например между объектами «учебный предмет» и «студент» вводятся связи «оценка».

Необходимо, чтобы введение новых  типов объектов или связей не требовало  каких-либо изменений в уже существующих в БД данных.

Простота работы с базой данных

В условиях разработки и эксплуатации крупной системы значение приобретает простота работы с данными БД, т. е. необходимо, чтобы:

1) структура данных  была логичной и ясной;

2) операции доступа к данным  обладали ясными и четко очерченными  функциями;

3) без больших трудозатрат выполнялись различные обслуживающие операции (копирование, перепись с носителя на носитель, расширение базы и др.).

Целостность базы данных

Под целостностью базы данных в общем случае понимается ее готовность к работе. Целостность базы данных — сложное понятие, имеющее много аспектов.

Укажем на следующие из них:

1) физическая целостность, т.  е. сохранность информации на  магнитных носителях и корректность  форматов данных;

2) логическая  целостность, под которой понимается  непротиворечивость данных в базе;

3) актуальность  данных, т. е. соответствие данных  реальному положению вещей.

Потеря целостности базы данных может произойти от сбоев аппаратуры ЭВМ, ошибок в программном обеспечении, неверной технологии ввода и корректировки  данных, низкой достоверности самих данных, и т. д. Поэтому обеспечить целостность базы реального объема весьма сложно. В то же время потеря целостности данных ведет к самым серьезным последствиям вплоть до полной перегрузки данных базы. Если учесть, что обычно базы данных накапливаются годами или даже десятками лет, то потеря целостности БД зачастую влечет очень тяжелые последствия.

Секретность данных

 

Под этим термином понимается в общем  случае защита данных от несанкционированного доступа. Различаются собственно секретность данных, заключающаяся в том, что пользователю, не владеющему паролем доступа, полностью закрыт доступ к БД или какой-либо ее части, и защита данных от модификации, допускающая для лиц, не владеющих паролем, только чтение из БД. Перечисленные выше требования во многом противоречивы. Поэтому обычно перед разработчиками конкретной базы данных стоит проблема выбора компромиссного варианта, учитывающего наиболее существенные для данной СОД требования.

Системы управления базами данных. Администрация баз данных

Как видно из изложенного выше разработка и эксплуатация базы данных сопряжена  с решением целого ряда проблем. Каждая из этих проблем весьма сложная. Поэтому удовлетворительное функционирование БД требует выполнения весьма трудоемких организационно-технических мероприятий. В качестве своего главного инструмента администрация БД использует СУБД. Под СУБД понимается программная система, обеспечивающая все функции управления данными со стороны администрации БД и прикладных программ пользователей. Любой доступ к данным базы осуществляется через СУБД.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ СУБД

Основные функции СУБД

 

    Система управления  БД является программным обеспечением, осуществляющим функции управления данными БД. Применение СУБД позволяет значительно уменьшить трудозатраты по реализации требований к БД и обеспечить более полное их выполнение.

Сама СУБД — системное программное  обеспечение. Не решая непосредственно  никакой прикладной задачи СУБД является инструментом для разработки прикладных программ и поддержания БД, с помощью которого можно создавать базы данных, наполнять их и работать с ними. В мире существует немало различных систем управления базами данных.  Функции и структуру типичной СУБД уместно рассматривать вместе, так как каждой из основных функций соответствует программная компонента СУБД.

Функции СУБД

Описание данных

В процессе работы прикладных программ и пользователей БД изменяется. Однако эти изменения не могут быть произвольными. Обычно в БД существуют довольно жесткие ограничения на возможности манипулирования данными, которые отражают закономерности предметной области. Так, в БД пользователь может образовать новый экземпляр объекта (например, преподавателя) или исключить уже существующий экземпляр, но изменить характеристики этого объекта (например, добавить характеристику «возраст преподавателя») он, как правило, не может.  Описание неизменяемых свойств данных БД получило название описание данных, описание структуры, данных или схема базы данных.

 

    Манипулирование данными

 

    Современные  СУБД предоставляют пользователям  средства манипулирования данными,  в состав которых входят операторы  поиска данных в БД, корректировки  данных в БД, обмена данными  между БД прикладной программой и ряд других.

Загрузка базы и формирование отчетов

На универсальном языке программирования можно написать любую программу  обработки данных, в том числе  программу заполнения (загрузки) и  корректировки БД или программу  распечатки выходных форм. Однако указанные действия выполяются столь часто, что для их реализации большинство СУБД имеют специальные программные средства, которые носят названия: для ввода и корректировки данных — подсистема загрузки данных; для получения выходных форм — генератор отчетов. Эти средства в своем составе имеют языки высокого уровня, ориентированные на описание ввода—вывода данных.

Язык запросов

Часто возникает необходимость  выполнить из базы данных по определенным признакам объекта. Для реализации такой возможности СУБД оснащаются языком запросов высокого уровня, а также интерпретатором с языка запросов. С помощью этого языка пользователи-непрограммисты могут сформулировать запрос к БД и тут же на дисплее получить ответ.

Диалоговые средства

В целях удобства пользователей и повышения оперативности доступа к данным большинство функций СУБД может осуществляться в диалоговом режиме через дисплей. Современные СУБД, как правило, обеспечивают мультидоступ к БД (т. е. одновременный доступ к базе нескольких терминальных пользователей или прикладных программ). При помощи дисплея удобно производить просмотр БД, ее корректировку, выполнение различных сервисных функций, ввод запросов и т. д.

 

    Виды баз данных

 

      Виды баз  данных определяются МОДЕЛЬЮ  ДАННЫХ

Ядро любой БД — модель данных, представляющая собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данных. В настоящее время наибольшее применение получили иерархическая, сетевая и реляционная модели данных.

 

    Иерархическая модель

Часто объекты находятся в отношениях, которые принято называть иерархическими: например, отношение часть - целая (например, автомобиль состоит из кузова, двигателя,  колес и т.д.); родовидовое отношение (например, автомобили бывают грузовые, легковые и др.); отношения    подчиненности (например, ректор — декан и многие другие).

Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют дерево «ориентированный граф», у которого имеется только одна вершина, не подчиненная никакой другой вершине (эту вершину принято называть корнем дерева); любая другая вершина графа подчинена лишь только одной другой вершине.

  
       

 Рис. 2. Иерархическая концептуальная  схема информационной модели  вуза     

 Концептуальная схема иерархической  модели представляет собой совокупность  типов записей, связанных типами связей в одно или несколько деревьев. Все типы связей этой модели принадлежат к виду «один ко многим» и изображаются в виде стрелок. Такой тип связи означает, что одна запись (на ее тип указывает одно острие) соединена со многими подчиненными записями (на их тип указывает двойное острие). В силу единственности пути к любой вершине дерева необходимость в наименовании типов связей в иерархической модели отпадает.

Пример иерархической концептуальной схемы приведен на Рис. 2. Прямоугольниками на этой схеме изображены типы записей (ФАКУЛЬТЕТ, КОРПУС, ГРУППА, ЭКЗАМЕН). Атрибуты записаны внутри соответствующих прямоугольников. Ключевые атрибуты подчеркнуты.

В иерархической  модели ключ для нижних уровней иерархии всегда составной. Он состоит из ключа данной записи и ключей записей, стоящих по иерархии выше данной. Например, полный ключ записи типа ЭКЗАМЕН состоит из атрибутов ШИФР ФАКУЛЬТЕТА, НОМЕР ГРУППЫ и НАИМЕНОВАНИЕ ПРЕДМЕТА.

Основное  достоинство иерархических баз  данных состоит в экономичном использовании ресурсов памяти и соответственно высоком быстродействии системы. Недостатком является жесткие связи и при изменении модели возникает необходимость в перепрограммировании БД. 

Сетевая модель

В сетевой модели данных понятия  главного и подчиненных объектов несколько расширены. Любой объект может быть и главным и подчиненным (в сетевой модели главный объект обозначается термином «владелец набора», а подчиненный — термином «член набора»). Один и тот же объект может одновременно выступать и в роли владельца, и в роли члена набора. Это означает, что каждый объект может участвовать в любом числе взаимосвязей. Схема сетевой модели приведена на рис. 3. В реляционной модели данных объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц, как это показано на рис. 5. Взаимосвязи также рассматриваются в качестве объектов. Каждая таблица представляет один объект и состоит из строк и столбцов.

Рис. 3. Схема сетевой модели данных 

 

            Реляционная модель

В реляционной модели реализуются связи между объектами по принципу каждый с каждым (рис.4.).

Рис.4. Схема реляционной модели данных

В реляционной базе данных каждая таблица должна иметь первичный  ключ (ключевой элемент) — поле или  комбинацию полей, которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице (рис.5.). Благодаря своей простоте и естественности представления реляционная модель получила наибольшее распространение в СУБД для персональных компьютеров