Таблица-отношение является универсальным объектом реляционных моделей. Это обеспечивает возможность унификации обработки данных в различных СУБД, поддерживающих реляционную модель. Операции обработки реляционных моделей основаны на использовании универсального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления.
Таблица является основным типом структуры данных (объектом) реляционной модели. Структура таблицы определяется совокупностью столбцов. В каждой строке таблицы содержится по одному значению в соответствующем столбце. В таблице не может быть двух одинаковых строк. Общее число строк не ограничено.
Столбец соответствует некоторому элементу данных — атрибуту, который является простейшей структурой данных. В таблице не могут быть определены множественные элементы, группа или повторяющаяся группа, как в рассмотренных выше сетевых и иерархических моделях. Каждый столбец таблицы должен иметь имя соответствующего элемента данных (атрибута). Один или несколько атрибутов, значения которых однозначно идентифицируют строку таблицы, являются ключом таблицы.
В реляционном подходе к построению баз данных используется терминология теории отношений. Простейшая двумерная таблица определяется как отношение. Столбец таблицы со значениями соответствующего атрибута называется доменом, а строки со значениями разных атрибутов — кортежем.
2. Системы управления базами данных
2.1 Определения и основные понятия
Система управления базами данных (СУБД) является универсальным программным средством, предназначенным для создания и ведения (обслуживания) баз данных (БД) на внешних запоминающих устройствах, а также доступа к данным и их обработки. СУБД поддерживают один из возможных типов моделей данных — сетевую, иерархическую пли реляционную, которые являются одним из важнейших признаков классификации СУБД. СУБД обеспечивают многоцелевой характер использования базы данных, защиту и восстановление данных. Наличие развитых диалоговых средств и языка запросов высокого уровня делает СУБД удобным средством для конечного пользователя.
Основными средствами СУБД являются:
- средства задания (описания) структуры базы данных;
- средства конструирования экранных форм, предназначенных для ввода данных, просмотра и их обработки в диалоговом режиме;
- средства создания запросов для выборки данных при заданных условиях, а также выполнения операций по их обработке;
- средства создания отчетов из базы данных для вывода на печать результатов обработки в удобном для пользователя виде;
- языковые средства — макросы, встроенный алгоритмический язык (Dbase, Visual Basic или другой), язык запросов (QBE — Query By Example, SQL) и т.п., которые используются для реализации нестандартных алгоритмов обработки данных, а также процедур обработки событий в задачах пользователя;
- средства создания приложений пользователя (генераторы приложений, средства создания меню и панелей управления приложениями), позволяющие объединить различные операции работы с базой данных в единый технологический процесс.
База данных — это совокупность данных, организованных на машинном носителе средствами СУБД. В базе данных обеспечивается интеграция логически связанных данных при минимальном дублировании хранимых данных. БД включает данные, отражающие некоторую логическую модель взаимосвязанных информационных объектов, представляющих конкретную предметную область. База данных организуется в соответствии с моделью и структурами данных, которые поддерживаются в СУБД.
СУБД в многопользовательских системах. База данных, как правило, содержит данные, необходимые многим пользователям. Получение одновременного доступа нескольких пользователей к общей базе данных возможно при установке СУБД в локальной сети персональных компьютеров и создании многопользовательской базы данных.
В сети СУБД следит за разграничением доступа разных пользователей к общей базе данных и обеспечивает защиту данных при одновременной работе пользователей с общими данными. Автоматически обеспечивается защита данных от одновременной их корректировки несколькими пользователями-клиентами. В сети с файловым сервером база данных может размещаться на сервере. При этом СУБД загружается и осуществляет обработку данных базы на рабочих станциях пользователей. Концепция файлового сервера в локальной сети обеспечивается рядом сетевых операционных систем.
В сети, поддерживающей концепцию «клиент-сервер», используется сервер баз данных, который располагается на мощной машине, выполняет обработку данных, размещенных на сервере, и отвечает за их целостность и сохранность. Для управления базой данных на сервере используется язык структурированных запросов SQL (Structured Queries Language). На рабочих станциях-клиентах работает СУБД-клиент. Пользователи могут взаимодействовать не только со своими локальными базами, но и с данными, расположенными на сервере. СУБД-клиент, в которой поддерживается SQL, в полном объеме может посылать на сервер запросы SQL, получать необходимые данные, а также посылать обновленные данные. При этом с общей базой данных могут работать СУБД разного типа, установленные на рабочих станциях, если в них поддерживается SQL. Подключение из СУБД к серверам баз данных SQL может быть осуществлено с помощью драйверов ODBC. ODBC (Open Database Connectivity, открытый стандарт доступа к базам данных), поддерживает стандартный протокол для серверов баз данных SQL.
2.2 Свойства СУБД и технология использования
К основным свойствам СУБД и базы данных можно отнести:
- отсутствие дублирования данных в различных объектах модели, обеспечивающее однократный ввод данных и простоту их корректировки;
- непротиворечивость данных;
- целостность БД;
- возможность многоаспектного доступа;
- всевозможные выборки данных и их использование различными задачами и приложениями пользователя;
- защита и восстановление данных при аварийных ситуациях, аппаратных и программных сбоях, ошибках пользователя;
- защита данных от несанкционированного доступа средствами разграничения доступа для различных пользователей;
- возможность модификации структуры базы данных без повторной загрузки данных;
- обеспечение независимости программ от данных, позволяющей сохранить программы при модификации структуры базы данных;
- реорганизация размещения данных базы на машинном носителе для улучшения объемно-временных характеристик БД;
- наличие языка запросов высокого уровня, ориентированного на конечного пользователя, который обеспечивает вывод информации из базы данных по любому запросу и предоставление ее в виде соответствующих отчетных форм, удобных для пользователя.
СУБД является основой создания практических приложений пользователя для различных предметных областей.
Критерии выбора СУБД пользователем. Выбор СУБД для практических приложений пользователем определяется многими факторами, к которым относятся:
- имеющееся техническое и базовое программное обеспечение, их конфигурация, оперативная и дисковая память;
- потребности разрабатываемых приложений пользователя;
- тип поддерживаемой модели данных, специфика предметной области, топология информационно-логической модели;
- требования к производительности при обработке данных;
- наличие в СУБД необходимых функциональных средств;
- наличие русифицированной версии СУБД;
- уровень квалификации пользователей и наличие в СУБД диалоговых средств разработки и работ с БД.
Установка СУБД. СУБД является программным продуктом, поставляемым в виде пакета прикладных программ, который должен быть установлен (инсталлирован) на компьютер с учетом его конфигурации, ресурсов и операционной системы, а также требований к набору функций.
Процесс поэтапного внедрения. После установки СУБД можно осуществлять создание БД, в том числе задавать структуру БД, производить ввод данных, а также выполнять любые действия, предусмотренные функциональными возможностями СУБД. Следует заметить, что современные СУБД для ПК обладают достаточной гибкостью. Это позволяет на самых ранних этапах разработки приложений пользователя приступать к созданию отдельных частей БД. Такая БД по мере углубления разработки может легко расширяться и модифицироваться. Таким образом, облегчается ускоренное освоение персоналом технологии работы с БД, изучение возможностей СУБД и поэтапное внедрение.
Разработка структуры базы данных. Разработка приложений на основе СУБД предполагает подготовку решений по структуре БД. Эти решения непосредственно связаны с внемашинной сферой — с описанием внемашинной ИБ, ее документов, содержащих необходимую информацию, а также с постановкой и алгоритмизацией задач по обработке этой информации.
На начальном этапе разработки структуры БД целесообразно построение информационно-логической модели, отражающей логическую структуру информации предметной области. Такая модель, отвечающая требованиям нормализации данных, является основой создания реляционных баз данных.
Создание базы данных средствами СУБД. В соответствии с разработанной структурой базы данных осуществляется ее создание средствами СУБД на машинном носителе и ввод в эксплуатацию. Для обеспечения процессов создания БД и ее эксплуатации необходимо знание возможностей инструментальных средств СУБД. При этом следует руководствоваться рекомендациями по технологии использования средств СУБД. Такая технология должна определять все необходимые процессы, включая первоначальный ввод, загрузку БД и контроль данных, выполнение операций по внесению изменений, реализацию запросов для получения нужных справок, восстановление БД и т. п. Одним из важнейших этапов этой технологии является подготовка экранных форм ввода-вывода для загрузки информации с документов внемашинной сферы в базу данных, корректировки данных и их просмотра.