Базы данных

Цель лекции: Определить место и роль баз данных и систем управления базами данных в информационных системах. Раскрыть методологические подходы к построению баз данных.
Задачи лекции:
Определить основные понятия БД;
Классифицировать БД и выделить структурные элементы БД;
Рассмотреть виды моделей данных и виды связей между ними;
Изучить основы построение инфологической модели БД и обобщенную технология работы с СУБД.
Направление подготовки бакалавров
19.03.04 Технология общественного питания
Б2. В.ОД.1 Информатика

План лекционного занятия:
Основные понятия БД
Классификация БД
Структурные элементы БД
Виды моделей данных
Виды связей
Построение инфологической модели БД
Обобщенная технология работы с СУБД
Направление подготовки бакалавров
19.03.04 Технология общественного питания
Б2. В.ОД.1 Информатика

Литература:
Информатика: учебное пособие / Под ред. О.П. Новожилова. – М.: Изд. –во Юрайт, 2011. – 564 с.
Раичев Д. Информатика без границ. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: (http://ebiblioteka.ru/searchresults/article.jsp?art=2&id=19950769)
Направление подготовки бакалавров
19.03.04 Технология общественного питания
Б2. В.ОД.1 Информатика

1. Основные понятия БД
База данных (БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области.
Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.
Направление подготовки бакалавров
19.03.04 Технология общественного питания
Б2. В.ОД.1 Информатика

2. Классификация БД
2.1. Классификация БД по технологии обработки
По технологии обработки данных базы данных подразделяются на:
централизованные;
распределенные.
Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы.
Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети.

2.2. Классификация БД по способу доступа к данным:
По способу доступа к данным различают базы данных:
с локальным доступом;
базы данных с сетевым доступом.
Системы баз данных с сетевым доступом могут иметь различные архитектуры подобных систем:
файл-сервер;
клиент-сервер.

2.2.1. Файл-сервер
На центральной ЭВМ - сервере файлов хранится совместно используемая централизованная БД.
Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ к централизованной БД и обработка данных.
Файл-сервер
Передача данных БД для обработки
Рабочие станции
-хранение
-обработка

2.2.2 Клиент-сервер
Центральная машина - сервер базы данных кроме хранения централизованной БД, должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных.
Транспортировка извлеченных данных из БД
Рабочие станции
Сервер БД
-хранение
-обработка

3. Структурные элементы БД
Поле - элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации - реквизиту.
Запись - совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.
Файл (таблица) - совокупность экземпляров записей одной структуры.

поле
запись

4. Виды моделей данных
Ядром любой базы является модель данных.
Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки.
СУБД основывается на использовании трех основных типов моделей данных:
иерархической,
сетевой,
реляционной.

Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
A
На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне.

4.2. Сетевая модель данных
В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом
B
D
A
C
E
H
G
L

4.3. Реляционная модель данных
Понятие реляционный (англ. relation - отношение).
Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением
Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.

4.3.1. Свойства реляционной таблицы
Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:
каждый элемент таблицы - один элемент данных;
все элементы в столбце имеют одинаковый тип и длину;
каждый столбец имеет уникальное имя;
одинаковые строки в таблице отсутствуют;
порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

4.3.2 . Нормализация отношений
Нормализация отношений - формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.

Номер
Фамилия
Имя
Отчество
Дата
Группа
На рисунке показан пример графического изображения функциональной зависимости реквизитов Студент с указанием ключевого реквизита Номер.

«Расщепление» информационного объекта Студент группы
Студент группы
Номер
Фамилия
Имя
Отчество
Дата
Группа
Староста
Номер
Фамилия
Имя
Отчество
Дата
Группа
Группа
Староста
Отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) находится одновременно в первой, второй и третьей нормальной форме
Студент
Группа

5. Виды связей
Все информационные объекты предметной области связаны между собой. Различаются связи нескольких типов, для которых введены следующие обозначения:
один к одному (1:1);
один ко многим (1:М);
многие ко многим (М:М).

5.1. Связь один к одному
Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот.
A1
A2
A3
B1
B2
A
B

5.2. Связь один ко многим
При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А.
A1
A2
A3
B1
B2
B3
A
B

5.3. Связь многие ко многим
Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот.
B
A
B3
B2
B1
A3
A2
A1

6. Построение инфологической модели БД
Различают следующие уровни представления данных баз данных, которым соответствуют модели аналогичного назначения:
концептуальный;
внутренний;
внешний.

Концептуальная модель состоит из множества экземпляров различных типов данных, структурированных в соответствии с требованиями СУБД к логической структуре базы данных.
Внутренняя модель состоит из отдельных экземпляров записей, физически хранимых во внешних носителях.
Внешняя модель является подмножеством концептуальной модели. Возможно пересечение внешних моделей по данным. С помощью внешних моделей поддерживается санкционированный доступ к данным БД.

Инфологическая модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.
Проектирование базы данных состоит в построении комплекса взаимосвязанных моделей данных.
Информационно-логическая модель

Основные этапы процесса проектирования базы данных
Логическое
проектирование
Физическое
проектирование
Проектирование базы данных
Разработка
инфологической
модели предметной
области
Проектирование
представления дан-
ных для приложений

7. Обобщенная технология работы
Основные этапы работы с СУБД :
создание структуры таблиц базы данных;
ввод и редактирование данных в таблицах;
обработка данных, содержащихся в таблицах;
вывод информации из базы данных;

Схематически обобщенная технология выглядит следующим образом:
Создание структуры
таблиц БД
Ввод и редактирование
данных в таблицах БД
С использованием
формы
Без использования
формы
Обработка
информации БД
На основе
программы
На основе
запроса
Вывод информации
из БД
Без использования
отчетов
С использованием
отчетов

6.1. Создание структуры таблиц базы данных
При формировании новой таблицы базы данных необходимо создать структуру таблицы. Этот процесс включает определение перечня полей, из которых состоит каждая запись таблицы, а также типов и размеров полей.

6.2. Ввод и редактирование данных
Практически все СУБД позволяют вводить и корректировать данные в таблицах двумя способами:
с помощью стандартной формы в виде таблицы;
с помощью экранных форм, специально созданных пользователем.

6.3. Обработка данных, содержащихся в таблицах
Обрабатывать информацию, содержащуюся в таблицах базы данных можно:
путем использования запросов;
в процессе выполнения специально paзработанной программы.
Запрос представляет собой инструкцию на отбор записей.

СУБД разрешают использовать запросы следующих типов:
запрос-выборка, предназначенный для отбора данных, хранящихся в таблицах, и не изменяющий эти данные;
запрос-изменение, предназначенный для изменения или перемещения данных;
запрос с параметром, позволяющий определить одно или несколько условий отбора во время выполнения запроса.

6.4. Вывод информации из базы данных
Любая СУБД позволяет вывести на экран и принтер информацию, содержащуюся в базе данных из режимов таблицы или формы. Такой порядок вывода данных может использоваться только как черновой вариант.
Для вывода информации на печать используются специальные средства отчеты.