Типа данных задается таким свойством множеств как ограниченность. Для однотипных элементов появляется возможность сравнения. Над такими однотипными множествами возможны операции: объединение, пересечение, вычитание (дополнение), декартово произведение.
РМД стала первой работоспособной моделью данных, поскольку имела эффективный инструментарий – операции реляционной алгебры.
Для поддержания БД в устойчивом состоянии используется ряд механизмов, которые получили обобщенное название средств поддержки целостности. Приведение структуры БД в соответствие этим ограничениям - это и есть нормализация.
В целом суть этих ограничений весьма проста: каждый факт, хранимый в БД, должен храниться один-единственный раз, поскольку дублирование может привести к несогласованности между копиями одной и той же информации. Следует избегать любых неоднозначностей, а также избыточности хранимой информации.
· Схемой базы данных называется структура связей между полями и таблицами.
· Нормализацией схемы базы данных называется процедура, производимая над базой данных с целью удаления в ней избыточности.
· выделяются шесть нормальных форм, пять из которых так и называются: первая, вторая, третья, четвертая, пятая нормальная форма, а также нормальная форма Бойса-Кодда, лежащая между третьей и четвертой.
Для реляционной модели данных разработано несколько нормализованных форм, три из которых являются основными.
База данных считается нормализованной, если ее таблицы представлены как минимум в третьей нормальной форме. Часто многие таблицы нормализуются до четвертой нормальной формы, иногда, наоборот, производится денормализация. Использования таблиц в пятой нормальной форме в реальных базах данных встречается редко.
Первая нормальная форма (1НФ) говорит, что каждый атрибут отношения должен хранить атомарное значение, каждое отношение (строка в таблице) должно содержать одинаковое количество атрибутов (столбцов), т.е.
· запрещает повторяющиеся столбцы (содержащие одинаковую по смыслу информацию)
· запрещает множественные столбцы (содержащие значения типа списка и т.п.)
· требует определить первичный ключ для таблицы, то есть тот столбец или комбинацию столбцов, которые однозначно определяют каждую строку
Вторая нормальная форма (2НФ) говорит, что отношение находится во второй нормальной форме, если оно находится в 1НФ, и при этом все неключевые атрибуты зависят только от первичного ключа, т.е.
· Вторая нормальная форма требует, чтобы неключевые столбцы таблиц зависили от первичного ключа в целом, но не от его части.
· Если таблица находится в первой нормальной форме и первичный ключ у нее состоит из одного столбца, то она автоматически находится и во второй нормальной форме.
Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ), если оно находится во второй нормальной форме и каждый неключевой атрибут зависит только от первичного ключа и не зависят друг от друга.
Данные могут группироваться в таблицы (отношения) разными способами. При проектировании БД в качестве отправной точки может использоваться одно универсальное отношение, в которое включаются все необходимые атрибуты. Оно может содержать все данные, которые предполагается размещать в БД.
В качестве примера рассмотрим универсальное отношение сотрудники, содержащее информацию о сотрудниках предприятия (табл. 13).
Таблица 13
| Код сотрудника | ФИО | Должность | Номер отдела | Наименование отдела | Квалификация |
| Иванов И.И. | Программист | Отдел проектирования | C, Java | ||
| Сергеева С.С. | Администратор БД | Финансовый отдел | DB2 | ||
| Петров П.П. | Программист | Отдел проектирования | VB, Java | ||
| Николаев Н.Н. | Системный администратор | Отдел проектирования | Windows, Linux |
При использовании универсального отношения возникают две проблемы:
· избыточность данных;
· потенциальная противоречивость (аномалии).
Под избыточностью понимают повторение данных в разных строках одной таблицы или в разных таблицах БД. Так, для каждого сотрудника отдела 128 повторяются данные «128, Отдел проектирования».
Аномалии – это проблемы, возникающие в данных из-за дефектов проектирования БД. Существуют три вида аномалий: вставки, удаления и модификации.
Аномалии вставки проявляются при вводе данных в дефектную таблицу. Добавляя информацию о новом сотруднике, мы должны добавить номер и название отдела. Если ввести данные, не соответствующие имеющимся в таблице (например, 42, отдел проектирования), будет не ясно, какая из строк БД содержит правильную информацию.
Аномалии удаления возникают при удалении данных из дефектной схемы. Предположим, что все сотрудники отдела 128 уволились в один и тот же день. После удаления записей этих сотрудников в БД больше не будет ни одной записи, содержащей информацию об отделе 128.
Аномалии модификации возникают при изменении данных дефектной схемы. Предположим, что отдел 128 решили переименовать в отдел передовых технологий. Необходимо изменить соответствующие данные о каждом сотруднике отдела. Если мы пропустим хотя бы одну запись, возникнет аномалия модификации.
Правилом разработки хорошей структуры БД является необходимость избегать схем с большим числом пустых атрибутов. Если мы хотим указать, что один из ста служащих имеет особую квалификацию, для хранения этой информации не следует добавлять в таблицу еще один столбец, поскольку для остальных 99 работников значением столбца будет NULL. Вместо этого следует добавить новую таблицу, в которой будут храниться только кодовые номера и информация о квалификации тех работников, которых это касается.
Решение перечисленных проблем состоит в разделении данных и связей, что обеспечивается процедурой нормализации. Концепции и методы нормализации были разработаны Э. Ф. Коддом.
Нормализация отношений – это формальный аппарат ограничений на формирование отношений, который позволяет устранить дублирование и потенциальную противоречивость хранимых данных, уменьшает трудозатраты на ведение БД. Процесс нормализации заключается в декомпозиции исходных отношений на более простые отношения. Цель нормализации – получение такого проекта БД, в котором «каждый факт появляется лишь в одном месте».
В реляционной модели, данные представляются в виде таблиц. Столбцы таблицы называют полями. Каждое поле содержит значения определенного свойства и характеризуется своим именем и типом данных. Строки таблицы являются записями об объекте и содержат набор значений свойств, принадлежащих одному объекту. Записи разбиты на поля столбцами таблицы, поэтому каждая запись представляет набор значений, содержащихся в полях. Ключевое поле (первичный ключ) – это поле (совокупность полей), которое однозначно определяет каждую запись в таблице, т.е. не повторяется у разных записей (простой, составной). Пример реляционной базы данных приведен на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1. Пример фрагмента реляционной базы данных
6. Системы управления базой данных
Развитие информационных технологий привело к созданию компьютерных баз данных. Взаимодействие с базой данных происходит при помощи системы управления базами данных (СУБД), которая расшифровывает запросы пользователя и производит операции с информацией в базе данных. Система управления базами данных – это важнейший компонент АИС, основанный на базе данных. СУБД необходима для создания и поддержки базы данных информационной системы. Программные составляющие СУБД включают в себя ядро и сервисные средства (утилиты).
Ядро СУБД – это набор программных модулей, необходимый и достаточный для создания и поддержания БД, то есть универсальная часть, решающая стандартные задачи по информационному обслуживанию пользователей. Сервисные программы предоставляют пользователям ряд дополнительных возможностей и услуг, зависящих от описываемой предметной области и потребностей конкретного пользователя.
Системой управления базами данных называют программную систему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных для множества приложений, поддержания её в актуальном состоянии и обеспечения эффективного доступа пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных им полномочий.
СУБД описывает логическую структуру БД, её организацию в среде хранения и пользовательские представления данных (соответственно концептуальную схему БД, схему хранения и внешние схемы). Обрабатывая эти схемы, СУБД создаёт пустую БД требуемой структуры и предоставляет средства для наполнения её данными предметной области и дальнейшей эксплуатации.
Система управления базой данных (СУБД) – это языковые и программные средства для организации, пополнения, модификации и использования баз данных. В мире существует множество систем управления базами данных. Несмотря на то, что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий.
Различают универсальные и специализированные СУБД. Универсальные СУБД являются системами широкого профиля и не имеют четко очерченных границ применения, а специализированные создаются для БД конкретного назначения: банковских, бухгалтерских и т. д. Специализированные СУБД в наибольшей степени учитывают специфику предметной области, что отражается в интерфейсе и процедурах обработки информации.
СУБД организует хранение информации таким образом, чтобы ее было удобно:
·
o просматривать,
o пополнять,
o изменять,
o искать нужные сведения,
o делать любые выборки,
o осуществлять сортировку в любом порядке.
В связи с распространением сетевых технологий, от современных СУБД требуется возможность работы с отдаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах Интернета.
7. Проектирование и формирование базы данных в среде Access
Microsoft Access - высокопроизводительная система управления реляционными базами данных, которая входит в состав профессиональной версии интегрированного пакета Microsoft Office (Access в переводе с английского означает «доступ»). СУБД Access поддерживает реляционную модель представления данных и функционирует под управлением операционных систем Windows, используется для разработки настольных баз данных, обеспечивает обработку, сортировку и поиск данных.
Основными функциями СУБД Access являются:
· создание пустой структуры базы данных;
· наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;
· возможность доступа к данным;
· наличие средств поиска и фильтрации.
Основные типы данных: текстовый, числовой, дата/время, счетчик (вводится автоматически с вводом каждой записи), поле объекта OLE (содержит рисунки, звуковые файлы, таблицы Excel, документы Word и т.д.).
СУБД Access работает с объектами, к которым относятся таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы и модули. Все связанные между собой объекты организованы в один файл, называемый базой данных. Основные разделы главного окна соответствуют типам объектов, которые можетсодержать база данных Access. Это Таблицы, Запросы, Формы, Отчеты, Макросы и Модули.
Таблица – это основной объект любой базы данных, предназначенный для хранения данных в виде записей (строк) и полей (столбцов). Обычно каждая таблица используется для хранения сведений по одному конкретному вопросу. Таблицы хранят структуру БД (поля, их типы и свойства) и все данные, имеющиеся в БД.
Форма - это объект, предназначенный для ввода данных, позволяющий отображать данные в удобном для восприятия виде. В форме можно разместить элементы управления, применяемые для ввода, изображения и произвести изменения данных в полях таблицы.
Запрос – это объект, позволяющий получить нужные данные по определенным условиям из одной или нескольких таблиц. С помощью запросов выполняют такие операции как отбор данных, их сортировку и фильтрацию.
Отчет – это объект базы данных, предназначенный для печати данных, содержащихся в таблицах и запросах, с использованием элементов оформления.
Макросы - это объект базы данных, предназначенный для автоматизации повторяющихся операций.
Модули - служат для автоматизации работы с базой данных.
Интерфейс работы с объектами базы данных унифицирован. По каждому из них предусмотрены стандартные режимы работы:
1. Создать – предназначен для создания структуры объектов.
2. Конструктор – предназначен для изменения структуры объектов.
3. Открыть – предназначен для работы с объектами базы данных.
Важным средством, облегчающим работу с MS Access для начинающих пользователей, являются мастера – специальные программные надстройки, предназначенные для создания объектов базы данных в режиме последовательного диалога. Для опытных пользователей существуют возможности более гибкого управления ресурсами и возможностями объектов СУБД в режиме конструктора. Специфической особенностью СУБД MS Access является то, что вся информация, относящаяся к одной базе данных, хранится в едином файле. Такой файл имеет расширение “.mdb”.
Основные этапы работы с базами данных в среде MS Access:
1-й этап - проектирование БД.Процесс формирования базы данных в виде таблицы включает создание структуры, т.е. полей из которых будет состоять каждая запись. Определяются имя, тип (текстовый, числовой, логический, объект OLE и др.), размер полей. Кроме того СУБД формирует записи специального типа, содержащие уникальные номера - ключи, с помощью которых можно организовывать связь между таблицами.
2-й этап - наполнение БД содержимым. Осуществляется ввод и редактирование данных. СУБД дает возможность создать с помощью мастера экранную форму окна с кнопками, полями для ввода, т.е. создать удобный пользовательский интерфейс.
3-й этап - визуализация информации. Отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройства вывода или передачи по каналам связи. Пользователь получает удобное средство для обработки данных – запрос и использовать фильтрацию записей в базе данных. СУБД позволяет пользователю вывести на принтер необходимую информацию в виде отчета, в который можно включить: выборочную информацию из таблицы, новую информацию, информацию из других таблиц.
Терминологический словарь:
Автоматизированная информационная система (АИС) - совокупность программно-аппаратных средств, предназначенных для автоматизации деятельности, связанной с хранением, передачей и обработкой информации. База данных (БД) – совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными.
Введение базы данных – деятельность по обновлению, восстановлению и изменению структуры базы данных с целью обеспечения ее целостности, сохранности и эффективности использования.
Данные – это информация, зафиксированная в некоторой форме, пригодной для последующей обработки, передачи и хранения,
Запрос – объект, предназначенный для извлечения данных из таблиц на основе заданных условий.
Иерархическая модель БД – данные представлены в виде древовидной структуры, состоящей из объектов различных уровней.
Макросы - это объект базы данных, предназначенный для автоматизации повторяющихся операций.
Модель данных – это совокупность правил прохождения структур данных в базе данных, операций над ними, а также ограничений целостности, определяющих допустимые связи и значение данных, последовательность их изменения.
Отчет – объект, предназначенный для печати данных, содержащихся в таблицах и запросах, с использованием элементов оформления.
Реляционная модель БД (от английского “ relation” - отношение) – модель, представленная в виде одной или нескольких взаимосвязанных двумерных таблиц.
Сетевая модель БД - модель, в которой принята свободная связь между элементами разных уровней.
Система управления базами данных (СУБД) – это совокупность программ и языковых средств, предназначенных для управления данными в базе данных, ведения базы данных и обеспечения взаимодействия ее с прикладными программами.
Фильтрация (выборка) данных – способ отображения данных в таблице, которые отвечает заданному условию или нескольким условиям.
Форма – объект, предназначенный для ввода данных, позволяющие отображать данные в удобном для восприятия виде.