Базы данных и системы управления базами данных

Е. А. Лазицкас

И. Н. Загумённикова

П. Г. Гилевский

БАЗЫ ДАННЫХ  

И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ  

БАЗАМИ ДАННЫХ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь  

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений 
образования, реализующих образовательные программы 

среднего специального образования по специальности 

«Программное обеспечение информационных технологий»

2-е издание, стереотипное

Минск
РИПО

2018

УДК 681.3+519.68(075.32)
ББК 32.97-018.2я723

Л17

А в т о ры :

преподаватели УО БГУИР филиал «Минский радиотехнический колледж»

Е. А. Лазицкас; И. Н. Загумённикова; П. Г. Гилевский.

Рецен з ен т ы : 

цикловая комиссия автоматизации и информационных технологий 

Технологического колледжа УО «Гродненский государственный  

университет имени Я. Купалы» (Н. М. Ковган); 

старший преподаватель кафедры информационных систем и технологий  

Института информационных технологий УО «Белорусский государственный 

университет информатики и радиоэлектроники»,  

магистр технических наук А. А. Осмоловский.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Лазицкас, Е. А.

Л176
Базы данных и системы управления базами данных : учеб. пособие / 

Е. А. Лазицкас, И. Н. Загумённикова, П. Г. Гилевский. – 2-е изд., стер. – 
Минск : РИПО, 2018. – 268 с.

ISBN 978-985-503-771-3.

В учебном пособии рассмотрены вопросы: основные концепции организации 

данных и реляционная модель данных, внутренняя организация реляционных 
СУБД, элементы языка СУБД, архитектура клиент-сервер, разработка приложений для работы с БД, приложений на основе web-технологий, трехзвенная 
архитектура.

Предназначено для учащихся и преподавателей учреждений среднего специ
ального образования по специальности «Программное обеспечение информационных технологий».

УДК 681.3+519.68(075.32)
ББК 32.97-018.2я723

0.72я7

22

ISBN 978-985-503-771-3            © Лазицкас Е. А., Загумённикова И. Н., 

Гилевский П. Г., 2016

© Оформление. Республиканский институт

профессионального образования, 2016

ПРЕДИСЛоВИЕ

Использование баз данных (БД) и информационных си
стем (ИС) становится неотъемлемой составляющей деятельности современного человека и функционирования преуспевающей организации. От правильного выбора инструментальных 
средств создания ИС, определения подходящей модели данных, обоснования рациональной схемы построения БД, организации запросов к хранимым данным и ряда других моментов во многом зависит эффективность функционирования 
разрабатываемых систем. 

Цель учебной дисциплины «Базы данных и системы 

управления базами данных» состоит в изучении основных понятий БД, систем управления БД (СУБД), моделей данных, 
основных определений реляционной модели данных, средств 
манипулирования реляционными данными, основ структурированного языка запросов, проектирования и сопровождения 
реляционных БД, а также способов создания и ведения систем автоматизированной обработки информации на основе 
использования конкретных систем управления данных реляционного типа; анализе технологий доступа к данным и основ 
разработки приложений.

Дисциплина «Базы данных и системы управления базами 

данных» основывается на знаниях, умениях и навыках, полученных при изучении следующих предметов: «Информатика», «Основы алгоритмизации и программирования», «Операционные системы», «Конструирование программ и языки 
программирования», «Архитектура вычислительных систем», 
«Технология разработки программного обеспечения».

Знания и умения, сформированные в результате изучения 

дисциплины «Базы данных и системы управления базами данных», будут востребованы при выполнении курсовых и дипломных проектов и в дальнейшей профессиональной деятельности.

Не смотря на то, что в качестве примера реляционной 

СУБД рассматривается InterBase, основные команды, представленные в подразделе «Описание данных на основе SQL», 
могут использоваться при создании объектов в другом SQLсервере с незначительными изменениями.

1. оСНоВНЫЕ коНцЕПцИИ оРгАНИЗАцИИ ДАННЫХ  

И РЕЛЯцИоННАЯ МоДЕЛь ДАННЫХ

 

1.1. ИСТоРИЯ РАЗВИТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИй  

о БАЗАХ ДАННЫХ

В истории вычислительной техники можно проследить 

развитие двух основных областей ее использования.

Первая область – применение вычислительной техники 

для выполнения численных расчетов, которые слишком долго 
или вообще невозможно производить вручную.

Развитие этой области способствовало интенсификации 

методов численного решения сложных математических задач, 
появлению языков программирования, ориентированных на 
удобную запись численных алгоритмов.

Характерной особенностью данной области применения 

вычислительной техники является наличие сложных алгоритмов обработки, применяемых к простым по структуре данным, объем которых сравнительно невелик.

Вторая область, которая непосредственно относится к 

теме нашего курса, – использование средств вычислительной 
техники в автоматических или автоматизированных информационных системах.

В автоматической ИС все информационные процессы 

протекают без участия людей, а в автоматизированной – требуется периодическое вмешательство оператора.

Информационная система представляет собой программно
аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

– надежное хранение информации в памяти компьютера;
– выполнение специфических преобразований информа
ции и вычислений;

– предоставление пользователям удобного и легко осваи
ваемого интерфейса.

1.1. История развития представлений о базах данных

Обычно такие системы имеют дело с большими объемами 

информации, имеющей достаточно сложную структуру.

Классическими примерами ИС являются банковские си
стемы, автоматизированные системы управления предприятиями, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т. д.

Вторая область использования вычислительной техники 

возникла несколько позже первой, т. к. изначально возможности компьютеров по хранению информации были очень ограничены.

В первых компьютерах использовалось два вида устройств 

внешней памяти – магнитные ленты и барабаны (что наложило серьезный отпечаток на способы физического хранения 
данных).

Емкость магнитных лент была достаточно велика, но по 

своей физической природе они обеспечивали последовательный доступ к данным.

Магнитные барабаны (они ближе всего к современным 

магнитным дискам с фиксированными головками) давали 
возможность произвольного доступа к данным, но имели малый объем хранимой информации.

Эти ограничения не являлись слишком существенными для 

численных расчетов. Даже если программа должна была обработать (или произвести) большой объем информации, при программировании можно было продумать расположение ее во внешней 
памяти (например, на последовательной магнитной ленте), обеспечивающее эффективное выполнение этой программы.

Однако в ИС совокупность взаимосвязанных информа
ционных объектов фактически отражает модель объектов 
реального мира, а потребность пользователей в информации 
требует быстрой реакции системы на их запросы. И в этом 
случае наличия сравнительно медленных устройств хранения 
данных, к которым относятся магнитные ленты и барабаны, 
было недостаточно.

Вероятно, именно требования «нечисловых приложений» 

вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными головками (дискет), что явилось революцией в истории вычислительной техники.

1. Основные концепции организации данных и реляционная модель данных

С появлением магнитных дисков началась история систем 

управления данными во внешней памяти.

До этого каждая прикладная программа, которой требова
лось хранить информацию во внешней памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на магнитной ленте 
или барабане и выполняла обмены между оперативной памятью и устройствами внешней памяти с помощью программноаппаратных средств низкого уровня (машинных команд или 
соответствующих программ операционной системы).

Такой режим работы не позволял или затруднял под
держание на одном внешнем носителе нескольких архивов 
долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой 
прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и их структуризации во внешней 
памяти.

Важным шагом в развитии именно информационных систем 

явился переход к использованию централизованных систем 
управления файлами.

С точки зрения прикладной программы, файл – это име
нованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные.

На смену файлам пришли потоки данных. Фактически, 

это те же файлы, которые «в реальности» могут быть сокетами, «обертками» различных сетевых протоколов или внешних 
аппаратных устройств.

Правила именования файлов, способ доступа к данным, 

хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа 
файла.

Система управления файлами берет на себя распределе
ние внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа 
к данным.

Пользователи видят файл как линейную последователь
ность записей и могут выполнить над ним ряд стандартных 
операций:

– создать файл (требуемого типа и размера);
– открыть ранее созданный файл;

1.1. История развития представлений о базах данных

– прочитать из файла некоторую запись (текущую, сле
дующую, предыдущую, первую, последнюю);

– записать на место текущей записи новую, добавить но
вую запись в конец файла.

Структура записи файла была известна только програм
ме, которая с ним работала, система управления файлами не 
знала ее.

Для того, чтобы извлечь некоторую информацию из файла, 

необходимо было знать структуру записи файла с точностью 
до бита. Каждая программа, работающая с файлом, должна 
была иметь данную структуру. Поэтому при изменении структуры файла требовалось изменять и структуру программы. 
Такая ситуация характеризовалась как зависимость программ 
от данных. К слову, эта ситуация сохраняется и сейчас в случае «обычных программ» (форматы mp3, divx/xvid, «офисных» 
файлов и т. д.).

Для информационных систем характерным является на
личие большого числа различных пользователей (программ), 
каждый из которых имеет свои специфические алгоритмы обработки информации, хранящейся в одних и тех же файлах.

Изменение структуры файла, которое было необходимо 

для одной программы, требовало исправления, перекомпиляции и дополнительной отладки всех остальных программ, 
работающих с этим же файлом.

Это было первым существенным недостатком файловых 

систем, который явился толчком к созданию новых систем 
хранения и управления информацией.

Далее, поскольку файловые системы являются общим 

хранилищем файлов, принадлежащих разным пользователям, 
системы управления файлами должны были обеспечивать авторизацию доступа к ним.

В общем виде подход состоит в том, что по отношению к 

каждому зарегистрированному пользователю данной вычислительной системы для каждого существующего файла указываются действия, которые разрешены или запрещены данному 
пользователю.

В большинстве современных систем управления применяется 

подход к защите файлов, впервые реализованный в ОС UNIX.

1. Основные концепции организации данных и реляционная модель данных

Для множества файлов, отражающих информационную 

модель одной предметной области, децентрализованный принцип управления доступом вызывал дополнительные трудности.

Отсутствие централизованных методов управления досту
пом к информации послужило еще одной причиной разработки СУБД.

Следующей причиной стала необходимость обеспечения 

эффективной параллельной работы многих пользователей с 
одними и теми же файлами.

Если операционная система поддерживает многопользо
вательский режим, вполне реальна ситуация, когда два или 
более пользователя одновременно пытаются работать с одним 
и тем же файлом. Если все пользователи собираются только 
читать файл, ничего не произойдет. Но если хотя бы один из 
них будет изменять файл, для корректной работы этих пользователей требуется взаимная синхронизация их действий по 
отношению к файлу.

В системах управления файлами обычно применялся сле
дующий подход. В операции открытия файла (первой и обязательной операции, с которой должен начинаться сеанс работы 
с файлом) среди прочих параметров указывался режим работы 
(чтение или изменение).

Если к моменту выполнения этой операции некоторым 

пользовательским процессом PR1 файл был уже открыт другим процессом PR2 в режиме изменения, то в зависимости от 
особенностей системы процессу PR1 либо сообщалось о невозможности открытия файла, либо он блокировался до тех 
пор, пока в процессе PR2 не выполнялась операция закрытия 
файла.

При подобном способе организации одновременная ра
бота нескольких пользователей, связанная с модификацией 
данных в файле, либо вообще не реализовывалась, либо была 
очень медленной.

Эти недостатки послужили толчком, который заставил 

разработчиков ИС предложить новый подход к управлению 
информацией.

Этот подход был реализован в рамках новых программ
ных систем, названных впоследствии системами управления 

1.1. История развития представлений о базах данных

базами данных, а сами хранилища информации, которые работали под управлением таких систем, – базами данных.

В основе решения многих задач лежит обработка информа
ции. Для ее облегчения создаются информационные системы. 

Автоматизированными называются ИС, в которых приме
няют технические средства. В широком понимании под определение ИС попадает любая система обработки информации.

По области применения ИС делятся на системы, исполь
зуемые на производстве, в науке, здравоохранении, социальной сфере, военном деле, торговле и т. д.

По целевым функциям ИС делятся на управляющие, 

информационно-справочные и поддержки принятия решений.

ИС (узкая трактовка) – это аппаратно-программные сред
ства, задействованные для решения некоторых прикладных 
задач.

Банк данных является разновидностью ИС, в которой реа
лизованы функции централизованного хранения и накопления обрабатываемой информации, организованной в одну или 
несколько БД.

Банк данных в общем случае состоит из следующих ком
понентов: БД, СУБД, приложения, словарь данных, администратор БД, вычислительная система (ВС) и обслуживающий 
персонал.

БД представляет собой совокупность специальным об
разом организованных данных, хранимых в памяти ВС и 
отображающих состояние объектов и их взаимосвязи в рассматриваемой предметной области. Логическую структуру, 
хранимой в БД информации, называют моделью представления 
данных. К основным моделям относятся следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, многомерная, объектно-ориентированная.

СУБД – комплекс языковых и программных средств, 

предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД 
различают по используемой модели представления данных.

Приложения представляют собой программу или ком
плекс программ, обеспечивающих автоматизацию обработки информации для прикладной задачи. Их разрабатывают 

1. Основные концепции организации данных и реляционная модель данных

в случаях, когда требуется обеспечить удобство работы с БД 
неквалифицированным пользователям или интерфейс СУБД 
не устраивает пользователя.

Словарь данных представляет собой подсистему банка дан
ных, предназначенную для централизованного хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов, типах 
данных, форматах их представления, принадлежности данных 
пользователя, кодах защиты и разграничения доступа.

Администратор БД – лицо или группа лиц, отвечающая 

за выбор требований к БД, ее проектирование, создание, эффективное использование и сопровождение. В процессе использования администратор следит за функционированием 
ИС, обеспечивает защиту, контролирует избыточность, непротиворечивость, сохранность и достоверность хранимой в 
БД информации.

Вычислительная система представляет собой совокуп
ность взаимосвязанных и согласованно действующих ЭВМ, 
процессора и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема, обработки и выдачи информации потребителю.

Обслуживающий персонал выполняет функции поддержа
ния работы технических и программных средств.

По архитектуре поддерживаемой вычислительной среды 

банки данных бывают централизованными (интегрированными) и распределенными.

По виду информации, которая хранится, выделяют банки 

данных, банки документов и банки знаний.

По языку общения пользователя с БД различают систе
мы открытые (с базовым языком) и закрытые (с собственным 
языком).

Постепенно термин «банк данных» стал выходить из обра
щения, и его все чаще стали заменять термином «БД».

 ВоПРоСЫ ДЛЯ САМокоНТРоЛЯ

1. Назовите основные области использования вычислительной 

техники.

2. Дайте определение ИС.