Базы и банки данных

1. Основные методы организации и обработки данных

1.1. Основные определения

1.2. Этапы развития средств организации и обработки данных

2. Многоуровневое представление данных

3. Концептуальное моделирование данных

4. Логическое моделирование данных

4.1. Реляционная модель данных

4.2. Основные операции реляционной алгебры

4.3. Переход от ER-диаграмм к системе отношений (таблиц)

4.4. Понятие первичного и внешнего ключа

4.5. Ограничительные условия, поддерживающие целостность

4.6. Аномалии хранения данных

4.7. Функциональная зависимость

4.8. Нормальные формы отношений

5. Элементы пользовательского интерфейса в системе Microsoft Windows

6. Защита данных

7. Языковые средства СУБД

8. Управление параллельным доступом

9. Системы “клиент – сервер”

10. Распределение базы данных

11. Физическая организация БД

12. Администрирование базы данных

13. Выбор СУБД

14. Перспективные направления развития информационных систем

1. Основные методы организации и обработки данных

1.1. Основные определения

Информация – это сведения интересующие пользователя.

Данные – описание какого-либо процесса, объекта или явления которое необходимо зафиксировать.

Модель данных (МД) – это средство обработки данных, позволяющее увидеть не только конкретные значения данных, но и их смысл.

Предметная область – это часть реального мира, которая подлежит изучению с целью организации управления и описания.

База данных (БД) – это совокупность данных о конкретной предметной области.

Объект БД – это элемент предметной области, о котором мы хотим хранить информацию.

Характеристики объекта: Имя, свойства, значение этого свойства.

Схема БД – это совокупность объектов БД и связей между ними.

Модель данных включает в себя 3 основных компонента:

1. Структура данных.
2. Множество операций над данными.
3. Ограничения накладываемые на данные.

Система управления базами данных (СУБД) – это совокупность программных средств, реализующее все 3 компонента модели данных в готовом виде.

1.2. Этапы развития средств организации и обработки данных

Этап 1. Создание индивидуальных подпрограмм доступа и обработки данных каждым разработчиком для своих приложений
программы доступа и обработки данных создавались индивидуально каждым разработчиком для своих приложений.

Этап 2. Появление стандартных библиотек для работы с данными

Этап 3. Появление баз данных, объединяющих данные всей организации, используемые разными приложениями

Развитие СУБД продвигалось в двух направлениях:

1. Внедрение в имеющиеся языки программирования функций работы с БД.
2. Автономные системы работы с БД.

Преимущества СУБД:

1. Сокращение избыточности данных.
2. Устранение противоречий данных.
3. Возможность параллельной работы с данными нескольких пользователей.
4. Возможность соблюдения стандартов предметной области.
5. Возможность защиты данных.
6. Независимость данных от программ их обработки.

2. Многоуровневое представление данных

Администратор БД, пользователи различных категорий

Существует 4 модели данных:

1. Иерархическая.
2. Сетевая.
3. Реляционная (данные представлены в виде таблиц).
4. Внешняя (интерфейс пользователя).

3. Концептуальное моделирование данных

Диаграммы “сущность-связь” (ER-диаграммы).

Основные определения:

Основными компонентами этой модели являются сущности, атрибуты сущности и связи между сущностями.

Сущность – это объект предметной области, о котором необходимо хранить информацию (Например, сущностью является студент).

Атрибут сущности – это параметр, характеризующий сущность (Если студент- это сущность, то атрибутами сущности будут являться Ф.И.О. студента, год его поступления в ВУЗ, возраст, номер зачётной книжки и т.п.).

Связь между сущностями – это ассоциирование между двумя или несколькими сущностями.

Экземпляр сущности – это пример сущности.

Классификация связей между сущностями.

1. 1. По арности

Арность – это количество сущностей, участвующих в связи.
По арности связи могут быть:

1. • Бинарные (2сущности).
   • Тернарные (3 сущности).
   • Унарные (связь сущности с собой).
2. По значности

• Один к одному. Это такой вид связи , в котором одному экземпляру первой сущности соответствует один экземпляр второй сущности.

• Один ко многим (1:m). Это такой вид связи, при котором одному экземпляру первой сущности соответствует несколько экземпляров второй сущности, но не наоборот.

 

• Многие ко многим (m:m). Это такой вид связи, при котором одному экземпляру первой сущности соответствует несколько экземпляров второй сущности и наоборот.

 

1. 1. По членству
      • Обязательные
      • Возможные
      • Необязательные

Обязательная связь – это такой вид связи, при котором обе связываемые сущности зависят от наличия связи.

Возможная связь – это такой вид связи, при котором одна из связываемых сущностей зависит от наличия связей.

Необязательная связь – это такой вид связи, при котором обе сущности не зависят от наличия связей.

Сущность может быть подмножеством другой сущности.

4. Логическое моделирование данных

4.1. Реляционная модель данных

Реляционная модель данных – это такая модель данных, в которой данные представлены в виде таблиц.

Основные понятия реляционной МД.

Атомарное значение – неделимое значение.

Домен – множество атомарных значений одного и того же типа. Если значения принадлежат одному и тому же домену, то имеет смысл их сравнение. А1, А5, А7, Аi – атрибуты отношения, т.е. набор значений принадлежащих к одному и тому же домену.

Заголовок (схема отношений) – это набор его атрибутов.

Математическое определение отношений. Если V1, V2…, Vi – это набор множеств именуемых доменами, тогда отношение R (V1, V2, .., Vi) представляет собой подмножество декартовых произведений доменов (V1*V2*…*Vi). Каждому домену приписывается имя, в качестве отношения рассматривается отношение этих имён. Элементом отношения является кортеж.

Кортеж – это множество пар имён атрибутов, значений атрибутов (это строка таблицы).

Мощность отношения – это число его кортежей.

Степень отношения – это число его атрибутов (число столбцов в таблице).

Возможный ключ отношения – это минимальный набор атрибутов, который однозначно определяет кортеж. У ключа есть 2 свойства: уникальность и минимальность.

Уникальность – значения ключевых атрибутов не могут повторяться.

Минимальность – ни один из атрибутов не может быть исключён из набора без нарушения уникальности.

Свойства отношений:

1. Отношение имеет своё уникальное имя.
2. Уникальность имён атрибутов.
3. Отсутствие кортежей-дубликатов.
4. Атомарность значений атрибутов.
5. Отсутствие упорядоченности атрибутов и кортежей.

4.2. Основные операции реляционной алгебры

В реляционной алгебре в качестве операндов используются отношения. В результате этих операций возникают новые отношения.

Условные обозначения:

X, Y – отношения-операнды.
R – отношение-результат.
Mx, My, Mr – мощности отношений X,Y,R.
А, B – подмножества схем отношений.

Все операции можно разбить на 2 группы:

1. Теоретико-множественные.
2. Операции, учитывающие структуру решений как модель данных.

1. 1. Объединение.
      R=X+Y
      Max(Mx,My) ≤ Mr ≤ Mx+My
      Схемы кортежей и операндов должны быть одинаковы.
   2. Разность.
      R=X-Y
      0 ≤Mr ≤ Mx
   3. Пересечение
      R=X Y=X-(X-Y)
      0 ≤ Mr ≤min(Mx,My)
   4. Декартово произведение.
      R=X*Y
      Mr=Mx*My

X: