Лекции по теории баз данных (стр. 1 )

Южно-уральский многопрофильный колледж

ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРИИ БАЗ ДАННЫХ

ПМ 02 Инфокоммуникационные системы и сети МДК 02.02 Разработка и администрирование баз данных

Разработала: преподаватель ЮУМК

г. Челябинск

2014 год

Аннотация:

Лекции разработаны для студентов специальности 230115 «Программирование в компьютерных системах» для освоения профессионального модуля «Разработка и администрирование баз данных».

Профессиональный модуль предусматривает освоение следующих профессиональных компетенций:

ПК 1.1. Выполнять разработку спецификаций отдельных компонент.

ПК 1.2. Осуществлять разработку кода программного продукта на основе готовых спецификаций на уровне модуля.

ПК 1.3. Выполнять отладку программных модулей с использованием специализированных программных средств.

ПК 1.4. Выполнять тестирование программных модулей.

ПК 1.5. Осуществлять оптимизацию программного кода модуля.

ПК 1.6. Разрабатывать компоненты проектной и технической документации с использованием графических языков спецификаций.

Лекции разработаны с использованием учебной литературы по теме «Базы данных». Включают сложные для понимания темы по теории баз данных, такие как:

·  проектирование базы данных;

·  понятие реляционной базы данных;

·  понятие ключевого элемента;

·  нормализация базы данных.

Информация иллюстрирована схемами и рисунками для облегчения восприятия и усвоения знаний по данному курсу.

СОДЕРЖАНИЕ:

1.  Введение. Основные понятия и определения.

2.  Архитектура баз данных.

3.  Реляционная модель баз данных.

4.  Теория проектирования БД.

5.  Приведение БД к уровню нормальной формы.

6.  Принцип поддержки целостности в реляционной модели БД.

7.  Создание взаимосвязанных отношений в БД между таблицами. Понятие индекса.

8.  Управление данными в БД.

9.  Создание взаимосвязей.

10.  Проект как средство объединения элементов приложения.

11.  Основные технологии доступа к данным.

12.  Физическая организация удаленных баз данных.

13.  База данных — хранилище объектов.

Лекция 1.

Тема: ”Введение. Основные понятия и определения.”

План лекции:

1.  История развития баз данных.

2.  Понятие базы данных и системы управления базами данных – СУБД

3.  Компоненты среды СУБД.

4.  Распределение обязанностей в системах с базами данных.

5.  Преимущества и недостатки СУБД.

1.История развития баз данных

Теория баз данных - молодая область знаний. Возраст её около 30 лет, но в наше время такая молодая область практически является обязательной для изучения студентами всех технических специальностей, тем более включена в стандарты всех специальностей связанных с подготовкой специалистов по вычислительной технике.

Одна из основных функций вычислительной техники – это хранение и быстрая обработка информации. В современном мире информация – это основа любой организации.

Примеры: супермаркеты, банки, туристические агентства, библиотеки, учебные заведения, страховые компании, больницы и т. д.

В любой из этих организаций необходима правильно организованная база данных.

Основные задачи вычислительной техники при работе с информацией:

o  Надежное хранение информации в памяти компьютера;

o  Выполнение преобразований и вычислений;

o  Удобство для пользователя.

2.Понятия Базы данных и Системы управления базами данных

В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД фирмы IBM. В дальнейшее развитие теории баз данных большой вклад был сделан американским математиком , который является создателем реляционной модели данных.

Как только компьютеры стали доступнее, появилось множество программ предназначенных для работы неподготовленных пользователей. Эти программы были просты в использовании и интуитивно понятны. Конечно, это сказалось и на работе с системами данных. Появился спрос на удобные программы обработки данных. Особенности этого этапа следующие:

1.  Все СУБД были рассчитаны на монопольный доступ.

2.  Большинство имели развитый и удобный интерфейс, где существовал интерактивный режим как для создания БД, так и для обработки данных.

3.  Отсутствовали средства поддержки ссылочной и структурной целостности. Эти функции должны были выполняться пользователем, требуя от него дополнительного контроля.

4.  Монопольный режим не требовал администрирования БД.

5.  СУБД первого поколения имели очень скромные требования к аппаратному обеспечению.

Примеры: Dbase, FoxPro, Clupper.

3.Компоненты среды СУБД

В среде СУБД можно выделить 5 основных компонентов:

o  Аппаратное обеспечение

o  Программное обеспечение

o  Данные

o  Процедуры

o  Пользователи

Аппаратное обеспечение зависит от требований данной организации и используемой СУБД. Это может быть единственный персональный компьютер или целая сеть из многих компьютеров. Каждая СУБД представляет свои требования к объему оперативной и дисковой памяти.

Чаще всего используется архитектура клиент-сервер, где сервером является компьютер с серверной частью СУБД, а клиентом – с клиентской частью.

Программное обеспечение включает в себя программное обеспечение СУБД, прикладные программы, операционную систему, сетевое программное обеспечение.

Данные самый важный компонент среды СУБД.

База данных содержит как рабочие данные, так и метаданные (т. е. данные о данных).

Необходимо различать такие понятия как:

o  Структура базы данных

o  Таблица

o  Поля (атрибуты)

o  Связь между таблицами (ключи)

Метаданные:

o  Имена, типы, размеры элементов данных;

o  Имена связей;

o  Ограничения целостности данных;

o  Имена пользователей;

o  Используемые индексы и структуры хранения;

Процедуры: правила, которые должны учитываться при проектировании и использовании базы данных. Например:

o  Как правильно регистрироваться в СУБД.

o  Использование приложений СУБД.

o  Запуск и остановка СУБД

o  Создание резервных копий СУБД

o  Изменение структуры таблицы, реорганизация базы данных, методы архивирования данных на вторичных устройствах хранения.

Пользователи базы данных – это как правило 4 различных группы:

1.  Администратор данных

2.  Администратор базы данных

3.  разработчики программных приложений (прикладные программисты)

4.  разработчики базы данных

5.  конечные пользователи.

Распределение обязанностей

Администратор данных:

Отвечает за управление данными, включая планирование базы данных, разработку и сопровождение стандартов, бизнес правил и проектирование базы данных.

Администратор базы данных:

Отвечает за физическую реализацию базы данных, включая физическое проектирование; за обеспечение безопасности и целостности данных, а так же за максимальную производительность приложений и пользователей.

Разработчики баз данных:

Занимаются идентификацией данных (т. е. сущностей и их атрибутов). Устанавливают связи между данными, ограничения на хранимые данные, проектируют любые требуемые меры защиты данных.

Прикладные программисты:

Разрабатывают прикладные программы на созданной базе данных. Эти программы могут делать расчеты, выборки, анализ на основе базы данных.

Пользователи:

Это клиенты базы данных. Они делятся на два вида:

1.  Наивные пользователи – не подозревают о наличие базы данных. Такие пользователи используют информацию, либо выбирают информацию из меню или считывают сканером.

2.  Опытные пользователи – знают структуру базы данных и возможности СУБД. Они могут для выбора нужной информации использовать язык запросов или писать свои собственные прикладные программы.

Лекция 2

Тема: ”Архитектура баз данных”

План лекции:

1. Трехуровневая архитектура организации БД

2. Архитектура многопользовательских СУБД

1. Трехуровневая архитектура организации БД

В процессе научных исследованных посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД предлагались различные способы реализации. Самым жизненным из них оказалась предложенная Американским комитетом по стандартизации ANSI, трехуровневая система организации БД

Модель системы управления базой данных состоит из трех уровней:

1 уровень

Уровень внешней модели самый верхний уровень, где каждая модель имеет свое видение данных каждое приложение видит и обрабатывает только те данные, которые необходимы этому приложению.

Пример: система распределения работ видит данные о квалификации сотрудника,

но ее не интересует сведения о доме, адресе, телефоне

2 уровень

Концептуальный уровень – центральное управляющие звено, здесь база данных представлена в более общем виде который объединяет данные, используемые

всеми приложениями, работающими с данной базой данных

3 уровень

Физический уровень - собственно данные, расположенные в файлах или в страничках структурах, расположенных на внешних носителях информации.

Далее мы познакомимся с различными типовыми архитектурными решениями, которые возможно использовать при реализации многопользовательских СУБД:

2.Архитектура многопользовательских СУБД

1.Телеобработка - т. е. вся обработка происходит на одном компьютере, а присоединенные к нему компьютеры являются компьютерными терминалами, т. е. устройствами не способными самостоятельно функционировать, а только отображают информацию на экране.