Презентация "Лекция 2.Информационные технологии работы с базами данных" – проект, доклад

Лекция 2. Информационные технологии работы с базами данных

Цель лекции: Рассмотреть функциональные возможности СУБД и общую методологию использования этих программных средств в социальной работе, связанной с организацией хранения и обработки данных.

Учебные вопросы

Основные понятия баз данных Реляционный подход к построению инфологической модели Построение инфологической модели Функциональные возможности СУБД

3.1. Основные понятия баз данных

В широком смысле слова база данных – это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Предметная область – это часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и в конечном счете автоматизации, например, предприятие, вуз, отдел и т.д.

База данных (БД) – это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области. Структурирование – это введение соглашений о способах представления данных. Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Конечные пользователи баз данных - специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей или источников данных. Администратор базы данных – это специалист или группа специалистов, обеспечивающие создание баз данных и поддержание их в актуальном состоянии.

Баз данных классифицируются:

По технологии обработки данных базы данных на: Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. В вычислительной системе возможен распределенный доступ к такой базе. Этот способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях ПК. Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

2. По способу доступа к данным базы данных разделяются на: базы данных с локальным доступом базы данных с удаленным (сетевым) доступом. Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем: файл-сервер; клиент-сервер

Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных.

Файл-сервер.

Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает. Пользователи могут создавать также на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно.

Клиент-сервер

Центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать хранение централизованной базы данных и выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту.

Структурные элементы базы данных

Поле – элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики: имя, например, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения; тип, например, символьный, числовой, календарный; длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным количеством символов; точность для числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа.

2. Запись – совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи – отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

3. Файл (таблица) – совокупность экземпляров записей одной структуры. Описание логической структуры записи файла содержит последовательность расположения полей записи и их основные характеристики.

Виды моделей данных

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой иерархическими отношениями и образует ориентированный граф перевернутое дерево). Основные понятия иерархической структур: уровень, элемент (узел), связь.

Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа.

Сетевая структура при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) обеспечивает каждого элемента с любым другим.

Реляционная (табличная) база данных представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами: каждый элемент таблицы – один элемент данных; все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину; каждый столбец имеет уникальное имя; одинаковые строки в таблице отсутствуют; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы – атрибутам отношений, доменам, полям.

3.2. Реляционный подход к построению инфологической модели

Информационный объект – это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Сущностями для информационных объектов могут служить: цех, склад, материал, вуз, студент, сдача экзаменов и т.д.

Класс (тип) – это информационный объект определенного реквизитного состава и структуры, которому присваивается уникальное имя (символьное обозначение), например Студент, Сессия, Стипендия. Информационный объект имеет множество реализаций – экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и идентифицируется значением ключа (простого – один реквизит или составного – несколько реквизитов). Остальные реквизиты информационного объекта являются описательными. При этом одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть ключевыми, а в других – описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.

Типы связей Все информационные объекты предметной области связаны между собой. Различаются связи нескольких типов, для которых введены следующие обозначения: один к одному (1:1);

один ко многим (1:М);

многие ко многим (М:М).

3.3. Построение инфологической модели

Базы данных и программные средства их создания и ведения (СУБД) имеют многоуровневую архитектуру

Концептуальная модель состоит из множества экземпляров различных типов данных, структурированных в соответствии с требованиями СУБД к логической структуре базы данных. Концептуальный уровень соответствует логическому аспекту представления данных предметной области в интегрированном виде.

Внутренняя модель состоит из отдельных экземпляров записей, физически хранимых во внешних носителях. Внутренний уровень отображает требуемую организацию данных в среде хранения и соответствует физическому аспекту представления данных.

Внешняя модель является подмножеством концептуальной модели. С помощью внешних моделей поддерживается санкционированный доступ к данным БД приложений (ограничен состав и структура данных концептуальной модели БД, доступных в приложении, а также заданы допустимые режимы обработки этих данных: ввод, редактирование, удаление, поиск). Внешний уровень поддерживает частные представления данных, требуемые конкретным пользователям.

Проектирование базы данных состоит в построении комплекса взаимосвязанных моделей данных.

Информационно-логическая (инфологическая) модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей. Инфологическая модель предметной области строится первой. Предварительная инфологическая модель строится еще на предпроектной стадии и затем уточняется на более поздних стадиях проектирования баз данных.

3.4. Функциональные возможности СУБД

Система управления базами данных - программная систему, предназначенная для создания на ЭВМ общей базы данных, используемой для решения множества задач. СУБД предназначена для централизованного управления базой данных в интересах всех работающих в этой системе и поддержания базы данных в актуальном состоянии .

По степени универсальности различают два класса СУБД: системы общего назначения; специализированные системы СУБД общего назначения – это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией базы данных информационной системы. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

Требования к СУБД:

1. Обеспечение целостности данных Это требование подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться, что информация в базе данных всегда остается корректной и полной. Должны быть установлены правила целостности, и они должны храниться вместе с базой данных и соблюдаться на глобальном уровне. 2. Обеспечение безопасности Это требование предусматривает наличие средства обеспечения защиты данных от случайного или преднамеренного искажения или уничтожения