Базы данных

Можно с большой степенью достоверности утверждать, что большинство приложений, которые предназначены для выполнения хотя бы какой-нибудь полезной работы, тем или иным образом используют структурированную информацию или, другими словами, упорядоченные данные. Обычное расписание движения автобусов в вашем городе - это тоже пример упорядоченных данных.

При компьютерной обработке информации, упорядоченные каким либо образом данные, принято хранить в базах данных - особых файлах, использование которых вместе со специальными программными средствами позволяет пользователю просматривать необходимую информацию, так и, по мере необходимости, манипулировать ею, например, добавлять, изменять, копировать, удалять, сортировать и т.д.

Таким образом, можно дать простое определение базы данных. База данных - это набор информации, организованной тем, или иным способом.Базы данных важнейшая тема при изучении информационных систем. база сетевой управление аccess

Глава 1. Основные типы баз данных

Иерархические БД

Одной из наиболее важных сфер применения первых СУБД было планирование производства для компаний, занимающихся выпуском продукции. Список составных частей изделия по своей природе является иерархической структурой. Для хранения данных, имеющих такую структуру, была разработана иерархическая модель данных. В этой модели каждая запись базы данных представляла конкретную деталь. Между записями существовали отношения предок/потомок, связывающие каждую часть с деталями, входящими в неё.

Чтобы получить доступ к данным, содержащимся в базе данных, программа могла:

· найти конкретную деталь (правую дверь) по её номеру;

· перейти "вниз" к первому потомку (ручка двери);

· перейти "вверх" к предку (корпус);

· перейти "в сторону" к другому потомку (правая дверь).

Таким образом, для чтения данных из иерархической базы данных требовалось перемещаться по записям, за один раз переходя на одну запись вверх, вниз или в сторону.

Одной из наиболее популярных иерархических СУБД была Information Management System (IMS) компании IBM, появившаяся в 1968 году. Ниже перечислены преимущества IMS и реализованной в ней иерархической модели.

· Простота модели. Принцип построения IMS был легок для понимания. Иерархия базы данных напоминала структуру компании или генеалогическое дерево.

· Использование отношений предок/потомок. СУБД IMS позволяла легко представлять отношения предок/потомок, например: "А является частью В" или "А владеет В".

· Быстродействие. В СУБД IMS отношения предок/потомок были реализованы в виде физических указателей из одной записи на другую, вследствие чего перемещение по базе данных происходило быстро. Поскольку структура данных в этой СУБД отличалась простотой, IMS могла размещать записи предков и потомков на диске рядом друг с другом, что позволяло свести к минимуму количество операций записи-чтения.

СУБД IMS все ещё является одной из наиболее распространённых СУБД для больших ЭВМ компании IBM. Доля мэйнфреймов этой компании, на которых используется данная СУБД, превышает 25%.

Сетевые базы данных

Если структура данных оказывалась сложнее, чем обычная иерархия, простота структуры иерархической базы данных становилась её недостатком. Например, в базе данных для хранения заказов один заказ мог участвовать в трёх различных отношениях предок/потомок, связывающих заказ с клиентом, разместившим его, со служащим, принявшим его, и с заказанным товаром. Такие структуры данных не соответствовали строгой иерархии IMS. В связи с этим для таких приложений, как обработка заказов, была разработана новая сетевая модель данных. Она являлась улучшенной иерархической моделью, в которой одна запись могла участвовать в нескольких отношениях предок/потомок. В сетевой модели такие отношения назывались множествами.

В 1971 году на конференции по языкам систем данных был опубликован официальный стандарт сетевых баз данных, который известен как модель CODASYL. Компания IBM не стала разрабатывать собственную сетевую СУБД и вместо этого продолжала наращивать возможность IMS. Но в 70-х годах независимые производители программного обеспечения реализовали сетевую модель в таких продуктах, как IDMS компании Cullinet, Total компании Cincom и СУБД Adabas, которые приобрели большую популярность.

Сетевые базы данных обладали рядом преимуществ:

· Гибкость. Множественные отношения предок/потомок позволяли сетевой базе данных хранить данные, структура которых была сложнее простой иерархии.

· Стандартизация. Появление стандарта CODASYL увеличело популярность сетевой модели, а такие поставщики мини-компьютеров, как Digital Equipment Corporation и Data General, реализовали сетевые СУБД.

· Быстродействие. Вопреки своей большой сложности, сетевые базы данных достигали быстродействия, сравнимого с быстродействием иерархических баз данных. Множества были представлены указателями на физические записи данных, и в некоторых системах администратор мог задать кластеризацию данных на основе множества отношений.

Конечно, у сетевых баз данных были недостатки. Как и иерархические базы данных, сетевые базе данных были очень жесткими. Наборы отношений и структуру записей приходилось задавать наперёд. Изменение структуры базы данных обычно означало перестройку всей базы данных. Как иерархическая, так и сетевая база данных были инструментами программистов. Чтобы получить ответ на вопрос типа "Какой товар наиболее часто заказывает компания Acme Manufacturing?", программисту приходилось писать программу для навигации по базе данных. Реализация пользовательских запросов часто затягивалась на недели и месяцы, и к моменту появления программы информация, которую она предоставляла, часто оказывалась бесполезной.

Реляционная модель данных

Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой, реляционной модели данных, созданной Коддом в 1970 году и вызвавшей всеобщий интерес. Реляционная модель была попыткой упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.

К сожалению, практическое определение понятия "реляционная база данных" оказалось гораздо более расплывчатым, чем точное математическое определение, данное этому термину Коддом в 1970 году. В первых реляционных СУБД не были реализованы некоторые из ключевых частей модели Кодда, и этот пробел был восполнен только впоследствии. По мере роста популярности реляционной концепции реляционными стали называться многие базы данных, которые на деле таковыми не являлись.

В ответ на неправильное использование термина "реляционный" Тэд Кодд в 1985 году написал статью, опубликованную в журнале "Computer World", где сформулировал 12 правил, которым должна удовлетворять любая база данных, претендующая на звание реляционной. Они являются полуофициальным определением понятия реляционная база данных. Перечисленные правила основаны на теоретической работе Кодда, посвященной реляционной модели данных.

Глава 2. Система управления базами данных (СУБД)

Система управления базами данных (СУБД) -- совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

История развития СУБД

Рост производительности персональных вычислительных машин спровоцировал развитие СУБД, как отдельного класса. К середине 60-х годов прошлого века уже существовало большое количество коммерческих СУБД. Интерес к базам данных увеличивался все больше, так что данная сфера нуждалась в стандартизации. Автор комплексной базы данных Integrated Data Store Чарльз Бахман организовал целевую группу DTG (Data Base Task Group) для утверждения особенностей и организации стандартов БД в рамках CODASYL - группы, которая отвечала за стандартизацию языка программирования COBOL.

Уже в 1971 году был представлен свод утверждений и замечаний, который был назван Подход CODASYL, и спустя некоторое время появились первые успешные коммерческие продукты, изготовленные с учетом замечаний вышеупомянутой рабочей группы. В 1968 году отметилась и компания IBM, которая представила собственную СУБД под названием IMS. Фактически данный продукт представлял собой компиляцию утилит, которые использовались с системами System/360 на шаттлах Аполлон. Решение было разработано согласно концептам CODASYL, но при этом была применена строгая иерархия для структуризации данных. В свою очередь в варианте CODASYL за базис была взята сетевая СУБД. Оба варианта, меж тем, были приняты сообществом позднее как классические варианты организации работы СУБД, а сам Чарльз Бахман в 1973 году получил премию Тьюринга за работу Программист как навигатор.

В 1970 году сотрудник компании IBM Эдгар Кодд, работавший в одном из отделений Сан Хосе (США), в котором занимались разработкой систем хранения, написал ряд статей, касающихся навигационных моделей СУБД. Заинтересовавшись вопросом, он разработал и изложил несколько инновационных подходов касательно оптимальной организации систем управления БД. Работа Кодда внесла значительный вклад в развитие СУБД и является действительным основоположником теории реляционных баз данных.

Уже 1981 году Э.Ф.Кодд создал реляционную модель данных и применил к ней операции реляционной алгебры.

Классификация

В зависимости от архитектуры построения системы управления базами СУБД могут подразделяться на следующие типы:

a) Иерархические

b) Многомерные

c) Реляционные

d) Сетевые

e) Объектно-ориентированные

f) Объектно-реляционные

g) и др.

Файловые системы

Важным шагом в развитии информационных систем явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы, файл - именованная область внешней памяти, в которую можно записывать данные, и из которой можно их считывать. Для того чтобы была возможность считать информацию из какой либо области внешней памяти необходимо знать имя этого сектора (имя файла), размер самой области и его физическое расположение.

Сама система управления файлами выполняет следующие функции:

- распределение внешней памяти;

- отображение имеет файлов в соответствующие адреса во внешней памяти;

- обеспечение доступа к данным.

Прикладные программы видят файл как линейную последовательность записей и могут выполнить над ним ряд операций. Основные операции с файлами в СУФ:

1) создать файл (определенного типа и размера)

2) открыть ранее созданный файл

3) прочитать из файла определенную запись

4) изменить запись

5) добавить запись в конец файла

СУБД крупных ЭВМ

Данный этап развития связан с организацией баз данных на больших машинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и различных моделях фирмы Hewlett Packard. В таком случае информация хранилась во внешней памяти центральной ЭВМ. Пользователями баз данных были фактически задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме. Интерактивный режим доступа обеспечивался с помощью консольных терминалов, которые не обладали собственными вычислительными ресурсами (процессором, оперативной памятью, внешней памятью) и служили только устройствами ввода-вывода для центральной ЭВМ. Программы доступа к БД писались на различных языках программирования и запускались как обычные числовые программы.

Особенности данного этапа:

· Все СУБД базируются на мощных мультипрограммных ОС (Unix и др.).

· Поддерживается работа с централизованной БД в режиме распределенного доступа. Функции управления распределением ресурсов выполняются операционной системой.

· Поддерживаются языки низкого манипулирования данными, ориентированные на навигационные методы доступа к данным. Значительная роль отводится администрированию данных.

· Проводятся серьезные работы по обоснованию и формализации реляционной модели данных. Была создана первая система (System R), реализующая идеологию реляционной модели данных.

· Проводятся теоретические работы по оптимизации запросов и управлению, распределенным доступом к централизованной БД, было введено понятие транзакции.

· Большой поток публикаций по всем вопросам теории БД. Результаты научных исследований активно внедряются в коммерческие СУБД.

· Появляются первые языки высокого уровня для работы с реляционной моделью данных (SQL), однако отсутствуют стандарты для этих языков.

Настольные СУБД

Компьютеры стали ближе и доступнее каждому пользователю. Появилось множество программ, предназначенных для работы неподготовленных пользователей. Простыми и понятными стали операции копирования файлов и переноса информации с одного компьютера на другой, распечатка текстов, таблиц и других документов. И, конечно, это сказалось и на работе с базами данных. Новоявленные СУБД позволяли хранить значительные объемы информации, они имели удобный интерфейс для заполнения, встроенные средства для генерации различных отчетов. Эти программы позволяли автоматизировать многие учетные функции, которые раньше велись вручную. Постоянное снижение цен на персональные компьютеры сделало такое ПО доступным не только для организаций и фирм, но и для отдельных пользователей. Компьютеры стали инструментом для ведения документации и собственных учетных функций. Это все сыграло как положительную, так и отрицательную роль в области развития баз данных.

Много было создано систем-однодневок, которые не отвечали законам развития и взаимосвязи реальных объектов. Однако доступность персональных компьютеров заставила пользователей из многих областей знаний, которые ранее не применяли вычислительную технику в своей деятельности, обратиться к ним. И спрос на развитые удобные программы обработки данных заставлял поставщиков программного обеспечения поставлять все новые системы, которые принято называть настольными СУБД.

Значительная конкуренция среди поставщиков заставляла совершенствовать эти конфигурации, предлагая новые возможности, улучшая интерфейс и быстродействие систем, снижая их стоимость. Наличие на рынке большого числа СУБД, выполняющих сходные функции, потребовало разработки методов экспорта-импорта данных для этих систем и открытия форматов хранения данных.

Но и в этот период появлялись любители, которые вопреки здравому смыслу разрабатывали собственные СУБД, используя стандартные языки программирования. Это был тупиковый вариант, потому что дальнейшее развитие показало, что перенести данные из нестандартных форматов в новые СУБД было гораздо труднее, а в некоторых случаях требовало таких трудозатрат, что легче было бы все разработать заново, но данные все равно надо было переносить на новую более перспективную СУБД. И это тоже было результатом недооценки тех функции, которые должна была выполнять СУБД. Особенности этого этапа следующие:

Стандартизация высокоуровневых языков манипулирования данными (разработка и внедрение стандарта SQL92 во все СУБД).

Все СУБД были рассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом. И это понятно. Компьютер персональный, он не был подсоединен к сети, и база данных на нем создавалась для работы одного пользователя. В редких случаях предполагалась последовательная работа нескольких пользователей, например, сначала оператор, который вводил бухгалтерские документы, а потом главбух, который определял проводки, соответствующие первичным документам.

Большинство СУБД имели развитый и удобный пользовательский интерфейс. В большинстве существовал интерактивный режим работы с БД как в рамках описания БД, так и в рамках проектирования запросов. Кроме того, большинство СУБД предлагали развитый и удобный инструментарий для разработки готовых приложений без программирования.

Во всех настольных СУБД поддерживался только внешний уровень представления реляционной модели, то есть только внешний табличный вид структур данных.

При наличии высокоуровневых языков манипулирования данными типа реляционной алгебры и SQL в настольных СУБД поддерживались низкоуровневые языки на уровне отдельных строк таблиц.

В настольных СУБД отсутствовали средства поддержки ссылочной и структурной целостности базы данных. Эти функции должны были выполнять приложения, однако скудость средств разработки приложений иногда не позволяла это сделать, и в этом случае эти функции должны были выполняться пользователем, требуя от него дополнительного контроля при вводе и изменении информации, хранящейся в БД.

Наличие монопольного режима работы фактически привело к вырождению функций администрирования БД.

Сравнительно скромные требования к аппаратному обеспечению со стороны настольных СУБД. Вполне работоспособные приложения, разработанные, например, на Clipper, работали на PC 286. В принципе, их даже трудно назвать полноценными СУБД. Яркие представители этого семейства -- очень широко использовавшиеся до недавнего времени СУБД Dbase (DbaseIII+, DbaseIV), FoxPro, Clipper, Paradox.

Глава 3. Основные элементы системы управления базами данных Access. Их признаки

Наиболее популярной среди широкого круга пользователей в настоящее время является среда СУБД Microsoft Access, которая входит в состав офисного программного продукта Microsoft Office. Работа в программной среде СУБД предполагает реализацию двух крупных этапов: создание базы данных управление базой данных. Как правило, СУБД Access используется для реляционной модели данных.

Редактирование таблицы

Создать, просмотреть и изменить структуру таблицы можно в режиме конструктора. Для наполнения таблицы данными надо перейти в режим таблицы. На всех этапах работы можно проводить редактирование таблицы.

Редактирование подразумевает: изменение структуры -- добавление и удаление полей; изменение типов и свойств полей; редактирование данных -- исправление неточных данных, добавление записей. Но: нельзя изменить тип данных полей, которые связаны с другими таблицами базы данных, или значения поля типа Счетчик.

Форма. Конструктор формы

Наиболее удобным средством просмотра и ввода данных являются формы. Форма создается на основе уже разработанных таблиц и может включать в себя данные как из одной таблицы, так и из нескольких связанных таблиц. Форма, как и таблица, может быть создана двумя способами: с помощью конструктора форм и с помощью мастера.

Конструктор форм позволяет изменить дизайн форм. С его помощью можно изменить порядок перехода между полями, размер поля, его цвет. Можно нарисовать или вставить готовую картинку, дополнить форму надписями. Конструктор форм используется также для создания главной пользовательской формы базы данных.

Запрос

Запрос -- это объект базы данных, который позволяет производить основные операции по обработке данных: сортировку, фильтрацию, объединение данных из разных источников, преобразование данных -- и сохранять результаты с некоторым именем, чтобы в дальнейшем использовать их по мере необходимости.

Запрос соединяет в себе возможности, предоставляемые сортировкой и фильтрацией. Он особенно удобен тем, что позволяет сохранить критерии отбора и сортировки с некоторым именем, чтобы не задавать их каждый раз заново. Запрос позволяет создать так называемые вычисляемые поля, в которых производится преобразование данных в другой вид при помощи формул.

Назначение отчета

Одним из преимуществ компьютерных информационных моделей является возможность создания различных форм представления выходной информации, называемых отчетами. В них включаются поля из таблиц и запросов, а также вычисляемые поля. Удобство компьютерных отчетов заключается в том, что они позволяют сгруппировать информацию по заданным признакам, ввести итоговые поля подсчета записей по группам и по всей базе.

Отчет является удобной формой представления информации для вывода на печать. Наиболее удобно создавать отчет с помощью мастера, а корректировать в режиме конструктора.

Заключение

Преимущества использования БД как безбумажной технологии:

Компактность. Информация хранится в БД, нет необходимости хранить многотомные бумажные картотеки.

Скорость. Скорость обработки информации (поиск, внесение изменений) компьютером намного выше ручной обработки.

Низкие трудозатраты. Нет необходимости в утомительной ручной работе над данными.

Применимость. Всегда доступна свежая информация

Дополнительные преимущества появляются при использовании БД в многопользовательской среде, поскольку становится возможным осуществлять централизованное управление данными.

Современные системы управления базами данных обеспечивают как физическую (независимость от способа хранения и метода доступа), так и логическую независимость данных (возможность изменения одного приложения без изменения остальных приложений, работающих с этими же данными).

Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы.

Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями. СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ к ним.

Популярные СУБД - FoxPro, Access for Windows, Paradox. Для менее сложных применений вместо СУБД используются информационно-поисковые системы (ИПС), которые выполняют следующие функции:

- хранение большого объема информации;

- быстрый поиск требуемой информации;

- добавление, удаление и изменение хранимой информации;

- вывод ее в удобном для человека виде.

Список литературы

1.Льман Дж. Основы систем баз данных. -- М.: Финансы и статистика, 1983.

2.Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных, 6-е издание. К., М., СПб.: Издательский дом "Вильямс", 2000.

3.Голицына О.Л., Максимов Н.В., Попов И.И. Базы данных: учеб. пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007.

4.Хансен Г. «Базы данных» - Москва: БИНОМ, 2009.

5.Электронные ресурсы

Размещено на Allbest.ru