Лекция: Базы данных. Электронные хранилища информации

1. Определение системы управления базами данных.

Важнейшим компонентом информационной системы является система управления базами данных — СУБД.

Database management system (DBMS) – система управления базой данных (СУБД) – программная оболочка, находящаяся между собственно базой данных и пользователем. СУБД управляет всеми запросами пользователя на те или иные действия, которые необходимо выполнить (например, поиск или обновление данных). Кроме того, СУБД делает возможным централизованный контроль защиты и целостности данных.

Тип, к которому можно отнести создаваемые базы данных, определяется выбранной моделью данных.

Data model — модель данных – система взаимосвязанных типов объектов, операторов и правил обеспечения целостности, которые образуют абстрактную структуру, поддерживаемую системой управления базой данных.

Создание первых баз данных и СУБД стало возможно лишь с появлением достаточно дешевых и производительных устройств внешней памяти, какими стали жесткие диски (винчестеры), появившиеся во второй половине 60-х годов. В 70-е годы шла интенсивная разработка теоретических вопросов построения баз данных. В результате в начале 80-х годов на рынке появились мощные инструментальные средства проектирования и построения информационных систем. Однако, развитие информационных технологий в 90-х годах привело к появлению новых, более широких требований к обработке и представлению данных. Таким образом, теория баз данных, хотя и располагает впечатляющими достижениями, еще далека от завершения.

2. Определение базы данных и целей ее создания.

Для своего функционирования информационная система требует создания в памяти компьютера динамически обновляемой модели внешнего мира с использованием единого хранилища — базы данных.

База данных (database) — любая совокупность данных; файл, состоящий из некоторого числа записей (records) или таблиц, каждая из которых формируется из полей (fields) или столбцов определенного типа, вместе с набором операций поиска, сортировки, рекомбинаций и других.

Процессу построения базы данных предшествует определение предметной области.

Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и последующей автоматизации. Предметная область представляется множеством фрагментов, например, учебное заведение – кафедрами, деканатами, ректоратом, библиотекой, читальными залами и компьютерными классами. Каждый фрагмент предметной области характеризуется множеством объектов и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых различными взглядами на предметную область.

Термин «динамически обновляемая» означает, что соответствие базы данных текущему состоянию предметной области обеспечивается не периодически, а в режиме реального времени. При этом одни и те же данные могут быть по-разному представлены в соответствии с потребностями различных групп пользователей.

Отличительной чертой баз данных следует считать то, что данные хранятся совместно с их описанием, а в прикладных программах описание данных не содержится. Независимые от программ пользователя данные обычно называются метаданными. В ряде современных систем метаданные, содержащие также информацию о пользователях, форматы отображения, статистику обращения к данным и другие сведения, хранятся всловаре базы данных.

3. Общие сведения о таблицах баз данных.

Таблица — объект, который создается и используется для хранения данных.

Каждая таблица содержит информацию о субъектах (предметах) определенного типа (например, клиентах). Поля (столбцы) таблицы служат для хранения различных характеристик субъектов (например, фамилий и адресов клиентов), а каждая запись (которая называется также строкой) содержит сведения о конкретном субъекте (например, данные о клиенте по фамилии Иванов).

Для каждой таблицы можно определить первичный ключ (одно или несколько полей, имеющих уникальные значения в каждой записи) и один или несколько индексов, ускоряющих доступ к данным.

Таблицы базы данных предназначены для хранения данных, необходимых для выполнения некоторых задач приложения. Любая таблица состоит из столбцов или полей, каждое из которых содержит определенный род сведений (например, фамилию заказчика), и строк или записей, содержащих наборы данных о конкретных лицах, предметах или других объектах.

4. Понятие атрибута и представление его в таблице базы данных.

В каждой таблице БД может существовать первичный ключ. Под первичным ключом понимают поле или набор полей, однозначно (уникально) идентифицирующих запись. Первичный ключ должен быть минимально достаточным: в нем не должно быть полей, удаление которых из первичного ключа не отразится на его уникальности.

Данные таблицы «Преподаватель»

В качестве первичного ключа в таблице «Преподаватель» может выступать только «Таб. №», значения других полей могут повторяться внутри данной таблицы.

Правила хорошего тона при разработке структур баз данных, и чисто практические соображения должны побудить разработчика всегда определять первичный ключ для таблицы базы данных.

5. Понятие запроса и его применение.

Запрос — объект, позволяющий пользователю получить нужные данные из одной или нескольких таблиц.

Для создания запроса можно использовать бланк QBE (Query By Example — Запрос по образцу) или написать инструкцию SQL.

Можно создавать запросы на выборку, обновление, удаление или обновление данных. С помощью запросов можно также создавать новые таблицы, используя данные из одной или нескольких существующих таблиц

6. Понятие отчета базы данных и его применение.

Отчет — объект, предназначенный для форматирования, вычисления итогов и печати выбранных данных.

Прежде чем выводить отчет на принтер можно предварительно просмотреть его на экране.

Отчет сводной таблицы представляет собой интерактивный метод быстрого суммирования больших объемов данных. Отчет сводной таблицы используется для подробного анализа числовых данных и для получения ответов на все связанные с ними вопросы. Отчеты сводной таблицы специально предназначены для перечисленных ниже областей применения.

Организации запросов к большим массивам данных дружественными по отношению к пользователю способами.

Подведения промежуточных итогов и применения статистических функций к числовым данным, суммирования данных по категориям и подкатегориям, а также для создания дополнительных вычислений и формул.

Развертывания и свертывания уровней представления данных для получения полных сведений о результатах работы, а также детального анализа сводных данных по интересующим вопросам.

Перемещения строк в столбцы или столбцов в строки (или «сведение») для просмотра различных сводок на основе исходных данных.

Фильтрации, сортировки, группировки и условного форматирования наиболее важных и часто используемых подмножеств данных для привлечения внимания к нужным сведениям.

Представления кратких, наглядных и аннотированных отчетов в сети или в напечатанном виде.

Отчет сводной диаграммы обеспечивает графическое представление данных в отчете сводной таблицы (Отчет сводной таблицы. Интерактивный перекрестный отчет Microsoft Excel, содержащий итоговые данные и выполняющий анализ таких данных, как записи базы данных из разных источников, в том числе внешних по отношению к Microsoft Excel.), который в этом случае называется связанным отчетом сводной таблицы (Связанный отчет сводной таблицы. Отчет сводной таблицы, предоставляющий данные для отчета сводной диаграммы. Создается автоматически при создании отчета сводной диаграммы. При изменении макета любого из этих отчетов также изменяется и другой макет.). Чтобы изменить макет и данные, отображаемые в отчете сводной диаграммы, необходимо изменить макет в связанном отчете сводной таблицы.

7. Этапы проектирования базы данных.

Проектирование выполняется посредством изучения предметной области и требований, предъявляемых к создаваемой информационной системе. Информационная система — организационно упорядоченная совокупность документов (массивов документов) и информационных технологий, в том числе с использованием средств вычислительной техники и связи, реализующих информационные процессы. На стадии проектирования производится выбор:

Структуры данных и стратегии их хранения в памяти информационной системы;

Технологии обслуживания информационной системы и взаимодействия с ней конечных пользователей;

Технических и стандартных программных средств, а также разработка оригинальных программных средств обслуживания информационной системы.

В реляционной СУБД класса Microsoft Access, каждую базу данных следует строить на основе некоторого набора задач или функций. Например, одна база данных, предназначенная для обработки заказов, может содержать данные о каждом клиенте, предлагаемые товары, заказы, статистические данные о продаже товаров в прошлом. Другая же будет предназначена для учета кадров. В нее войдет информация о подразделениях организации и подробные данные о сотрудниках — ФИО, должность, анкетные сведения и т. п.

Здесь мы сталкиваемся с самым сложным вопросом в процессе проектирования: как в ориентированной на конкретные задачи базе данных организовать хранение данных, используя преимущества реляционной модели и избежав лишних затрат? Если мы следовали изложенным выше этапам определения задач и объектов базы данных, то уже немало сделали для создания логичного и гибкого проекта приложения. А если мы начали создавать таблицы данных, не проанализировав задачи и объекты? Важным моментом является рассмотрение принципов, применение которых поможет избежать некоторых проблем и создать надежное и эффективное приложение.

8. Понятие ключа и индекса применительно к базам данных и их назначение.

При создании новой таблицы Access всегда предлагает определить для нее первичный ключ. Для многих таблиц нам придется создать искусственный первичный ключ.

База данных хорошо спроектирована в том случае, если каждая запись в любой таблице однозначно идентифицируется. Это означает, что значение некоторого поля (или нескольких полей) не повторяется ни в одной записи в таблице. Такой идентификатор называется первичным ключом(или просто ключом).

Каждая таблица должна иметь уникальный идентификатор, или первичный ключ, который может состоять из одного или нескольких полей.

Всегда, когда это возможно, в качестве первичного ключа следует использовать самые простые данные, имеющие «естественные» уникальные значения. Почти всем публикуемым в мире книгам присваивается относительно короткий (12 символов) код ISBN (International Standard Book Number), который однозначно идентифицирует каждую книгу.

После определения первичных ключей для каждой таблицы нужно проверить, чтобы все данные, включенные в таблицы, относились к соответствующим объектам. Другими словами, следует убедиться, что каждое поле функционально зависит от первичного ключа, который идентифицирует исходный объект таблицы.

Для каждого значения первичного ключа значения в столбцах данных должны относиться к объекту таблицы и полностью его описывать.

Вы должны иметь возможность изменять значения любого поля (не входящего в первичный ключ) без воздействия на данные других полей

При создании новой таблицы в существующую таблицу каждый раз включается поле, связывающее старую и новую таблицы.

Эти «связующие» поля называются внешними ключами.

В хорошо спроектированной базе данных использование внешних ключей обеспечивает эффективность работы приложения. В процессе проектирования нужно внимательно следить за созданием внешних ключей. Задаваемые при создании таблиц в Access связи первичных ключей с внешними ключами используются для объединения данных из нескольких таблиц. Для ускорения поиска можно создать индексы по внешним ключам. Кроме того, можно установить режим обеспечения целостности связей между таблицами (например, Access может не разрешить пользователю создать заказ на несуществующее изделие), при этом для обеспечения целостности данных Access автоматически создает индексы.

9. Определение связей между таблицами базы данных.

Связи “один-к-одному” и “один-ко-многим”

Иногда возникает потребность разбить одну таблицу на более мелкие, потому что некоторые сведения из нее используются не слишком часто или какие-то данные не предназначены для всеобщего доступа. Например, часть данных о заказчиках в таблице Заказчики нужна только для маркетинга и будет использоваться очень редко. С другой стороны, сведения о финансовой надежности заказчиков должны быть доступны далеко не всем сотрудникам. В любом из этих случаев можно создать отдельную таблицу (например, Сведения о заказчиках или Финансы заказчиков), которая имеет тот же первичный ключ Код заказчика. Связь между исходной таблицей Заказчики и таблицей Сведения о заказчиках или Финансы заказчиков — это связь типа «один-к-одному». Это означает, что любая запись в первой таблице связана только с одной записью во второй, и наоборот.

Если запись исходной таблицы может быть связана со многими записями в другой таблице, то такая связь определяется как «один-ко-многим».

Заключительный этап проектирования базы данных заключается в создании связей между таблицами. Для каждого объекта необходимо рассмотреть столбец “Связь” в рабочем бланке и обратить внимание на случаи, когда связь помечена как «многие». Проверьте, чтобы у соответствующего объекта была указана связь «один». Если вы обнаружите «многие» с обеих сторон отношения, придется создать дополнительную таблицу пересечения, с помощью которой одна связь «многие-ко-многим» будет сведена к двум связям типа «один-ко-многим». (Access не позволяет определить прямую связь «многие-ко-многим» между двумя таблицами.) В задаче «Создание заказа» заказ может содержать «много» книг, а книга может появиться во «многих» заказах.

Покончив со связями «многие-ко-многим», нужно создать связи между таблицами базы данных. Для этого необходимо поместить копии первичных ключей из таблиц со стороны «один» в таблицы, находящиеся на стороне «многие». Например, основываясь на информации рабочего бланка для объекта Заказы, приведенного на рис. 8.6 поле Код заказа (первичный ключ таблицы Заказы) должно присутствовать и в таблице Содержание заказа.

10. Применение конструкторов создания баз данных, таблиц, запросов, отчётов.

11. Понятие приложения баз данных.

Задав структуры таблиц, в Microsoft Access легко создать макет приложения с помощью форм и связать их между собой, используя несложные макросы или процедуры обработки событий Visual Basic.

При этом можно создавать “на экране” достаточно реальные, необходимые в приложении формы и отчеты, периодически переключаясь для контроля своих действий из режима формы в режим предварительного просмотра.

Если разрабатывается приложение под заказ, то предварительный рабочий макет легко продемонстрировать пользователю и получить его одобрение еще до детальной реализации задач приложения.

Создание приложения

Для достаточно простых задач созданный макет является практически законченным приложением. Однако довольно часто приходится писать процедуры, позволяющие полностью автоматизировать решение намеченных в проекте задач.

Могут понадобиться специальные связующие формы, обеспечивающие переход от одной задачи к другой. Это могут быть, например, кнопочные формы, выполняющие роль своего рода “регулировщика”.

Скорее всего пригодятся окна диалога для ввода параметров, позволяющие пользователю отбирать данные, необходимые для конкретной задачи. Для некоторых форм приложения можно отказаться от стандартных встроенных меню, создав вместо них специальные меню.