лекция 1

1-лекция. Введение в базы данных

Цель лекции: рассмотреть основные понятия баз данных. Рассмотреть основные модели данных.

1. Понятие баз данных

2. Основные модели баз данных

3. Технологии разработки баз данных

Основой всякой информационной системы является база данных — организованная совокупность данных на магнитных дисках. Первый вывод, который можно сделать относительно организации больших баз данных — это то, что они требуют больших объемов дисковой памяти.

Итак, когда накопленная информация хранится в форме каким-либо образом организованных учетных записей или в виде структурированного файла, можно говорить о наличии базы данных (БД).

База данных — поименованная совокупность структурированных данных. (Структурирование данных — это процесс группировки данных по определенным параметрам)

Наличие компьютерной БД, т. е. файла, хранящего совокупность связанных между собой сведений, подразумевает и наличие программы, которая обрабатывает эти данные (производит поиск, сортировку, редактирование данных). Такая программа называется системой управления базой данных (СУБД). Без возможности осуществления перечисленных операций база данных становится практически бесполезной. Таким образом, СУБД — это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Компьютерную базу данных можно создать несколькими способами:

• С помощью алгоритмических языков программирования, таких как Basic, Pascal, и т. д. Данный способ применяется для создания уникальных баз данных опытными программистами.

• С помощью прикладной среды, например Visual Basic, Delphi7. Данный способ требует некоторых навыков работы в программных средах и навыков программирования. С его помощью можно создавать базы данных, требующие каких-то индивидуальных особенностей построения. Создание такой базы под силу только опытным пользователям.

• С помощью специальных программных сред, которые называются Системами Управления Базами Данных (СУБД). Работа с такими системами требует навыков работы с компьютером и может быть освоена пользователями в достаточно короткие сроки.

По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные. Если проводить аналогию с описанными выше примерами информационных хранилищ, то фактографические БД — это картотеки, а документальные — это архивы. В фактографических БД хранится краткая информация в строго определенном формате. В документальных БД — всевозможные документы. Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и звук (мультимедиа).

Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные и распределенные. Вся информация в централизованной БД хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.

Третий признак классификации баз данных — по структуре организации данных.

Это: реляционная, иерархическая и сетевая. Реляционные базы данных являются наиболее эффективными.

Реляционная модель.

Термин «реляционный» (от латинского relatio — отношение) указывает, прежде всего, на то, что такая модель хранения данных построена на взаимоотношении составляющих ее частей. В простейшем случае она представляет собой двухмерный массив или двухмерную таблицу, а при создании сложных информационных моделей составит совокупность взаимосвязанных таблиц.

Рассмотрим табл. 1, в которой хранятся сведения об учениках школы (фамилия, имя, отчество, год рождения, класс, номер личного дела). Каждая строка такой таблицы называется записью. Каждый столбец в такой таблице называется полем. На основании этой таблицы создадим базу данных школьников и назовем ее «Наша школа».

Таблица 1. Наша школа

№ личного дела	Класс	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения
А-25	8 «Б»	Сидоров	Михаил	Александрович	13.10.83
Д-7	8 «Б»	Иванова	Татьяна	Леонидовна	24.08.84
И-33	10«А»	Павлова	Елена	Сергеевна	14.02.81
К-3	9 «Б»	Доронина	Анастасия	Александровна	11.11.84

С такой формой хранения данных мы с вами уже познакомились в начале этого раздела. Модель данных, как и сама база данных, является объектом, имеющим свои определенные свойства.

Реляционная модель базы данных имеет следующие свойства:

• Каждый элемент таблицы — один элемент данных.

• Все столбцы в таблице являются однородными, т. е. имеют один тип (числа, текст, дата и т. д.).

• Каждый столбец (поле) имеет уникальное имя.

• Одинаковые строки в таблице отсутствуют.

• Порядок следования строк в таблице может быть произвольным и может характеризоваться количеством полей, количеством записей, типом данных.

Рассмотрим приведенный выше пример.

Данные в нем представлены в виде таблицы, которая содержит сведения об учениках школы. Раз мы хотим создать базу данных, то данной таблице необходимо присвоить имя. Пусть она называется «Школа».

В столбцах данной таблицы будем записывать параметры, характеризующие каждого ученика, а в строках будем записывать сведения об одном конкретном ученике. Каждый столбец (поле) также должен иметь свое имя. В нашем случае это: номер личного дела, класс, фамилия, имя, отчество, дата рождения.

Имена полей в одной таблице не могут повторяться.

Над этой моделью базы данных удобно производить следующие действия:

• сортировку данных (например, по алфавиту);

• выборку данных по группам (например, по датам рождения или по фамилиям);

• поиск записей (например, по фамилиям) и т. д.

Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких таблиц, которые связываются между собой ключами.

Ключ — поле, которое однозначно определяет соответствующую запись.

В нашем примере в качестве ключа может служить номер личного дела учащегося.

В заключение отметим, что в настоящее время реляционная модель является наиболее удобной и применимой моделью хранения данных.

Иерархическая модель.

Иерархическая модель базы данных представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево (граф). Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи. Принцип работы модели таков, что несколько узлов более низкого уровня соединяется при помощи связи с одним узлом более высокого уровня. Узел — информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии.

Рассмотрим иерархическую модель на примере базы данных «Наша школа», построенной нами ранее. С точки зрения иерархической модели, она должна принять следующий вид: в состав школы входят классы; параллельные классы делятся по буквам, в состав каждого класса входят конкретные ученики. Рассмотрев данный пример, мы можем записать следующие свойства иерархической модели базы данных:

• несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня;

• иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), не подчиненный никакой другой вершине;

• каждый узел имеет свое имя (идентификатор);

Существует только один путь от корневой записи к более частной записи данных.

В примере с базой данных «Школа» следует обратить внимание на то, что каждый узел в этой схеме удобно описывать в виде таблиц, т. е. применять реляционную модель. Таким образом, базы данных можно описывать совокупностью нескольких моделей.

Сетевая модель.

Сетевая модель базы данных похожа на иерархическую. Она имеет те же основные составляющие (узел, уровень, связь), однако характер их отношений принципиально иной. В сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней. В качестве примера рассмотрим базу данных, хранящую сведения о закреплении учителей-предметников за определенными классами. Видно, что один учитель может преподавать в нескольких классах и что один и тот же предмет могут вести разные учителя.

В базовом курсе информатики мы будем рассматривать только фактографические реляционные базы данных. Это объясняется не только ограниченностью школьного курса, но и тем, что реляционный тип баз данных используется сегодня наиболее часто и является универсальными, т. к. любая система данных может быть отражена в виде таблиц.

Этапы разработки базы данных.

При разработке базы данных можно выделить следующие этапы работы.

Создание базы данных состоит из трех этапов.

1. Проектирование БД. Это теоретический этап работы (без компьютера). На этом этапе определяется:

• какие таблицы будут входить в состав БД,

• структура таблиц (из каких полей, какого типа и размера будет состоять каждая таблица),

• какие поля будут выбраны в качестве первичных (главных) ключей каждой таблицы и т. д.

2. Создание структуры. На этом этапе с помощью конкретной СУБД описывается структура таблиц, входящих в состав БД.

3. Ввод записей. Заполнение таблиц базы данных конкретной информацией.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое базы данных?

2. Как создаются базы данных?

3. Что представляет сетевая модель базы данных?

4. Что представляет иерархическая модель базы данных?

5. Что представляет реляционная модель базы данных?