Система управления базами данных

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И ПРАВА

 

Факультет инновационных технологий обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

по дисциплине

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы М-Т-12-3

Хаврицына Клара Геннадьевна .     подпись

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск

2014

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. КОНЦЕПЦИЯ БАЗ ДАННЫХ. АРХИТЕКТУРА СУБД

 

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.

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;

Основные черты концепции БД:

• 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 хранения);
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.

Базы данных понимают совокупность хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Целью создания баз данных, как разновидности информационной технологии и формы хранения данных, является построение системы данных, не зависящих от принятых алгоритмов (программного обеспечения), применяемых технических средств и физического расположения данных в ЭВМ, обеспечивающих непротиворечивую и целостную информацию при нерегламентируемых запросах. БД предполагает многоцелевое ее использование (несколько пользователей, множество форм документов и запросов одного пользователя).

Автоматизированный банк данных – это система информационных, математических, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоаспектного использования данных в некоторой предметной области.

Банк данных включает в себя одну или несколько баз данных логически связанных между собой, систему управления ими (СУБД) и комплекс прикладных программ.

• хранение и модификацию больших объемов многоаспектной информации;
• заданный уровень достоверности и непротиворечивость хранимой информации, ее восстановление после сбоев и отказов;
• поиск информации по произвольной совокупности признаков;
• одновременное обслуживание большого числа пользователей;
• оперативность в обработке запросов;
• простоту обращения;
• доступ к данным лишь тех пользователей, которые имеют необходимые полномочия.

Понятие СУБД:

База данных предполагает наличие некоторого программного обеспечения, позволяющего пользователям работать с базой данной. Это программное обеспечение разрабатывается с помощью инструментальных программных средств, называемых системой управления базами данных (СУБД).

Отметим разницу между базой данных и системой управления базой данных. Если какая-то фирма пишет в объявлении, что она продает базу данных, то это означает, что она продает информацию. Если же в рекламе написано о СУБД, то следует ожидать, что Вам предложат программные средства, с помощью которых Вы соберете свою собственную базу данных. Хотя, в реальной жизни, понятия базы данных и системы управления базой данных часто смешивают.

С помощью СУБД можно создавать базы данных, модифицировать данные в базе данных, вносить новые данные, разрабатывать пользовательские приложения. СУБД должна выполнять некоторые задачи по администрированию и поддержанию непротиворечивости данных. СУБД - это инструмент, с помощью которого создается та или иная конкретная база данных.

 

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ. ПОНЯТИЕ КОРТЕЖА ДАННЫХ И ОТНОШЕНИЯ

 

Основными понятиями реляционных баз данных являются тип данных, домен, атрибут, кортеж, первичный ключ и отношение.

 Для начала покажем смысл  этих понятий на примере отношения  СОТРУДНИКИ, содержащего информацию о сотрудниках некоторой организации:

Тип данных:

Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в современных реляционных БД 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.

Схема отношения, схема базы данных:

Схема отношения - это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена (или типа, если понятие домена не поддерживается)}. Степень или "арность" схемы отношения - мощность этого множества. Степень отношения СОТРУДНИКИ равна четырем, то есть оно является 4-арным. Если все атрибуты одного отношения определены на разных доменах, осмысленно использовать для именования атрибутов имена соответствующих доменов (не забывая, конечно, о том, что это является всего лишь удобным способом именования и не устраняет различия между понятиями домена и атрибута).

 Схема БД (в структурном смысле) - это набор именованных схем  отношений.

Кортеж, отношение:

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, - это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. "Значение" является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Тем самым, степень или "арность" кортежа, т.е. число элементов в нем, совпадает с "арностью" соответствующей схемы отношения. Попросту говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа.

Отношение - это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят "отношение - схема" и "отношение - экземпляр", иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей - телом отношения. На самом деле, понятие схемы отношения ближе всего к понятию структурного типа данных в языках программирования. Было бы вполне логично разрешать отдельно определять схему отношения, а затем одно или несколько отношений с данной схемой.

 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.

Обычным житейским представлением отношения является таблица, заголовком которой является схема отношения, а строками - кортежи отношения-экземпляра; в этом случае имена атрибутов именуют столбцы этой таблицы. Поэтому иногда говорят "столбец таблицы", имея в виду "атрибут отношения". Когда мы перейдем к рассмотрению практических вопросов организации реляционных баз данных и средств управления, мы будем использовать эту житейскую терминологию. Этой терминологии придерживаются в большинстве коммерческих реляционных СУБД.

Реляционная база данных - это набор отношений, имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД.

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

3. ЦЕЛОСТНОСТЬ РЕЛЯЦИОНЫХ БАЗ ДАННЫХ

 

Логические ограничения, накладываемые на данные, называются ограничениями целостности. СУБД должна контролировать соответствие данных заданным ограничениям при переводе БД из одного состояния в другое. Использование ограничений связано также с адекватностью отражения предметной области.

Явные ограничения задаются семантикой предметной области. Они описывают области допустимых значений атрибутов, соотношение между атрибутами, динамику их изменения и т. д. Внутренние ограничения свойственны собственно модели данных. Они накладываются на структуру отношений, на связи, на допустимые значения наборов данных, заложенные в выбранной модели данных. Способы реализации внутренних ограничений целостности зависят от СУБД.

     В РМД существует два вида внутренних ограничений целостности.

1. Целостность по существованию  – потенциальный ключ отношения  не может иметь пустого значения (NULL).

2. Целостность по связи –  определяется понятием внешнего  ключа отношения и означает систему правил, используемых для поддержания связей между записями в связанных таблицах. Обеспечивает защиту от случайного удаления или изменения связанных данных, от некорректного изменения ключевых полей.

 

 

 

 

 

 

 

 

4. НОРМАЛИЗАЦИЯ ОТНОШЕНИЙ РЕЛЯЦИЛННЫХ БАЗ ДАННЫХ. ВТОРАЯ НОРМАЛЬНАЯ ФОРМА (2NF)

 

Рассмотрим следующий пример схемы отношения:

СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ (СОТР_НОМЕР, СОТР_ЗАРП, ОТД_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, СОТР_ЗАДАН)

Первичный ключ:

СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР

Функциональные зависимости:

СОТР_НОМЕР (r) СОТР_ЗАРП

СОТР_НОМЕР (r) ОТД_НОМЕР

ОТД_НОМЕР (r) СОТР_ЗАРП

СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР (r) СОТР_ЗАДАН

Как видно, хотя первичным ключом является составной атрибут СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, атрибуты СОТР_ЗАРП и ОТД_НОМЕР функционально зависят от части первичного ключа, атрибута СОТР_НОМЕР. В результате мы не сможем вставить в отношение СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ кортеж, описывающий сотрудника, который еще не выполняет никакого проекта (первичный ключ не может содержать неопределенное значение). При удалении кортежа мы не только разрушаем связь данного сотрудника с данным проектом, но утрачиваем информацию о том, что он работает в некотором отделе. При переводе сотрудника в другой отдел мы будем вынуждены модифицировать все кортежи, описывающие этого сотрудника, или получим несогласованный результат. Такие неприятные явления называются аномалиями схемы отношения. Они устраняются путем нормализации.