База данных

БАЗЫ ДАННЫХ

 

Эффективное функционирование всех без исключения служб органов внутренних дел немыслимо без накопления, хранения, поиска и выдачи информации. Средства вычислительной техники позволяют существенно на более высоком уровне централизации и автоматизации решать эти проблемы. В принципе любая информация, хранимая на запоминающих устройствах ЭВМ, может быть накоплена, выдана найдена. Однако, как мы сами могли убедиться, даже совершенная базовая система с хорошей иерархией и удачной организацией не позволяет пользователю находить нужный фрагмент (файл). Более того, разнородности хранимой информации и её разобщенности файловой системы (а тем более в локальной сети), даже подготовленный пользователь тратит неприемлемо большое время на поиск информации и подержании её в актуальном состоянии.

Решение этой проблемы лежит в применении специализированного программного обеспечения – систем управления базами данных.

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРИНЦИПЫ ПРЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ.

 

Четкого и однозначного определения базы данных не существует. Тем не менее, можно определить базу данных как физическое пространство (место на внешнем носителе компьютера), на котором в строго определенном порядке записываются и хранятся конкретные значения реквизитов (данные) первичных информационных форм, относящихся к одному роду объекта учета. Здесь особо следует подчеркнуть однородность каждой базы данных, например, для накопления информации об автотранспорте, похищенных вещах и т.п.

Другое более общее определение определяет базу данных как хранилище данных, предназначенных для совместного использования. Здесь особо выделяется возможность совместного использования  информации хранящейся в базе данных многими пользователями одновременно. Многопользовательский режим доступа к данным, хранящимся в базе, может быть организован различными способами:

• использование в сети файл-серверов, на которых физически хранится вся база данных. При такой организации каждый пользователь работает с базой данных так, как будто она размещена на собственном компьютере. Недостатком такой организации многопользовательской БД является нагрузка на каналы связи т.к. при обслуживании запроса порции данных считывается с диска центрального компьютера (файл-сервера) небольшими порциями и передаются на рабочее место, где происходит их обработка;
• технология клиент/сервер, при котором вся обработка информации, все транзакции, задаваемые пользователями, выполняется самим сервером, а на рабочие станции передаются только результаты. К пропускной способности каналов связи в этом случае предъявляются значительно меньше требования, однако центральный компьютер, обслуживающий базу данных, должен быть значительно мощнее, чем в первом варианте. При этом рабочие станции могут быть бездисковыми терминалами;
• распределенная структура – когда части (фрагменты) одной базы данных физически находятся на различных серверах сети. По такому признаку строятся глобальные информационные системы типа Internet.

Для создания и обслуживания таких систем используется специализированное программное обеспечение – системы управления базами данных СУБД.

К основным функциям СУБД любого типа можно отнести:

1. создание (конструирование) базы данных путем описания структуры хранимой информации и взаимосвязей между её частями;
2. занесение, хранение и удаление информации из базы данных – т.е. поддерживание БД в актуальном состоянии;
3. обслуживание выборок и запросов пользователей.

Различные СУБД позволяют создавать и обслуживать базы данных различной структуры: иерархические, сетевые и т.д. Наибольшее распространение получили так называемые реляционные БД. Реляционные базы данных представляют собой набор связанных таблиц и ничего кроме них. Термин «реляционная» указывает на то, что между таблицами базы данных могут быть установлены различные отношения. РСУБД составляют один из крупных сегментов рынка базы данных, они включают все от систем клиент/сервер до настольных систем.

Как отмечалось выше, реляционная модель БД рассматривает все данные как группы таблиц или отношений, которые содержат фиксированные количества рядов и столбцов. Иными словами многие объекты, использование в реляционной базе данных, аналогичны объектам электронных таблиц. Рассмотрим основные термины и определения связанные с РСУБД.

Поле – базовый элемент любой базы данных, не обязательно реляционной. Поля это элементарный информационный объект базы данных. В данном случае, «элементарный», означает, что поле не может быть разбито на более мелкие порции информации. Кроме того, в каждом поле может храниться только строго определенный тип информации (текстовые поля, поля типа дата/время, числовые поля и т.п.). Большинство СУБД поддерживают возможность создания полей следующих типов:

- текстовые (для хранения строк  размером до 255 символов);

- числовые (целочисленные, с плавающей  точкой и т.п.);

- memo поля – поля для хранения текстовых фрагментов любого размера;

- дата/время – поля, в которых  могут храниться даты и (или) время  в национальном формате;

- логические – поля для хранения  утверждений типа ДА/НЕТ, ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, ИСТИНА/ЛОЖЬ и т.п.;

Кроме перечисленных типов современные СУБД позволяют создавать поля для хранения гиперссылок, объектов OLE или ссылок на них и т. п.

Запись – набор данных специфицирующих некоторой объект. Например в БД автотранспортных средств каждая запись содержит сведения о транспортном средстве (госномер, марку, год выпуска, № кузова и т. п.). Каждая запись БД содержит уникальный набор информации – в нашем примере, каждая запись представляет данные о конкретном транспортном средстве. В РСУБД записи не хранятся в каком либо порядке набора. Иными словами в концепции РСУБД вообще не существует номера записи, как в системах другого типа.

Таблица – это набор полей. Данные, содержащиеся в таблице, хранятся в виде записей. Каждая таблица базы данных представляет некоторый тип хранящихся в ней объектов. В БД может быть любое количество таблиц, между которыми могут быть установлены различные отношения. Тот факт, что таблица представляет только один тип объекта, отнюдь не является недостатком. Наоборот, это один из ключей к созданию эффективной базы данных.

Ключевое поле – это поле, которое используется для связи между двумя и более таблицами. Ключи – это поля, которые являются общими для связываемых таблиц. При этом значение этих полей в связанных таблицах дублируется. Ключи могут быть первичными, внешними или составными. Позже мы рассмотрим эти типы ключей.

Отношение – это связь, устанавливаемая между двумя и более таблицами посредством ключевого поля. Принципиально возможны три типа отношений: один-к-одному, один-к-многим и многие-к-многим.

Соединение – виртуальная таблица, создаваемая когда пользователь запрашивает информацию из различных таблиц связанных отношением. Ключевые поля в этом случае используются для поиска соответствующих записей в различных таблицах, из которых формируется соединение.

Первичный ключ – уникально идентифицирует каждую запись а таблице и не имеет повторяющихся значений. Выбор поля в качестве первичного ключа – одно из важнейших решений принимаемых при проектировании БД.

Если запись в таблице не может быть однозначно идентифицирована каким-либо одним полем, то можно использовать составной ключ – группу полей. Составные ключи используются значительно реже первичных.

Внешний ключ – это поле (или группа полей) одной таблицы, для которого имеется дублированное значение в другой, связанной таблице. В отличие от первичных ключей, внешние ключи зачастую многократно повторяются при установлении отношения один-к-многим.

Для более наглядного представления о СУБД реляционного типа попытаемся спроектировать БД в которой будут хранится сведения о курсантах нашего учебного заведения. При проектировании нам необходимо заложить концепцию наращиваемости БД так, чтобы в одной и той же базе хранились паспортные данные (эта часть БД может использоваться ОК), данные об успеваемости (учебный отдел), поощрения и взыскания

(строевая  часть) бухгалтерские сведения (ФЭО) и т. п. Концепция РСУБД позволяет  без особых затруднений решить  эту проблему.

 

Для начала основную таблицу со следующим полям:

Имя поля	Тип данных	Примечание
Фамилия	Текст (25)
Имя	Текст (20)
Отчество	Текст (20)
Дата рождения	Дата/время
Зачетная книжка	Текст (7)	Ключ

 

Здесь в качестве первичного ключа выбрано поле [Зачетная книжка] поскольку значение этого поля однозначно идентифицирует интересующий нас объект – курсанта. Для БД ОК можно было бы ввести ключевое поле личный номер. Если выбор ключа затруднителен, можно использовать составное поле или, что делается чаще – вводится дополнительное поле- идентификатор.

Фрагмент заполненной таблицы с такими полями может выглядеть следующим образом:

Зачетная книжка	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения
98/1111	Иванов	Иван	Иванович	01.01.78
98/1112	Петров	Петр	Петрович	10.10.78
98/1113	Козлов	Иван	Петрович	12.12.78

 

Любая РСУБД позволяет вносить данные в такую таблицу, редактировать их, удалять и т. п. Кроме того, вы можете поручить системе отсортировать записи в нужном порядке или произвести выборку в соответствии с запросом.

Конечно, информации, которая может быть сохранена в такой таблице явно не достаточно для целей, поставленных при проектировании БД.

 

 

 

2. Формирование запросов  в базу данных.

 

Любые СУБД позволяют производить разные манипуляции с БД. Одной из основных функций является обслуживание запросов пользователей. Запросы позволяют получать требуемую информацию из БД. Эта информация может храниться в различных таблицах.

Наиболее распространенным СУБД для всех классов машин, особенно для персональных компьютеров, являются СУБД реляционного типа. В основу этой СУБД полажена реляционная модель данных, предложенная в 1970 г. Е. Коддом. Эта модель основана на математическом понятии отношения. В такой модели общая структура данных может быть представлена в виде двухмерной таблицы, где каждая строка значений соответствует логической записи (карточке), а заголовки столбцов являются названиями полей записи (наименованиями реквизитов карточки). Отношением строки и столбца является клетка таблицы – поле, куда заносится значение реквизита. Простейший номер реляционной базы данных изображен на рис. 1.

 

 

№	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения	Паспорт	Знает язык
1	ИВАНОВ	ИВАН	СЕРГЕЕВИЧ	571125	01ЛЕ123123	ЖАРГОН
2	СОМОВ	СЕРЕЙ	ИВАНОВИЧ	571104	08СХ234234	ЖАРГОН
3	ВИНИН	МАТВЕЙ	ИВАНОВИЧ	450208	04ПР789654	ЖАРГОН
4	ШАВРЦ	ЮРИЙ		690515	07ЛЕ543908	НЕМЕЦКИЙ
5	ИВАНОВ	ИГОРЬ	ПАВЛОВИЧ	680412	01ЛЕ123673

 

Рис. 1. Пример, иллюстрирующий принцип реляционной модели.

 

Как видно из таблицы, значений полей могут иметь различную длину, а также отличаться типом данных, типы «Дата», логические и др. Разумеется, большинство полей можно описать с помощью текстовых данных, так как этот тип позволяет вводить любые буквы, цифры и знаки. С точки зрения реляционного использования памяти компьютера целесообразно использовать другие типы данных. Так, например, при использовании числового вещественного типа требуется в два, а числового целого – в четыре раза меньше памяти. Длина поля задается в зависимости от максимального количества знаков, вводимых в поле. Поле может быть пустым, правда это скажется на требуемой для запоминания поля памяти компьютера.

СУБД с наполненной базой данных и управляемой ее средствами называется системой базы данных (СБД). БД и СБД, аппаратные средства, обслуживающие службы, и некоторые другие компоненты вместе составляют банк данных (БнД).

 

3. Запросы ИС ОВД.

 

Основы технологии поиска информации в базе данных

При реализации запроса в автоматизированный БнД осуществляется последовательный просмотр (обычный поиск записей в БД) или просмотр специальных индексных массивов (быстрый поиск «по ключу») по представленным им данным – значениям практически любых реквизитов. В процессе поиска будет автоматически производиться сравнение значений реквизитов запроса с соответствующими значениями реквизитов хранимых записей.

При вводе необходимо учитывать особенности работы с БД: в запросе не должно быть противоречивых данных, правила ввода поисковых данных должны соответствовать правилам, согласно которым заполнялись поля при вводе записи. А именно, недопустима замена больших и маленьких букв, использование внешне похожих символов различных алфавитов, цифр и др. Например, значение поля «Национальность», введенное заглавными буквами «БЕЛОРУС», при вводе запроса национальность «белорус» найдено не будет. Не будут найдены записи, где значения полей имеют ошибки использования разных алфавитов. Например, вместо русской буквы С введена аналогичная латинская С или наоборот. То же относится к буквам А,К,О и др. 

При составлении запроса пользователю ИС целесообразно учесть то, что при вводе могла быть допущена указанная выше ошибка. Только тогда можно получить исчерпывающий ответ.

Чем больше значений запрашиваемых реквизитов будет предложено для поиска, тем меньше записей выдаст СУБД. Однако результатом слишком большого значения запрашиваемых значений реквизитов (в том числе неточных, приблизительных), может быть отсутствие записей в базе данных вообще. Поиск по одному реквизиту в отдельных случаях может привести к тому, что будет найдено невероятно большое количество записей, что так же не удовлетворит пользователя.