Изучение базы данных и системы управления базами данных

Изучение базы данных и системы управления базами данных

Содержание

Введение

Глава 1. Понятие, виды и объекты базы данных

.1      Понятие БД

.2      Виды БД

.3      Реляционные БД

Глава 2. Система управления базами данных

.1 Понятие СУБД

.2 Основные функции СУБД

.3 СУБД крупных ЭВМ

Глава 3. Проектирование базы данных

.1 Сбор информации о предметной области

.2 Построение информационно-логической модели данных

.3 Разработка логической структуры

.4 Конструирования структур таблицы

.5 Создание схем данных

Заключение

Список литературы

Введение

База данных - это реализованная с помощью компьютера информационная структура (модель), отражающая состояние объектов и их отношения.

Данная тема актуальна в нашем современном мире, так как для принятия обоснованных и эффективных решений в производственной деятельности, в управлении экономикой и в политике специалистам необходимо уметь с помощью компьютеров и средств связи получать, накапливать, хранить и обрабатывать данные, представляя результат в виде наглядных документов.

Надо отметить, что база данных - это, собственно, хранилище информации и не более того. Однако, работа с базами данных трудоемкая и утомительная. Для создания, ведения и осуществления возможности коллективного пользования базами данных используются программные средства, называемые системами управления базами данных (СУБД).

Целью данной работы является изучение базы данных и системы управления базами данных.

В 3 главе мы рассмотрим проектирование БД на примере предметной области «Оргтехника».

база информационный логический оргтехника

Глава I. Понятие, виды и объекты БД

.1      Понятие базы данных

База данных (БД)- организованная структура, предназначенная для хранения информации. Современные БД позволяют размещать в своих структурах не только данные, но и методы (т.е. программный код), с помощью которых происходит взаимодействие с потребителем или другими программно-аппаратными комплексами.

В современных базах данных хранятся не только данные, но и информация.

Базы данных - важнейшая составная часть информационных систем. Информационные системы предназначены для хранения и обработки больших объемов информации. Изначально такие системы существовали в письменном виде. Для этого использовались различные картотеки, папки, журналы, библиотечные каталоги и т.д. Любая информационная система должна выполнять три основные функции: ввод данных, запросы по данным, составление отчетов.

В настоящее время широкое распространение получили компьютерные базы данных. Например, при работе с электронной почтой используется база данных "Адресная книга".

Табличная форма представления баз данных.

Базы данных удобно представлять в виде таблицы. В каждой строке таблицы размещаются значения свойств одного объекта, а каждый столбец таблицы хранит значения определенного свойства всех объектов. Например, в базе данных "Записная книжка" в каждой строке таблицы содержится информация об определенном человеке, а значения его "свойств": "№", "Фамилия", "Телефон", "E-mail" хранятся в различных столбцах (табл. 1.1).

Таблица 1.1. База данных "Записная книжка" в табличной форме

Столбцы табличной базы данных называют полями. Каждое поле имеет имя и может хранить данные определенного типа (текст,число, дата/время и т. д.). В базе данных "Записная книжка" полями являются "№" (число), "Фамилия", "Телефон" и "E-mail" (текст).

Строки таблицы называются записями (т.е. это записи об объекте). Запись хранит набор значений, содержащихся в полях базы данных. Записи могут нумероваться с использованием счетчика (поле "№").

Так, в базе данных "Записная книжка" содержатся три записи, в каждой из которых хранятся значения четырех свойств.

Достоинством табличного представления базы данных является возможность видеть одновременно несколько записей. Однако если база данных содержит много полей, а значения полей содержат много символов, то не очень удобно осуществлять ввод, просмотр и редактирование записей.

1.2    Виды базы данных

Создавая базу данных, мы стремимся упорядочить информацию по различным признакам для того, чтобы потом извлекать из нее необходимые нам данные в любом сочетании. Сделать это возможно, только если данные структурированы. В зависимости от структуры различают иерархическую, сетевую, реляционную, объектно-ориентированную и гибридную модели баз данных. Самой популярной на сегодняшний день является реляционная структура, поэтому исследуем ее в пункте 1.3.

Иерархическая структура базы данных это древовидная структура представления информации. Ее особенность в том, что каждый узел на более низком уровне имеет связь только с одним узлом на более высоком уровне. Посмотрим, например, на фрагмент иерархической структуры базы данных "Институт":

Из структуры понятно, что на одной кафедре может работать несколько преподавателей. Такая связь называется "один ко многим" (одна кафедра - много преподавателей). Но если мы попытаемся добавить в эту структуру группы студентов, то нам понадобится связь "многие ко многим":

(один преподаватель может работать со многими группами, а одна группа может учиться у многих преподавателей), а такой связи в иерархической структуре быть не может (т.к. связь может быть только с одним узлом на более высоком уровне). Это основной недостаток подобной структуры базы данных.

Сетевая структура базы данных. По сути, это расширение иерархической структуры. Все то же самое, но существует связь "многие ко многим". Сетевая структура базы данных позволяет нам добавить группы в наш пример. Недостатком сетевой модели является сложность разработки серьезных приложений. Объектно-ориентированные и гибридные базы данных. В объектно-ориентированных базах данных данные хранятся в виде объектов, что очень удобно, но на сегодняшний день такие БД еще распространенны, т.к. уступают в производительности реляционным.

Гибридные БД совмещают в себе возможности реляционных и объектно-ориентированных, поэтому их часто называют объектно-реляционными. Несомненно, такие БД будут развиваться в будущем, но пока первенство остается за реляционными структурами.

.3      Реляционная база данных и ее структура

Реляционная база данных - база данных, основанная на реляционной модели данных. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение). Для работы с реляционными БД применяют реляционные СУБД.

Использование реляционных баз данных было предложено доктором Коддом из компании IBM в 1970 году.

Реляционная база данных представляет собой множество взаимосвязанных таблиц, каждая из которых содержит информацию об объектах определенного вида. Каждая строка таблицы содержит данные об одном объекте (например, автомобиле, компьютере, клиенте), а столбцы таблицы содержат различные характеристики этих объектов - атрибуты (например, номер двигателя, марка процессора, телефоны фирм или клиентов).

Строки таблицы называются записями. Все записи таблицы имеют одинаковую структуру - они состоят из полей (элементов данных), в которых хранятся атрибуты объекта (рис. 1). Каждое поле записи содержит одну характеристику объекта и представляет собой заданный тип данных (например, текстовая строка, число, дата). Для идентификации записей используется первичный ключ. Первичным ключом называется набор полей таблицы, комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице.

Рис.1 Названия объектов в таблице

Глава 2. Система управления базами данных (СУБД)

.1 Понятие СУБД

База данных предполагает наличие комплекса программных средств, обслуживающих эту базу данных и позволяющих использовать содержащуюся в ней информацию. Такие комплексы программ называют СУБД. Система управления базами данных (СУБД) - это программное обеспечение, с помощью которого пользователи могут определять, создавать и поддерживать базу данных, а также осуществлять к ней контролируемый доступ. Иными словами, СУБД является интерфейсом между базой данных и прикладными задачами.

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.

.2 Основные функции СУБД

Системы управления базами данных обладают следующими функциями: 1. Управление данными - можно указать, кому разрешено знакомиться с данными, корректировать их или добавлять новую информацию. Можно также определять правила коллективного доступа, в том числе:

.1 Управление данными во внешней памяти (на дисках);

.2 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);

В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language) .

. Определение данных - определить, какая именно информация будет храниться в базе данных, задать свойства данных, их тип (например, число цифр или символов), а также указать, как эти данные связаны между собой. В некоторых случаях есть возможность задавать форматы и критерии проверки данных;

. Обработка данных - данные могут обрабатываться самыми различными способами. Можно выбирать любые поля, фильтровать и сортировать данные. Можно объединять данные с другой, связанной с ними, информацией и вычислять итоговые значения.

2.3 СУБД крупных ЭВМ (электронных вычислительных машин)

Данный этап развития связан с организацией баз данных на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и различных моделях фирмы Hewlett Packard. В таком случае информация хранилась во внешней памяти центральной ЭВМ. Пользователями баз данных были фактически задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивный режим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, оперативной памятью, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода для центральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языках программирования и запускались как обычные числовые программы. Особенности данного этапа:

Все СУБД базируются на мощных мультипрограммных ОС (Unix и др.).

·        Поддерживается работа с централизованной БД в режиме распределенного доступа. Функции управления распределением ресурсов выполняются операционной системой.

·        Поддерживаются языки низкого манипулирования данными, ориентированные на навигационные методы доступа к данным. Значительная роль отводится администрированию данных.

·        Проводятся серьезные работы по обоснованию и формализации реляционной модели данных. Была создана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной модели данных.

·        Проводятся теоретические работы по оптимизации запросов и управлению распределенным доступом к централизованной БД, было введено понятие транзакции.

·        Большой поток публикаций по всем вопросам теории БД. Результаты научных исследований активно внедряются в коммерческие СУБД.

·        Появляются первые языки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных (SQL), однако отсутствуют стандарты для этих языков.

Глава 3. Проектирование баз данных

Рассмотрим проектирование БД на примере предметной области «Оргтехника».

Пусть необходимо построить базу данных, содержащую информацию о системе учета сборки изделий:

·        перечень поставщиков;

·        список служащих;

·        сведения о движении товаров.

Система управления базами данных предоставляет вам возможность контролировать задание структуры и описание своих данных, работу с ними и организацию коллективного пользования этой информацией. СУБД также существенно увеличивает возможности и облегчает каталогизацию и ведение больших объемов хранящейся в многочисленных таблицах информации.

СУБД включает в себя три основных типа функций: определение (задание структуры и описание) данных, обработка данных и управление данными. Все эти функциональные возможности в полной мере реализованы в Microsoft Access. В практике, как правило, необходимо решать и задачи с использованием электронных таблиц и текстовых процессоров. Например, после подсчета или анализа данных необходимо их представить в виде определенной формы или шаблоны. В итоге пользователю приходится комбинировать программные продукты для получения необходимого результата. В этом смысле все существенно упростят возможности, предоставляемые Microsoft Access.

СУБД Access предназначена для разработки баз данных реляционного типа для локального их использования на персональных компьютерах и для работы с этими базами.

3.1 Сбор информации о предметной области

С точки зрения проектирования БД в рамках системного анализа, необходимо осуществить первый этап, то есть провести подробное словесное описание объектов предметной области и реальных связей, которые присутствуют между описываемыми объектами. Желательно, чтобы данное описание позволяло корректно определить все взаимосвязи между объектами предметной области.

В общем случае существуют два похода к выбору состава и структуры предметной области:

·        Функциональный подход - он реализует принцип движения «от задач» и применяется тогда, когда заранее известны функции некоторой группы лиц и комплексов задач, для обслуживания информационных потребностей которых создается рассматриваемая СУБД. В этом случае мы можем четко выделить необходимый минимальный набор объектов предметной области, которые должны быть описаны.

·        Предметный подход - когда информационные потребности будущих пользователей БД жестко не фиксируются. Они могут быть многоаспектными и весьма динамичными. Мы не можем точно выделить минимальный набор объектов предметной области, которые необходимо описывать. В описание предметной области в этом случае включаются такие объекты и взаимосвязи, которые наиболее характерны и наиболее существенны для нее. БД, конструируемая при этом, называется предметной, то есть она может быть использована при решении множества разнообразных, заранее не определенных задач.

Конструирование предметной БД в некотором смысле кажется гораздо более заманчивым, однако трудность всеобщего охвата предметной области с невозможностью конкретизации потребностей пользователей может привести к избыточно сложной схеме БД, которая для конкретных задач будет неэффективной.

Чаще всего на практике рекомендуется использовать некоторый компромиссный вариант, который, с одной стороны, ориентирован на конкретные задачи или функциональные потребности пользователей, а с другой стороны, учитывает возможность наращивания новых приложений.

Данная база предназначена для ведения учета сборки оргтехники, в ней находятся 4 таблицы, в которые входят: «Служащие», «Товар», «Поставщик», «Движение товара». В таблицу «Служащие» входят такие атрибуты как: код служащего, ФИО, адрес, должность, заработная плата, образование, телефон. В таблицу «Товар» входят: код товара, вид, цена, количество. В таблицу «Поставщик» входят: код поставщика, ФИО, адрес, телефон, код товара. В таблицу «Движение товара» входят: код товара, код служащего, код движения товара, вид движения товара, оптовая цена закупки, розничная цена продажи, код поставщика.

3.2 Построение информационно-логической модели данных

Инфологическая модель применяется на втором этапе проектирования БД, то есть после словесного описания предметной области. Процесс проектирования длительный, он требует обсуждений с заказчиком, со специалистами в предметной области. Инфологическая модель должна включать такое формализованное описание предметной области, которое легко будет «читаться» не только специалистами по базам данных. И это описание должно быть настолько емким, чтобы можно было оценить глубину и корректность проработки проекта БД, и конечно, как говорилось раньше, оно не должно быть привязано к конкретной СУБД.

Инфологическое проектирование, прежде всего, связано с попыткой представления семантики предметной области в модели БД. Реляционная модель данных в силу своей простоты и лаконичности не позволяет отобразить смысл предметной области.

Рассмотрим проектирование БД на примере предметной области «Оргтехника».

Пусть необходимо построить базу данных, содержащую информацию о системе учета сборки изделий:

·        перечень поставщиков;

·        список служащих;

·        сведения о движении товаров.

На основании анализа предметной области мы выделили следующие сущности модели «сущность-связь» («Entity Relationship» - ER-модели): «Поставщики», «Служащие», «Товар», «Движение товара».

На основании внимательного анализа предметной области можно выделить следующие сущности модели “сущность-связь”: «Движение товара», «Поставщик», «Служащие», «Товар», «Поставка фирме», «Поставщик», «Служба доставки», «Счет», «Товары» (рисунок 2).

Рис.2 - Сущности модели

Между выделенными сущностями можно выделить, например, следующие связи:

. Поставщики поставляют товар.

. Служащие принимают товар.

Если понимать язык условных обозначений, которые соответствуют категориям ER-модели, то ее можно легко «читать», следовательно, она доступна для анализа программистам-разработчикам, которые будут разрабатывать отдельные приложения. Она имеет однозначную интерпретацию, в отличие от некоторых предположений естественного языка, и поэтому здесь не может быть никакого недопонимания со стороны разработчиков . Общий подход к построению базы данных с использованием ER-метода состоит, прежде всего, в построении инфологической модели, включающей в себя все важные сущности и связи. Следующим шагом в процессе проектирования базы данных является построение набора предварительных таблиц и указание предполагаемого первичного ключа для каждой таблицы.

Рис. 3 - Приведение инфологической модели системы учета сборки изделий

.3 Разработка логической структуры БД

В реляционных БД дата логическое или логическое проектирование приводит к разработке схемы БД, т.е. совокупности схем отношений, которые адекватно моделируют абстрактные объекты предметной области и семантические связи между этими объектами. Основой анализ корректности схемы являются так называемый функциональные зависимости между атрибутами БД. Некоторые зависимости между атрибутами отношений являются нежелательными из-за побочных эффектов и аномалий, которые они вызывают при модификации БД. При этом под процессом модификации БД понимается внесение новых данных в БД или удаление некоторых данных из БД, а также обновление значений некоторых атрибутов.

Классическая технология проектирования реляционных баз данных связана с теорией нормализации, которая основана на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Понятие функциональной зависимости является фундаментальным в теории нормализации реляционных баз данных. Функциональные зависимости определяют устойчивые отношения между объектами и их свойствами в рассматриваемой предметной области. Именно поэтому процесс поддержки функциональных зависимостей, характерных для данной предметной области, является базовым для процесса проектирования.

Процесс проектирования с использованием декомпозиции представляет собой процесс последовательной нормализации схем отношений, при этом каждая последующая итерация соответствует нормальной форме более высокого уровня и обладает лучшими свойствами по сравнению с предыдущей.

Каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений.

Рис. 4 - Приведение инфологической модели «Система учёта сборки изделий» к третьей нормальной форме

Таким образом, мы уже имеем схему базы данных «Система учёта сборки изделий», которую получили, воспользовавшись общими правилами перехода к реляционной модели данных. Она является корректной, поскольку в ней уже отсутствуют нежелательные отношения. Теперь необходимо решить вопрос о том, какую СУБД будем использовать и, затем, описать концептуальную схему в терминах выбранной СУБД. Необходимо также произвести описание внешних моделей в терминах выбранной СУБД. Воспользуемся для простоты СУБД MS Access. Для начала необходимо решить вопрос о назначении типа данных для каждого атрибута каждой сущности.

.4 Конструирования структур таблиц

Созданная база данных состоит из четырёх таблиц. В табл. 1 - 4 приведены параметры структуры таблицы базы данных «Оргтехника».

Таблица 2. Описание свойств полей таблицы Tovar

Таблица 3. Описание свойств полей таблицы Dvijenia Tovara

Таблица 4. Описание свойств полей таблицы Slyjachego

После того, как закончено проектирование и создание базы данных, следующий шаг - создание таблицы для хранения данных.

Таблицы - основа базы данных. Все другие объекты: запросы, формы и отчеты - зависят от таблиц.

При формировании новой таблицы базы данных работа с СУБД начинается с создания структуры таблиц.

3.5 Создание схемы данных

Логическая структура реляционной базы данных Access является адекватным отображением полученной модели базы данных магазина. Каждая сущность модели отображается соответствующей реляционной таблицей. Структура каждой реляционной таблицы определяется атрибутным составом соответствующей сущности, где каждый столбец, т.е. поле соответствует одному из атрибутов сущности. Ключевые атрибуты объекта образуют уникальный ключ реляционной таблицы. Для каждого столбца задается тип, размер данных и другие свойства. Строки, т.е. записи таблицы соответствуют экземплярам объекта и формируются при загрузке таблицы.

Связи между объектами модели реализуются одинаковыми атрибутами - ключами в соответствующих таблицах. При этом ключом всегда является уникальный ключ главной таблицы. Ключом связи в подчиненной таблице является либо некоторая часть уникального ключа в ней, либо поле, не входящее в состав первичного ключа. Надо сказать, что ключ связи в подчиненной таблице называется внешним ключом.

В Access может быть создана схема данных, наглядно отображающая логическую структуру базы данных. Определение одно-многозначных связей в этой схеме должно осуществляться в соответствии с построенной моделью. Внешний вид схемы данных практически совпадает с графическим представлением теоретической модели (рисунок 5). На этом рисунке прямоугольники отображают таблицы базы данных с полным списком их полей, а связи показывают, по каким полям осуществляется взаимосвязь таблиц. Имена ключевых полей для наглядности выделяются и находятся в верхней части полного списка полей каждой таблицы.

Рис. 5 - Схема данных базы данных системы учета оргтехники в реляционной СУБД MS Access

Заключение

Базы данных - важнейшая составная часть информационных систем. Информационные системы предназначены для хранения и обработки больших объемов информации. Изначально такие системы существовали в письменном виде. Для этого использовались различные картотеки, папки, журналы, библиотечные каталоги и т.д. Любая информационная система должна выполнять три основные функции: ввод данных, запросы по данным, составление отчетов.

Преимущества получает пользователь при использовании БД как безбумажной технологии:

Информация хранится в БД, нет необходимости хранить многотомные бумажные картотеки.

·              Скорость

Скорость обработки информации (поиск, внесение изменений) компьютером намного выше ручной обработки.

·              Низкие трудозатраты

Нет необходимости в утомительной ручной работе над данными.

·              Применимость

Всегда доступна свежая информация.

Дополнительные преимущества появляются при использовании БД в многопользовательской среде, поскольку становится возможным осуществлять централизованное управление данными.

Современные системы управления базами данных обеспечивают как физическую (независимость от способа хранения и метода доступа), так и логическую независимость данных (возможность изменения одного приложения без изменения остальных приложений, работающих с этими же данными).

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.

Так же мы изучили на примере программы Microsoft Access, как создать базу данных.

Microsoft Access создана на основе реляционной модели базы данных и предназначена для создания быстрых, эффективных баз данных, применяемых в быту и бизнесе. Кроме того, она способна подключаться к другим базам данных, создавая для вас широкий фронт работы с данными, независимо от того, где они находятся.

Оценивая преимущества и недостатки СУБД Microsoft Access и ее функциональные возможности, можно утверждать, что данная система обладает всеми необходимыми инструментами для создания, редактирования, хранения и ежедневного использования баз данных. Интерфейс программы прост и удобен, работа не требует получения большого количества дополнительных знаний.

В ходе выполнения курсовой работы была решена проблема создание базы данных для конкретной организации. Была также разработана программа, имитирующая часть работы БД данной организации. СУБД позволяет получать данные о клиентах, совершающих покупки, о проданных им товарах, о сделанных клиентами заказах, о работающих сотрудниках. В данном проекте была проанализирована предметная область и на этой основе были реализованы поставленные задачи.

Список литературы

1.      Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 320 с.

.        Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. - М.: Финансы и статистика, 1999. - 351 с.

.        Голицина О.Л., Максимов Н.В., Попов И.И. Базы данных: Учебное пособие. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. - 352 с.

.        Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ. -М.: Мир, 1991. - 252 с.

.        Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация. - СПб.: Питер, 2008. - 304 с.

.        Корнеев И.К., Машурцов В.А. Информационные технологии в управлении. - М.: ИНФРА-М, 201-. - 158 с.

.        Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. - М.: Финансы и статистика. - 196 с.

8.      К.Дж. Дейт Введение в системы баз данных - 8-е изд. - М.: «Вильямс» <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%8F%D0%BC%D1%81_(%D0%B8%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE)>, 2011 - С. 1328.

.        <http://office.microsoft.com/ru-ru/access/>