Базы данных. информационные системы

БАЗЫ ДАННЫХ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

• Информационные системы
• Базы данных (БД)
• Реляционные БД

БАЗЫ ДАННЫХ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Тема 1. Информационные системы

Определения

База данных (БД) – это хранилище данных о некоторой предметной области, организованное в виде специальной структуры.

Важно :

• данные о некоторой области (не обо всем) упорядоченные
• данные о некоторой области (не обо всем)
• упорядоченные

Система управления базой данных (СУБД) – это программное обеспечение для работы с БД.

Функции :

• поиск информации в БД выполнение несложных расчетов вывод отчетов на печать редактирование БД
• поиск информации в БД
• выполнение несложных расчетов
• вывод отчетов на печать
• редактирование БД

!

Информационная система = БД + СУБД!

Типы информационных систем

• локальные ИС БД и СУБД находятся на одном компьютере.
• файл-серверные БД находится на сервере сети (файловом сервере), а СУБД на компьютере пользователя.
• клиент-серверные БД и основная СУБД находятся на сервере, СУБД на рабочей станции посылает запрос и выводит на экран результат.

Локальные ИС

• автономность (независимость)

• с БД работает только один человек
• сложно обновлять при большом количестве пользователей
• практически невозможно «стыковать» изменения, вносимые несколькими пользователями

5

Файл-серверные ИС

• несколько человек работают с одной базой

• основную работу выполняют рабочие станции (РС), они должны быть мощными
• для поиска строки на РС копируется вся БД – нагрузка на сеть
• слабая защита от взлома (только на РС)
• проблемы при одновременном изменении с разных РС

6

Клиент-серверные ИС

СУБД-сервер :

• MS SQL Server Oracle MySQL
• MS SQL Server
• Oracle
• MySQL

запрос

на SQL

ответ

SQL ( Structured Query Language ) – язык структурных запросов

• основную работу выполняет сервер
• проще модернизация (только сервер)
• по сети идут только нужные данные
• защита на сервере (сложнее взломать)
• разделение доступа (очередь заданий)

• сложность настройки
• высокая стоимость ПО (тысячи $ )

7

БАЗЫ ДАННЫХ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Тема 2. Базы данных

Типы баз данных

• табличные БД данные в виде одной таблицы
• сетевые БД набор узлов, в котором каждый может быть связан с каждым.
• иерархические БД в виде многоуровневой структуры
• реляционные БД (99,9%) набор взаимосвязанных таблиц

Табличные БД

Модель – картотека

Примеры:

• записная книжка каталог в библиотеке
• записная книжка
• каталог в библиотеке

Суворовский пр., д. 32, кв. 11

275-75-75

поля

записи

Фамилия

Петров

Имя

Иванов

Адрес

Вася

Телефон

Дима

Суворовский пр., д. 32, кв. 11

Кирочная ул., д.25, кв.12

275-75-75

276-76-76

• самая простая структура
• все другие типы БД используют таблицы

во многих случаях – дублирование данных:

А.С. Пушкин

Сказка о царе Салтане

А.С. Пушкин

20 стр.

Сказка о золотом петушке

12 стр.

Табличные БД

• Количество полей определяется разработчиком и не может изменяться пользователем.
• Любое поле должно иметь уникальное имя .
• Поля могут иметь различный тип :

• строка символов (длиной до 255 символов) вещественное число (с дробной частью) целое число денежная сумма дата, время, дата и время логическое поле (истина или ложь, да или нет) многострочный текст (МЕМО) рисунок, звук или другой объект (объект OLE )
• строка символов (длиной до 255 символов)
• вещественное число (с дробной частью)
• целое число
• денежная сумма
• дата, время, дата и время
• логическое поле (истина или ложь, да или нет)
• многострочный текст (МЕМО)
• рисунок, звук или другой объект (объект OLE )

• Поля могут быть обязательными для заполнения или нет.
• Таблица может содержать сколько угодно записей (это количество ограничено только объемом диска); записи можно добавлять, удалять, редактировать, сортировать, искать.

Ключевое поле (ключ таблицы)

Ключевое поле (ключ) – это поле (или комбинация полей), которое однозначно определяет запись.

В таблице не может быть двух записей с одинаковым значением ключа.

Могут ли эти данные быть ключом?

• фамилия имя номер паспорта номер дома регистрационный номер автомобиля город проживания дата выполнения работы марка стиральной машины
• фамилия
• имя
• номер паспорта
• номер дома
• регистрационный номер автомобиля
• город проживания
• дата выполнения работы
• марка стиральной машины

?

Сетевые БД

Сетевая БД – это набор узлов, в которых каждый может быть связан с каждым (схема дорог).

Старые Васюки

Средние Васюки

А

Г

Б

В

Васюки

Новые Васюки

• лучше всего отражает структуру некоторых задач ( сетевое планирование в экономике)

• сложно хранить информацию о всех связях
• запутанность структуры

!

Можно хранить в виде таблицы, но с дублированием данных!

13

Иерархические БД

Иерархическая БД – это набор данных в виде многоуровневой структуры (дерева).

Рабочий стол

Сетевое окружение

Мой компьютер

Мои документы

Задания

Рисунки

A:

D:

Учебники

С :

Мои видеозаписи

Моя музыка

Мои рисунки

14

Иерархические БД

Прайс-лист:

Продавец (уровень 1)

Кей

Товар (уровень 2)

Мониторы

Принтеры

Samsung

Phillips

Sony

Изготовитель (уровень 3)

Модель (уровень 4)

X93B

S93

$ 312

$ 3 06

Цена (уровень 5)

14

Иерархические БД

Приведение к табличной форме:

Продавец

Товар

Кей

Кей

Монитор

Изготовитель

Монитор

Модель

Sony

Key

Цена

Монитор

S93

Sony

Кей

Монитор

X93B

Phillips

$ 306

…

190 B5 CG

$ 312

Samsung

SyncMaster 193P

$318

$452

• дублирование данных
• при изменении адреса фирмы надо менять его во всех строках
• нет защиты от ошибок ввода оператора ( Кей – Key ), лучше было бы выбирать из списка

16

БАЗЫ ДАННЫХ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Тема 3. Реляционные базы данных

Реляционные БД

1970-е гг . Э. Кодд, англ. relation – отношение.

Реляционная база данных – это набор простых таблиц, между которыми установлены связи ( отношения ) с помощью числовых кодов.

Изготовители

Код

Название

Страна

Сайт

Прайс-лист

Код записи

Код продавца

Код изготовителя

Код товара

Код модели

Цена

Продавцы

Код

Название

Адрес

Телефон

Сайт

Модели

Код

Название

Код изготовителя

Товары

Код

Название

Реляционные БД

• нет дублирования информации;
• при изменении адреса фирмы достаточно изменить его только в таблице Продавцы ;
• защита от неправильного ввода: можно выбрать только фирму, которая есть в таблице Продавцы ;
• механизм транзакций : любые изменения вносятся в базу только тогда, когда они полностью завершены.

• сложность структуры (не более 40-50 таблиц);
• при поиске надо обращаться к нескольким таблицам;
• нужно поддерживать целостность : при удалении фирмы - продавца надо удалять все связанные записи (автоматически, каскадное удаление ).

19

Связи между таблицами

Один к одному («1-1») – одной записи в первой таблице соответствует ровно одна запись во второй. Применение: выделение часто используемых данных.

1

1

Код

Год рожд .

1

2

Адрес

1992

1993

…

Суворовский, д.20, кв. 6

Кирочная, д. 30, кв 18

Код

Фамилия

1

Имя

2

Иванов

Петров

…

Кузьма

Василий

Один ко многим («1-  ») – одной записи в первой таблице соответствует сколько угодно записей во второй.

прайс-лист

товары



1

Код

1

Код

Название

2

123

Код товара

Монитор

1

Цена

345

…

Винчестер

…

10 999

1

11 999

Связи между таблицами

Многие ко многим («  -  ») – одной записи в первой таблице соответствует сколько угодно записей во второй, и наоборот .

предметы

Код

Название

1

История

2

География

3

Биология

…

учителя

Код

1

Фамилия

Иванов

2

…

Петров





Реализация – через третью таблицу и две связи «1-  ».





1

1

Код

1

Фамилия

2

Иванов

Петров

…

Код

Код учителя

1

2

Код предмета

1

Класс

3

1

1

…

2

2

9-А

3

8-Б

7-В

Код

1

Название

2

История

3

География

…

Биология

расписание

Нормализация базы данных

Нормализация – это разработка такой структуры БД, в которой нет избыточных данных и связей.

• Любое поле должно быть неделимым.

Фамилия

Иванов

Имя

Петр

Петров

Иван

…

…

Фамилия и имя

Иванов Петр

Петров Иван

…

• Не должно быть полей, которые обозначают различные виды одного и того же, например, товаров .



1

Год

2006

Код товара

1

Кол-во

2007

…

1200

2

1500

Код

1

Товар

2

Бананы

Киви

…

Год

2006

Бананы

Киви

2007

3200

…

1200

5600

1500

Нормализация базы данных

• Любое поле должно зависеть только от ключа ( ключ – это поле или комбинация полей, однозначно определяющая запись) .

зависит не только от названия товара!

товары

Код

Название

1

Монитор

Цена

2

Винчестер

9 000 р.

…

11 000 р.

прайс-лист

• Не должно быть полей, которые могут быть найдены с помощью остальных .

Код

1

Товар

2

Бананы

Цена за тонну

…

Кол-во, тонн

1200

Киви

1500

Стоимость

10

20

12 000

30 000

Поиск в базах данных

Линейный поиск – это перебор всех записей до тех пор, пока не будет найдена нужная.

Код

Фамилия

1

Сидоров

2

Ветров

…

1024

Померанцев

Иванов?

1024 сравнения!

• данные не надо предварительно готовить

• низкая скорость поиска

24

Двоичный поиск

• Разделить область поиска на две равные части.
• Определить, в какой половине находится нужный объект.
• Перейти к шагу 1 для этой половины.
• Повторять шаги 1-3 пока объект не будет «пойман».

25

Поиск в базах данных

Двоичный поиск в БД – требует предварительной сортировки.

Иванов?

…

255

Журов

…

383

Игнатьев

…

512

Ковалев

…

1

Андреев

…

255

Журов

…

512

Ковалев

…

1024

Яшин

1

2

Андреев

Барсуков

…

512

Ковалев

…

1023

Юрьев

1024

Яшин

?

Сколько сравнений?

1 1 сравнений!

• быстрый поиск

• записи надо отсортировать по нужному полю
• можно использовать только для одного поля.

26

Поиск по индексам

Индекс – это вспомогательная таблица, которая предназначена для быстрого поиска в основной таблице по выбранному столбцу.

Таблица

Номер

Дата

1

02.02.2006

Товар

2

3

Количество

Киви

01.11.2006

12.04.2006

6

Бананы

3

Апельсины

10

Индексы:

по дате

по количеству

по товару

Номер

Номер

Номер

1

2

3

Дата

Товар

Количество

1

2

3

3

02.02.2006

Апельсины

1

2

12.04.2006

6

3

Бананы

Киви

01.11.2006

10

Поиск по индексам

Алгоритм:

• двоичный поиск по индексу – найти номера нужных записей; выбрать эти записи по номерам из основной таблицы.
• двоичный поиск по индексу – найти номера нужных записей;
• выбрать эти записи по номерам из основной таблицы.

• двоичный поиск по всем столбцам, для которых построены индексы

• индексы занимают место на диске ;
• при изменении таблицы надо перестраивать все индексы (в СУБД – автоматически).

28