Система управления базами данных (СУБД)

      Реляционная база данных – это совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна храниться в БД. Однако пользователи могут воспринимать такую базу данных как совокупность таблиц.

      Реляционная модель данных объекты и связи  между ними представляются в виде таблиц, при этом связи тоже рассматриваются как объекты.

     Каждая  реляционная таблица обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы - один элемент данных;
• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковые характеристики и свойства;
• каждый столбец имеет уникальное имя;
• одинаковые строки в таблице отсутствуют;
• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

      Столбцы таблицы называются полями: каждое поле характеризуется своим именем и типом 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»).

     Отношения представлены в виде таблиц, строки которых представляют записи, а столбцы – атрибуты отношений – поля. Если значение поля однозначно определяет соответствующую запись, то такое поле называют ключевым.

     Имеется возможность связать две реляционные  таблицы, если ключ одной таблицы  ввести в состав ключа другой таблицы (рисунок № 1).

     Так, если ключом таблицы книга будет  выбран «№ в каталоге», то такую  таблицу можно связать, например, с таблицей «Список библиотечного фонда». В этой таблице кроме полей, определяющих оценки по дисциплинам сессии, обязательно должно быть поле «№ в каталоге». Таким образом, между этими таблицами может быть установлена связь по этому ключевому полю.

     Информация, введенная в одну реляционную таблицу, может быть связана с одной или несколькими записями другой таблицы. 

       
 
 
 

       Ключи 

                                              

     Связи между таблицами

     Рисунок № 1. Структура библиотеки (реляционная база данных) 

     Реляционная база данных является объединением нескольких двумерных таблиц, между которыми установлены связи.

     Между записями двух таблиц могут быть установлены  следующие основные виды связей:

• один к одному – эта связь предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот; например, начальник курса – курс;
• один к многим – эта связь предполагает, что одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1, 2 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А, например, начальник курса – курсант;
• многие к многим – эта связь предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1, 2 или более экземпляров объекта В и наоборот, например, учебная дисциплина - курсант.

     Одни  и те же данные могут группироваться в таблицы различными способами, т.е. возможна различная форма наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов.

     При этом должен выполняться принцип  нормализации:

• в одной и той же таблице не может находиться повторяющихся полей;
• в каждой таблице ключ должен однозначно определять запись из множества записей;
• значению ключа должно соответствовать исчерпывающая информация об объекте таблицы;
• изменение значения любого не ключевого поля не должно влиять на информацию в других полях.

     В последние годы подавляющее большинство  баз данных являются реляционными и  практически все СУБД ориентированы  на такое представление информации.

      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.

 
 
 

1.3 Функции и компоненты СУБД 

      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).
• определение данных. СУБД должна допускать определения данных (внешние схемы, концептуальную и внутреннюю схемы, соответствующие отображения). Для этого СУБД включает в себя языковый процессор для различных языков определений данных.
• обработка данных. СУБД должна обрабатывать запросы пользователя на выборку, а также модификацию данных. Для этого СУБД включает в себя компоненты процессора языка обработки данных.
• безопасность и целостность данных. СУБД должна контролировать запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности.
• восстановление данных и дублирование. СУБД должна обеспечить восстановление данных после сбоев.
• словарь данных. СУБД должна обеспечить функцию словаря данных. Сам словарь можно считать системной базой данных, которая содержит данные о данных пользовательской БД, т.е. содержит определения других объектов системы. Словарь интегрирован в определяемую им БД и, поэтому, содержит описание самого себя.
• производительность. СУБД должна выполнять свои функции с максимальной производительностью.

      Обычно  современная СУБД содержит следующие  компоненты:

1. ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, и журнализацию,
2. процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
3. подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД
4. а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Создание  БД
1. Этапы проектирования

 

      Создание  БД начинается с проектирования. Этапы проектирования БД:

1. Исследование предметной области;
2. Анализ данных (сущностей и их атрибутов);
3. Определение отношений между сущностями и определение первичных и вторичных (внешних) ключей.

В процессе проектирования определяется структура  реляционной БД (состав таблиц, их структура  и логические связи). Структура таблицы  определяется составом столбцов, типом  данных и размерами столбцов, ключами  таблицы.

      К базовым понятиями модели БД «сущность  – связь» относятся: сущности, связи между ними и их атрибуты (свойства).

      Сущность  – любой конкретный или абстрактный  объект в рассматриваемой предметной области. Сущности – это базовые  типы информации, которые хранятся в БД (в реляционной БД каждой сущности назначается таблица).

      К сущностям могут относиться: студенты, клиенты, подразделения и т.д. Экземпляр  сущности и тип сущности - это  разные понятия. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов или событий, выступающих  как целое (например, студент, клиент и т.д.). Экземпляр сущности относится, например, к конкретной личности в наборе. Типом сущности может быть студент, а экземпляром – Петров, Сидоров и т. д.

      Атрибут – это свойство сущности в предметной области. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности. Например, для сущности студент могут быть использованы следующие атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата и место рождения, паспортные данные и т.д. В реляционной БД атрибуты хранятся в полях таблиц.

      Связь – взаимосвязь между сущностями в предметной области. Связи представляют собой соединения  между частями БД (в реляционной БД – это соединение между записями таблиц).

      Сущности  – это данные, которые классифицируются по типу, а связи показывают, как  эти типы данных соотносятся один с другим. Если описать некоторую предметную область в терминах сущности – связь, то получим модель сущность - связь для этой БД. 
 

2.2 Жизненный цикл СУБД 

     Жизненный цикл СУБД – это совокупность этапов, которые проходит база данных на своем пути от создания до окончания использования.

     Часто встречаемые этапы:

1. Исследование и анализ проблемы, для решения которой создается база данных.
2. Построение Инфологической и Даталогической модели.
3. Нормализация полученных Инфологических и Даталогических моделей. По окончанию этого этапа, как правило, получают заготовки таблицы БД и набор связей между ними (первичные и вторичные ключи).
4. Проверка целостности БД (Целостность базы данных).
5. Выбор физического способа хранения и эксплуатации (технического средства) базы данных.
6. Проектирование входных и выходных форм.
7. Разработка интерфейса приложения.
8. Функциональное наполнение приложения.
9. Отладка: проверка на корректность работы функционального наполнения системы.
10. Тестирование: тест на корректность ввода вывода данных, тест на максимальное количество активных сессий и т. д.
11. Ввод в эксплуатацию: отладка ИТ – инфраструктуры, обучение пользователей и ИТ – персонала.
12. При необходимости добавления выходных форм и дополнительной функциональности. В случае если необходимы более серьезные изменения, следует повторить все шаги с первого.
13. Вывод из эксплуатации: перенос данных в новую СУБД.