В чем заключается сущность концепции баз данных

Информационные системы с базами данных

Итерационная процедура построения информационных систем

В чем состоит преимущество ориентации на автоматизацию основных бизнес-процессов при автоматизации организации или предприятия? Традиционно и повсеместно используемым подходом (особенно на начальных этапах развития информационной инфраструктуры организации) является применение так называемого позадачного метода решения задач автоматизации, направленного на решение достаточно простых и понятных руководству задач.

Даже в тех случаях реализации ИС, которые одобряются системным анализом, не удается избежать переделки ИС, т.к. она, как органическая часть производственного процесса, должна следовать и отвечать стратегическому генеральному бизнес-плану развития организации. Такой план всегда должен быть, если организация собирается долго жить в своем секторе рынка.

Концепция баз данных

Основные подходы к обработке информации в автоматизированных информационных системах

Одной из последних модификаций этого принципа является концепция независимости прикладных программ от данных вместе с процедурами их обработки ( объектно-ориентированный подход в программировании), который позволяет решить ряд вопросов обработки данных, связанных с интерпретацией семантического смысла данных.

Торжество концепции независимости программ от данных привело к формированию в 1962 году концепции базы данных (БД) и созданию на ее основе метода баз данных для решения задач обработки информации. До середины 60-х годов прошлого века основной концепцией построения программного обеспечения являлась концепция файловой системы и так называемый позадачный метод. Такой подход по-прежнему остается доминирующим в разработке и функционировании несущих операционных платформ. В конце 80-х годов прошлого века была предложена концепция объектно-ориентированных баз данных и объектно-ориентированный подход разработки программ на основе обработки событий. На рис. 1.3 представлены основные черты для каждой из указанных выше концепций. На рис. 1.4 проведено сопоставление основных методов обработки данных.

Основной смысл объектной технологии состоит в том, что программы рассматриваются как совокупность объектов. Объекту присущи следующие свойства:

Концепция баз данных

Идея повышения степени независимости обрабатывающих программ от способов хранения и содержания хранимых данных впервые была использована в концепции баз данных путем разделения логического и физического уровней хранения данных в 1964 году в исследованиях сотрудников фирмы IBM.

Такое деление средств манипулирования данными и их представления является в определенной степени условным. Язык определения данных служит для описания логической структуры (схемы) БД, а в некоторых случаях и способов хранения и доступа к данным. Язык манипулирования данными предоставляет алгоритмические средства построения приложений для обработки сохраняемых в БД элементов данных.

Системы управления базами данных

Определение 4. Системой управления базами данных (Data-base Management System ) называется совокупность программных средств, необходимых для использования базы данных и предоставляющих разработчикам и пользователям множество различных представлений данных.

Источник

В чем заключается сущность концепции баз данных

Концепция в общем смысле представляет некоторую систему взглядов на процесс или явление.

Составными частями концепции являются совокупность принципов и методология.

К современным базам данных, а следовательно, и к СУБД, на которых они строятся, предъявляются следующие основные требования.

Высокое быстродействие (малое время отклика на запрос).

Простота обновления данных.

Совместное использование данных многими пользователями.

Стандартизация построения и эксплуатации БД (фактически СУБД).

Адекватность отображения данных соответствующей предметной области.

Дружелюбный интерфейс пользователя.

Важнейшими являются первые два противоречивых требования: повышение быстродействия требует упрощения структуры БД, что, в свою очередь, затрудняет процедуру обновления данных, увеличивает их избыточность.

Независимость данных предполагает инвариантность к характеру хранения данных, программному обеспечению и техническим средствам. Она обеспечивает минимальные изменения структуры БД при изменениях стратегии доступа к данным и структуры самих исходных данных. Это достигается, как будет показано далее, «смещением» всех изменений на этапы концептуального и логического проектирования с минимальными изменениями на этапе физического проектирования .

Безопасность данных включает их целостность и защиту.

1) отсутствие неточно введенных данных или двух одинаковых записей об одном и том же факте;

2) защиту от ошибок при обновлении БД;

3) невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц;

4) неискажение данных при работе в многопользовательском режиме и в распределенных базах данных;

5) сохранность данных при сбоях техники (восстановление данных).

1) введением системы паролей;

2) получением разрешений от администратора базы данных (АБД);

3) запретом от АБД на доступ к данным;

Стандартизация обеспечивает преемственность поколений СУБД, упрощает взаимодействие БД одного поколения СУБД с одинаковыми и различными моделями данных. Стандартизация (ANSI/SPARC) осуществлена в значительной степени в части интерфейса пользователя СУБД и языка SQL. Это позволило успешно решить задачу взаимодействия различных реляционных СУБД как с помощью языка SQL, так и с применением приложения Open DataBase Connection (ODBC). При этом может быть осуществлен как локальный, так и удаленный доступ к данным (технология клиент/сервер или сетевой вариант).

Представляет интерес эволюция концепции баз данных .

В 1963 году С. Бахманом была построена первая промышленная база данных IDS с сетевой моделью данных, которая все еще характеризовалась избыточностью данных и их использованием только для одного приложения. Доступ к данным осуществлялся с помощью соответствующего программного обеспечения. В 1969 году сформировалась группа, создавшая набор стандартов CODASYL для сетевой модели данных.

Фактически начала использоваться (рис. 2.1, б) современная архитектура базы данных. Под архитектурой понимается разновидность (обобщение) структуры, в которой какой-либо элемент может быть заменен на другой элемент, характеристики входов и выходов которого идентичны первому элементу. Существенный скачок в развитии технологии баз данных дала предложенная М. Коддом в 1970 году парадигма реляционной модели данных. Под парадигмой понимается научная теория, воплощенная в систему понятий, отражающих существенные черты действительности. Теперь логические структуры могли быть получены из одних и тех же физических данных, т.е. доступ к одним и тем же физическим данным мог осуществляться различными приложениями по разным путям. Стало возможным обеспечение целостности и независимости данных.

В конце 70-х годов появились современные СУБД, обеспечивающие физическую и логическую независимость, безопасность данных, обладающие развитыми языками БД. Последнее десятилетие характеризуется появлением распределенных и объектно-ориентированных баз данных, характеристики которых определяются приложениями средств автоматизации проектирования и интеллектуализации БД.

Прежде чем рассматривать процедуры работы с базой данных, дадим набор характеристик БД (рис. 2.2) и пояснения к нему.

Существует два подхода к построению БД, базирующихся на двух подходах к созданию автоматизированной системы управления (АСУ).

Первый из них, широко использовавшийся в 80-е годы и потому получивший название классического (традиционного), связан с автоматизацией документооборота (совокупность документов, движущихся в процессе работы предприятия). Исходными и выходными координатами являлись документы, как это видно из примера 2.1.

Пример 2.1. Задача ставится следующим образом. Имеется система ручных документов, форма одного из которых показана в табл. 2.1.

Данные о поставках

Отчет о поставках за квартал

Использовался следующий тезис. Данные менее подвижны, чем алгоритмы, поэтому следует создать универсальную БД, которую затем можно использовать для любого алгоритма. Однако вскоре выяснилось, что создание универсальной БД проблематично. Господствовавшая до недавнего времени концепция интеграции данных при резком увеличении их объема оказалась несостоятельной. Более того, стали появляться приложения (например, текстовые, графические редакторы), базирующиеся на широко используемых стандартных алгоритмах. Выявились стандартные алгоритмы и в управлении (бизнесе), как это следует из примера 2.2.

Пример 2.2. Рассмотрим стандартную процедуру использования банковской кредитной карточки. Покупатель-клиент выбирает товар в супермаркете и, подходя к кассе, предъявляет для оплаты кредитную карточку. Она опускается в специальный приемник, и данные с нее считываются и передаются в компьютер супермаркета. Этот компьютер связывается с компьютером банка, в котором хранятся деньги клиента. Данные из компьютера банка (относительно клиента) передаются в компьютер супермаркета. Если у клиента на счете в банке больше средств, чем стоимость отобранного им товара, то компьютер маркета разрешает отпустить товары. Одновременно он проводит пересчет средств на счете клиента, внося изменения в финансовые документы супермаркета, в счет клиента в банке и кредитную карточку. Кредитная карточка с измененными данными возвращается клиенту. Если средств у клиента недостаточно, кредитная карточка может быть возвращена клиенту и он не будет обслужен в супермаркете.

К 90-м годам сформировался второй, современный подход, связанный с автоматизацией управления. Он предполагает первоначальное выявление стандартных алгоритмов приложений (алгоритмов бизнеса в зарубежной терминологии), под которые определяются данные, а стало быть, и база данных. Объектно-ориентированное программирование только усилило значимость этого подхода. Состав БД для различных подходов представлен на рис. 2.3.

В работе БД возможен одно- и многопользовательский (несколько пользователей подключаются к одному компьютеру через разные порты) режимы.

Используют восходящее и нисходящее проектирование БД. Первое применяют в распределенных БД при интеграции спроектированных локальных баз данных, которые могут быть выполнены с использованием различных моделей данных. Более характерным для централизованных БД является нисходящее проектирование.

Работа с базами данных может быть представлена в виде схемы, показанной на рис. 2.4. Из нее видно, что следует выделять методологию создания и методологию использования БД. Методология БД определяется в процедуре проектирования, но проявляется и в процедуре использования.

Существует много разновидностей методологии рассмотрения баз данных в классическом подходе , однако чаще всего придерживаются методологии ANSI/SPARC, схема которой представлена на рис. 2.5.

На рис. 2.5 показана совокупность процедур проектирования централизованной БД, которые можно объединить в четыре этапа.

На этапе формулирования и анализа требований устанавливаются цели организации, определяются требования к БД. Они состоят из общих требований, определенных в разделе 2.1, и специфических требований. Для формирования специфических требований обычно используется методика интервьюирования персонала различных уровней управления. Все требования документируются в форме, доступной конечному пользователю и проектировщику БД.

Этап концептуального проектирования заключается в описании и синтезе информационных требований пользователей в первоначальный проект БД. Исходными данными могут быть совокупность документов пользователя (рис. 2.4) при классическом подходе или алгоритмы приложений (алгоритмы бизнеса) при современном подходе. Результатом этого этапа является высокоуровневое представление (в виде системы таблиц БД) информационных требований пользователей на основе различных подходов.

Сначала выбирается модель БД. Затем с помощью ЯОД создается структура БД, которая заполняется данными с помощью команд ЯМД, систем меню, экранных форм или в режиме просмотра таблиц БД. Здесь же обеспечивается защита и целостность (в том числе ссылочная) данных с помощью СУБД или путем построения триггеров.

Специального обсуждения заслуживает процедура управления БД. Она наиболее проста в однопользовательском режиме. В многопользовательском режиме и в распределенных БД процедура сильно усложняется. При одновременном доступе нескольких пользователей без принятия специальных мер возможно нарушение целостности. Для устранения этого явления используют систему транзакций и режим блокировки таблиц или отдельных записей.

На этапе физического проектирования решаются вопросы, связанные с производительностью системы, определяются структуры хранения данных и методы доступа.

Взаимодействие между этапами проектирования и словарной системой необходимо рассматривать отдельно. Процедуры проектирования могут использоваться независимо в случае отсутствия словарной системы. Сама словарная система может рассматриваться как элемент автоматизации проекти-рования.

Средства проектирования и оценочные критерии используются на всех стадиях разработки. В настоящее время неопределенность при выборе критериев является наиболее слабым местом в проектировании БД. Это связано с трудностью описания и идентификации большого числа альтернативных решений.

Проще обстоит дело при работе с количественными критериями, к которым относятся время ответа на запрос, стоимость модификации, стоимость памяти, время на создание, стоимость на реорганизацию. Затруднение может вызывать противоречие критериев друг другу.

В то же время существует много критериев оптимальности, являющихся неизмеримыми свойствами, трудно выразимыми в количественном представлении или в виде целевой функции.

К качественным критериям могут относиться гибкость, адаптивность, доступность для новых пользователей, совместимость с другими системами, возможность конвертирования в другую вычислительную среду, возможность восстановления, возможность распределения и расширения.

Процесс проектирования является длительным и трудоемким и обычно продолжается несколько месяцев. Основными ресурсами проектировщика БД являются его собственная интуиция и опыт, поэтому качество решения во многих случаях может оказаться низким.

Основными причинами низкой эффективности проектируемых БД могут быть:

недостаточно глубокий анализ требований (начальные этапы проектирования), включая их семантику и взаимосвязь данных;

большая длительность процесса структурирования, делающая этот процесс утомительным и трудно выполняемым при ручной обработке.

В этих условиях важное значение приобретают вопросы автоматизации разработки.

БД используются обычно не самостоятельно, а являются компонентой различных информационных систем: банков данных, информационно-поисковых и экспертных систем, систем автоматизированного проектирования, автоматизированных рабочих мест, автоматизированных систем управления.

В БД имеется три уровня представления данных (рис. 2.4): концептуальная, логическая и физическая базы данных.

В логическом представлении применяются следующие виды моделей данных: иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные (объектно-реляционные).

Иерархическая модель является разновидностью сетевой, являющейся совокупностью деревьев (лесом).

Сетевая модель является моделью объектов-связей, допускающей только бинарные связи «многие к одному», и использует для описания модель ориентированных графов.

Реляционная модель использует представление данных в виде таблиц (реляций, связей). В ее основе лежит математическое понятие теоретико-множественного отношения: она базируется на реляционной алгебре и теории отношений.

В объектно-ориентированной модели используются понятия класса, объекта, метода.

В процессе использования БД имеются операции обновления (запись, удаление, модификация данных) и запрос-ответ (чтение).

На этапе И1 пользователь должен выяснить, какие формы документов ему нужны. Это могут быть не только логические модели пользователя, но и различные их модификации при разных сочетаниях полей. Поскольку логические (а тем более модифицированные логические) модели могут отличаться от логической модели БД, следует определить, какие сочетания полей необходимы для выводимых машинных документов.

Эти сочетания образуются с помощью элементарных правил (этап И2), изучаемых реляционной алгеброй и реляционным исчислением. Далее правила следует трансформировать в соответствующие варианты обращения к СУБД через ее интерфейс. Это могут быть меню, экранные формы, язык программирования (например, SQL), запрос по примеру, режим просмотра таблиц БД. Результат может быть представлен в виде таблиц или отчетов.

При эксплуатации БД используют и две специфические операции: навигацию и спецификацию.

Для работы с БД используется специальный обобщенный инструментарий в виде СУБД, предназначенный для управления БД и обеспечения интерфейса пользователя.

Существует два основных направления реализации СУБД: программное и аппаратное.

Программная реализация (в дальнейшем СУБД) представляет собой набор программных модулей, работает под управлением конкретной ОС и выполняет следующие функции: описание данных на концептуальном и логическом уровнях; загрузку данных; хранение данных; поиск и ответ на запрос ( транзакцию); внесение изменений; обеспечение безопасности и целостности; предоставление пользователю языковых средств: языка описания данных (ЯОД), языка манипулирования данными (ЯМД), языка запросов.

Аппаратная реализация предусматривает использование и так называемых машин баз данных (МБД). Их появление вызвано возросшими объемами информации и требованиями к скорости доступа.

Таким образом, в соответствии с рис. 2.4, 2.5 теоретические вопросы можно скомпоновать в две группы (рис. 2.6).

Общая теория баз данных. Сюда относятся вопросы, не зависящие от моделей данных:

а) математический аппарат баз данных (глава 3);

б) описание структуры БД, в том числе различных МД с их сравнительными характеристиками, выбор МД, структурные преобразования БД.

Теория реляционных БД (глава 4). Для них наиболее продвинута прикладная математическая теория БД. Она включает три фактически автономных раздела (рис. 2.6):

В дальнейшем изложении материала будем руководствоваться рис. 2.6.

© Центр дистанционного образования МГУП

Источник

Понятие баз данных. Концепция БД. Преимущества банковской организации данных.

Понятие баз данных. Концепция БД. Преимущества банковской организации данных.

БД – Представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

Концепция баз данных

До появления концепции БД и соответствующих этой концепции программных средств управление данными во внешней памяти производилось с помощью файловых систем, которые являются подсистемой ОС. Но их возможности для информационного моделирования ПО ограничены.

Основные черты концепции БД:

• данные отделяются от прикладной программы (ПП), появляется специальная программная надстройка для управления данными, называемая системой управления базами данных (СУБД); СУБД управляет данными и служит посредником между ними и ПП; ПП упрощаются, освобождаются от функций структуризации, хранения и поиска данных;

• появляются стандартизированные данные о фактографических данных – метаданные, управляемые СУБД; метаданные описывают информационные параметры и взаимосвязи фактографических данных о ПО;СУБД совместно с метаданными представляет собой стандартизированное инструментальное

средство для моделирования ПО различной природы;

• происходит централизация (интеграция) данных, их многоаспектное использование для различных приложений, что сокращает избыточность данных, позволяет обеспечить более высокий уровень достоверности данных и оптимизировать различные процедуры ведения и использования БД.

Принято считать, что использование концепции баз данных позволяет:

1. повысить надежность, целостность и сохранность данных;

2. сохранить затраты интеллектуального труда;

3. обеспечить простоту и легкость использования данных;

4. обеспечить независимость прикладных программ от данных (изменений их описаний и способов

5. обеспечить достоверность данных;

6. обеспечить требуемую скорость доступа к данным;

7. стандартизовать данные в пределах одной предметной области;

8. автоматизировать реорганизацию данных;

9. обеспечить защиту от искажения и уничтожения данных;

10. сократить дублирование информации за счет структурирования данных;

11. обеспечить обработку незапланированных запросов к хранимой информации;

12. создать предпосылки для создания распределенной обработки дaнныx.

Банк данных (БнД) является современной формой организации хранения и доступа к информации. Банк данных – это прежде всего система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

Банк данных является сложной системой, включающей в себя все обеспечивающие подсистемы, необходимые для функционирования любой системы автоматизированной обработки. Прежде всего это то, что базы данных создаются не для решения какой-либо одной задачи для одного пользователя, а для многоцелевого использования.

Другая отличительная особенность банков данных – наличие специальных языковых и программных средств, облегчающих для пользователей выполнение всех операций, связанных с организацией хранения данных, их корректировки и доступа к ним. Такая совокупность языковых и программных средств называется системой управления базой данных (СУБД).

Функции СУБД

Современная система управления базами данных должна выполнять следующие функции:
— определения данных
СУБД должна допускать определения данных (внешние схемы, концептуальную схему, внутреннюю схему, а также все связанные отображения) в исходной форме и преобразовывать эти определения в форму соответствующих объектов, т. е. СУБД должна включать в себя компонент языкового процессора для различных языков определения данных.
— обработка данных
СУБД должна уметь обрабатывать запросы пользователя на выборку, изменение или удаление соответствующих данных в базе данных или на добавление новых данных в базу данных, т. е. СУБД должна включать в себя компонент процессора языка обработки данных (ЯОД).
— безопасность и целостность данных
СУБД должна контролировать пользовательские запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности, определенных АБД.
— восстановление данных и дублирование
Восстановление и дублирование данных осуществляется СУБД или администратором.
— введение словаря данных
Словарь данных – это исчерпывающий набор таблиц или файлов, представляющий собой каталог всех описаний данных. Также он может содержать информацию о пользователях, привилегиях и т.д., доступную только администратору базу данных. Словарь данных является центральным источником информации для СУБД, АБД всех пользователей.
— производительность
СУБД должна выполнять все указанные функции с максимально возможной эффективностью.
В целом назначением СУБД является предоставление пользовательского интерфейса с базой данных.

Требования к БнД.

Компоненты БнД.

Классификация СУБД и БД.

Под определение СУБД может попасть любой программный продукт, способный поддерживать процессы проектирования, администрирования и использования базы данных, поэтому была разработана классификация СУБД по видам программ:

1) полнофункциональные – самые многочисленные и мощные по своим возможностям программы, например Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Clarion Database Developer и др.;

Полнофункциональныеявляются наиболее многочисленными и мощными по своим возможностям.

Обычно ПФСУБД имеют развитый интерфейс, позволяющий с помощью команд меню выполнять основные действия с БД: создавать и модифицировать структуры таблиц, вводить данные, формировать запросы, разрабатывать отчеты, выводить их на печать и т. и. Для создания запросов и отчетов не обязательно программирование, а удобно пользоваться языком QBE (Query By Example — формулировки запросов по образцу. Многие ПФСУБД включают средства программирования для профессиональных разработчиков.

2) серверы баз данных – применяются для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Среди них программы Microsoft SQL Server, NetWare SQL фирмы Novell;

Серверы БД реализуют функции управления базами данных, запрашиваемые другими (клиентскими) программами обычно с помощью операторов SQL.

3) клиенты баз данных – различные программы (полнофункциональные СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.), обеспечивающие большую производительность вычислительной сети, если клиентская и серверная части базы данных будут произведены одной фирмой, но такое условие не является обязательным;

В роли клиентских программ для серверов БД в общем случае могут использоваться различные программы: ПФСУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры, программы электронной почты и т. д. При этом элементы пары «клиент — сервер» могут принадлежать одному или разным производителям программного обеспечения.

4) средства разработки программ работы с базами данных – предназначены для разработки таких программных продуктов, как клиентские программы, серверы баз данных и их отдельные приложения, а также пользовательские приложения. Средствами разработки пользовательских приложений служат системы программирования, библиотеки программ для различных языков программирования, пакеты автоматизации разработок. Самыми часто используемыми средствами разработки пользовательских приложений являются инструментальные средства Delphi фирмы Borland и Visual Basic фирмы Microsoft.

Средства разработки программ работы с БД могут использоваться для создания разновидностей следующих программ:

· серверов БД и их отдельных компонентов;

Программы первого и второго вида довольно малочисленны, так как предназначены, главным образом, для системных программистов. Пакетов третьего вида гораздо больше, но меньше, чем полнофункциональных СУБД.

По виду применения СУБД подразделяются на персональные и многопользовательские.

Персональные СУБД (например, Visual FoxPro, Paradox, Access) используются при проектировании персональных баз данных и недорогих приложений, работающих с ними, которые, в свою очередь, могут применяться в качестве клиентской части многопользовательской СУБД.

Многопользовательские СУБД (например, Oracle и Informix) состоят из сервера баз данных и клиентской части и способны работать с различными типами ЭВМ и ОС различных фирм-производителей.

Чаще всего информационные системы строятся на основе архитектуры клиент-сервер, в которую входят вычислительная сеть и распределенная база данных. Вычислительная сеть используется для организации научной работы на ПК и в сетях. Распределенная база данных состоит из многопользовательской базы данных, размещенной на компьютере-сервере, и персональной базы данных, находящейся на рабочих станциях. Сервер базы данных осуществляет выполнение основного объема обработки данных.

Классификация СУБД и БД

2. По степени распределенности

3. По способу доступа к БД

1. В зависимости от размера БД и ее расположения можно выделить

2. В зависимости от хранимых данных:

3. В зависимости от модели данных

4. В зависимости от технологии хранения:

Базы данных

Модель структурирования

По типу хранимой информации

По языкам общения

По функциям

По сфере применения

По мощности

OLTP и OLAP системы.

ROLAP (Relational OLAP)

ROLAP-системы позволяют представлять данные, хранимые в классической реляционной базе, в многомерной форме или в плоских локальных таблицах на файл-сервере, обеспечивая преобразование информации в многомерную модель через промежуточный слой метаданных. Агрегаты хранятся в той же БД в специально созданных служебных таблицах. В этом случае гиперкуб эмулируется СУБД на логическом уровне.

HOLAP (Hybrid OLAP)

Детальные данные остаются в той же реляционной базе данных, где они изначально находились, а агрегатные данные хранятся в многомерной базе данных.

Уровни моделей БД.

Связи между объектами.

Тип данных

Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в современных реляционных базах данных допускается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированных числовых данных (таких как «деньги»), а также специальных «темпоральных» данных (дата, время, временной интервал). Достаточно активно развивается подход к расширению возможностей реляционных систем абстрактными типами данных (соответствующими возможностями обладают, например, системы семейства Ingres/Postgres). В нашем примере мы имеем дело с данными трех типов: строки символов, целые числа и «деньги».

Домен

Понятие домена более специфично для баз данных, хотя и имеет некоторые аналогии с подтипами в некоторых языках программирования. В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена.

Наиболее правильной интуитивной трактовкой понятия домена является понимание домена как допустимого потенциального множества значений данного типа. Например, домен «Имена» в нашем примере определен на базовом типе строк символов, но в число его значений могут входить только те строки, которые могут изображать имя (в частности, такие строки не могут начинаться с мягкого знака).

Следует отметить также семантическую нагрузку понятия домена: данные считаются сравнимыми только в том случае, когда они относятся к одному домену. В нашем примере значения доменов «Номера пропусков» и «Номера групп» относятся к типу целых чисел, но не являются сравнимыми. Заметим, что в большинстве реляционных СУБД понятие домена не используется, хотя в Oracle V.7 оно уже поддерживается.

Кортеж, отношение

Однако в реляционных базах данных это не принято. Имя схемы отношения в таких базах данных всегда совпадает с именем соответствующего отношения-экземпляра. В классических реляционных базах данных после определения схемы базы данных изменяются только отношения-экземпляры. В них могут появляться новые и удаляться или модифицироваться существующие кортежи. Однако во многих реализациях допускается и изменение схемы базы данных: определение новых и изменение существующих схем отношения. Это принято называть эволюцией схемы базы данных.

Как видно, основные структурные понятия реляционной модели данных (если не считать понятия домена) имеют очень простую интуитивную интерпретацию, хотя в теории реляционных баз данных все они определяются абсолютно формально и точно.

Индексы.

Индекс, как и ключ, строится по полям таблицы, однако он может допус­кать повторение значений составляющих его полей. Поля, по которым построен индекс, называют индексными. Простой индекс состоит из одного поля, а составной (сложный) — из нескольких полей. Использование индекса обеспечивает: 1) увеличение скорости доступа (поиска) к данным; 2) сортировку записей; 3) установление связи между таблицами БД; 4) использование ограничений ссылочной целостности. Использование индекса повышает скорость доступа к данным в таблице на основе того, что доступ выполняется не последовательным, а индексно-последовательным методом.

Аномалии обновления

Исторически эти проблемы получили название аномалии обновления. Попытки дать строгое понятие аномалии в базе данных не являются вполне удовлетворительными [51, 7]. В данных работах аномалии определены как противоречие между моделью предметной области и физической моделью данных, поддерживаемых средствами конкретной СУБД. «Аномалии возникают в том случае, когда наши знания о предметной области оказываются, по каким-то причинам, невыразимыми в схеме БД или входящими в противоречие с ней» [7]. Мы придерживаемся другой точки зрения, заключающейся в том, что аномалий в смысле определений упомянутых авторов нет, а есть либо неадекватность модели данных предметной области, либо некоторые дополнительные трудности в реализации ограничений предметной области средствами СУБД. Более глубокое обсуждение проблемы строгого определения понятия аномалий выходит за пределы данной работы.

Таким образом, мы будем придерживаться интуитивного понятия аномалии как неадекватности модели данных предметной области, (что говорит на самом деле о том, что логическая модель данных попросту неверна!) или как необходимости дополнительных усилий для реализации всех ограничений определенных в предметной области (дополнительный программный код в виде триггеров или хранимых процедур).

Т.к. аномалии проявляют себя при выполнении операций, изменяющих состояние базы данных, то различают следующие виды аномалий:

· Аномалии вставки (INSERT)

· Аномалии обновления (UPDATE)

· Аномалии удаления (DELETE)

В отношении СОТРУДНИКИ_ОТДЕЛЫ_ПРОЕКТЫ можно привести примеры следующих аномалий:

Аномалии вставки (INSERT)

В отношение СОТРУДНИКИ_ОТДЕЛЫ_ПРОЕКТЫ нельзя вставить данные о сотруднике, который пока не участвует ни в одном проекте. Действительно, если, например, во втором отделе появляется новый сотрудник, скажем, Пушников, и он пока не участвует ни в одном проекте, то мы должны вставить в отношение кортеж (4, Пушников, 2, 33-22-11, null, null, null). Это сделать невозможно, т.к. атрибут Н_ПРО (номер проекта) входит в состав потенциального ключа, и, следовательно, не может содержать null-значений.

Точно также нельзя вставить данные о проекте, над которым пока не работает ни один сотрудник.

Аномалии удаления (DELETE)

При удалении некоторых данных может произойти потеря другой информации. Например, если закрыть проект «Космос» и удалить все строки, в которых он встречается, то будут потеряны все данные о сотруднике Петрове. Если удалить сотрудника Сидорова, то будет потеряна информация о том, что в отделе номер 2 находится телефон 33-22-11. Если по проекту временно прекращены работы, то при удалении данных о работах по этому проекту будут удалены и данные о самом проекте (наименование проекта). При этом если был сотрудник, который работал только над этим проектом, то будут потеряны и данные об этом сотруднике.

Функциональные зависимости

Отношение СОТРУДНИКИ_ОТДЕЛЫ_ПРОЕКТЫ находится в 1НФ, при этом, как было показано выше, логическая модель данных не адекватна модели предметной области. Таким образом, первой нормальной формы недостаточно для правильного моделирования данных.

Таблица 3 Отношение ПРОЕКТЫ

Отношение ЗАДАНИЯ (Н_СОТР, Н_ПРО, Н_ЗАДАН):

<Н_СОТР, Н_ПРО> Н_ЗАДАН

Таблица 4 Отношения ЗАДАНИЯ

Таблица 5 Отношение СОТРУДНИКИ

Отношение ОТДЕЛЫ (Н_ОТД, ТЕЛ):

Зависимость номера телефона от номера отдела:

Н_ОТД ТЕЛ

Таблица 6 Отношение ОТДЕЛЫ

Обратим внимание на то, что атрибут Н_ОТД, не являвшийся ключевым в отношении СОТРУДНИКИ_ОТДЕЛЫ, становится потенциальным ключом в отношении ОТДЕЛЫ. Именно за счет этого устраняется избыточность, связанная с многократным хранением одних и тех же номеров телефонов.

Вывод. Таким образом, все обнаруженные аномалии обновления устранены. Реляционная модель, состоящая из четырех отношений СОТРУДНИКИ, ОТДЕЛЫ, ПРОЕКТЫ, ЗАДАНИЯ, находящихся в третьей нормальной форме, является адекватной описанной модели предметной области, и требует наличия только тех триггеров, которые поддерживают ссылочную целостность. Такие триггеры являются стандартными и не требуют больших усилий в разработке.

Общая характеристика языка

Язык SQL предназначен для выполнения операций над таблицами (создание, удаление, изменение структуры) и над данными таблиц (выборка, изменение, добавление и удаление), а также некоторых сопутствующих операций. SQL является непроцедурным языком и не содержит операторов управления, организации подпрограмм, ввода- вывода и т.п. В связи с этим SQL автономно не используется, обычно он погружен в среду встроенного языка программирования СУБД (например, FoxPro СУБД Visual FoxPro, ObjectPAL СУБД Paradox, Visual Basic for Applications СУБД Access).

В современных СУБД с интерактивным интерфейсом можно создавать запросы, используя другие средства, например QBE. Однако применение SQL зачастую позволяет повысить эффективность обработки данных в базе. Например, при подготовке запроса в среде Access можно перейти из окна Конструктора запросов (формулировки запроса по образцу на языке QBE) в окно с эквивалентным оператором SQL. Подготовку нового запроса путем редактирования уже имеющегося в ряде случае проще выполнить путем изменения оператора SQL. В различных СУБД состав операторов SQL может несколько отличаться.

Язык SQL не обладает функциями полноценного языка разработки, а ориентирован на доступ к данным, поэтому его включают в состав средств разработки программ. В этом случае его называют встроенным SQL.

Стандарт языка SQL поддерживают современные реализации следующих языков программирования: PL/1, Ada, С, COBOL, Fortran, MUMPS и Pascal.

В специализированных системах разработки приложений типа клиент-сервер среда программирования, кроме того, обычно дополнена коммуникационными средствами (установление и разъединение соединений с серверами БД, обнаружение и обработка возникающих в сети ошибок и т.д.), средствами разработки пользовательских интерфейсов, средствами проектирования и отладки.

Различают два основных метода использования встроенного SQL: статический и динамический.

При статическом использовании языка (статический SQL) в тексте программы имеются вызовы функций языка SQL, которые жестко включаются в выполняемый модуль после компиляции. Изменения в вызываемых функциях могут быть на уровне отдельных параметров

вызовов с помощью переменных языка программирования. При динамическом использовании языка (динамический SQL) предполагается динамическое построение вызовов SQL-функций и

интерпретация этих вызовов, например, обращение к данным удаленной базы, в ходе выполнения программы. Динамический метод обычно применяется в случаях, когда в приложении заранее неизвестен вид SQL- вызова и он строится в диалоге с пользователем.

Основным назначением языка SQL (как и других языков для работы с базами данных) является подготовка и выполнение запросов.

Состав языка SQL.

Язык SQL

Стандарт SQL определяется ANSI (Американским Национальным Институтом Стандартов) и в данное время также принимается ISO (Международной Организацией по Стандартизации). Однако, большинство коммерческих программ баз данных расширяют SQL без уведомления ANSI, добавляя различные особенности в этот язык, которые, как они считают, будут весьма полезны. Иногда они несколько нарушают стандарт языка, хотя хорошие идеи имеют тенденцию развиваться и вскоре становиться стандартами «рынка» сами по себе в силу полезности своих качеств.

Состав языка SQL

Язык SQL предназначен для манипулирования данными в реляционных базах данных, определения структуры баз данных и для управления правами доступа к данным в многопользовательской среде.

Поэтому, в язык SQL в качестве составных частей входят:

Подчеркнем, что это не отдельные языки, а различные команды одного языка. Такое деление проведено только лишь с точки зрения различного функционального назначения этих команд.

Язык манипулирования данными используется, как это следует из его названия, для манипулирования данными в таблицах баз данных. Он состоит из 4 основных команд:

Язык управления данными используется для управления правами доступа к данным и выполнением процедур в многопользовательской среде. Более точно его можно назвать «язык управления доступом». Он состоит из двух основных команд:

С точки зрения прикладного интерфейса существуют две разновидности команд SQL:

Интерактивный SQL используется в специальных утилитах (типа WISQL или DBD), позволяющих в интерактивном режиме вводить запросы с использованием команд SQL, посылать их для выполнения на сервер и получать результаты в предназначенном для этого окне. Встроенный SQL используется в прикладных программах, позволяя им посылать запросы к серверу и обрабатывать полученные результаты, в том числе комбинируя set-ориентированный и record-ориентированный подходы.

Помимо предложения CONSTRAINT в SQL-инструкциях используются следующие предложения:

FROM. — указывает таблицы или запросы, которые содержат поля, перечисленные в инструкции SELECT;

WHERE. — определяет, какие записи из таблиц, пе­речисленных в предложении FROM, следует включить в резуль­тат выполнения инструкции SELECT, UPDAТЕ или DELETE;

GROUP BY. — объединяет записи с одинаковыми зна­чениями в указанном списке полей в одну запись;

НАVING. — определяет, какие сгруппированные за­писи отображаются при использовании инструкции SELECTспредложением GROUPBY;

IN. — определяет таблицы в любой внешней базе данных, с которой ядро СУБД может установить связь;

ORDER BY. — сортирует записи, полученные в резуль­тате запроса, в порядке возрастания или убывания на основе значений указанного поля или полей.

В качестве источника данных по предложению FROM, помимо таблиц и запросов, могут использоваться также результаты операций соединения таблиц в трех разновидностях—INNER JOIN. ON. LEFT JOIN. ..ON. и RIGHT JOIN. ON. (внутреннее соединение, левое и правое внешнее соединение, соответственно*).

Предикаты используются для задания способов и режи­мов использования записей, отбираемых на основе условий в инструкции SQL. Такими предикатами являются:

ALL. — отбирает все записи, соответству­ющие условиям, заданным в инст­рукции SQL, используется по умол­чанию;

DISTINCT. — исключает записи, которые содер­жат повторяющиеся значения в выбранных полях;

DISTINCTROW. — опускает данные, основанные на целиком повторяющихся записях, а не на отдельных повторяющихся полях;

ТОРп. — возвращает п записей, находящих­ся в начале или в конце диапазона, описанного с помощью предложе­ния ORDER BY;

Источник