ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра информационной безопасности
электронно- вычислительных систем (КИБЭВС)
Давыдова Е.М., Новгородова Н.А.
БАЗЫ ДАННЫХ
Методические указания для студентов специальности 2205, 0755
«Проектирование и технология ЭВС», «Комплексная информационная безопасность автоматизированных систем»
2005
СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ В БАЗЫ ДАННЫХ.............................................................. 4
1.1. Информационные системы, их разновидности.............................. 4
1.2. Состав АИС........................................................................................ 11
1.3.Архитектура, предметная область..................................................... 12
2. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ....................................... 17
3. МОДЕЛИ ДАННЫХ................................................................................ 25
3.1.Понятие модели..................................................................................... 25
3.2. Иерархические модели........................................................................ 26
3.3. Сетевые модели.................................................................................... 29
3.4. Реляционные модели данных............................................................ 30
3.4.1. Реляционная алгебра..................................................................... 31
3.4.2. Реляционное исчисление.............................................................. 36
3.5. Объектно-ориентированные БД........................................................ 38
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ.............. 40
4.1. Выбор ключевых полей...................................................................... 40
4.2. Ссылочная целостность...................................................................... 43
4.3. Введение в нормализацию данных................................................... 43
Первая нормальная форма...................................................................... 44
Вторая нормальная форма...................................................................... 45
Третья нормальная форма...................................................................... 47
Нормальная форма Бойса-Кодда........................................................... 49
Четвертая нормальная форма................................................................. 50
Пятая нормальная форма........................................................................ 50
4.3.Как проектируют базы данных........................................................... 51
5. ЯЗЫК ФОРМИРОВАНИЯ ЗАПРОСОВ К БАЗЕ ДАНЫХ................ 52
5.1. Оператор выбора.................................................................................. 53
5.1.1. Определение критерия отбора данных........................................ 57
5.1.2. Сортировка результатов запроса................................................ 60
5.1.3. Агрегирующие функции.............................................................. 62
5.1.4. Группировка данных и построение отчетов............................. 63
Использование нулевых значений......................................................... 66
5.1.5. Объединение таблиц и сложный анализ данных...................... 67
5.1.6. Подзапросы..................................................................................... 69
5.2. Команды манипулирования данными.............................................. 71
6. ФУНКЦИИ СУБД...................................................................................... 73
6.1 Функции управления, обеспечение абстракции данных................ 73
6.2 Методы размещения данных.............................................................. 75
Последовательный метод........................................................................ 77
Прямой метод доступа............................................................................. 77
Индексно-последовательный метод...................................................... 78
Индексно-произвольный метод доступа............................................. 78
6.3 Системные функции. Обеспечение сохранности и секретности.. 79
6.4 Обеспечение целостности.................................................................... 79
6.5 Функции пользователя. Актуализация данных............................... 82
7 ТРАНЗАКЦИИ............................................................................................ 83
8 технология клиент/сервер…………………………………………….86
9 БЕЗОПАСНОСТЬ БАЗ ДАННЫХ........................................................... 91
10 ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕРФЕЙСА...................... 93
Задания на курсовую работу................................................................... 100
ПРИЛОЖЕНИЕ А........................................................................................ 103
ПРИМЕР КУРСОВОЙ РАБОТЫ.............................................................. 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б........................................................................................ 114
Информатика – это наука о применении компьютеров в различных сферах деятельности, то есть наука о компьютерных (иногда говорят — новых информационных) технологиях.
Информатика занимается схематичным, «формализованным» представлением информации, ее обработкой, предписаниями по ее переработке и машинами, обрабатывающими информацию. Цель информатизации состоит в разработке способов решения задач информационной обработки на вычислительных машинах, а также в разработке, организации и эксплуатации вычислительных систем.
Формирование моделей информатики нацелено на представление определенных структур, взаимодействий и процессов в какой–либо области применения (предметной области) с помощью формальных средств, таких как структуры данных, языки программирования или логические формулы. Задача информатики – исследовать свойства формальных моделей, развивать их далее и устанавливать связи между формальными моделями и реальным миром в данной предметной области в смысле постановки задачи.
1.1. Информационные системы, их разновидности
В начальный период развития ЭВМ каждый программист, разрабатывая программы, разрабатывал и свою форму представления данных, т.е. информационную модель объекта. Это приводило к тому, что каждая программа работала со своими данными что, в конечном счете, вело к избыточности и множеству информационных моделей объекта.
Важной предпосылкой создания единой информационной модели стала возможность сохранения больших объемов данных. Появились магнитные диски и удобный доступ к данным.
Введем понятия: информация и данные.
Под информацией (в бытовом понимании) понимают любые сведения о каком-либо событии, сущности, процессе и т.д., являющемся объектом операций: восприятия, передачи, преобразования или использования. Информативные образцы могут создаваться в самых разнообразных формах: в форме звуковых, световых или радиоволн, электрического тока или напряжения, магнитных полей, знаков на бумажном носителе и т.д.
Поскольку существует потребность в информации при принятии решений в любой сфере деятельности: в производстве, в человеческих отношениях, в управлении и т.д., человек создал естественные информационные системы: лекции, общение между людьми, радио, газета и т.д.
В нашем сложном мире любая взаимосвязь и коррекция действий возможны только благодаря информации. Недаром говорят: "Кто владеет информацией, тот владеет всем", или: "Самое ценное, что у нас есть, - это информация".
Данные можно определить как информацию, фиксированную в определенной форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи.
Совокупность различных средств, предназначенных для сбора, подготовки, хранения, обработки и выдачи информации в интересах различных пользователей и приложений, представляет собой информационную систему (ИС).
Информационная система объединяет следующие составляющие:
- языковые средства и правила, используемые для отбора и подготовки информации к вводу в ЭВМ, для отображения картины реального мира в модель данных, для работы пользователя с системой, для предоставления пользователю выдаваемой системой информации;
- информационный фонд системы;
- способы и методы организации информационных массивов и всех процессов обработки информации в системе;
- алгоритмы функционирования системы, т.е. алгоритмы всех процедур по созданию, ведению и обработке информационных массивов, алгоритмы формирования ответов на запросы, и др.;
- программное обеспечение системы, в состав которого входят программы, реализующие все алгоритмы функционирования системы;
- комплекс технических средств, функционирующих в системе;
- персонал, обслуживающий ИС.
При разработке информационных систем возникают два аспекта: инфологический и датологический. На этапе инфологического проектирования ИС решаются вопросы, о каких явлениях или объектах реального мира требуется накапливать информацию, какие их характеристики и взаимосвязи будут учитываться. Задача инфологического этапа проектирования базы данных - получение семантических (смысловых) моделей, отражающих конкретную предметную область. Таким образом, на этапе инфологического проектирования решается вопрос о предметной области. Датологический аспект решает вопросы о представлении в памяти машины информационной системы, т.е., исходя из существующих средств, решаются вопросы хранения и обработки информации, модели представления информации, методы ее преобразования и формируются правила смысловой интерпретации.
Поскольку области применения информационных систем разнообразны, разнообразны и их свойства и особенности, присущие каждой ИС. Среди множества факторов, определяющих совокупность свойств конкретной ИС, можно выделить три основных: технический уровень системы; характер обрабатываемой информации; целевые функции, т.е. круг задач, для решения которых данная система предназначена.
Рассмотрим последовательно все три фактора.
По техническому уровню ИС разделяются на ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.
В ручных ИС все процессы обработки информации осуществляются вручную. Эти ИС имеют небольшой объем и хранятся на специальных карточках (например, перфокарты, личные карточки студентов, картотеки) различных типов. Примером ручной ИС может служить библиотечный каталог.
В механизированных ИС для обработки и поиска информации используются различные средства механизации, а именно счетно-перфорационные машины. Кроме того, в комплект технических средств входит набор перфорационных машин, посредством которых информация заносится на перфокарты.
В автоматизированных и автоматических ИС для хранения, обработки и поиска информации используются ЭВМ. Кроме этих операций, ЭВМ используется при выполнении операций, связанных со сбором, подготовкой и передачей информации, а также выдачей ее пользователю. При функционировании автоматизированных информационных систем (АИС), являющихся наиболее распространёнными, на различных этапах технологического процесса обработки информации принимает участие человек, который является полноправным партнером ИС. В автоматических ИС все процессы протекают без участия человека. Обычно автоматические ИС используются в составе крупных АСУ технологическими процессами и объектами. “партнерами “ автоматических ИС являются роботы, станки с числовым программным обеспечением, технологические процессы. Входная информация в таких системах представляется в форме сигналов или каких-либо физических величин, выходная информация используется для управления или регулирования, например, технологического процесса.