Основы программирования и баз данных. Модуль 4. Теория баз данных презентация

Модуль 4.
ТЕОРИЯ БАЗ ДАННЫХ
Теория:
Определение понятия информационная система (ИС)
История развития ИС
СУБД и База данных
Структура СУБД
Проектирование Баз данных
Модели данных
Язык запросов
Практика:
Установка СУБД, создание базы данных.
Выполнение запросов

Информационная система
История вычислительной техники связана с двумя областями:
численные расчёты – простые данные и сложные алгоритмы;
информационные системы – большие объёмы сложных данных
Информационная система — программно-аппаратный комплекс для:
хранение информации,
предоставление пользовательского интерфейса,
специфические для данного приложения вычисления и преобразование информации.
Особые требования ИС:
скорость работы;
хранение больших объёмов данных.
Модуль 4. Теория баз данных

История развития ИС
Первые реализации ИС – файловые системы.
Файловая система – набор прикладных программ для выполнения операций с данными, например, создания отчёта. Каждая программа хранит свои собственные данные и управляет ими.
Недостатки такого решения:
Дублирование данных;
Данные разделены по файлам и запросы, которые требуют обращения к нескольким файлам – сложны;
Физическая структура и способ хранения данных жёстко зафиксированы в коде приложения;
Несовместимость форматов файлов.
Модуль 4. Теория баз данных

История развития ИС (продолжение)
Для повышения эффективности последующие реализации ИС – использовали гибкую архитектуру, которая состоит из двух независимых частей:
Корпоративная
База данных
СУБД
База данных – совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации;
СУБД – ПО, с помощью которого пользователи могут определять, создавать и поддерживать базу данных, а также осуществлять к ней контролируемый доступ.
Модуль 4. Теория баз данных

Компоненты СУБД
Аппаратные:
Компьютеры
Внешние хранилища данных
Программное обеспечение:
ОС и ПО самой СУБД
Прикладные и сетевые программы
Данные и метаданные
Процедуры:
Регистрация в СУБД
Создание резервных копий, восстановление БД и т.п.
Инструкции и правила проектирования, использования и обслуживания БД
Пользователи:
Администраторы, разработчики, конечные пользователи.
Модуль 4. Теория баз данных

Виды СУБД(по способу доступа к данным)
Клиент-серверные СУБД (MSQL Server, Oracle, Firebird, PostgreSQL, InterBase, MySQL):
Данные хранятся и обрабатываются на сервере;
Доступ к данным есть только у этого сервера – это и есть СУБД;
Клиенты посылают запросы на обработку данных;
Прямого доступа к данным у клиентов нет.
Файл-серверные СУБД (Paradox, Microsoft Access, FoxPro, dBase):
Данные хранятся на выделенном компьютере;
Все приложения(клиенты) имеют общий доступ ко всем файлам БД;
Каждое приложение само обрабатывает данные;
Проблемы с производительностью, с поддержанием целостности, с блокировками.
Встраиваемые СУБД (SQLite, Firebird Embedded, MSQL Server Compact):
Поставляются в составе готового программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки;
Предназначены для локального хранения данных приложения и не рассчитаны на коллективное использование в сети.
Модуль 4. Теория баз данных

Проектирование Баз данных
1 этап
Концептуальное проектирование(инфологическая модель)
смысловое содержание базы данных, исходя из целей ее использования. На этом этапе происходит идентификация объектов предметной области, их характеристик и связей между объектами.
Есть готовые методологии:
ER-модель (Entity-Relationship model);
DFD (data flow diagrams) - методология графического структурного анализа;
Student
Lname
study
College
addr
id
name
Manager
Customer
System
Модуль 4. Теория баз данных

Проектирование Баз данных
2 этап
Логическое проектирование(даталогическая модель)
представление логической организации информации средствами выбранной модели данных
Модели данных:
Иерархическая модель;
Сетевая модель;
Реляционная модель;
Постреляционная модель;
Многомерная модель;
Объектно-ориентированная модель.
Модуль 4. Теория баз данных

Проектирование баз данных
3 этап
Физическое проектирование
Превращение модели в конкретную реализацию с учётом средств выбранной СУБД
Проектирование физической организации БД, т.е. выбирается наилучшая файловая организация (транзакции, индексы, время отклика и т.д. для обеспечения производительности)
Модуль 4. Теория баз данных

Иерархическая модель данных
Структура представления данных имеет форму дерева;
Доступ к информации возможен только по вертикальной схеме;
Трудно представить не-иерархические данные;
Середина 60-х годов.
Модуль 4. Теория баз данных

Сетевая модель данных
Любой элемент может быть связан с любым другим(записи образуют сеть);
Сложность реализации СУБД;
Трудно добавлять новые связи;
70 – 80 годы.
Модуль 4. Теория баз данных

Реляционная модель данных
(предложена Эдгаром Коддом в 70 году)
Данные представлены в виде простых(двумерных) таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении которых расположены данные;
У каждого столбца есть своё имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип;
Каждая база данных может включать несколько таблиц, которые, как правило, связаны с друг с другом, откуда и произошло название реляционные;
Общепринятым стандартом языка работы с реляционными базами данных является язык SQL;
В основе этой модели данных математический аппарат – реляционная алгебра.
Модуль 4. Теория баз данных

Практика
Спроектировать модель данных для сотрудников фирмы:
анализ информации
сущности
таблицы
связи
ключи
Модуль 4. Теория баз данных

Постреляционная модель данных
Расширение реляционной модели данных;
Допускаются многозначные поля состоящие из подзначений, и набор этих подзначений воспринимается как встроенная таблица;
Сложность с обеспечением целостности и непротиворечивости данных.
Модуль 4. Теория баз данных

Многомерная модель данных
Решение проблем с аналитической обработкой данных и принятия решений – Online Analytical Processing (OLAP).
Информация представлена в виде многомерных массивов – гиперкубы;
В одной БД – много гиперкубов, а пользователь получает для анализа определённые срезы или проекции кубов – это таблицы/графики;
Модуль 4. Теория баз данных

Объектно-ориентированная модель данных
Характеристики:
Поддержка сложных объектов;
Объекты должны иметь уникальный идентификатор;
Взаимодействие с объектом только посредством интерфейсов;
Поддержка классов и наследования.
Проблемы:
Нет универсальной модели;
Нет стандарта;
Сложность реализации и обеспечения защиты данных.
Модуль 4. Теория баз данных

Основные подходы к хранению данных
Необходимо соблюдать в любой модели данных:
Полноту данных — база данных должна обеспечивать полное и адекватное описание предметной области;
Непротиворечивость данных — данные, которые хранятся в базе данных, должны проверяться на правильность при вводе, существует запрет на дублирование данных;
Целостность данных – при описании связей должна обеспечиваться правильность ссылок между таблицами;
Принцип минимальной избыточности.
Как это обеспечить:
Каскадное обновление и удаление;
Блокировка модифицируемых записей;
Механизм транзакций.
Модуль 4. Теория баз данных

Язык запросов SQL
Модуль 4. Теория баз данных
Работа с данными в таблицах (DML):
SELECT INSERT
UPDATE
DELETE
Работа с объектами БД (DDL):
CREATE
ALTER
DROP
Права (DCL):
GRANT
REVOKE
DENY
Управление транзакциями (TCL)
BEGIN TRANSACTION
COMMIT TRANSACTION
ROLLBACK TRANSACTION