Работа с базами данных

Работа с базами данных

2-е издание, исправленное

Сирант О.В.
Коваленко Т.А.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Работа с базами данных/ О.В. Сирант , Т.А. Коваленко - М.: Национальный Открытый Университет
“ИНТУИТ”, 2016

Данный курс предназначен для получения студентами представления об основных понятиях при
работе с базой данных. Даются классификации баз данных и систем управления данными в рамках
предмета "Информатика". Помимо лекций включены задания по лабораторным работам (2
работы со связанными списками и 4 лабораторные работы СУБД MS Access).
В настоящее время жизнь человека настолько насыщена различного рода информацией, что для ее
обработки требуется создание огромного количества хранилищ информации различного назначения.
Современные информационные системы характеризуются огромными объемами хранимых данных,
сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных
пользователей. Основой информационной системы является база данных.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2012-2016
(c) Сирант О.В., Коваленко Т.А., 2012-2016

3

Предисловие

На начальном этапе использования вычислительной техники, управление
информацией, проблемы структуризации данных решались индивидуально в каждой
информационной системе. Производились необходимые надстройки над файловыми
системами. Но поскольку информационные системы требуют сложных структур
данных, а дополнительные индивидуальные средства управления данными, являясь
существенной частью информационных систем, то они практически повторялись от
одной системы к другой. Стремление выделить и обобщить общую часть
информационных систем, ответственную за управление сложно структурированными
данными, явилось первой побудительной причиной создания СУБД. Невозможность
обойтись общей библиотекой программ, реализующей над стандартной базовой
файловой системой, что привело к организации более сложных методов хранения
данных.

Для того чтобы понять работу информационной системы, следует дать определение
базы данных. В широком смысле слова база данных - это совокупность сведений о
конкретных объектах реального мира, в какой-либо предметной области. Кроме того,
база данных - это хранилище данных для совместного использования. База данных
размещает огромные объемы информации в связанном виде. Однако сама по себе база
данных не может обслужить запросы пользователя на поиск и обработку информации.
БД - это только “склад информации”. Чтобы обслужить этот склад, необходима
информационная система.

Информационная система - это совокупность базы данных и всего комплекса
аппаратно-программных средств, для ее хранения, изменения и поиска информации,
для взаимодействия с пользователем.

Примерами информационных систем являются системы продажи билетов на
пассажирские поезда и самолеты. WWW - это тоже пример глобальной
информационной системы.

Введение

В настоящее время жизнь человека настолько насыщена различного рода
информацией, что для ее обработки требуется создание огромного количества
хранилищ информации различного назначения.

Современные информационные системы характеризуются огромными объемами
хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять
разнообразные требования многочисленных пользователей.

Основой информационной системы является база данных.

Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах
реального мира.

В широком смысле слова база данных - это совокупность сведений о конкретных

4

объектах реального мира, в какой-либо предметной области.

Кроме того, база данных - это хранилище данных для совместного использования. При
автоматизации деятельности человека происходит перенос реального мира в
электронный формат.

Многочисленная литература по применяемым СУБД и различным Windowsприложениям конкретизирована вплоть до кнопок, что затрудняет понимание не
только самих программных средств, но принципов и правил их построения. Более того,
в ней часто вводятся новые термины, порой не определяемые или имеющие разные
названия в различных источниках. Много отдельных вопросов по базам данных
опубликованы в труднодоступных журналах, прежде всего иностранных. Кроме того, в
свете современного представления о базе данных трансформировался ряд понятий и
положений о ней.

Данное пособие предназначено для получения студентами представления об основных
понятиях при работе с базой данных, классификации баз данных и систем управления
данными в рамках предмета информатика. Кроме того, в пособие включены задания по
лабораторным работам и варианты курсовых работ для создания баз данных в СУБД
MS Access.

5

Основные понятия баз данных

В лекции рассматривается общий смысл понятий базы данных (БД) и системы
управления базами данных (СУБД). Даются основные понятия, относящиеся к базе
данных такие, как алгоритм, кортеж, объект, сущность. Основные требования,
предъявляемые к банку данных. Определения БД и СУБД.

Цель лекции: Уяснить разницу между базой данных и системой управления базой
данных. Ознакомиться с основными требованиями, которые предъявляются к банку
данных и основными определениями, относящимися к БД и СУБД.

Рассмотрим общий смысл понятий базы данных (БД) и системы управления базами
данных (СУБД).

С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных
направления использования ее.

Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения
численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить
вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов
численного решения сложных математических задач, развитию класса языков
программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов,
становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.

Второе направление, это использование средств вычислительной техники в
автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом
широком смысле информационная система представляет собой программный
комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в
памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения
преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям
удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми
приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет
достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем
являются банковские системы, системы резервирования авиационных или
железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.

На самом деле, второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с
тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными
возможностями в части памяти. Понятно, что можно говорить о надежном и
долговременном хранении информации только при наличии запоминающих устройств,
сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная
память этим свойством обычно не обладает. В начале, использовались два вида
устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При этом емкость
магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они
обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны (они
больше всего похожи на современные магнитные диски с фиксированными головками)
давали возможность произвольного доступа к данным, но были ограниченного
размера.

6

Легко видеть, что указанные ограничения не очень существенны для чисто численных
расчетов. Даже если программа должна обработать (или произвести) большой объем
информации, при программировании можно продумать расположение этой
информации во внешней памяти, чтобы программа работала как можно быстрее.

С другой стороны, для информационных систем, в которых потребность в текущих
данных определяется пользователем, наличие только магнитных лент и барабанов
неудовлетворительно. Представьте себе покупателя билета, который стоя у кассы
должен дождаться полной перемотки магнитной ленты. Одним из естественных
требований к таким системам является средняя быстрота выполнения операций.

Именно требования к вычислительной технике со стороны не численных приложений
вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными головками, что явилось
революцией в истории вычислительной техники. Эти устройства внешней памяти
обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, обеспечивали
удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки, а
возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически
неограниченный архив данных.

С появлением магнитных дисков началась история систем управления данными во
внешней памяти. До этого каждая прикладная программа, которой требовалось хранить
данные во внешней памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на
магнитной ленте или барабане и выполняла обмены между оперативной и внешней
памятью с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня (машинных
команд или вызовов соответствующих программ операционной системы). Такой режим
работы не позволяет или очень затрудняет поддержание на одном внешнем носителе
нескольких архивов долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой
прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и
структуризации данных во внешней памяти.

Историческим шагом стал переход к использованию систем управления файлами. С
точки зрения прикладной программы файл - это именованная область внешней памяти,
в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. 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 распределение внешней памяти,
отображение имен файлов в соответствующие адреса внешней памяти и обеспечение
доступа к данным.

Любая задача обработки информации и принятия решений может быть представлена в
виде схемы, показанной на рис. 1.1.

7

Рис. 1.1.  Схема решения задач обработки информации и принятия решений: x-штрих,
y-штрих - входная и выходная информация; f - внутреннее операторное описание

Определение основных терминов

Дадим определения основных терминов. В качестве составных частей схемы
выделяются информация (входная и выходная) и правила ее преобразования.

Правила могут быть в виде алгоритмов, процедур и эвристических
последовательностей.

Алгоритм
- последовательность правил перехода от исходных данных к результату.
Правила могут выполняться компьютером или человеком.

Данные
- совокупность объективных сведений.

Информация - сведения, неизвестные ранее получателю информации, пополняющие

его знания, подтверждающие или опровергающие положения и
соответствующие убеждения. Информация носит субъективный характер
и определяется уровнем знаний субъекта и степенью его восприятия.
Информация извлекается субъектом из соответствующих данных.

Знания
- совокупность фактов, закономерностей и эвристических правил, с
помощью которых решается поставленная задача.

Последовательность операций обработки данных называют информационной
технологией (ИТ). В силу значительного количества информации в современных
задачах она должна быть упорядочена. Существует два подхода к упорядочению.

1. Данные связаны с конкретной задачей (технология массивов) - упорядочение по

использованию. Вместе с тем алгоритмы более подвижны (могут чаще меняться),
чем данные. Это вызывает необходимость переупорядочения данных, которые к
тому же могут повторяться в различных задачах.

2. В связи с этим предложена другая, широко используемая технология баз данных,

представляющая собой упорядочение по хранению.

8

КОДАСИЛ
(CODASYL)

- набор стандартов для сетевых БД.

Кортеж
- совокупность полей или запись.

Объект
- термин, обозначающий факт, лицо, событие, предмет, о котором
могут быть собраны данные.

Сущность
- примитивный объект данных, отображающий элемент предметной
области (человек, место, вещь и т.д.).

Под базой данных (БД) понимают совокупность хранящихся вместе данных при
наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование
оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Целью создания баз
данных, как разновидности информационной технологии и формы хранения данных,
является построение системы данных, не зависящих от принятых алгоритмов
(программного обеспечения), применяемых технических средств и физического
расположения данных в ЭВМ; обеспечивающих непротиворечивую и целостную
информацию при нерегламентируемых запросах. БД предполагает многоцелевое ее
использование (несколько пользователей, множество форм документов и запросов
одного пользователя).

База знаний (БЗ) представляет собой совокупность БД и используемых правил,
полученных от лиц, принимающих решения (ЛПР).

Наряду с понятием “база данных” существует термин “банк данных“, который имеет
две трактовки.

1. В настоящее время данные обрабатываются децентрализовано (на рабочих местах)

с помощью персональных компьютеров (ПК). Первоначально же использовалась
централизованная обработка на больших ЭВМ. В силу централизации базу данных
называли банком данных и потому часто не делают различия между базами и
банками данных.

2. Банк данных - база данных и система управления ею (СУБД). СУБД (например,

FoxPro) представляет собой приложение для создания баз данных как
совокупности двумерных таблиц.

Банк
данных
(БнД)

- это система специально организованных данных, программных,
языковых, организационных и технических средств, предназначенных для
централизованного накопления и коллективного многоцелевого
использования данных.

Базы
данных
(БД)

- это именованная совокупность данных, отображающая состояние
объектов и их отношения в рассматриваемой предметной области.
Характерной чертой баз данных является постоянство: данные постоянно
накапливаются и используются; состав и структура данных, необходимы
для решения тех или иных прикладных задач, обычно постоянны и
стабильны во времени; отдельные или даже все элементы данных могут
меняться - но и это есть проявления постоянства - постоянная
актуальность.

Система
- это совокупность языковых и программных средств, предназначенных

9

управления
базами
данных
(СУБД)

для создания, ведения и совместного использования БД многими
пользователями.

Иногда в составе банка данных выделяют архивы. Основанием для этого является
особый режим использования данных, когда только часть данных находится под
оперативным управлением СУБД. Все остальные данные обычно располагаются на
носителях, оперативно не управляемых СУБД. Одни и те же данные в разные моменты
времени могут входить как в базы данных, так и в архивы. Банки данных могут не
иметь архивов, но если они есть, то в состав банка данных может входить и система
управления архивами.

Эффективное управление внешней памятью являются основной функцией СУБД. Эти
обычно специализированные средства настолько важны с точки зрения эффективности,
что при их отсутствии система просто не сможет выполнять некоторые задачи уже по
тому, что их выполнение будет занимать слишком много времени. При этом ни одна из
таких специализированных функций не является видимой для пользователя. Они
обеспечивают независимость между логическим и физическим уровнями системы:
прикладной программист не должен писать программы индексирования, распределять
память на диске и т. д.

Основные требования, предъявляемые к банкам данных

Развитие теории и практики создания информационных систем, основанных на
концепции баз данных, создание унифицированных методов и средств организации и
поиска данных позволяют хранить и обрабатывать информацию о все более сложных
объектах и их взаимосвязях, обеспечивая многоаспектные информационные
потребности разных пользователей. Основные требования, предъявляемые к банкам
данных, можно сформулировать так:

Многократное использование данных: пользователи должны иметь возможность
использовать данные различным образом.
Простота: пользователи должны иметь возможность легко узнать и понять, какие
данные имеются в их распоряжении.
Легкость использования: пользователи должны иметь возможность осуществлять
(процедурно) простой доступ к данным, при этом все сложности доступа к данным
должны быть скрыты в самой системе управления базами данных.
Гибкость использования: обращение к данным или их поиск должны
осуществляться с помощью различных методов доступа.
Быстрая обработка запросов на данные: запросы на данные должны
обрабатываться с помощью высокоуровневого языка запросов, а не только
прикладными программами, написанными с целью обработки конкретных
запросов.
Язык взаимодействия конечных пользователей с системой должен обеспечивать
конечным пользователям возможность получения данных без использования
прикладных программ.

10