Базы данных. Основные понятия и определения в теории баз данных

1.

Базы данных. Основные
понятия и определения в
теории баз данных

2.

Банк данных — это система специальным образом
организованных данных — баз данных, программных,
технических, языковых, организационно-методических
средств,
предназначенных
для
обеспечения
централизованного
накопления
и
коллективного
многоцелевого использования данных.
1-ое определение БД: База данных (БД) —
именованная
совокупность
данных,
отражающая
состояние объектов и их отношений в рассматриваемой
предметной области.
2-ое определение БД: БД - это совокупность
взаимосвязанных данных при такой минимальной
избыточности, которая допускает их использование
оптимальным образом для одного или нескольких
приложений в определенной предметной области.

3.

3-ое определение БД: БД - это единое хранилище
данных, которое однократно определяется, а после этого
многократно используется разными пользователями для
удовлетворения потребностей в информации.
Система управления базами данных (СУБД) —
совокупность
языковых
и
программных
средств,
предназначенных для создания, ведения и совместного
использования БД многими пользователями.
Свойства БД
БД должна обладать следующими свойствами:
• целостность - в каждый момент времени сведения,
содержащиеся в БД должны быть непротиворечивы;
• восстанавливаемость - данное свойство предполагает
возможное восстановление БД после сбоя системы или
отдельных видов порчи системы;

4.

• безопасность - предполагает защиту данных от
преднамеренного
и
непреднамеренного
доступа,
модификации, или разрушения;
• эффективность - понимается как:
- минимальное время реакции на запрос пользователя;
- минимальные потребности в памяти;
- сочетание этих параметров;
• предельные размеры и эксплуатационные ограничения.

5. Требования, предъявляемые к базам данных

1. Неизбыточность и непротиворечивость данных.
Если каждое приложение работает со своей системой
файлов, а не с единой БД, то в рамках одной прикладной
области неизбежно дублирование данных. Следствием
этого будет противоречивость: в одном приложении
информация была изменена, а в другом — нет.
Например, в отделе кадров сотрудника уволили, а в
бухгалтерии он еще числится и получает зарплату;
причина этого в том, что единственная связь между
отделами — это бумажная документация, а бумаги имеют
свойство не только появляться или теряться. БД
избавлены от этого недостатка.
2. Защита данных от программных и аппаратных сбоев.
Все виды защиты должны обеспечиваться СУБД. Сбои
бывают двух видов.

6.

1. Логический сбой. Пусть оператор выполняет попытку
дополнения информации об объекте, которая уже содержится
в базе. СУБД должна предотвратить операцию дополнения.
От проектировщиков требуется определить уникальный
первичный ключ и сообщить об этом СУБД. Такой сбой
называется ошибкой I рода.
Пусть оператор выполняет удаление информации об объекте,
на которую ссылается другой объект. СУБД должна
предотвратить удаление. От проектировщика требуется в
ограничениях целостности ссылочных данных задать
требуемый вид ограничений. В случае ошибки либо сообщать
пользователю, либо производить каскадное удаление (что
сложнее). Такого вида сбои называются ошибкой II рода.
2. Физический сбой. Во время работы СУБД возникает
аварийная ситуация, причиной которой может быть как
ошибка в СУБД или ОС, так и сбой оборудования, и т.д.

7.

При этом СУБД может не успеть выполнить операции по
преобразованию структуры БД, и многие данные могут
быть потеряны.
Чтобы не потерять данные в БД в
корпоративных БД часто создается и ведется рабочий файл
журнала, куда перед выполнением очередной команды
заносится информация, достаточная для завершения
операции после повторного старта БД. Это приводит к
снижению скорости, но сохраняет данные.
3. Мобильность прикладного программного обеспечения
• Определение 1. Прикладной программой (Приложением)
в БД называется программа пользователя,
взаимодействующая с БД посредством СУБД.
• Определение 2. Прикладная программа мобильна, если
ее исходный код не зависит от операционной системы и
аппаратуры.

8.

Прикладная программа должна быть мобильной (в рамках
одной СУБД) и не должна зависеть от места и способа
хранения данных. СУБД же создаются для разных
платформ и различных ОС.
Сформулированное свойство носит название принципа
независимости данных или мобильности прикладных
программ.
В БД имеется два различных уровня описания и
представления данных: физический и логический.
На физическом уровне принята следующая терминология:
1. Поле — наименьшая единица памяти, обрабатываемая
СУБД.
2. Физическая запись — упорядоченная совокупность
фиксированного количества полей.
Две физические записи однотипны, если совпадают по
составу полей.

9.

3. Файл — совокупность однотипных записей.
4. Блок — размер памяти, передаваемой из внешнего
запоминающего устройства в оперативную память и
обратно за одну операцию чтения-записи.
5. Индексный файл — структурированная совокупность
записей, на которой реализуется какой-либо метод
доступа к данным; вводится для увеличения скорости
поиска данных и для реализации ограничений
целостности.
На логическом уровне принята следующая терминология:
1. Атрибут (элемент данных) — наименьшая
поименованная единица информации, с определенным
типом, идентифицируемая СУБД. Обычно соответствует
полю на физическом уровне.
2. Логическая запись — фиксированная совокупность
элементов данных.

10.

Упорядоченность, как на физическом уровне, не требуется. Две
логические записи однотипны, если состоят из одинаковых
совокупностей элементов данных.
3. Отношение — совокупность всех однотипных логических записей.
4. Схема базы данных — совокупность отношений с установленными
связями и ограничениями целостности.
Пример: Логический уровень:
Сотрудники
Табельный
номер
ФИО
сотрудника
Дата
рождения
Должность
Оборудование
Инвентарный
номер
Рабочее
Табельный
номер
Наименование
оборудования
Дата
изготовления
место
Инвентарный
номер
Расположение
места
Здесь рассматриваются три отношения, соответствующие
классам объектов: сотрудник, оборудование и рабочее место.
трем

11.

Связи между отношениями представляются линиями со стрелками.
Накладываются следующие ограничения целостности:
1. Не может быть двух сотрудников с одним и тем же табельным
номером.
2. Не может быть так, чтобы один и тот же инвентарный номер
соответствовал различному оборудованию.
Выделенные поля соответствуют первичным ключам.
Первичный ключ – это поле или совокупность полей, которые
однозначно определяют каждую запись. Ключи используют для связи
отношений.
Табельный номер (Сотрудники) связан с Инвентарным номером
(Оборудование)
Инвентарный номер (Оборудование) связан с Инвентарным номером
(Рабочее место)
Физический уровень
Сотрудники
1025
Иванов И. И.
21.03.1977
Бухгалтер
1026
Петров А.А
01.01.1980
Токарь

12.

Оборудование
123123
Стол письменный
19.03.2001
343434
Станок токарный
22.02.2010
Рабочее место
1025
123123
3-й корпус, НПО «Прибор»
1026
343434
Цех №2, НПО «Прибор»

13.

Программы, с помощью которых пользователи работают
с базой данных, называются приложениями.
В общем случае с одной базой данных могут работать
множество различных приложений.
Например, если база данных моделирует некоторое
предприятие, то для работы с ней может быть
создано приложение, которое обслуживает подсистему
учета кадров, другое приложение может быть посвящено
работе
подсистемы
расчета
заработной
платы
сотрудников,
третье
приложение
работает
как
подсистемы
складского
учета,
четвертое
приложение
посвящено
планированию
производственного процесса.
Приложения работают с базой данных параллельно и
независимо друг от друга. СУБД должны обеспечить
работу множества приложений с единой базой данных
так, чтобы каждое из них выполнялось корректно, но
учитывало все изменения в базе данных, вносимые
другими приложениями.