Основные понятия и принципы программирования баз данных

   -исследование предметной области;

   -анализ данных (сущностей и их атрибутов);

   -определение отношений между сущностями и определение первичных и вторичных (внешних) ключей.    

     В процессе проектирования определяется структура реляционной базы данных (состав таблиц, их структура и логические связи). Структура таблицы определяется составом столбцов, типом данных и размерами столбцов, ключами таблицы.

   К базовым понятиям модели базы данных «сущность – связь» относятся: сущности, связи между ними и их атрибуты (свойства). 
    Сущность - любой конкретный или абстрактный объект в рассматриваемой предметной области. Сущности - это базовые типы информации, которые хранятся в базе данных (в реляционной базе данных каждой сущности назначается таблица). К сущностям могут относиться: студенты, клиенты, подразделения и т.д. Экземпляр сущности и тип сущности - это разные понятия. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов или событий, выступающих как целое (например, студент, клиент и т.д.). Экземпляр сущности относится, например, к конкретной личности в наборе. Типом сущности может быть студент, а экземпляром – Петров, Сидоров и т. д.   

    Атрибут - это свойство сущности в предметной области. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности. Например, для сущности студент могут быть использованы следующие атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата и место рождения, паспортные данные и т.д. В реляционной базе данных атрибуты хранятся в полях таблиц.

   Связь - взаимосвязь между сущностями в предметной области. Связи представляют собой соединения  между частями баз данных (в реляционной базе данных - это соединение между записями таблиц).   

     Сущности - это данные, которые классифицируются по типу, а связи показывают, как эти типы данных соотносятся один с другим. Если описать некоторую предметную область в терминах сущности – связь, то получим модель сущность - связь для базы данных.

   При формировании новой таблицы базы данных работа с системой управления базами данных начинается с создания структуры таблицы. Этот процесс включает определение перечня полей, из которых состоит каждая запись таблицы, а также типов и размеров полей.

   Практически все используемые системы управления базами данных хранят данные следующих типов: текст (символьный), числовой, календарный, логический, примечание. Некоторые системы управления базами данных формируют поля специального типа, содержащие уникальные номера записей и

   используемые определения ключа.

   Системы управления базами данных предназначенные для работы в Windows, могут формировать поля типа объекта OLE, которые используются для хранения рисунков, графиков, таблиц.

   Если  обрабатываемая база данных включает несколько взаимосвязанных таблиц, то необходимо определение ключевого поля в каждой таблице, а также полей, с помощью которых будет организована связь между таблицами.

   Создание  структуры таблицы не связано  с заполнением таблиц данными, поэтому две операции можно разнести во времени.

   -Ввод и редактирование данных

   Заполнение  таблиц данными возможно как непосредственным вводом данных, так и в результате выполнения программ и запросов.

   Практически все системы управления базами данных позволяют вводить и корректировать данные в таблицах двумя способами:

   -с помощью предоставляемой по умолчанию стандартной формы в виде таблицы;

   -с помощью экранных форм, специально созданных для этого пользователем.

       Системы управления базами данных, работающие с Windows, позволяют вводить в созданные экранные формы рисунки, узоры, кнопки. Возможно построение форм, наиболее удобных для работы пользователя, включающих записи различных связанных таблиц базы данных.

     -Обработка данных, содержащихся в таблицах

   Обрабатывать  информацию, содержащуюся в таблицах базы данных, можно путем использования запросов или в процессе выполнения специально разработанной программы. Конечный пользователь получает при работе с системой управления базами данных такое удобное средство обработки информации, как запросы. Запрос представляет собой инструкцию на отбор записей.

   Большинство систем управления базами данных разрешают использовать запросы следующих типов:

   -запрос-выборка, предназначенный для отбора данных, хранящихся в таблицах, и не изменяющий эти данные;

   -запрос-изменение, предназначенный для изменения или перемещения данных; к этому типу запросов относятся: запрос на добавление записей, запрос на удаление записей, запрос на создание таблицы, запрос на обновление;

   -запрос с параметром, позволяющий определить одно или несколько условий отбора во время выполнения запроса.

   Самым распространенным типом запроса  является запрос на выборку.

   Результатом выполнения запроса является таблица  с временным набором данных (динамический набор). Записи динамического набора могут включать поля из одной или нескольких таблиц базы данных. На основе запроса можно построить отчет или форму.

   -Вывод информации из базы данных

   Практически любая система управления базами данных позволяет вывести на экран и принтер информацию, содержащуюся в базе данных, из режимов таблицы или формы. Такой порядок вывода данных может использоваться только как черновой вариант, так как позволяет выводить данные только точно в таком же виде, в каком они содержатся в таблице или форме.

   Каждый  пользователь, работающий с системой управления базами данных, имеет возможность использования специальных средств построения отчетов для вывода данных. Используя специальные средства создания отчетов, пользователь получает следующие дополнительные возможности вывода данных:

   -включать в отчет выборочную информацию из таблиц базы данных;

   -добавлять информацию, не содержащуюся в базе данных;

   -при необходимости выводить итоговые данные на основе информации базы

   данных;

   -располагать выводимую в отчете информацию в любом, удобном для пользователя  виде (вертикальное или горизонтальное расположение полей);

   -включать в отчет информацию из разных связанных таблиц базы данных.

   -Пример базы данных

   Допустим, что в институте, который размещается  в разных корпусах, разрабатывается  информационная система учебного процесса. Анализируя данную предметную область, разработчики выделили следующие объекты: 1) учебные корпуса; 2) факультеты; 3) кафедры; 4) учебные курсы; 5) преподаватели; 6) студенты; 7) студенческие группы. Данные об этих объектах должны быть включены в базу данных. На рисунке 4 эти данные условно показаны в виде прямоугольников.

   Между объектами существуют взаимосвязи, которые также должны найти свое отражение в базе данных. Так, между факультетами и студенческими группами существуют иерархические отношения включения (группы входят в факультеты, причем факультет объединяет несколько групп, а каждая группа входит ровно в один факультет). Между учебными предметами и студенческими группами существует взаимосвязь, выражаемая понятием «расписание экзаменов». На рисунке 4 взаимосвязи условно изображены в виде стрелок, возможно поименованных.  

     
 
 

Рисунок 4 - Условное изображение объектов и их взаимодействие в   базе данных информационной модели ВУЗа        

     В реальном мире все указанные  выше объекты так или иначе связаны между собой. Однако в базе данных введена информация лишь о некотором минимальном наборе взаимосвязей, по которым тем не менее можно восстановить остальные взаимосвязи. Например, принадлежность студентов тому или иному факультету можно установить используя взаимосвязи «входит в факультет» и «входит в группу».

   Успешное  функционирование базы данных может быть осуществлено только при выполнении ряда требований к ее организации. К таким основным требованиям можно отнести:

   Расширяемость базы данных.

   База  данных должна обладать способностью к расширению, которое может быть за счет:

   1) увеличения числа экземпляров  однотипных данных, например количества  данных о преподавателях;

   2) введение в базу данных новых типов объектов или новых типов взаимосвязей, например между объектами «учебный предмет» и «студент» вводятся связи «оценка».

   Необходимо, чтобы введение новых типов объектов или связей не требовало каких -либо изменений в уже существующих в базе данных данных.

   Простота  работы с базой данных.

   В условиях разработки и эксплуатации крупной системы значение приобретает  простота работы с данными базы данных, т. е. необходимо, чтобы:

   -структура данных была логичной и ясной;

   -операции доступа к данным обладали ясными и четко очерченными функциями;

   -без больших трудозатрат выполнялись различные обслуживающие операции (копирование, перепись с носителя на носитель, расширение базы и др.).

   Целостность базы данных.

   Под целостностью базы данных в общем  случае понимается ее готовность к  работе. Целостность базы данных — сложное понятие, имеющее много аспектов:

   -физическая целостность, т. е. сохранность информации на магнитных носителях и корректность форматов данных;

   -логическая целостность, под которой понимается непротиворечивость данных в базе;

   -актуальность данных, т. е. соответствие данных реальному положению вещей.

   Потеря  целостности базы данных может произойти  от сбоев аппаратуры ЭВМ, ошибок в  программном обеспечении, неверной технологии ввода и корректировки  данных, низкой достоверности самих данных, и т. д. Поэтому обеспечить целостность базы реального объема весьма сложно. В то же время потеря целостности данных ведет к самым серьезным последствиям вплоть до полной перегрузки данных базы. Если учесть, что обычно базы данных накапливаются годами или даже десятками лет, то потеря целостности базы данных зачастую влечет очень тяжелые последствия.

   Секретность данных.

   Под этим термином понимается в общем  случае защита данных от несанкционированного доступа. Различаются собственно секретность  данных, заключающаяся в том, что пользователю, не владеющему паролем доступа, полностью закрыт доступ к базе данных или какой-либо ее части, и защита данных от модификации, допускающая для лиц, не владеющих паролем, только чтение из базы данных. Перечисленные выше требования во многом противоречивы. Поэтому обычно перед разработчиками конкретной базы данных стоит проблема выбора компромиссного варианта, учитывающего наиболее существенные требования.

   Системы управления базами данных. Администрация  баз данных.

   Как видно из изложенного выше разработка и эксплуатация базы данных сопряжена  с решением целого ряда проблем. Каждая из этих проблем весьма сложная. Поэтому  удовлетворительное функционирование базы данных требует выполнения весьма трудоемких организационно-технических мероприятий. В качестве своего главного инструмента администрация базы данных использует систему управления базами данных. Под системой управления базами данных понимается программная система, обеспечивающая все функции управления данными со стороны администрации базы данных и прикладных программ пользователей. Любой доступ к данным базы осуществляется через систему управления базами данных.

   Основные  функции системы управления базами данных.   

     Система управления базами данных является программным обеспечением, осуществляющим функции управления данными базы данных. Применение системы управления базами данных позволяет значительно уменьшить трудозатраты по реализации требований к базе данных и обеспечить более полное их выполнение.

<