Система баз данных

1. Базы данных

2. Понятие БД и СУБД

Система баз данных – это компьютеризированная система основная
задача которой – хранение информации и предоставление доступа к ней
по требованию.
АО + ПО
Рис. 1. Система баз данных
СУБД – это специализированное программное обеспечение,
предоставляющее пользователю базы данных возможность работать с
ней, не вникая в детали хранения информации на уровне программного
обеспечения

3. Понятие БД и СУБД

Пользователи:
1. Прикладные программисты.
2. Конечные пользователи.
3. Администраторы базы данных.
Функции администратора базы данных:
1. Определение концептуальной схемы.
2. Определение внутренней схемы.
3. Взаимодействие с пользователями.
4. Определение правил безопасности и целостности.
5. Определение процедур резервного копирования и
восстановления.
6. Управление производительностью и реагирование на
изменяющиеся
требования.

4. Понятие БД и СУБД

Преимущества использования баз данных:
1. Возможность сокращения избыточности.
2. Возможность устранения (до некоторой степени) противоречивости.
3. Возможность общего доступа к данным.
4. Возможность соблюдения стандартов.
5. Возможность введения ограничений для обеспечения
безопасности.
6. Возможность обеспечения целостности данных.
7. Возможность сбалансировать противоречивые требования.
8. Возможность обеспечения независимости данных.

5. Понятие БД и СУБД

Существует 3 уровня архитектуры СУБД:
• внутренний уровень - наиболее близкий к физическому
хранению. Он связан со способами хранения информации на
физических устройствах хранения.
• внешний уровень - наиболее близкий к пользователям. Он
связан со способами представления данных для отдельных
пользователей.
концептуальный уровень - является промежуточным между
двумя первыми. Этот уровень связан с обобщенными
представлениями пользователей, в отличие от внешнего уровня,
связанного с индивидуальными представлениями пользователей.

6. Понятие БД и СУБД

Функции СУБД
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Определение данных.
Обработка данных.
Безопасность и целостность данных.
Восстановление данных и дублирование.
Словарь данных.
Производительность.
Функции СУБД
1. Управление данными во внешней памяти (на дисках).
2. Управление данными в оперативной памяти с использованием
дискового кэша.
3. Журнализация изменений, резервное копирование и
восстановление базы данных после сбоев.
4. Поддержка языков БД (язык определения данных, язык
манипулирования данными).

7. Понятие БД и СУБД

Обычно современная СУБД содержит следующие
компоненты:
• ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и
оперативной памяти, и журнализацию;
• процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию
запросов на извлечение и изменение данных и создание, как
правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода;
• подсистему поддержки времени исполнения, которая
интерпретирует программы манипуляции данными, создающие
пользовательский интерфейс с СУБД;
• сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд
дополнительных возможностей по обслуживанию информационной
системы.

8. Понятие БД и СУБД

СУБД
Непосредственно
управляющие БД
Обслуживающие
БД
Комплексные

9. Понятие БД и СУБД

Классификация ранних СУБД
1. Системы, основанные на инвертированных списках.
2. Иерархическая модель.
3. Сетевые СУБД.
Сильные места ранних СУБД:
• развитые средства управления данными во внешней памяти на
низком уровне;
• возможность построения вручную эффективных прикладных
систем;
• возможность экономии памяти за счет разделения подобъектов
(в сетевых системах).
Недостатки:
слишком сложно пользоваться;
фактически необходимы знания о физической организации;
прикладные системы зависят от этой организации;
их логика перегружена деталями организации доступа к БД.

10. Понятие БД и СУБД

Классификация современных СУБД
1. Реляционные СУБД.
2. Объектно-реляционные СУБД.
3. Объектно-ориентированные СУБД.
Достоинства реляционного подхода к управлению БД
1. Наличие небольшого набора абстракций.
2. Наличие простого и в тоже время мощного математического
аппарата.
3. Возможность манипулирования данными без необходимости
знания конкретной физической организации баз данных во
внешней памяти.

11. Понятие БД и СУБД

Иерархические структуры данных
Сетевые структуры данных

12. Архитектуры информационных систем

1. Локальные
2. Удаленные
1) Файл-сервер.
2) Клиент-сервер.
a. Двухуровневая.
b. Многоуровневая.
Локальная архитектура
приложение
Приложение
BDE
BDE
Компьютер пользователя
БазаБД
данных

13. Архитектуры информационных систем

Архитектура «файл-сервер»
приложение
Приложение
BDE
BDE
Локальная
Локальная
копия
базы
копия
данных
БД
Компьютер пользователя
••
••
••
приложение
Приложение
BDE
BDE
Локальная
Локальная
копия
копия
базы
БД
данных
Компьютер пользователя
БазаБД
данных
Сервер

14. Архитектуры информационных систем

Недостатки «файл-серверной архитектуры»:
• Большая нагрузка на сеть.
• не актуальная информация;
• необходимость синхронизации работы отдельных пользователей;
• низкая конфиденциальность информации;
• сложное поддержание целостности БД.

15. Архитектуры информационных систем

Архитектура «клиент-сервер»
Двухуровневая клиентсерверная архитектура
Трехуровневая клиентсерверная архитектура

16. Архитектуры информационных систем

Основные достоинства двухуровневой
архитектуры «клиент-сервер»
• снижение нагрузки на сеть;
• повышение безопасности информации;
• уменьшение сложности клиентских приложений за счет отсутствия в них
кода, связанного с контролем БД и разграничением доступа к ней
Основные достоинства трехуровневой
архитектуры «клиент-сервер»
• разгрузка сервера от выполнения части операций, перенесенных на
сервер приложений;
• уменьшение размера клиентских приложений за счет разгрузки их от
лишнего кода;
• единое поведение всех клиентов;
• упрощение настройки клиентов – при изменении общего кода сервера
приложений автоматически изменяется поведение приложений-клиентов.

17. Архитектуры информационных систем

Распределенная архитектура системы

18. Реляционные БД

Структура таблицы:
• описание полей;
• ключ;
• индексы;
• ограничения на значения полей;
• ограничения ссылочной целостности между таблицами;
• пароли.
Ключ обеспечивает:
• однозначную идентификацию записей таблицы;
• ускорение выполнения запросов к БД;
• установление связей между отдельными таблицами БД;
• использование ограничений ссылочной целостности.

19. Реляционные БД

Правила построения ключей:
• ключ должен быть уникальным. У составного ключа значение
отдельных полей (но не всех одновременно) могут повторяться;
• ключ должен быть достаточным и не избыточным, т.е. не содержать
поля, которые можно удалить без нарушения уникальности ключа;
• в состав ключа не могут входить поля некоторых типов, например
графическое поле или поле комментария.
Индексы обеспечивают:
• увеличение скорости доступа (поиска) к данным;
• сортировку записей;
• установление связей между отдельными таблицами БД;
• использование ограничений ссылочной целостности.

20. Реляционные БД

Использование ключей и индексов позволяет:
• однозначно идентифицировать записи;
• избегать дублирования значений в ключевых полях;
• выполнять сортировку таблиц;
• ускорять операции поиска в таблицах;
• устанавливать связи между отдельными таблицами БД;
• использовать ограничение ссылочной целостности.

21. Реляционные БД

Виды связи:
• Отношение «один-к-одному»;
• Отношение «один-ко-многим»;
• Отношение «много-к-одному»;
• Отношение «много-ко-многим».
Особенности:
• при изменении (редактировании) поля связи может нарушиться связь
между записями двух таблиц. Поэтому при редактировании поля связи
записи главной таблицы нужно соответственно изменять и значение
поля связи всех подчиненных таблиц;
• при удалении записи главной таблицы нужно удалять и
соответствующие ей записи в подчиненной таблице (каскадное
удаление);
• при добавлении записи в подчиненную таблицу значение ее поля связи
должно быть установлено равным значению поля связи главной
таблицы.

22. Реляционные БД

Бизнес-правила реализуют следующие ограничения БД:
• задание допустимого диапазона значений;
• задание значения по умолчанию;
• требование уникальности значений;
• запрет пустого значения;
• ограничения ссылочной целостности.

23. Общие сведения о CASE-средствах

Характерные особенности case-средств:
1. Единый графический язык.
2. Единая БД проекта.
3. Интеграция средств.
4. Поддержка коллективной разработки и управления проектом.
5. Макетирование.
6. Генерация документации.
7. Верификация проекта.
8. Автоматическая генерация программного кода.
9. Сопровождение и реинжиниринг.

24. Концептуальное проектирование структуры данных

Модель «Сущность - связь»
Cтандарт IDEF1X
Сущность – это реальный или виртуальный объект, имеющий
существенное значение для рассматриваемой предметной области,
информацию о котором необходимо хранить в БД.
Связь – это соединение двух сущностей, как правило, каждый экземпляр
одной сущности ассоциирован с произвольным (в частном случае с
нулевым) количеством экземпляров второй сущности, а каждый
экземпляр сущности-потомка ассоциирован в точности с одним
экземпляром сущности-родителя.
Атрибут – является характеристикой сущности, значимой для
рассматриваемой предметной области

25. Методология IDEF1

Сущности
Специальность/2
Эталон/3
В IDEF1X могут быть выражены следующие мощности связей:
• каждый экземпляр сущности-родителя может иметь ноль, один или
более связанных с ним экземпляров сущности-потомка;
• каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не менее одного
связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
• каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не более одного
связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
•каждый экземпляр сущности-родителя связан с некоторым
фиксированным числом экземпляров сущности-потомка.

26. Методология IDEF1

Мощность связи
Идентифицирующая связь
Не идентифицирующая связь

27. Методология IDEF1

Атрибуты и первичные ключи
Примеры внешних ключей
Эксперт/4
Код эксперта
Код
Кодспец.(FK)
спец.(FK)
Код
спец.(FK)
Эталон/3
Код спец.(FK)
Код Эталона

28. Методология IDEF1

29. Методология IDEF1

30. Нормализация

Задачи:
1. Минимизация избыточности данных.
2. Определение связей между сущностями.
3. Упорядочивание данных в логические группы или наборы.
Правила выделения сущностей:
1. Значение атрибута имеет конечное множество значений.
2. Атрибут может иметь сразу несколько значений.

31. Проектирование

Основные этапы:
1. Моделирование предметной области.
2. Выделение объектов (сущностей).
3. Определение атрибутов сущностей.
4. Нормализация.
5. Разработка бизнес-правил.

32. SQL- Structered Query Language

Язык SQL обладает следующими достоинствами:
1. Независимость от конкретных СУБД.
2. Реляционная основа.
3. SQL обладает высокоуровневой структурой
4. SQL позволяет создавать различные представления данных
для различных пользователей
5. SQL является полноценным языком для работы с БД
6. Единый стандарт.

33. SQL- Structered Query Language

Структура оператора SQL
Имя таблицы
Глагол
Ключевые
слова
SELECT * FROM Students
Предложения
WHERE StNo = 2
Имя столбца
Типичные глаголы:
SELECT (выбрать)
CREATE (создать)
INSERT (добавить)
DELETE (удалить)
COMMIT(завершить).
Константа

34. SQL- Structered Query Language

ключевые слова:
WHERE (где)
FROM (откуда)
INTO (куда)
HAVING (имеющий)
типы данных:
Строки символов постоянной длины.
Целые числа.
Масштабируемые целые числа.
Числа с плавающей запятой.
Строки символов переменной длины.
Денежные величины.
Дата и время.
Булевы данные.

35. Запросы

Оператор выбора:
SELECT [ALL | DISTINCT] возвращаемый_столбец, … | *
FROM спецификатор_таблицы, …
WHERE условие_поиска
GROUP BY имя_столбца, …
HAVING условие_поиска
ORDER BY спецификатор_сортировки [ASC | DESC],
Оператор вставки записи:
INSERT INTO имя_таблицы (имя_столбца,…)
VALUES (константа | NULL,…)
Оператор редактирования записи:
UPDATE имя_таблицы
SET имя_столбца = выражение,...
[WHERE условие_поиска]

36. Запросы

Оператор удаления записи:
DELETE FROM имя_таблицы [WHERE условие_поиска]

37. Архитектура банка данных

модель

38. Моделирование предметной области

Требования к моделям:
• формализация, обеспечивающая однозначное описание
структуры предметной области;
• понятность для заказчиков и разработчиков на основе
применения графических средств отображения модели;
• реализуемость, подразумевающая наличие средств
физической реализации модели предметной области в ИС;
• обеспечение оценки эффективности реализации модели
предметной области на основе определенных методов и
вычисляемых показателей.

39. Моделирование предметной области

СИСТЕМА МОДЕЛЕЙ
Структурный
аспект
Объектная
структура
Оценочный аспект
Время решения
задач
Функциональная
структура
Структура
управления
Организационная
структура
Техническая
структура
Стоимостные
затраты на
обработку данных
Надежность
процессов
Косвенные
показатели
эффективности

40. Диаграммы потоков данных

Процессы

41. Диаграммы потоков данных

Потоки данных

42. Диаграммы потоков данных

Активные объекты

43. Диаграммы потоков данных

Хранилища данных

44. Диаграммы потоков данных

Потоки управления