Бaзы данных

                                                Введение

Можно с большой степенью достоверности утверждать, что большинство приложений, которые предназначены для выполнения хотя бы какой-нибудь полезной работы, тем или иным образом используют структурированную информацию или, другими словами, упорядоченные данные. Такими данными могут быть, например, списки заказов на тот или иной товар, списки предъявленных и оплаченных счетов или список телефонных номеров ваших знакомых. Обычное расписание движения автобусов в вашем городе - это тоже пример упорядоченных данных.

При компьютерной обработке информации упорядоченные каким либо образом данные принято хранить в бaзах данных - особых файлах, использование которых вместе со специальными программными средствами позволяет пользователю как просматривать необходимую информацию, так и, по мере необходимости, манипулировать ею, например, добавлять, изменять, копировать, удалять, сортировать и так далее.

Таким образом, дать простое определение бaзы данных можно следующим образом. Бaза данных - это набор информации, организованной тем, или иным способом. Пожалуй, одним из самых банальных примеров бaз данных может быть записная книжка с телефонами ваших знакомых. Наверное, у вас есть сейчас или когда-либо была эта полезная вещь. Этот список фамилий владельцев телефонов и их телефонных номеров, представленный в вашей записной книжке в алфавитном порядке, представляет собой, вообще говоря, проиндексированную бaзу данных. Использование индекса - в данном случае фамилии (или имени) позволяет вам достаточно быстро отыскать требуемый номер телефона. Так или иначе можно сказать с уверенностью, что Бaзы данных  крепко вошли в нашу повседневную жизнь и представить без них наше общество нельзя,что естественно означает, что без более или менее детального знакомства с основами дисциплины «Бaзы Данных» в наше время невозможно быть не только квалифицированным программистом, но даже и грамотным пользователем компьютеров. Поэтому можно смело сказать, что навыки работы в этой области не только повышают интеллектуальный потенциал пользователя, но являются в этом вопросе одним из основополагающих факторов.

 

 

Глава 1.Основные понятия.

1.1 Определение Бaзы данных

Бaза данных — организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

Бaзы данных нужны, прежде всего, для записи, хранения, обработки и сортировки данных. Это наиболее удобный вид хранения информации. В бaзе данных могут храниться не просто сотни, миллионы записей, и в любое время среди них можно найти необходимую в данный момент. На их эффективность влияет среда использования, а организованны бaзы данных, как правило, в виде таблиц. Такой вид предоставления информации постоянно используются в документах либо отчетах, благодаря наглядности и удобству.Область применения бaз данных просто огромна – их используют организации в бухучете, в ресторанах, где такой бaзой является меню, даже в школе – всем известный журнал с оценками есть ни что иное, как бaзаданных.Простейшуюбaзу данных можно представить как прямоугольную таблицу, состоящую из вертикальных столбцов и горизонтальных строк. Вертикальные столбцы называются полями, а горизонтальные строки – записи. Кроме того, бaза данных – это хранилище данных для совместного использования. При автоматизации деятельности человека происходит перенос реального мира в электронный формат. Для этого выделяется какая-то часть этого мира и анализируется на предмет возможности автоматизации. Она называется предметной областью и строго очерчивает круг объектов, которые изучаются, измеряются, оцениваются и т.д. В результате этого процесса выделяются объекты автоматизации и определяются реквизиты, по которым данные объекты оцениваются. Графически данный процесс схематично показан на рис.1.

Предметная область

 

Объекты

Реквизиты: рост, возраст, размер обуви                                        Рис.1.

1.2 Виды моделей данных.

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных — совокупность структур данных и операций их обработки.

СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве.

Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево).

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева элементы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

 

Сетевая (полносвязная) база данных.

В сетевой структуре базы данных при тех же основных понятиях иерархической базы данных: узел, уровень, связь - каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Реляционная модель данных

Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы — один элемент данных;

• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

• каждый столбец имеет уникальное имя;

• одинаковые строки в таблице отсутствуют;

• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям, а столбцы —полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

 

 

1.3 СУБД.

Следует отметить, что термин бaза данных часто используется даже тогда, когда на самом деле подразумевается СУБД,но это является ошибкой.Термин СУБД тесно связан с Бaзойданных,но оно является лишь средством управления ими.Систе́мауправле́нияба́замида́нных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием бaз данных.СУБД позволяет сосредоточиться на работе с данными, абстрагировавшись от их физического размещения, а также берет на себя заботу эффективного их сохранения и выборки.Основные функции СУБД — это определение данных (описание структуры бaз данных), обработка данных и управление данными.Прежде чем заносить данные в таблицы, нужно определить структуру этих таблиц. Под этим понимается не только описание наименований и типов полей, но и ряд других характеристик (например, формат, критерии проверки вводимых данных). Кроме описания структуры таблиц, обычно задаются  связи  между таблицами. Связи в реляционных бaзах данных определяются по совпадению значений полей в разных таблицах. Например, клиенты и заказы связаны отношением  "один-ко-многим",  т. к. одной записи в таблице, содержащей сведения о клиентах, может соответствовать несколько записей в таблице заказов этих клиентов. Если же рассмотреть отношение между преподавателями и курсами лекций, которые они читают, это будет отношение  "многие-ко-многим",  т. к. один преподаватель может читать несколько курсов, но и один курс может читаться несколькими преподавателями. И последний тип связей между таблицами — это отношение  "один-к-одному".  Такой тип отношений встречается гораздо реже. Как правило, это бывает в двух случаях: запись имеет большое количество полей, и тогда данные об одном типе объектов разносятся по двум связанным таблицам, или нужно определить дополнительные атрибуты для некоторого количества записей в таблице, тогда создается отдельная таблица для этих дополнительных атрибутов, которая связывается отношением "один-к-одному" с основной таблицей.

Любая СУБД позволяет выполнять четыре простейшие операции с данными:

• добавлять в таблицу одну или несколько записей;
• удалять из таблицы одну или несколько записей;
• обновлять значения некоторых полей в одной или нескольких записях;
• находить одну или несколько записей, удовлетворяющих заданному условию.

Для выполнения этих операций используется механизм  запросов.  Результатом выполнения запросов является либо отобранное по определенным критериям множество записей, либо изменения в таблицах. Запросы к бaзе формируются на специально созданном для этого языке, который так и называется  язык структурированных запросов  (SQL — StructuredQueryLanguage).И последняя функция СУБД — это управление данными. Под управлением данными обычно понимают защиту данных от несанкционированного доступа, поддержку многопользовательского режима работы с данными и обеспечение целостности и согласованности данных.

Защита от несанкционированного доступа обычно позволяет каждому пользователю видеть и изменять только те данные, которые ему разрешено видеть или менять. Средства, обеспечивающие многопользовательскую работу, не позволяют нескольким пользователям одновременно изменять одни и те же данные. Средства обеспечения целостности и согласованности данных не дают выполнять такие изменения, после которых данные могут оказаться несогласованными. Например, когда две таблицы связаны отношением "один-ко-многим", нельзя внести запись в таблицу на стороне "многие" (ее обычно называют подчиненной), если в таблице на стороне "один" (главной) отсутствует соответствующая запись.

1.4 Структура простейшей бaзы данных.

Сразу поясним, что если в бaзе нет никаких данных (пустая бaза), то это все равно полноценная бaза данных. Этот факт имеет методическое значение. Хотя данных в бaзе и нет, но информация в ней все-таки есть — это структура бaзы. Она определяет методы занесения данных и хранения их в бaзе. Простейший "некомпьютерный" вариант бaзы 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.

Бaзы данных могут содержать различные объекты, но, забегая вперед, скажем, что основными объектами любой бaзы данных являются ее таблицы. Простейшая бaза данных имеет хотя бы одну таблицу. Соответственно, структура простейшей бaзы данных тождественно равна структуре ее таблицы.Мы знаем, что структуру двумерной таблицы образуют столбцы и строки. Их аналогами в структуре простейшей бaзы данных являются поля и записи. Если записей в таблице пока нет, значит, ее структура образована только набором полей. Изменив состав полей бaзовой таблицы (или их свойства), мы изменяем структуру бaзы данных и, соответственно, получаем новую бaзу данных.

1.5 Поля бaз данных.

В компьютерной бaзе данных информация представляется в виде таблицы, очень похожей на электронную таблицу. Названия столбцов, представляющих «шапку» таблицы, называютреквизитамиили именами полей, а самистолбцы - полями. Данные в полях называют значениями реквизитов или значениями полей.Ниже перечислены основные свойства полей таблиц бaз данных на примере СУБД MicrosoftAccess, который входит в прикладной пакет MS Office 2010:

Имя поля – определяет, как следует обращаться к данным этого поля при автоматических операциях с бaзой (по умолчанию имена полей используются в качестве заголовков столбцов таблиц).

Тип поля – Подобно электронной таблице, работающей с тремя типами полей: текстовый, числовой и формула, в таблицах используется несколько большее количество типов полей.

Размер поля – определяет предельную длину (в символах) данных, которые могут размещаться в данном поле.

Формат поля – определяет способ форматирования данных в ячейках, принадлежащих полю.

Маска ввода – форма средства автоматизации ввода, в которой вводятся данные в поле. Например, одно и то же значение имеют поля даты: 03.03.95 или 03.03.1995, или 03-март-1995, но отличаются по формату.

Подпись – определяет заголовок столбца таблицы для данного поля (если подпись не указана, то в качестве заголовка столбца используется свойство Имя поля).

Значение по умолчанию – то знaчение, которое вводится в ячейки поля автоматически (средство автоматизации ввода данных).

Условие на значение – ограничение, используемое для проверки правильности ввода данных (средство автоматизации ввода, которое используется, как правило, для данных, имеющих числовой тип, денежный тип или тип даты).

Сообщение об ошибке – текстовое сообщение, которое выдается автоматически при попытке ввода в поле ошибочных данных.

Обязательное поле – свойство, определяющее обязательность заполнения данного поля при наполнении бaзы.

Пустые строки – свойство, разрешающее ввод пустых строковых данных (от свойства Обязательное поле отличается тем, что относится не ко всем типам данных, а лишь к некоторым, например  текстовым).

Индексированное поле – если поле обладает этим свойством, все операции, связанные с поиском или сортировкой записей по значению, хранящемуся в данном поле, существенно ускоряются. Кроме того, для индексированных полей можно сделать так, что значение в записях будут проверяться по этому полю на наличие повторов, что позволяет автоматически исключить дублирование данных.

1.6 Объекты базы данных.

Основу базы данных составляют хранящиеся в ней данные. Однако в базе данных Access есть и другие важные компоненты, которые принято называть объектами: