Основные понятия и принципы программирования баз данных

   Элементами  описания реляционной модели данных на концептуальном уровне являются сущности, атрибуты, домены и связи.

   Сущность - некоторый обособленный объект или событие, информацию о котором необходимо сохранять в базе данных, имеющий определенный набор свойств - атрибутов. Сущности могут быть как физические , так и абстрактные. Для сущностей различают ее тип и экземпляр. Тип характеризуется именем и списком свойств, а экземпляр - конкретными значениями свойств.

   Атрибуты  сущности бывают:

   Идентифицирующие  и описательные. Идентифицирующие атрибуты имеют уникальное значение для сущностей данного типа и являются потенциальными ключами. Они позволяют однозначно распознавать экземпляры сущности. Из потенциальных ключей выбирается один первичный ключ. В качестве первичного ключа обычно выбирается потенциальный ключ, по которому чаще происходит обращение к экземплярам записи. Остальные атрибуты называются описательными.

   Простые и составные. Простой атрибут состоит из одного компонента, его значение неделимо. Составной атрибут является комбинацией нескольких компонентов.

   Однозначные и многозначные - могут иметь соответственно одно или много значений для каждого  экземпляра сущности.

   Основные  и производные. Значение основного  атрибута не зависит от других атрибутов. Значение производного атрибута вычисляется на основе значений других атрибутов.

   Домен - это набор всех допустимых значений, которые может содержать атрибут.

   Классическим  представителем реляционной системы управления базами данных является Access.

   С помощью Access  обычные пользователи получили удобное средство для создания и эксплуатации достаточно мощных баз данных без необходимости что-либо программировать. В то же время работа с Access  не исключает возможности программирования. При желании систему можно развивать и настраивать собственными силами.

   Еще одним дополнительным достоинством Access  является интегрированность этой программы с Excel , Word  и другими программами пакета Office . Данные, созданные в разных приложениях, входящих в этот пакет, легко импортируются и экспортируются из одного приложения в другое.

   Исходное  окно Access  отличается простотой и лаконичностью.       

1.3 Основы программирования

   Программи́рование - процесс и искусство создания компьютерных программ и программного обеспечения с помощью языков программирования. Программирование сочетает в себе элементы искусства, фундаментальных наук (прежде всего информатика и математика), инженерии, спорта и ремесла.

   В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование алгоритмов на заданном языке программирования. В более широком смысле программирование - процесс создания программ, то есть разработка программного обеспечения.

   Программирование  включает в себя:

   -Анализ

   -Проектирование — разработка комплекса алгоритмов

   -Кодирование и компиляцию — написание исходного текста программы и преобразование его в исполнимый код с помощью компилятора

   -Тестирование и отладку — выявление и устранение ошибок в программах

   -Испытания и сдачу программ

   -Сопровождение

   Особенностью программирования является его трудность: размеры многих реальных программ исчисляются тысячами команд, а количество выполняемых ими действий - десятками миллионов. Такие объёмы в сочетании с элементарным характером машинных команд делают программирование одновременно и очень сложным, и очень монотонным процессом.

   Для преодоления этого противоречия программированию придан характер многоэтапного процесса, каждый этап которого есть постепенная конкретизация и детализация плана решения задачи, полученного на предыдущем этапе. Кроме того, если правила описания плана решения задачи на некотором этапе будут точными, формальными и универсальными, т. е. применимыми к любой задаче, то тогда можно говорить о существовании некоторого языка программирования, используемого при составлении программы.

   Языки программирования как способ точного  формулирования задачи на разных этапах подготовки её к решению сыграли фундаментальную роль в развитии программирования. В частности, они позволяют трактовать программирования как процесс перевода задания, выраженного в некотором языке, на другой язык - «язык машины».

   Большая часть работы программистов связана с написанием исходного кода, тестированием и отладкой программ на одном из языков программирования. Различные языки программирования поддерживают различные стили программирования. Разные языки требуют от программиста различного уровня внимания к деталям при реализации алгоритма, результатом чего часто бывает компромисс между простотой и производительностью (или между временем программиста и временем пользователя).

   Виды  языков программирования:

   1. Машинно-ориентированные языки (языки  ассемблера).

   2. Языки высокого уровня.

   3. Командные языки баз данных.

   Примеры языков программирования высокого уровня: Фортран, Алгол, Бейсик (Basic), Паскаль (Pascal), Си++, Пролог, Лисп, Форт и др.

   Требования, предъявляемые к программе

   1. Минимальные требования к компьютеру, на котором работает программа.

   2. Ясность входных и выходных  данных и простота программы.

   3. Минимальное время создания программы  и простота ее изменения.

   4. Минимальное время работы программы,  минимум занимаемой памяти и  минимум использованных в программе операторов.

   Чтобы программа удовлетворяла этим противоречивым требованиям, необходимо обладать искусством программирования.

   Свойства  программ - выполнимость, мобильность, правильность, эффективность.

   Выполнимость - возможность выполнения программы  на данном типе компьютеров.

   Мобильность - возможность переноса программы  на другой тип компьютеров.

   Правильность  программы - правильность результатов, получаемых с помощью данной программы.

   Эффективность - минимум времени выполнения, минимум  машинной памяти и других ресурсов компьютера.

   Таким образом, основные идеи современной  информационной технологии базируются на концепциях баз данных, согласно которых данные, организованные в  виде баз данных, адекватно отражающих динамический объект реального мира, являются центральным звеном в ней. Увеличение объема и структурной сложности хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем выдвинуло требование создания удобных общесистемных средств интеграции хранимых данных и управления ими, которые вылились в системы управления базами данных. 
 

2 ОСНОВНЫЕ  ПРИНЦИПЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ БАЗ  ДАННЫХ

2.1 Цели, задачи и этапы программирования  баз данных

   Программирование  баз данных - процесс решения класса задач, связанных с созданием  баз данных.

   Основные  задачи:

-Обеспечение хранения в базе данных всей необходимой информации.

-Обеспечение возможности получения данных по всем необходимым запросам.

-Сокращение избыточности и дублирования данных.

   Один  из этапов программирования - этап проектирования базы данных. Основная цель проектирования базы данных - это сокращение избыточности хранимых данных, а следовательно, экономия объема используемой памяти, уменьшение затрат на многократные операции обновления избыточных копий и устранение возможности возникновения противоречий из-за хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте. Этап проектирования баз данных, который представляет собой последовательность перехода от неформального словесного описания предметной области к формализованному описанию объектов предметной области в терминах некоторой модели. При создании баз данных следует придерживаться методологии нормализации отношений.

   Процесс проектирования информационных систем является достаточно сложной задачей. Можно выделить следующие этапы  проектирования:

   1. Системный анализ и словесное  описание информационных объектов  предметной области.

   2. Проектирование инфологической  модели предметной области - т.  е. создание частично формализованного  описания объектов предметной  области в терминах некоторой  семантической модели.

   3. Даталогическое проектирование  базы данных, то есть описание базы данных в терминах выбранной системы управления базами данных, на конкретном диалекте языка SQL.

   4. Физическое проектирование базы данных, то есть выбор эффективного размещения базы данных на внешних носителях для обеспечения наиболее эффективной работы приложения.

   Создание  и  внедрение  в  практику  современных  информационных  систем автоматизированных  баз  данных  выдвигает  новые   задачи   проектирования, которые  невозможно  решать  традиционными  приемами  и  методами.  

   Большое внимание необходимо уделять вопросам проектирования  баз  данных.  От  того, насколько успешно будет спроектирована база  данных,  зависит  эффективность функционирования  системы  в  целом,  ее  жизнеспособность   и   возможность расширения и дальнейшего развития. Поэтому вопрос проектирования баз данных выделяют как отдельное, самостоятельное  направление  работ  при  разработке информационных систем.

   Проектирование  баз данных  —  это  итерационный,  многоэтапный  процесс принятия обоснованных  решений  в  процессе  анализа  информационной  модели предметной области, требований к данным со стороны прикладных  программистов и пользователей, синтеза логических и физических структур данных, анализа  и обоснования выбора программных и аппаратных  средств.

   Этапы  проектирования баз  данных  связаны  с  многоуровневой  организацией  данных.  Рассматривая вопрос   проектирования   баз   данных,    будем    придерживаться    такого многоуровневого    представления    данных:    внешнего,    инфологического, логического (даталогического) и внутреннего.

   Такое представление уровней данных не единственное. Существуют и другие варианты  многоуровневого  представления  данных.  Так,  в  соответствии   с предложениями  исследовательской  группы  по  системам  управления   данными Американского национального  института  стандартов, как правило, выделяется  три уровня представления данных:

-внешний уровень (с точки зрения конечного  пользователя  и  прикладного программиста),

-концептуальный уровень (с точки зрения системы управления базами данных),

-внутренний уровень (с точки зрения системного программиста).

   В  соответствии  с  этой   концепцией   внешний   уровень   это   часть (подмножество) концептуальной модели,  необходимая  для  реализации  какого-либо запроса или прикладной программы. То есть, если  концептуальная  модель выступает как схема, поддерживаемая конкретной системой управления базами данных, то  внешний уровень - это некоторая совокупность подсхем, необходимых  для  реализации  конкретной прикладной программы или запроса пользователя.