Читайте также:
|
Системи баз даних та знань
Лекції
Для студентів за напрямом підготовки
6.050201 "Системна інженерія"
Кіровоград – 2013 рік
Лекція 1
Поняття про бази даних і системи управління базами даних
База даних (БД) — сукупність даних, організованихза певними правилами. БД дозволяє структурувати, зберігати й обробляти дані різних типів. В базах даних забезпечується інтеграція логічно пов'язаних даних при мінімальному дублюванні даних, що зберігаються.
Система управління базами даних (СУБД) — сукупність мовних і програмних засобів, призначених для створення, ведення й використання БД. СУБД підтримують одну з моделей даних — ієрархічну, мережну або реляційну. В ієрархічній моделі кожний об'єкт може бути підлеглим щодо одного об'єкта вищого рівня. В мережній моделі кожний об'єкт може бути підлеглим щодо кількох об'єктів вищого рівня. Реляційна модель відрізняється зручним табличним поданням даних.
Більшість сучасних СУБД базується на реляційній моделі даних, яка є сукупністю двовимірних таблиць, що належать до об'єктів одного типу (наприклад, відомості про клієнтів фірми або про замовлення, що зроблені ними). З даними різних типів можна працювати як з одним цілим, завдяки зв'язкам між інформацією, що знаходиться в різних таблицях. СУБД МІСROSOFT АССЕSS належить до класу реляційних СУБД.
Етапи створення БД:
Розробка інформаційно-логічної моделі (ІЛМ) предметної області.
Визначається склад і структура інформаційних об'єктів— даних, які повинні знаходитись в БД і забезпечувати виконання необхідних завдань, що ставить користувач. Для цього визначаються функціональні залежності між інформаційними об'єктами. Всі дані розподіляються на описові, які залежать від інших даних, і ключові, незалежні. Описові дані, які залежать від одних і тих самих ключових даних, вкупі з самими ключовими даними утворюють інформаційні об'єкти. Далі визначаються структурні зв'язки між інформаційними об'єктами.
Типи зв'язків:
• «один до одного» (1:1), коли одному екземпляру першого інформаційного об'єкта відповідає тільки один екземпляр другого інформаційного об'єкта і навпаки. Ці два інформаційні об'єкти легко з'єднати в єдиний об'єкт;
• «один до багатьох» (1:∞), коли одному екземпляру першого інформаційного об'єкта можуть відповідати кілька екземплярів другого інформаційного об'єкта, а кожному екземпляру другого інформаційного об'єкта — не більше одного екземпляра першого інформаційного об'єкта. Перший інформаційний об'єкт називається головним, другий — підлеглим;
• «багато до багатьох» (∞:∞) коли одному екземпляру першого інформаційного об'єкта можуть відповідати кілька екземплярів другого інформаційного об'єкта і навпаки. В цьому разі слід створити ще один, перехідний інформаційний об'єкт, який буде зв'язаний з кожним з двох інформаційних об’єктів відношенням 1: ∞.
2. Визначення логічної структури БД. Для реляційних БД логічна структура відповідає формальній структурі інформаційно-логічної моделі.
3. Конструювання БД. Інформаційні об'єкти подаються у вигляді таблиць, які створюються засобами СУБД.
Типи СУБД. Протягом тривалого часу широко використовувались СУБД, сумісні зі стандартом Хbase: Dbase (розроблена фірмою Ashton-Таtе), FохРrо (фірма Fох Software), Сlірреr 5.0 (фірма Nantucket) та ін. Ці СУБД мали досить просту командну мову маніпулювання даними і засобами генерації звітів і форм. З появою операційної системи Windows був випущений ряд персональних СУБД, таких як Ассеss (фірма Місго-8ой), Раrаdох (фірма Воrland), Аррpоасh (фірма Lotus), Visual FохРrо (фірма Місrosoft). Деякі з цих СУБД, наприклад, Ассеss і Аррrоасh, мають зручний, здебільшого графічний, інтерфейс, отже й поширені можливості обробки даних, які можна використовувати, не запобігаючи до засобів програмування. Але Аррrоасh не цілком підтримує структуровану мову запитів SQL, яка забезпечує зв'язування даних, створених за допомогою різних СУБД. Наявність підтримки мови SQL є обов'язковою для сучасних реляційних СУБД, адже можливості системи, розрахованої на багатьох користувачів і не оснащеної мовою SQL обмежені лише переглядом даних. СУБД Раrаdох має складний інтерфейс, але й значно більші можливості обробки даних. Visual FохРrо — єдина з зазначених СУБД, яка дозволяє виконувати набори команд (сценарії) без застосування складних елементів об'єктно-орієнтованого програмування, але поступово вона витісняється системами з більш простим інтерфейсом.
Рис.1
Часто бази даних створюються на базі комп'ютерних локальних мереж. В цьому випадку СУБД, крім виконання своїх звичайних функцій має слідкувати за розшаруванням доступу різних користувачів до загальної бази даних, а також забезпечувати її захист при одночасному використанні кількома користувачами. Бази даних такого типу орієнтовані на комп'ютерні мережі архітектури «клієнт — сервер» (рис. 1). На спеціально виділеному комп'ютері (сервері) зберігається загальна база даних, обробляються дані, забезпечується їх цілісність і схоронність. Для цього на сервері працюють потужні СУБД, такі як SQL Server (розроблена фірмою Мicrosoft), Оrасlе (фірма Оrасlе), Interbase (фірма Воrlаnd) та інші. На інших комп'ютерах (робочих місцях) можуть бути установлені персональні СУБД, зручні для користувачів-клієнтів. Від цих СУБД вимагається повна підтримка мови SQL. Взаємодія СУБД сервера і СУБД клієнта відбувається таким чином. На робочому місці користувач за допомогою своєї локальної СУБД проектує дії з обробки даних. На базі цих дій генерується відповідний запит на мові SQL, який відсилається до СУБД сервера, де аналізується і обробляється. Оновлені дані надсилаються до робочих місць клієнтів. СУБД, орієнтовані на архітектуру «клієнт — сервер» принципово відмінні від персональних СУБД, адже вони не призначені для безпосередньої розробки додатків користувача, а виконують функції управління базою даних.
Останнім часом розробляються універсальні СУБД, здатні інтегрувати в базі даних й дані нетрадиційних типів — рисунки, звук, відеозображення, повідомлення електронної пошти тощо. Існують два підходи до проектування відповідних баз даних: об'єктний, коли об'єкти зберігаються і використовуються безпосередньо (без розкладення на таблиці) і об'єктно-реляційний, коли реляційна база даних доповнюється спеціалізованим сервером нетрадиційних даних.
Основні об'єкти реляційної бази даних та їх призначення. До основних об'єктів, з яких складається реляційна база даних, належать таблиці, запити, форми, звіти, макроси, модулі, Web-сторінки.
1. Таблиця створюється для зберігання даних та містить інформацію про інформаційний об'єкт певного типу (наприклад, про працівників підприємства, використовувані матеріали, реалізацію продукції). Таблиця складається з полів (стовпців) та записів (рядків). Кожне поле має унікальне в межах таблиці ім'я.
Для кожної таблиці можна визначити ключ і один або кілька індексів. Ключ — це поле або комбінація полів, які містять дані, що однозначно визначають кожен запис в таблиці. Простий ключ складається з одного поля, а складений ключ — з кількох полів. Поля, за якими побудовано ключ, називаються ключовими. Значення окремих полів складеного ключа (але не всіх одночасно) можуть повторюватися.
Індекс також будується за допомогою полів таблиці, але він допускає повторення значень полів, які складають індекс. Поля, за якими побудовано індекс, називаються індексними. Завдяки використанню індексів підвищується швидкість пошуку даних в таблиці, тому що таблиці сортуються за індексними полями. Ключові поля в СУБД індексуються автоматично. Таким чином, використання ключів та індексів дозволяє: однозначно ідентифікувати записи, виключити дублювання значень в ключових полях, сортувати таблиці, прискорити пошук даних в таблицях, встановлювати зв'язки між окремими таблицями БД.
2. Запит дозволяє користувачеві вибрати потрібні дані з однієї або з кількох зв'язаних таблиць. Можна скласти запит на вибір, оновлення, вилучення, додавання даних, на створення нових таблиць на базі тих, що вже існують.
3. Форма призначена для перегляду, введення та коригування взаємозалежних даних БД на екрані в зручному для користувача вигляді. За допомогою форми можна примусити до виконання макрос у відповідь на деяку подію.
4. Звіт формує вихідний документ, призначений до друкування.
5. Макрос містить опис дій, які треба виконати у відповідь на деяку подію (наприклад, у відповідь на натискання кнопки).
6. Модуль — програма для реалізації нестандартних процедур.
7. Web-сторінка дає змогу обмінюватись даними засобами, розробленими для глобальних комп'ютерних мереж.
Після відкриття Ассеss у його вікні з'являється меню, яке складається лише з двох пунктів — «Файл» і «Справка», а також набір кнопок — панель інструментів, з яких активними є тільки три — «Создать», «Открыть» і «Найти».
Відкриття існуючої БД: меню «Файл» → «Открыть» (або кнопка «Открыть») → вибрати необхідні диск, каталог і файл з розширенням mdb, який містить БД.
Створення БД: меню «Файл» → «Создать» (або кнопка «Создать») → вибрати необхідні диск і каталог, в якому буде міститися файл з БД → дати ім'я файлу → «ОК». Файли Ассеss мають розширення mdb.
Після відкриття або створення БД з'являється вікно бази даних, яке містить щонайменше 7 вкладок — «Таблица», «Запрос», «Форма», «Отчет», «Страница», «Макрос», «Модуль» (рис. 2). Клацнувши мишею на одній з вкладок, користувач взмозі побачити у вікні БД список відповідних об'єктів, які вже існують в БД. Також у вікні БД є 3 кнопки «Создать», «Открыть», «Конструктор». Кнопка «Создать» призначена для створення нового об'єкта (таблиці, запиту тощо). Більшість об'єктів Ассеss існує принаймні в двох виглядах — в режимі конструювання і в режимі перегляду вмісту (його ще називають режимом таблиці). Кнопка «Конструктор» відкриває об'єкт в першому з цих режимів, кнопка «Открыть» — в другому. Режим конструювання завжди передує режимові перегляду.
Зберігання БД спеціально не виконується. Програма автоматично зберігає всі об'єкти БД при їх закритті або при перемиканні режимів роботи з ними. Є додаткова можливість зберігати об'єкти в іншому форматі (меню «Файл» → «Сохранить»), наприклад, таблицю СУБД Ассеss можна перетворити на електронну таблицю формату Ехсеl.
Рис. 2
Лекція №2
"Розробка інфологічної моделі бази даних"
Інфологічною моделлю даних називають узагальнений неформальний опис предметної області створюваної бази даних, виконаний з використанням природної мови, математичних формул, таблиць, графіків і інших засобів, зрозумілих усім, хто що працює над проектуванням бази даних.
Основними конструктивними елементами інфологічних моделей є сутності, зв'язки між ними і їх властивості (атрибути).
Сутність – будь-який помітний об'єкт (об'єкт, який можна відрізнити від іншого), інформацію про який необхідно зберігати в базі даних. Сутностями можуть бути люди, місця, літаки, рейси, смак, колір і т.д. Необхідно розрізняти такі поняття, як тип сутності й екземпляр сутності. Поняття тип сутності відноситься до набору однорідних предметів, особистостей, подій чи ідей, що виступають як ціле. Екземпляр сутності відноситься до конкретної речі в наборі. Наприклад, типом сутності може бути МІСТО, а екземпляром – Київ, Львів і т.д.
Атрибут – іменована характеристика сутності. Атрибути використовуються для визначення того, яка інформація повинна бути зібрана про сутність. Прикладами атрибутів для сутності АВТОМОБІЛЬ є ТИП, МАРКА, НОМЕРНИЙ ЗНАК, КОЛІР і т.д. Тип атрибута КОЛІР має багато екземплярів чи значень: Червоний, Синій, Банановий, Біла ніч і т.д., однак кожному екземпляру сутності присвоюється тільки одне значення атрибута.
Ключ – мінімальний набір атрибутів, за значеннями яких можна однозначно знайти необхідний екземпляр сутності. Мінімальність означає, що виключення з набору будь-якого атрибута не дозволяє ідентифікувати сутність по тим, що залишилися. Для сутності Розклад ключем є атрибут Номер_рейсу чи набір: Пункт_відправлення, Час_вильоту і Пункт_призначення (за умови, що з пункту в пункт вилітає в кожен момент часу один літак).
Зв'язок – асоціювання двох чи більш сутностей. Однак одна з основних вимог до організації бази даних – це забезпечення можливості відшукання одних сутностей за значеннями інших, для чого необхідно установити між ними визначені зв'язки. А через те, що в реальних базах даних нерідко містяться сотні чи навіть тисячі сутностей, то теоретично між ними можуть бути встановлені більш мільйона зв'язків. Наявність такої множини зв'язків і визначає складність інфологічних моделей.
Між двома сутностями, наприклад, А і В можливі чотири види зв'язків.
Перший тип – зв'язок ОДИН-ДО-ОДНОГО (1:1): у кожний момент часу кожному екземпляру сутності А відповідає 1 чи 0 екземплярів сутності В. Наприклад: студент може не "заробити" стипендію, одержати звичайну чи одну з підвищених стипендій.
Другий тип – зв'язок ОДИН-ДО-БАГАТЬОХ (1: 
): у кожний момент часу одному екземпляру сутності А відповідають 0, 1 чи більше екземплярів сутності В. Наприклад: квартира може пустувати, у ній може жити один чи кілька мешканців.
Третій тип – зв'язок БАГАТО-ДО-ОДНОГО (: 1 ) – такий самий зв’язок, але в протилежному напрямку.
Четвертий тип – зв'язок БАГАТО-ДО-БАГАТЬОХ (: ):у кожний момент часу 0, одному чи більше екземплярам сутності А відповідають 0, 1 чи більше екземплярів сутності В. Наприклад: багато студентів вивчають багато предметів.
При встановленні зв’язків між сутностями слід користуватися загальноприйнятими нормами і правилами
При побудові інфологічних моделей будемо використовувати мову ER-діаграм (від англ. Entity-Relationship, тобто сутність-зв'язок). У них сутності зображуються прямокутниками, асоціації – ромбами або шестикутниками, атрибути – овалами, а зв'язки між ними – лініями, над якими може проставлятися ступінь зв'язку (1 або знак чи буква, що заміняє слово "багато") і необхідне пояснення.
Характер зв'язків між сутностями не обмежується перерахованими. Існують і більш складні зв'язки:
Класифікація сутностей
Визначають три основні класи сутностей: стрижневі, асоціативні і характеристичні, а також підклас асоціативних сутностей – позначення.
Стрижнева сутність (стрижень) – це незалежна сутність.
У розглянутих раніше прикладах стрижні – це "Студент", "Квартира", "Спеціалісти", "Автомобіль".
Асоціативна сутність (асоціація) – це зв'язок виду "багато-до- багатьох" між двома чи більше сутностями чи екземплярами сутності. Асоціації розглядаються як повноправні сутності: вони можуть брати участь в інших асоціаціях і позначеннях точно так само, як стрижневі сутності; можуть мати властивості, тобто мати не тільки набір ключових атрибутів, необхідних для вказівки зв'язків, але і будь-яке число інших атрибутів, що характеризують зв'язок.
Характеристична сутність (характеристика) – це зв'язок виду "багато-до-одного" чи "один-до-одного" між двома сутностями (окремий випадок асоціації). Мета характеристики полягає в описі чи уточненні деякої іншої сутності. Необхідність у них виникає в зв'язку з тим, що сутності реального світу мають іноді багатозначні властивості. Існування характеристики цілком залежить від сутності, що характеризується: Молоді люди позбавляються статусу студентів, коли закінчують ВНЗ.
Рис. 1. Елементи розширеної мови ER-діаграм
Сутність, що позначає, чипозначення - це зв'язок виду "багато-до-одного" чи "один-до-одного" між двома сутностями і відрізняється від характеристики тим, що не залежить від сутності, що позначається.
Позначення використовують для збереження повторюваних значень великих текстових атрибутів: "кодифікатори" дисциплін, що вивчаються студентами, найменувань організацій і їхніх відділів, переліків товарів і т.п.
Напиклад, необхідно розробити базу даних для дрібнооптової торгової фірми. В першу чергу ми повинні вивчити предметну область і процеси, що в ній протікають. Для цього нам потрібно опитати співробітників фірми, прочитати документацію, вивчити форми замовлень, накладних, тощо.
Нам вдалося вияснити, чого чекає від нашої бази даних керівництво.
База даних повинна:
- зберігати інформацію про покупців;
- друкувати накладні на продані товари;
- слідкувати за наявністю товарів на складах.
З формулювань цих задач виділяємо стрижневі сутності:
Дата добавления: 2015-04-12; просмотров: 184 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |