Система баз данных

Введение

 

Исторически сложившееся  развитие вычислительных систем обусловило необходимость хранения в электронном (машиночитаемом) виде все большего количества информации. Одновременно с совершенствованием и дальнейшим развитием вычислительных систем росли объемы информации, подлежащей обработке и хранению. Сложности, возникшие при решении на практике задач структурированного хранения и эффективной обработки возрастающих объемов информации, стимулировали исследования в соответствующих областях. Задачи хранения и обработки данных были формализованы. Была создана теоретическая база для решения задач такого класса, результатом реализации на практике, которой стали системы, предназначенные для организации обработки, хранения и предоставления доступа к информации. Позже такие системы стали называть системами баз данных.

Одновременно с развитием  систем баз данных, происходило интенсивное  развитие средств вычислительной техники, используемой для работы с большими объемами информации. Вычислительная мощность и, особенно, объемы запоминающих устройств первых вычислительных систем были недостаточны для хранения и обработки информации в объемах, необходимых на практике.

По мере развития систем баз данных, менялись принципы организации  данных в них: первоначально данные представлялись на основе иерархической, а в последствии сетевой модели. В конце 1970-х – начале 1980-х годов начали появляться первые реляционные продукты. В настоящее время системы баз данных на основе реляционной модели занимают лидирующее положение, несмотря на заявления многих исследователей о скором переходе к объектно-ориентированным системам. В настоящее время объектно-ориентированные системы, тем не менее, развиваются, хотя темпы их развития и сдерживаются медленным принятием соответствующих стандартов. Кроме того, многие коммерческие реляционные системы приобретают объектно-ориентированные черты. На основании этого, можно предположить, что в будущем объектно-ориентированные системы будут постепенно вытеснять реляционные.

В настоящее время  ведутся исследования в следующих направлениях.

1. Дедуктивные системы;
2. Экспертные системы;
3. Расширяемые системы;
4. Объектно-ориентированные системы.

 

1. Понятие БД и СУБД

 

Система баз данных – это компьютеризированная система основная задача которой  – хранение информации и предоставление доступа к ней по требованию.

Система баз данных включает в себя:

1. данные, непосредственно сохраняемые в базе данных;
2. аппаратное обеспечение;
3. программное обеспечение;
4. пользователей:
5. прикладные программисты;
6. конечные пользователи;
7. администраторы баз данных.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Система баз данных

1.1 Функции СУБД

 

1. Определение данных. СУБД должна допускать определения данных (внешние схемы, концептуальную и внутреннюю схемы, соответствующие отображения). Для этого СУБД включает в себя языковый процессор для различных языков определений данных.
2. Обработка данных. СУБД должна обрабатывать запросы пользователя на выборку, а также модификацию данных. Для этого СУБД включает в себя компоненты процессора языка обработки данных.
3. Безопасность и целостность данных. СУБД должна контролировать запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности.
4. Восстановление данных и дублирование. СУБД должна обеспечить восстановление данных после сбоев.
5. Словарь данных. СУБД должна обеспечить функцию словаря данных. Сам словарь можно считать системной базой данных, которая содержит данные о данных пользовательской БД, т.е. содержит определения других объектов системы. Словарь интегрирован в определяемую им БД и, поэтому, содержит описание самого себя.
6. Производительность. СУБД должна выполнять свои функции с максимальной производительностью.

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 баз 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, используемые 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 (целочисленное, с плавающей точкой и т. п.);
• memo поля – поля для хранения тестовых 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 некоторый 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 в 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.

Одними из основополагающих в концепции баз данных являются обобщенные категории «данные» и  «модель данных».

Понятие «данные» в концепции  баз данных — это набор конкретных значений, параметров, характеризующих  объект, условие, ситуацию или любые  другие факторы. Данные не обладают определенной структурой, данные становятся информацией  тогда, когда пользователь задает им определенную структуру, то есть осознает их смысловое содержание. Поэтому центральным понятием в области баз данных является понятие модели.

Модель  данных — это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.

Известно три основных модели данных: даталогическая, физическая и инфологическая.

1. Даталогическое проектирование  основано на модели логического уровня.

2. Физическое проектирование  состоит в описании и построении  схем хранения данных для определенной  среды хранения.

3. Инфологическое проектирование состоит в описании и построении схем отражений предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства.

 

 

2. Разработка проекта

Любой программный продукт, в том числе и база данных, разрабатываются  и внедряются на предприятиях для  того, чтобы ускорить выполнение несложных, но занимающихся достаточно много времени операций.

Внедрение программного продукта на предприятии должно приносить  экономический эффект, то есть снижать  время на выполнение однотипных операций, увеличивать объем выполняемых  работ, повышать качество и т.д.

Программный продукт “База данных Учет обслуживания оргтехники” представляет собой базу данных, разработанную с помощью высокоуровнего языка программирования Delphi. Для обеспечения связи таблиц и целостности данных был выбран бесплатный сервер MySql. Программа позволяет хранить данные о пользователях, оргтехнике, гарантийном и прочих видах обслуживания оргтехники, стоимости ремонта, моделях техники, облегчить этот процесс поможет использование справочников. Также позволяет добавлять новые данные, редактировать и выводить отчеты. Особенным, немаловажным объектом являются отчеты, где формируются данные по различным запросам, как на текущую дату, так и за период. Немаловажным является то, что отчет обладает печатной формой и возможностью сохранять статистические данные в файл.

 

3.Построение моделей данных

3.1 Построение инфологической модели с помощью программы MS Visio

Для построения моделей БД удобно использовать программу MS Visio. При построении модели с помощью Visio нужно запустить программу (Пуск\Программы\Microsoft Office\Microsoft Office Visio). После запуска программы необходимо выбрать тип диаграммы (Choose Drawing Type), для

этого выбираем раздел «Database». Далее из этого раздела выбираем шаблон «Database Model Diagram».

Рисунок 3.1 – Окно Выбор темы диаграммы

 

Теперь необходимо преступить к проектированию. Для задания  сущности, нужно выбрать пиктограмму  «View» на палитре инструментов слева и «перетянуть» ее на рабочий лист с помощью мыши.

 

Рисунок 3.2 – Окно Выбор типа пиктограммы

Рисунок 3.3 – Microsoft Office Visio

 

Для того, что бы установить параметры сущности, необходимо заполнить  ее свойства в диалоговом окне, располагающемся ниже рабочей области.

Рисунок 3.4 – Свойства таблиц в Visio

Теперь когда сущности созданы, необходимо задать связи между ними. Для этого нужно использовать инструмент Dynamic Connector.

 

Рисунок 3.5 – Инструмент для установления связей между сущностями

 

Выбрав инструмент необходимо с помощью мыши установить связь  между двумя сущностями согласно концептуальной модели. Отредактировать свойства стрелки можно в меню «Свойства линии».

Рисунок 3.6 – Свойства связи

 

Рисунок 3.7 – Свойства связи

 

Так же необходимо добавить имя для созданной связи, для  этого необходимо совершить на ней  двойной щелчок мышью и ввести имя.

Рисунок 3.8 – Обоснование связи между таблицами

 Рисунок 3.9 – Пример построения инфологической модели данных обслуживания оргтехники

 

Подобное представление  данных инфологической модели можно  изобразить пользуясь другими прикладными пакетами программного обеспечения, например Erwin

Инфологическая модель данных

Рисунок 3.10 -  Вариант построения инфологической модели данных в ERwin

3.2 Даталогическое проектирование баз данных

Разработанный выше пример, является примером концептуальной диаграммы. Это означает, что такая модель не учитывает особенности конкретной СУБД. По данной инфологической модели можно построить даталогическую модель, которая уже будут учитываться такие особенности СУБД, как допустимые типы и наименования полей и таблиц, ограничения целостности и т.п.