5 Порядок выполнения практического задания Понятие системы управления базами данных

Современные информационные системы характеризуются большими объемами хранимых данных, сложной организацией данных, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей. Цель любой информационной системы – надежное хранение данных, обработка данных о реальных объектах по специфичным для приложения алгоритмам. Сведения об объектах в информационной системе обычно хранятся в базах данных.

В целом, базу данных можно определить как структурированную совокупность интегрированных данных, предназначенных для многофункционального использования одним или несколькими пользователям и снабженную описанием хранящихся в ней данных.

База данных строится на основании предметной области. Предметная область – это отражение в БД совокупности объектов реального мира с их связями, относящихся к некоторой области знаний и имеющих практическую ценность для пользователей. Состоит БД из множества связанных файлов. Каждый пользователь работает только с конкретной частью БД и различные потребители могут применять одни и те же данные. Можно также отметить следующие существенные свойства БД:

• отсутствие дублирования данных в различных объектах модели;

• однократный ввод данных и простота их корректировки;

• непротиворечивость и целостность данных;

• многовариантный доступ;

• защита и восстановление данных при аварийных ситуациях;

• модификация структуры БД без повторного ввода данных;

• обеспечение независимости программ от данных;

• наличие языка запросов высокого уровня, ориентированного на конечного пользователя.

В современных технологиях создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются централизованно с помощью специального программного обеспечения – системы управления базами данных (СУБД). СУБД – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для разработки баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Примеры СУБД, представленных на современном рынке программных продуктов: Lotus Approach, Data Ease, Paradox, MS Access, FoxPro, Clarion. Примеры продуктов для создания приложений «клиент-сервер»: MS SQL Server, Sybase SQL Server, Informix, Oracle, PowerBuilder, Delphi.

При работе приложения клиент-сервер база данных располагается на мощном компьютере – сервере, который принимает от программ-клиентов, выполняемых на других компьютерах, запросы на получение требуемой информации из базы данных или осуществления тех или иных манипуляций с данными, обрабатывает полученные запросы и передает клиентам результаты.

Современные СУБД характеризуются многообразием функциональных возможностей, режимов работы, технологий обработки данных и сфер использования.

По степени универсальности различают два класса СУБД: системы общего назначения; специализированные системы. СУБД общего назначения (например, dBASE, MS Access, FoxPro, Paradox) не ориентированы на какую-либо предметную область. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

Ядром любой базы данных является модель данных – совокупность структур данных и операций их обработки. Наиболее распространенной в настоящее время является реляционная модель данных. В такой модели данные организованы в виде двумерных таблиц.

Любая таблица реляционной базы данных состоит из строк (называемых также записями) и столбцов (называемых также полями). Строки таблицы содержат сведения о представленных в ней фактах (или документах, или людях, одним словом, – об однотипных объектах). На пересечении столбца и строки находятся конкретные значения содержащихся в таблице данных.

Реляционная таблица должна обладать следующими свойствами:

1. Каждое значение, содержащееся на пересечении строки и столбца, должно быть неделимым (то есть не расчленяемым на несколько значений);

2. Значения данных в одном поле должны принадлежать к одному и тому же типу, доступному для использования в данной СУБД;

3. Каждая запись в таблице уникальна, то есть в таблице не существует двух записей с полностью совпадающим набором значений ее полей;

4. Каждое поле таблицы имеет уникальное, обращение к данным поля выполняется по его имени;

5. Последовательность полей и записей в таблице несущественна;

6. Несмотря на то, что записи таблиц считаются неупорядоченными, любая система управления базами данных позволяет сортировать записи и поля в выборках из нее нужным пользователю способом.

В реляционной таблице требуется поле или набор из нескольких полей для уникальной идентификации каждой записи. Такое поле (или набор полей) называется первичным ключом. Первичный ключ обязан содержать уникальные непустые значения для каждой записи таблицы. Если первичный ключ состоит из нескольких полей, он называется составным первичным ключом. Кроме первичного ключа есть понятие внешнего ключа. Внешний ключ – это поле, значения которого совпадают с имеющимися значениями первичного ключа другой таблицы. Подобное взаимоотношение между таблицами называется связью.

Связь между двумя таблицами устанавливается путем присваивания значениям внешнего ключа одной таблицы значений первичного ключа другой. В этом случае таблица, содержащая внешний ключ, называется подчиненной таблицей, а таблица, содержащая первичный ключ, определяющий возможные значения внешнего ключа, называется главной таблицей. Наиболее распространенные виды отношений «один к одному» и «один ко многим». Отношение «один к одному» означает, что каждой записи основной таблицы должна соответствовать только одна запись подчиненной таблицы. При отношении «один ко многим» любой записи основной таблицы может соответствовать несколько записей подчиненной таблицы.

Процесс проектирования базы данных представляет собой определение состава полей таблиц и определение их свойств в соответствии с задачами информационной системы, в которой будет использоваться будущая база данных.

Группировка полей в таблицах должна быть рациональной, что означает сведение к минимуму дублирования данных и упрощение процедуры их обработки и обновления. Добиться этого можно при помощи нормализации данных.

Нормализация представляет собой процесс реорганизации данных путем ликвидации повторяющихся групп и иных противоречий в хранении данных с целью приведения таблиц к виду, позволяющему осуществлять корректное редактирование данных.

Теория нормализации основана на концепции нормальных форм. Нормальная форма – это набор требований, предъявляемых к таблице. Теоретически существует пять нормальных форм, но при практическом проектировании баз данных обычно выделяют только первые три.

Чтобы таблица соответствовала первой нормальной форме, все значения ее полей должны быть неделимыми, и все записи – уникальными. Поэтому любая реляционная таблица, по определению, уже находится в первой нормальной форме.

Реляционная таблица находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме и ее неключевые (описательные) поля функционально зависят от первичного ключа.

Таблица находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме, и каждое неключевое поле нетранзитивно зависит от первичного ключа. Транзитивная зависимость полей имеет место в том случае, если одно из двух описательных полей зависит от ключа, а другое описательное поле зависит от первого описательного поля.

Обычно современные СУБД содержат средства, позволяющие создавать таблицы и ключи. Существуют также утилиты, поставляемые отдельно от СУБД, позволяющие создавать таблицы, ключи и связи. Еще один способ создать таблицы, ключи и связи в базе данных – это написание так называемого DDL-сценария (DDL – Data Definition Language).

Наконец, есть еще один способ, который становится все более и более популярным, – это использование специальных средств, называемых CASE-средствами (Computer-Aided System Engineering). Существует несколько типов CASE-средств, но для создания баз данных чаще всего используются инструменты для создания диаграмм «сущность-связь» (entity-relationship diagrams).

С помощью этих инструментов создается так называемая логическая модель данных, описывающая факты и объекты, подлежащие регистрации в ней (в таких моделях прототипы таблиц называются сущностями, а поля – их атрибутами). После установления связей между сущностями, определения атрибутов и проведения нормализации, создается так называемая физическая модель данных для конкретной СУБД, в которой определяются все таблицы, поля и другие объекты базы данных. После этого можно сгенерировать либо саму базу данных, либо DDL-сценарий для ее создания.