Основы информатики

Основы информатики

1. Определение, назначение и классификация СУБД

Система управления базами данных (СУБД) - совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

Основные функции СУБД:

-       управление данными во внешней памяти (на дисках);

-       управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

-       журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

-       поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

-       ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,

-       процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

-       подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

-       а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Существует несколько систем классификаций СУБД, рассмотрим некоторые из них.

По степени распределённой:

-       Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

-       Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД:

. Файл-серверные. В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД. На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах - недостатком.

. Клиент-серверные. Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

. Встраиваемые. Встраиваемая СУБД - СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.

Информация в базах данных структурирована на отдельные записи, которыми называют группу связанных между собой элементов данных. Характер связи между записями определяет два основных типа организации баз данных: иерархический и реляционный.

В иерархической базе данных записи упорядочиваются в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться последовательным «спуском» со ступени на ступень. Иерархическая база данных по своей структуре соответствует структуре иерархической файловой системы.

Реляционная база данных, по сути, представляет собой двумерную таблицу.

Столбцы таблицы называются полями: каждое поле характеризуется своим именем и топом данных. Поле БД - это столбец таблицы, содержащий значения определенного свойства.

В реляционной БД используются четыре основных типов полей:

-       Числовой,

-       Символьный (слова, тексты, коды и т.д.),

-       Дата (календарные даты в форме «день / месяц/год»),

-       Логический (принимает два значения: «да» - «нет» или «истина» - «ложь»).

Строки таблицы являются записями об объекте. Запись БД - это строка таблицы, содержащая набор значения определенного свойства, размещенный в полях базы данных.

Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определенным критериям и т.п.

Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы.

Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями. СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ к ним.

Популярные СУБД - FoxPro, Access for Windows, Paradox. Для менее сложных применений вместо СУБД используются информационно-поисковые системы (ИПС), которые выполняют следующие функции:

-       хранение большого объема информации;

-       быстрый поиск требуемой информации;

-       добавление, удаление и изменение хранимой информации;

-       вывод ее в удобном для человека виде.

2. Сводная таблица в MS Excel

управление excel суммирование access

Сводные таблицы необходимы для суммирования, анализа и представления данных, находящихся в «больших» исходных таблицах, в различных разрезах.

Сводные таблицы (Вставка/ Таблицы/ Сводная таблица) могут пригодиться, если одновременно выполняются следующие условия:

-       имеется исходная таблица с множеством строк (записей);

-       необходимо провести анализ данных, который требует выборки (фильтрации) данных, их группировки (суммирования, подсчета) и представления данных в различных разрезах (подготовки отчетов);

-       этот анализ затруднительно провести на основе исходной таблицы с использованием других средств: фильтра (CTRL+SHIFT+L), формул, Расширенного фильтра;

-       исходная таблица удовлетворяет определенным требованиям (см. ниже).

Пользователи часто избегают использования Сводных таблиц, т.к. уверены, что они слишком сложны. Действительно, для того чтобы освоить любой новый инструмент или метод, требуется приложить усилия и потратить время. Но, в результате эффект от освоения нового должен превзойти вложенные усилия.

Требования к исходной таблице:

-       каждый столбец должен иметь заголовок;

-       в каждый столбец должны вводиться значения только в одном формате;

-       в таблице должны отсутствовать незаполненные строки и столбцы;

-       в ячейки должны вводиться «атомарные» значения, т.е. только те, которые нельзя разнести в разные столбцы. Например, нельзя в одну ячейку вводить адрес в формате: «Город, Название улицы, дом №». Нужно создать 3 одноименных столбца, иначе Сводная таблица будет работать неэффективно;

-       избегайте таблиц с «неправильной» структурой (представлена на рисунке 1).

Рисунок 1 - Таблица с неправильной структурой

Идеальным форматом источника данных в сводной таблице является табличное представление информации. В табличном представлении нет пустых строк и столбцов. Каждый столбец имеет заголовок. Каждое поле имеет значение в каждой строке. Столбцы не содержат повторяющихся групп данных.

Табличное представление характерно для всех баз данных. Оно предназначено для хранения и поддержки больших объемов данных в хорошо структурированном и масштабируемом формате.

3. Нормализация в MS Access

Нормальная форма - свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, потенциально приводящей к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных. Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение.

Процесс преобразования отношений базы данных (БД) к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией. Нормализация предназначена для приведения структуры БД к виду, обеспечивающему минимальную логическую избыточность, и не имеет целью уменьшение или увеличение производительности работы или же уменьшение или увеличение физического объёма базы данных. Конечной целью нормализации является уменьшение потенциальной противоречивости хранимой в базе данных информации.

Устранение избыточности производится, как правило, за счёт декомпозиции отношений таким образом, чтобы в каждом отношении хранились только первичные факты (то есть факты, не выводимые из других хранимых фактов).

Первая нормальная форма - базовая нормальная форма отношения в реляционной модели данных.

Переменная отношения находится в первой нормальной форме тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.

В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение.

Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1NF.таблица должна удовлетворять следующим пяти условиям:

-       Нет упорядочивания строк сверху-вниз (другими словами, порядок строк не несет в себе никакой информации).

-       Нет упорядочивания столбцов слева-направо (другими словами, порядок столбцов не несет в себе никакой информации).

-       Нет повторяющихся строк.

-       Каждое пересечение строки и столбца содержит ровно одно значение из соответствующего домена (и больше ничего).

-       Все столбцы являются обычными.

Исходная не нормализованная (то есть не являющаяся правильным представлением некоторого отношения) таблица:

Таблица, приведенная к нормальной форме (являющаяся правильным представлением некоторого отношения)

Вторая нормальная форма - одна из возможных нормальных форм таблицы реляционной базы данных.

Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут неприводимо зависит от ее потенциального ключа.

Неприводимость означает, что в составе потенциального ключа отсутствует меньшее подмножество атрибутов, от которого можно также вывести данную функциональную зависимость. Для неприводимой функциональной зависимости часто используется эквивалентое понятие «полная функциональная зависимость».

Если потенциальный ключ является простым, то есть состоит из единственного атрибута, то любая функциональная зависимость от него является неприводимой (полной). Если потенциальный ключ является составным, то согласно определению второй нормальной формы в отношении не должно быть неключевых атрибутов, зависящих от части составного потенциального ключа.

Вторая нормальная форма по определению запрещает наличие неключевых атрибутов, которые вообще не зависят от потенциального ключа. Таким образом, вторая нормальная форма запрещает создавать отношения как несвязанные (хаотические, случайные) наборы атрибутов.

Пример приведения отношения ко второй нормальной форме

Исходная таблица

Данные, находящиеся в столбцах «Группа» и «Специальность» могут повторяться в процессе заполнения много раз, что вызовет избыточность данных в таблице. Следовательно данную таблицу можно разделить на 3 сущности, имеющие отношения между собой.

В результате приведения к нормальной форме получаются три отношения:

Таблица с данными о студенте

Список групп

Третья нормальная форма - одна из возможных нормальных форм отношения реляционной базы данных. 3NF была изначально сформулирована Э.Ф. Коддом в 1971 году.

База данных будет находиться в третьей нормальной форме, если она приведена ко второй нормальной форме и каждый не ключевой столбец независим друг от друга. Если следовать процессу нормализации правильно до этой точки, с приведением к 3НФ может и не возникнуть вопросов. Следует знать, что 3НФ нарушается, если изменив значение в одном столбце, потребуется изменение и в другом столбце.

Чтобы привести базу к третьей нормальной форме, надо:

.        Определить, в каких полях каких таблиц имеется взаимозависимость. Как только что говорилось, поля, которые зависят больше друг от друга (студент от группы, а группа от специальности), чем от ряда в целом.

.        Создайте соответствующие таблицы. Если есть проблемный столбец в шаге 1, создавайте раздельные таблицы для него.

.        Создайте или выделите первичные ключи. Каждая таблица должна иметь первичный ключ. Для примера с клиентами это будут ID_Student, ID_gruppa, ID_Specialnost.

.        Создайте необходимые внешние ключи, которые образуют любое из отношений. В нашем примере нужно добавить ID_gruppa в таблицу студентов и ID_Specialnost в таблицу групп.

В результате приведения к 3NF получаются три отношения:

Таблица с данными о студенте

Список групп

Список использованной литературы

1. Гончаров А. HTML в примерах. СПб.: Питер, 2012.

2.      Информатика: Учебник/под ред. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2013. - С. 25.

.        Информатика. Базовый курс. Учебник для Вузов/под ред. С.В. Симоновича, - СПб.: Питер, 2014. - С. 56.

.        Коцюбинский А.О., Грошев С.В. Современный самоучитель работы в сети Интернет. М.: Триумф, 2011.

.        Фролов А.В., Фролов Г.В. Глобальные сети компьютеров. Практическое введение в Internet, E-Mail, FTP, WWW и HTML. М.: Диалог-МИФИ, 2012.