Что такое база данных

Что такое  база данных

Можно с большой степенью достоверности  утверждать, что большинство приложений, которые предназначены для выполнения хотя бы какой-нибудь полезной работы, тем или иным образом используют структурированную информацию или, другими словами, упорядоченные  данные. Такими данными могут быть, например, списки заказов на тот  или иной товар, списки предъявленных  и оплаченных счетов или список телефонных номеров ваших знакомых. Обычное  расписание движения автобусов в  вашем городе - это тоже пример упорядоченных  данных.

При компьютерной обработке информации упорядоченные каким либо образом данные принято хранить в базах данных - особых файлах, использование которых вместе со специальными программными средствами позволяет пользователю как просматривать необходимую информацию, так и, по мере необходимости, манипулировать ею, например, добавлять, изменять, копировать, удалять, сортировать и т.д.

Таким образом, дать простое определение  базы данных можно следующим образом. База данных - это набор информации, организованной тем, или иным способом. Пожалуй, одним из самых банальных  примеров баз данных может быть записная книжка с телефонами ваших знакомых. Наверное, у вас есть сейчас или  когда-либо была эта полезная вещь. Этот список фамилий владельцев телефонов  и их телефонных номеров, представленный в вашей записной книжке в алфавитном порядке, представляет собой, вообще говоря, проиндексированную базу данных. Использование  индекса - в данном случае фамилии (или  имени) позволяет вам достаточно быстро отыскать требуемый номер  телефона.

Структура базы данных

Телефонный  справочник представляет собой так  называемую “плоскую” базу данных, в которой вся информация располагается  в единственной таблице. Каждая запись в этой таблице содержит идентификатор  конкретного человека - имя и фамилию и его номер телефона. Таким образом таблица состоит из записей, информация в которых разделена на несколько частей - полей. В данном случае полями являются “ФИО” и “Номер телефона”, как показано на рис.1.1.

 
Рис.1.1. Таблица, запись и поле.

В отличие  от плоских, реляционные базы данных состоят из нескольких таблиц, связь  между которыми устанавливается  с помощью совпадающих значений одноименных полей.

Здесь следует отметить, что использование  реляционной модели баз данных не является единственно возможным  способом представления информации. В настоящее время существует несколько различных моделей  представления данных, которые, однако, пока не получили такого широкого распространения  среди разработчиков и пользователей, как реляционная модель. То есть при разработке систем управления базами данных реляционная модель практически  является стандартом.

Так как  Visual Basic использует ту же систему управления базами данных (MS Jet Engine), что и MS Access, то несмотря на наличие в Visual Basic средств работы со многими форматами БД, все таки в приложениях предпочтительно использовать файлы баз данных в формате MS Access. Эти файлы имеют расширение MDB и здесь в основном будут описаны приемы работы с файлами именно такого формата.

Перейдем  теперь к исследованию базы данных с библиографией. Для этого откройте файл BIBLIO.MDB при помощи MS Access или VisData.

Содержимое  файла базы данных BIBLIO.MDB показано на рис.1.2. В базу данных входят таблицы (Tables), запросы (Queries), формы (Forms), отчеты (Reports), макросы (Macros) и модули (Modules). Макросы, формы и модули нам не интересны, так как это вотчина разработчиков, применяющих Visual Basic for Applications или, сокращенно, VBA.

 

Вообще, база данных может состоять из одной  или нескольких таблиц. Запись, в  свою очередь, состоит из нескольких полей, каждое из которых содержит элемент  данных об объекте.

Типы  данных, которые можно поместить  в таблицу, зависят от формата  файла базы данных. В таблице 1.1 приведены  некоторые типы данных, которые поддерживаются системой управления базами данных Visual Basic для файлов MS Access.

Таблица 1.1

Название	Описание
Text	Строки алфавитно-цифровых символов. Например, адрес, номер телефона, почтовый индекс и т.п. Текстовое  поле может содержать от 0 до 255 символов.
Memo	Длинные строки. Например, комментарии. Максимальный размер ограничен 1.2 Гбайт.
Yes/No	Yes/No, True/False, On/Off, 0 или 1.
Byte	Целые числа  в диапазоне от 0 до 255.
Integer	Целые числа  в диапазоне от -32768 до +32767.
Long	Целые числа  в диапазоне от -2147483648 до 2147483647.
Single	Вещественные  числа в диапазоне от -3.4? 1038 до 3.4? 1038.
Double	Вещественные  числа в диапазоне от -1.8? 10308 до 1.8? 10308.
Date/Time	Дата и время.
Currency	Используется  для обозначения денежных сумм. Запоминаются 11 знаков слева от десятичной точки  и 4 знака справа от десятичной точки.
Counter	Длинные целые  с автоматическим приращением.
OLE	OLE-объекты, созданные  в других программах с использованием  протокола OLE. Размер ограничен  1.2 Гбайт.
Binary	Любой двоичный объект размером до 1.2 Гбайт. Этот тип  обычно используется для хранения рисунков и двоичных файлов.

 

 

 

 

Отношения между таблицами

Отношения между таблицами устанавливают  связь между данными находящимися в разных таблицах базы данных.

Отношения между таблицами определяются отношением между группами объектов соответствующего типа. Например, один автор может  написать несколько книг и издать их в разных издательствах. Или издательство может опубликовать несколько книг разных авторов. Таким образом, между  авторами и названиями книг существует отношение один-ко-многим, а между издательствами и авторами существует отношение много-ко-многим.

Отношение один-к-одному

Если  между двумя таблицами существует отношение один-к-одному, то это означает, что каждая запись в одной таблице соответствует только одной записи в другой таблице.

Примером  такого отношения может служить  отношение между таблицами. Таблица AUTHORS (Авторы) рассмотрена выше (рис. 1.5 и 1.6) и содержит краткую информацию о авторах (ФИО и год рождения). Таблица PERSON (Личность) содержит персональную информацию о авторах (домашний адрес, телефон, образование и др.) Структура таблицы PERSON показана на рис.1.10. Следует отметить, что в базе данных BIBLIO.MDB никакой таблицы PERSON нет и мы упоминаем о ней только как о иллюстрации отношения между таблицами - один-к-одному.

 
Рис.1.10. Структура таблицы PERSON

Между таблицами AUTHORS и PERSON существует отношение  один-к-одному, так как одна запись, идентифицирующая автора, однозначно соответствует только одной записи в таблице PERSON, содержащей персональные данные об авторе.

Связь между таблицами определяется с  помощью совпадающих полей: Au_ID в таблице AUTHORS и в таблице PERSON.

Отношение один-ко-многим

Хорошим примером отношения между таблицами  один-ко-многим является отношение между авторами и названиями книг (таблицы AUTHORS и TITLES), так как каждый автор может иметь отношение к созданию нескольких книг. Связь между таблицами AUTHORS и TITLES осуществляется с помощью совпадающих полей Au_ID в обеих таблицах.

Аналогичное отношение существует между издательствами и названиями изданных книг, организацией и работающими в ней сотрудниками, автомобилем и деталями, из которых  он состоит и т.п. Понятно, что  подобный тип отношения между  таблицами наиболее часто встречается  при проектировании структуры баз  данных.

Отношение много-к-одному

Отношение много-к-одному полностью аналогично рассмотренному выше отношению один-ко-многим.

Отношение много-ко-многим

При отношении  между двумя таблицами много-ко-многим каждая запись в одной таблице связана с несколькими записями в другой таблице и наоборот. Иллюстрацией такого отношения может служить отношение между таблицами PUBLISHERS и AUTHORS. С одной стороны, каждое издательство может публиковать книги разных авторов и с другой стороны - каждый автор может публиковаться в разных издательствах.

Для удобства работы с таблицами, имеющими отношение  много-ко-многим, обычно в базу данных добавляют еще одну таблицу, которая находится в отношении один-ко-многим и много-к-одному к соответствующим таблицам. В случае базы данных BIBLIO.MDB такой таблицей является TITLE AUTHOR.

Нормализация баз данных

Рассмотрим  процесс нормализации базы данных на примере базы данных BIBLIO.MDB. Вообще говоря, все данные о книгах, авторах и  издательствах можно разместить в одной таблице, названной, например, BIBLIOS. Структура этой таблицы показана на рис. 1.11. В принципе, можно работать и с такой таблицей. С другой стороны понятно, что такая структура  данных является неэффективной. В таблице BIBLIOS будет достаточно много повторяющихся  данных, например сведения об издательстве или авторе будут повторяться  для каждой опубликованной книги. Такая  организация данных приведет к следующим  проблемам, с которыми столкнется конечный пользователь вашей программы:

Наличие повторяющихся данных приведет к  неоправданному увеличению размера  файла базы данных. Кроме нерационального  использования дискового пространства, это также вызовет заметное замедление работы приложения.

Ввод  пользователем большого количества повторяющейся информации неизбежно  приведет к возникновению ошибок.

Изменение, например, номера телефона издательства потребует значительных усилий по корректировке каждой записи, содержащей данные об издателе.

Если, при  проектировании приложения для работы с базами данных, вы организуете  свои данные таким нерациональным образом, то в дальнейшем вам, скорее всего, больше не поручат решение аналогичных  задач.

Чтобы избежать всех этих проблем, надо стремиться максимально уменьшить количество повторяющейся информации. Процесс уменьшения избыточности информации в базе данных посредством разделения ее на несколько связанных друг с другом таблиц и называется нормализацией данных.

Вообще  говоря, существует строгая теория нормализации данных, в рамках которой  разработаны алгоритмы уменьшения избыточности информации, определены несколько уровней нормализации и установлены критерии, определяющие соответствие данных определенному уровню нормализации. Знакомство с теорией нормализации данных выходит за рамки этих уроков и тем читателям, которым интересно побольше узнать об этом, можно посоветовать обратиться к специальной литературе. .

Ключи и индексы 

Как было отмечено выше при описании отношений  между таблицами, в реляционных  базах данных таблицы связываются друг с другом посредством совпадающих значений ключевых полей. Ключевым полем может быть практически любое поле в таблице. Ключ может быть первичным (primary) или внешним (foreign).

Первичный ключ однозначно определяет запись в  таблице. Таким образом, первичный  ключ однозначно определяет запись в  таблице, в то время как внешний  ключ используется для связи с  первичным ключом другой таблицы.

Ключевой  поле может иметь определенный смысл, как например ключ ISBN в таблице TITLES. Однако, очень часто ключевое поле не несет никакой смысловой нагрузки и является просто идентификатором объекта в таблице. Во многих случаях удобно использовать в качестве ключа поле счетчика (Counter field). При этом вся ответственность по поддержанию уникальности ключевого поля снимается с пользователя и перекладывается на процессор баз данных. Поле счетчика представляет собой четырехбайтовое целое число (Long) и автоматически увеличивается на единицу при добавлении пользователем новой записи в таблицу.

Данные  запоминаются в таблице в том  порядке, в котором они вводятся пользователем. Это, так называемый, физический порядок следования записей. Однако, часто требуется представить данные в другом, отличном от физического, порядке. Например может потребоваться просмотреть данные об авторах книг, упорядоченные по алфавиту. Кроме того, часто необходимо найти в большом объеме информации запись, удовлетворяющую определенному критерию. Простой перебор записей при поиске в большой таблице может потребовать достаточно много времени и поэтому будет неэффективным.

Одними  из основных требований, предъявляемым  к системам управления базами данных, являются возможность представления  данных в определенном, отличном от физического, порядке и возможность  быстрого поиска определенной записи. Эффективным средством решения этих задач является использование индексов.

Индекс  представляет собой таблицу, которая  содержит ключевые значения для каждой записи в таблице данных и записанные в порядке, требуемом для пользователя. Ключевые значения определяются на основе одного или нескольких полей таблицы. Кроме того, индекс содержит уникальные ссылки на соответствующие записи в  таблице.

Каждая  таблица может иметь несколько  различных индексов, каждый из которых  определяет свой собственный порядок  следования записей. Например, таблица AUTHORS может иметь индексы для  представления данных об авторах, упорядоченные  по дате рождения или по алфавиту. Таким  образом, каждый индекс используется для  представления одних и тех  же данных, но упорядоченных различным  образом.

Вообще  говоря, таблицы в базе данных могут  и не иметь индексов. В этом случае для большой таблицы время  поиска определенной записи может быть весьма значительным и использование  индекса становиться необходимым. С другой стороны, не следует увлекаться созданием слишком большого количества индексов, так как это может  заметно увеличить время необходимое для обновления базы данных и значительно увеличить размер файла базы данных.