 |
Тема 1. Роль и место баз данных в автоматизированных информационных системах
|
|
|
|
СИБИРСКАЯ АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ
Н.Л. Келлер, О.Ю. ЛИТКОВИЧ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ
Практикум
Новосибирск, 2009
Издается в соответствии с планом учебно-методической
работы СибАГС
ББК (определяется в библиографическом отделе НБ СибАГС)
Авторский знак
Рецензенты:
М.Г. Гриф —д.т.н., проф., профессор кафедры АСУ,
Новосибирский государственный технический университет;
С.Н. Терещенко —к.т.н., доцент кафедры информатики и математики, СибАГС
Келлер Н.Л., Литкович О.Ю.
Авторский знак. Системы управления базами данных: практикум / Н.Л.Келлер, О.Ю.Литкович. — Новосибирск, 2009.— Объем.
ISBN (присваивается в ЛИД)
Практикум предназначен для самостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы студентов Сибирской академии государственной службы специальности «Управление персоналом» всех форм обучения. Теоретический материал представляет собой обобщение существующей литературы по теории баз данных и соответствует программе курса «Системы управления базами данных». Основное внимание уделено реляционным базам данных. Глубоко рассмотрены вопросы проектирования баз данных. Подробно рассмотрена тема «СУБД Microsoft Access», приведены наиболее эффективные приемы работы. В изложение включены многочисленные примеры.
ББК
Авторский знак
ISBN © СибАГС, 2009
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие. 4
Тема 1. Роль и место баз данных в автоматизированных информационных системах 6
Технология СУБД.. 10
Размещение и архитектура СУБД.. 12
Функции СУБД.. 13
Тема 2. Модели БД.. 18
Модели организации данных. 19
Тема 3. Реляционная модель БД.. 27
Структура реляционной базы данных. 27
Типы данных. 29
|
|
|
Ограничения целостности БД.. 33
Аномалии вставки (INSERT) 41
Аномалии обновления (UPDATE) 41
Аномалии удаления (DELETE) 42
Проектирование по методу ERD-модели. 44
Инфологическое проектирование баз данных. 47
Структура БД.. 50
Мастера Access. 59
Нормализация. 61
Связи между таблицами: 69
Создание таблиц. 71
Определение связей и обеспечение целостности данных. 95
Создание форм для ввода данных. 101
Создание запросов. 113
Создание отчетов. 130
Варианты заданий для лабораторной работы.. 140
Заключение. 151
Литература. 152
Глоссарий. 155
Предисловие
Данный практикум предназначен для самостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы студентов по курсу «Системы управления базами данных». Практикум разработан в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Системы управления базами данных», однако не охватывает весь курс целиком, т.к. назначение пособия – разъяснить и расширить практическую часть курса. Поэтому тема «СУБД Microsoft Access» рассмотрена более подробно в соответствии с основной задачей практикума. Предполагается, что студенты воспользуются данным пособием для подготовки к занятиям и при выполнении самостоятельных контрольных работ. Особенно рекомендуется использование практикума студентам заочной и очно-заочной форм обучения, учитывая небольшое количество часов, отводимых для аудиторных занятий.
В практикуме даются основные фундаментальные идеи теории баз данных, наиболее популярные концепции для реализации этих идей. Основное внимание уделено реляционным базам данных. Если по ходу изложения материала, чтобы не нарушать его логику, не дано определение понятия, то разъяснение можно найти в Глоссарии. Неоднозначные трактовки понятий даются с целью более полного их осмысления и учета возможного разночтения в различных контекстах. Особенно это полезно для изучающих предмет баз данных впервые. Не претендуя на уникальность представленного в практикуме материала, авторы надеются, что он исчерпывает все стоящие при изучении курса «Системы управления базами данных» теоретические вопросы и практические задачи. В случае краткого изложения или упоминания отдельного аспекта дисциплины читатель найдет в практикуме ссылку на специальную литературу.
|
|
|
Для закрепления полученных знаний по ходу изложения предлагаются задания для самостоятельной работы, темы практикума завершаются контрольными вопросами. Приведенные задания схожи с теми, что выполняются во время аудиторной работы, или расширяют их. Самоконтроль по практикуму можно осуществлять в комплексе с дополнительной литературой, приведенной в библиографическом списке. Все задания имеют творческий характер, выполнение их способствует возрастанию технических знаний и навыков. Задания могут быть как связными (от темы к теме), так и самостоятельными. Наиболее полезным для закрепления материала считается решение своей собственной задачи по образцам приводимых примеров.
Разумеется, чтение практикума необходимо совмещать с непосредственной работой на компьютере. Причем авторы ориентируют студента на базовые характеристики и возможности программного обеспечения, не отдавая предпочтения конкретной версии программы (исключения особо оговариваются).
Основное назначение курса «Системы управления базами данных» – систематическое введение в идеи и методы структуризации данных, реализуемой посредством баз данных. Знание основ баз данных позволяет работать с конкретными программными системами в ходе решения профессиональных задач. Студент – будущий менеджер, специалист по персоналу, готовящийся к организаторской, управленческой, учетно-документационной деятельности – должен владеть методами обработки информации с применением современных технических средств, среди которых на одном из ведущих мест – технологии автоматизированных информационных систем (АИС). Основу АИС составляют базы данных. Разработка баз данных, разумеется, ложится обычно на программистов, но заказчику, коим часто становится управленец, полезно знать в общих чертах основные понятия теории и методологии, принципы построения реляционных баз данных. Успешное проектирование баз данных можно обеспечить только при условии успешной постановки задачи.
|
|
|
С помощью данного пособия студент овладеет самыми элементарными навыками работы в среде реляционной СУБД Microsoft Access, достаточными для общего понимания роли постановщика задачи разработки прикладной БД.
Тема 1. Роль и место баз данных в автоматизированных информационных системах
Можно утверждать, что появление баз данных стало одним из важнейших достижений в области программного обеспечения. Базы данных лежат в основе автоматизированных информационных систем (АИС).
Использование вычислительной техники (ВТ) обычно связывают с двумя направлениями [9]: первое – для выполнения трудоемких численных расчетов, которые почти невозможно выполнить вручную, второе – для обработки больших объемов информации. Первое направление в начале развития ВТ было, по существу, единственным. Характерной особенностью этого направления является наличие сложных алгоритмов обработки, которые применяются к простым по структуре данным, объем которых сравнительно невелик. Второе направление по времени появилось позже, что объясняется техническими трудностями и несовершенством носителей данных: медлительностью одних и малой емкостью других. Эти ограничения не являлись слишком существенными для чисто численных расчетов, но препятствовали реализации задач обработки и хранения больших объемов данных. Возросшие возможности компьютеров по хранению информации в конце шестидесятых годов двадцатого века привели к развитию технологий информационных систем, где требуется быстрый доступ к большому объему информации.
Автоматизированные информационные системы (АИС) – программно-аппаратные комплексы, обеспечивающие надежное хранение информации в памяти ЭВМ, выполнение специфических для решаемой задачи преобразований информации и вычислений и удобный для пользователя интерфейс.
Активное создание и внедрение АИС началось в то время, когда человечество подошло к ситуации, в которой потоки информации возросли настолько, что все населяющие Землю люди, уже не могли справиться с ее обработкой.
|
|
|
Второй причиной появления автоматизированных систем явилось противоречие между своевременностью и достоверностью информации. Чтобы выработать управляющее воздействие на объект, надо собрать о нем информацию i0. В момент начала сбора информации t0 объект находится в состоянии s0, но к моменту t1, когда сбор информации закончится, он будет находиться в состоянии s1, и информация i0 уже не будет достоверна.
Первые автоматизированные системы разрабатывались на основе позадачного метода. Выбирались очевидные, легко формализуемые задачи, автоматизация которых давала эффект немедленно (кадры, расчет заработной платы, снабжение). Для каждой задачи создавался свой блок данных и своя прикладная программа, решающая эту задачу с максимальной эффективностью. Прикладные программы содержали как описания данных, так и алгоритмы манипулирования ими: поиска, добавления, удаления и тому подобное. При этом, с одной стороны, изменение в организации данных приводило к необходимости изменения программ, в которых они описывались, а с другой — все прикладные программы содержали практически идентичные алгоритмы манипулирования данными. Кроме того, разные задачи, например задача расчета заработной платы и задача управления кадрами, могли содержать одинаковые данные о сотрудниках, что приводило к необходимости контролировать соответствие данных в обеих задачах и при изменении данных в одной задаче, требовалась соответствующая их корректировка в другой.
Положение изменилось, когда были сформулированы требования к организации хранения и обработки данных в автоматизированных системах.
Суть этих требований сводилась к двум положениям:
1 Данные должны накапливаться и храниться централизованно, создавая динамически обновляемую модель предметной области.
2 Данные должны быть максимально независимы от программ их обработки.
Выполнение этих требований привело к созданию для всех решаемых в рамках АИС задач единой базы данных (БД) и к разработке управляющей программы, предназначенной для управления этими данными — системы управления базой данных (СУБД).
Примеры разработанных и используемых АИС:
1. В супермаркете, когда кассир считывает с покупок штрих-код для поиска цены данного предмета в базе данных всех товаров.
2. В туристическом агентстве сотрудник по запросу просматривает базы данных со сведениями об имеющихся путевках и расписании полетов. При бронировании какой-либо путевки система баз данных должна выполнить все необходимые для этого действия.
|
|
|
3. В библиотеке обращение к базе данных, содержащей сведения о книгах, позволяет найти книгу (книги), составить заявку на бронирование и т.д.
4. В страховых компаниях (информация о застрахованных, данные полисов и пр.)
5. В вузе -база данных с информацией о студентах, результатах сдачи различных экзаменов.
Однозначного определения базы данных нет. В письменных источниках трактовки этого понятия различаются в зависимости от подхода и контекста, в котором они даются. Кроме того, понятие изменялось во времени вместе с развитием самого предмета. Приведем несколько вариантов.
К.Дж. Дейт (C.J. Date) — один из наиболее уважаемых во всем мире экспертов и мыслителей в области технологии баз данных, независимый публицист, лектор, ученый и консультант, специализирующийся на технологии реляционных баз данных, 80-е гг. XX столетия: «База данных состоит из совокупности устойчивых (персистентных) данных, которые используются прикладными системами некоторого определенного предприятия. В сущности база данных есть не что иное, как автоматизированная система учета и обработки записей».
База данных (БД) представляет собой совокупность структурированных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области [17].
База данных есть совокупность взаимосвязанных хранящихся вместе с отношениями между ними устойчивых данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их независимое использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений; при этом данные хранятся в таком виде, чтобы они были независимы от программ, использующих эти данные; для добавления новых или модификации существующих данных, а также для поиска данных в базе данных применяется общий управляемый способ; данные, хранящиеся в базе данных должны удовлетворять заданным явно или неявно условиям целостности и устойчивости данных; всем этим предполагается автоматизированная поддержка такой базы данных со стороны специальной системы управления базами данных [3].
База данных (БД) — это совокупность взаимосвязанных данных, хранящихся совместно во внешней памяти ЭВМ и используемых, как правило, более, чем одной программой или пользователем, и управляемых специальной системой управления базами данных (СУБД).
Как следует из определений, понятие БД тесно связано, а порою не различается, с понятием СУБД, которая представляет собой программный комплекс для организации, ведения и использования БД. Основное назначение СУБД —предоставление пользователям БД средств доступа к данным в абстрактных терминах, не связанных со способом их хранения в ЭВМ.
Система управления базами данных (СУБД) — это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.
Упрощенное и несколько устаревшее название СУБД – метод доступа (МД):
СУБД = БД + МД
Наиболее полный вариант СУБД включает следующие компоненты:
- среда пользователя, дающая возможность непосредственного управления данными с клавиатуры;
- алгоритмический язык для программирования прикладных программных систем обработки данных, позволяющий отлаживать программы (интерпретатор);
- компилятор для создания независимого пакета программ в виде набора exe-файлов;
- программы-утилиты для быстрого программирования типичных операций (генераторы таблиц, форм, отчетов, экранов, меню и тому подобное.).
СУБД классифицируются по различным основаниям:
- тип модели данных (сетевые, иерархические, реляционные, объектно-ориентированные, смешанные и мультимодельные [1]);
- технология (файл-серверные, клиент-серверные, распределенные);
- местоположение отдельных частей (локальные и сетевые).
Технология СУБД
Подход, используемый в файловых системах относится к группе технологий локальной обработки данных (буквально – на одном ПК).
Файловые системы давно устарели, но есть несколько причин, по которым с ними следует познакомиться. В частности, для понимания логической структуры БД и механизма взаимодействия системы управления (СУ) и БД.
Файловые системы были первой попыткой компьютеризировать известные всем ручные картотеки.
БД представлена в виде набора файлов, например (семейства dBASE):
§ файлы таблиц,
§ файлы индексов (для эффективности (т.е. ускорения поиска при меньших затратах) был разработан алгоритма индексирования, позволяющий ускорить поиск нужных сведений),
§ файлы запросов,
§ файлы отчетов,
§ файлы программ (приложений, созданных как средствами самой СУБД, так и внешними по отношению к ней),
§ др.
Технология файл-сервер предполагает копирование (перекачку) данных с сервера на ПК. Таким образом, в любой момент времени могут существовать несколько различных копий БД. Задача сервера – синхронизация БД.
Недостатки:
§ Низкая надежность (нарушение целостности, достоверности).
§ Снижение производительности по мере роста количества файлов.
Технология клиент-сервер о тносится к группе технологий распределенной обработки данных.
Информационные системы, основанные на использовании БД, обычно функционируют в архитектуре клиент-сервер. В этом случае БД размещается на компьютере-сервере, и к ней осуществляется совместный доступ.
Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиентом — компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса компьютерной сети могут выступать, к примеру, базы данных, файлы, службы печати, почтовые службы.
Достоинства:
§ меньший объем передаваемых данных,
§ централизованное хранение, обслуживание коллективного доступа к общей корпоративной информации
§ индивидуальная работа пользователей.
Согласно основному принципу технологии клиент-сервер, данные обрабатываются только на сервере, где размещена БД. Пользователи формируют запросы (наборы инструкций в виде программ-приложений), которые поступают к серверу БД. Сервер базы данных обеспечивает поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя.
Программа называется соответствующей технологии клиент/сервер, если она имеет мощный сервер БД, отвечающий за обработку поступающих запросов и передачу результата клиентам.
Пример мощного промышленного сервера, используемого для создания запросов и управления данными: SQL-base.
|
|
|
