Банки данных. Базы данных. Модели данных. СУБД

доцент Зубарев И.В. Кафедра электропривода, автоматики и управления в технических

(машиночитаемом) виде все большего количества информации.
По мере развития систем

Введение

С точки зрения прикладной программы файл - это именованная область

Файловые системы

то же количество блоков таким образом, что в каждый блок

Структуры файлов

поддержания во внешней памяти дополнительных файлов со специальной структурой -

Именование файлов

– хранение информации и предоставление доступа к ней по требованию.

Понятие БД и СУБД

данных;
аппаратное обеспечение;
программное обеспечение;
пользователей:
прикладные программисты;
конечные пользователи;
администраторы баз данных.
Система баз данных

возможность работать с ней, не вникая в детали хранения информации

Понятие СУБД

к физическому хранению.
Внешний уровень - наиболее близкий к пользователям.
Концептуальный уровень

Уровни абстракции в СУБД. Функции абстрактных данных

данных.
Производительность. СУБД должна выполнять свои функции с максимальной производительностью.
Функции СУБД

слабо структурированной и трудно формализуемой узкой предметной области и способная

Экспертные системы и базы знаний

отвечать на такие вопросы из этой предметной области, ответы на

Экспертные системы и базы знаний

осуществляется по типу подчинения и схематично изображается в виде дерева.

1) Классификация БД по модели представления данных:

Прайс-лист:

Продавец (уровень 1)

Товар (уровень 2)

Модель (уровень 4)

Цена (уровень 5)

Изготовитель (уровень 3)

$306

$312

S93

X93B

Sony

Phillips

Samsung

Мониторы

Принтеры

Кей

эту модель графически, то получится набор узлов на плоскости, связанных

1) Классификация БД по модели представления данных:

объект системы описывается в виде таблицы с набором свойств (атрибутов),

1) Классификация БД по модели представления данных:

абстрактных объектов, наделённых свойствами, в виде неструктурированных данных, и использующие

1) Классификация БД по модели представления данных:

и не может работать по сети;
сетевые (интегрированные) - БД и

2) Классификация БД по организации хранения данных и обращения к ним :

полнотекстовые.
К лексикографическим БД относятся различные словари (классификаторы, многоязычные словари,

3) Классификация БД по типу хранимой информации:

хранения сообщения, над его информационной энтропией (полезность).
Логическая независимость данных -

Свойства БД

программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД

Компоненты СУБД

трехуровневая система организации БД.
Уровень внешних моделей.
Концептуальный уровень.
Физический уровень.
Логическое и физическое

требование адекватного отображения предметной области. ИЛМ должна быть непротиворечивой.

Требования,

в информационной системе каждый объект представляется своим идентификатором, который отличает

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ “ОБЪЕКТ — СВОЙСТВО — ОТНОШЕНИЕ”

должна сохраняться и быть доступна. В диаграммах ER-модели сущность представляется

Модель сущность-связь

Эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя

Модель сущность-связь

типовыми системами (например, в языках объектно-ориентированного программирования), вводится возможность наследования

Более сложные элементы модели сущность-связь

в случае связи "один-ко-многим"), что при удалении опорного экземпляра сущности

Более сложные элементы модели сущность-связь

"реляционными" интерфейсами. Однако в большинстве случаев это не сделало их

Общие характеристики ранних систем

1. Эти системы активно использовались в течение многих лет, дольше, чем используется многие из реляционных СУБД. На самом деле некоторые из ранних систем используются даже в наше время, накоплены громадные базы данных, и одной из актуальных проблем информационных систем является использование этих систем совместно с современными системами.

2. Все ранние системы не основывались на каких-либо абстрактных моделях. Понятие модели данных фактически вошло в обиход специалистов в области БД только вместе с реляционным подходом. Абстрактные представления ранних систем появились позже на основе анализа и выявления общих признаков у различных конкретных систем.

3. В ранних системах доступ к БД производился на уровне записей. Пользователи этих систем осуществляли явную навигацию в БД, используя языки программирования, расширенные функциями СУБД. Интерактивный доступ к БД поддерживался только путем создания соответствующих прикладных программ с собственным интерфейсом.

4. Навигационная природа ранних систем и доступ к данным на уровне записей заставляли пользователя самого производить всю оптимизацию доступа к БД, без какой-либо поддержки системы.

Datacom/DB компании Applied Data Research, Inc. (ADR), ориентированная на использование на машинах основного класса

Системы, основанные на инвертированных списках

и пути доступа к ним видны пользователям. При этом:
Строки

Структуры данных на инвертированных списках

прямые поисковые операторы (например, найти первую запись таблицы по некоторому

Манипулирование данными на инвертированных списках

(IMS) фирмы IBM. Первая версия появилась в 1968 г. До

Иерархическая модель

упорядоченного набора нескольких экземпляров одного типа дерева.
Иерархические структуры данных
Тип дерева

никакой потомок не может существовать без своего родителя. Заметим, что

Ограничения целостности в иерархической модели

использования на машинах основного класса фирмы IBM под управлением большинства

Сетевая модель

структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка; в сетевой

Сетевые структуры данных

Каждый экземпляр типа P является предком только в одном экземпляре L;
Каждый экземпляр C является потомком не более, чем в одном экземпляре L.

Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. Для данного типа связи L с типом записи предка P и типом записи потомка C должны выполняться следующие два условия:

Сетевая БД состоит из набора экземпляров каждого типа записи и набора экземпляров каждого типа связи.

памяти на низком уровне;
Возможность построения вручную эффективных прикладных систем;

Основные достоинства и недостатки ранних СУБД

два логика — американец Чарльз Содерс Пирс (1839-1914) и немец

История реляционной модели

в так называемых нетрадиционных областях (наиболее распространенными примерами являются системы

Недостатки реляционной модели

домена в отношение принято называть атрибутом.
Схема отношения - это именованное

Основные определения

чтобы не путаться, говорят "отношение-схема" и "отношение-экземпляр", иногда схему отношения

Основные определения

Столбец, Поле.
Реляционная база данных – это совокупность отношений, содержащих

Эквиваленты использующиеся в теории реляционных БД

повторяющиеся группы, ни массивы не допускаются
Строки имеют фиксированное число полей

Ограничения

третий столбец первой строки таблицы содержит номер сотрудника, то и

Ограничения

и практически любые их сочетания. Среди них наиболее распространены SQL

Языки манипулирования данными

- сущность, не являющаяся подтипом и не имеющая подтипов. Имя

Получение реляционной схемы из ER-схемы

делается копия уникального идентификатора с конца связи "один", и соответствующие

Получение реляционной схемы из ER-схемы

Эдгаром Коддом, состоит из восьми операторов, составляющих две группы по

Реляционная алгебра

одному из двух заданных отношений, либо им обоим
Пересечение (intersect) -

Традиционные операции

которые удовлетворяют указанным условиям. Операцию выборки также иногда называют операцией

Специальные операции

собой комбинацию атрибутов двух кортежей, принадлежащих двум заданным отношениям, при

Специальные операции

совместимые по типу отношения). Тогда для операции объединения:
(A UNION В)

Свойства операций реляционной алгебры

порядка. Базисными понятиями исчисления являются понятие переменной с определенной для

Реляционное исчисление

проекция и т.д.), которые можно использовать, чтобы сообщить системе, как

Разница между реляционной алгеброй и реляционным исчислением

по атрибуту S#.
Далее выбрать из результата этого соединения кортежи с

Алгебраическая версия этого запроса

в отношении SP существует запись о поставке с тем же

Этот же запрос в терминах реляционного исчисления

Каждому выражению в алгебре соответствует эквивалентное выражение в исчислении, и

Вывод

этой схемой возникает несколько проблем:
Зачем нужна нормализация
1. Избыточность. Адрес поставщика

2. Потенциальная противоречивость (аномалии обновления). Вследствие избыточности мы можем обновлять адрес поставщика в одном кортеже, оставляя его неизменным в другом.

3. Аномалии включения. В базу данных не может быть записан адрес поставщика, если он в настоящее время не поставляет по меньшей мере один товар. Хуже того, ТОВАР и НАЗВ_ПОСТ образуют ключ данного отношения, и поиск кортежей с неопределенными значениями в ключе может быть затруднительным или невозможным.

4. Аномалии удаления. Обратная проблема возникает при необходимости удаления всех товаров, поставляемых данным поставщиком, вследствие чего мы непреднамеренно утрачиваем его адрес.

Кто-то находил аномалию, классифицировал ее и думал, как предотвратить ее

Нормальные формы

смысле лучше предыдущей;
при переходе к следующей нормальной форме свойства

Нормальные формы

отношение, которое этих недостатков не имеет. Что еще более важно,

Определение нормализации

более общим языком, атрибут Y функционально зависит от атрибута X,

Функциональная зависимость

находится в первой нормальной форме (first normal form, 1NF):
Ячейки таблицы

1-я нормальная форма

атрибуты зависят от всего ключа. В соответствии с этим определением,

2-я нормальная форма

второй нормальной форме и не имеет транзитивных зависимостей.

3-я нормальная

Бойса-Кодда

НФБК и не имеет много.тачных зависимостей.
4-я нормальная форма

которые имеют несколько неопределенный характер. Речь здесь идет об отношениях,

5-я нормальная форма

определил доменно-ключевую нормальную форму (domain/key normal form, DKNFI. Он показал,

Доменно-ключевая нормальная форма

SQL, QBE) и университетах США (PIQUE, QUEL). Последний создавался для

История SQL

Кодда (Е. F. Codd) привел к созданию продукта, связанного с

История SQL

Language/SQL. Он во многом похож на язык Ada.
Transact-SQL. Используется в

Некоторые популярные диалекты SQL:

PL/pgSQL. Название диалекта и расширений SQL, реализованных в PostgreSQL. Является сокра­щением от Procedural Language/postgreSQL.
SQLPL. Самый новый диалект от DB2 (SQLProcedural Language). Основан на стандартных операторах управления SQL. Большинство других диалектов предшествовало стандарту, и это означает, что вы найдете в них массу отличий от стандарта SQL.

нестандартные возможности языка SQL предоставляемые некоторой СУБД, то такую БД

Достоинства языка SQL:

SQL обладает высокоуровневой структурой, напоминающей английский язык.
SQL позволяет создавать различные представления данных для различных пользователей;
SQL является полноценным языком для работы с БД;
стандарты языка SQL. Официальный стандарт языка SQL опубликован ANSI и ISO в 1989 году и значительно расширен в 1992 году.

таких, как база данных, таблица, ограничение в таблице, столбцы таблицы,

Синтаксические конструкции SQL делятся на 4 основные категории

Операторы. Символы, показывающие, какое действие выполняется над одним или несколькими выражениями, чаще всего в инструкциях DELETE, INSERT, SELECT или UPDATE. Операторы также часто применяются для создания объектов базы данных.
Зарезервированные и ключевые слова. Имеют специальный смысл для обработчика кода SQL. Например, SELECT, GRANT, DELETE или CREATE. Зарезервированные слова (Reserved words), обычно команды и инструкции SQL, нельзя использовать в качестве идентификаторов на данной платформе. Ключевые слова (keywords) - это слова, которые могут стать зарезервированными в будущем.

назначению объекта.
Используйте в именах один и тот же регистр

Соглашения об именах

Не используйте слишком очевидные префиксы и суффикс.
Не заполняйте все пространство, отведенное для имени объекта.
Не используйте идентификаторы с разделителями.

образом, в иерархии объектов имена баз данных не должны повторяться

Правила создания идентификаторов

связанные с представлением времени (дата и время), и булевы значения,

Константы

Таким образом, числовые константы могут выглядеть так.
30
-17
-853 3888
-6.66
$70000
2Е5
7Е-3

Булевы значения, строковые константы и даты выглядят примерно так.:
TRUE
'Hello world!'
10СT-28-1966 22:14:30:00'

несколькими выражениями. Операторы наиболее часто используются в инструкциях DELETE, INSERT,

Операторы

данных.
Побитовые операторы. Поддерживаются Microsoft SQL Server.
Операторы сравнения. Поддерживаются всеми

Категории операторов:

относящегося к числовой категории.
Арифметические операторы

, оператор присваивания (=) присваивает значение переменной или псевдониму (alias)

Оператор присваивания

манипулирования битами в двух выражениях целого типа (см. табл. 2).

Побитовые операторы

сравнения является булево значение: TRUE, FALSE или UNKNOWN. Также заметьте,

Операторы сравнения

какого-либо условия. Логические операторы возвращают булево значение TRUE или FALSE.

Логические

к числовой категории. Унарные операторы можно применять к целым типам,

Унарные операторы

(арифметические операторы)
=, >, =, , !

Приоритет операторов

–удаляет объект
Стандарт SQL-92 определяет команды для следующих объектов:
ASSERTION – утверждения

Язык определения данных

разделенная пробелами;
CHARACTER VARYING(n)или VARCHAR(n) — строка переменной длины с максимальным

Типы данных

длинной до n битов
Числа:
INTEGER и SMALLINT — целые числа;
FLOAT, REAL

Типы данных

TIME ZONE или TIMESTAMP — тоже самое, что и TIME, только

Типы данных

[NOT NULL] [CHECK ()]
[COLLATE ];
где
DEFAULT ­– Определяет значение по

Создание домена

| [DROP DEFAULT]
| [ADD [CONSTRAINT] CHECK ()]
| [DROP

Изменение домена

{DATABASE | SCHEMA}
Схема

данных> [ DEFAULT expression ] [ {NULL | NOT NULL}

Создание таблицы

разрешается ли пустое поле;
INDEX_BLIST | INDEX_NONE – есть или нет

Параметры

RENAME [ COLUMN ] TO
Добавление столбца
ALTER TABLE

Изменение таблицы

CONSTRAINT ]
FOREIGN KEY (, , ...

Изменение таблицы

default_expr
ALTER TABLE ALTER [COLUMN] column_name DROP DEFAULT
Удаление столбца
ALTER

Изменение таблицы

используется для выборки записей из таблиц;
INSERT –используется для добавления записей

Язык манипулирования данными

( [, ...]) | };

Так, например, чтобы ввести

Оператор INSERT

в существующей строке. Это выполняется командой UPDATE.
UPDATE TABLE
SET

Оператор UPDATE

Она может удалять только введенные строки, а не индивидуальные значения

Оператор DELETE

команды обманчиво проста, потому что вы должны расширять ее так

Оператор SELECT

которое вы можете использовать. Звездочка (*) может применяться для вывода

Оператор SELECT

заданного множества строк. Таким множеством строк может быть группа строк,

Агрегатные функции в SQL

выбрал запрос.
SUM - производит арифметическую сумму всех выбранных значений

Виды агрегатный функций

(* [ALL|DISTINCT] , …)
FROM
WHERE
GROUP BY

Использование агрегатных функций

- 2665.84
SELECT MAX ((amt)) FROM Orders; - 9891.88
SELECT MIN ((amt)) FROM Orders;

Выполнение агрегатных функций

Заказы

-----------------------------------------------
ONUM | AMT | ODATE | CNUM | SNUM
-------|-----------|-------------|------|------
3001 | 18.69 | 10/03/1990 | 2008 | 1007
3003 | 767.19 | 10/03/1990 | 2001 | 1001
3002 | 1900.10 | 10/03/1990 | 2007 | 1004
3005 | 5160.45 | 10/03/1990 | 2003 | 1002
3006 | 1098.16 | 10/03/1990 | 2008 | 1007
3009 | 1713.23 | 10/04/1990 | 2002 | 1003
3007 | 75.75 | 10/04/1990 | 2004 | 1002
3008 | 4723.00 | 10/05/1990 | 2006 | 1001
3010 | 1309.95 | 10/06/1990 | 2004 | 1002
3011 | 9891.88 | 10/06/1990 | 2006 | 1001
-----------------------------------------------

для агрегатных функций
Заказчики

----------------------------------------------

-------------------------
CITY | RATING | SNUM
---------|--------|------
London | 200 | 1001
Rome | 300 | 1003
SanJose | 500 | 1002
Berlin | 300 | 1002

максимальную сумму приобретений значение которой выше $3000.00
SELECT snum, odate, MAX

Использование HAVING

представление} [псевдоним]
[,{имя_таблицы_2 | представление} [псевдоним], ...]
[WHERE ]
[GROUP BY [,,

Проекция и выборка

представление} [псевдоним]
,{имя_таблицы_2 | представление} [псевдоним], ...;

Декартовое произведение

коммуникационной сетью, в которой:
каждый узел обладает своими собственными системами баз

Предварительные замечания

что операции на данном узле управляются этим узлом, т.е. функционирование

Локальная автономия

равные.
Зависимость от центрального узла нежелательна по крайней мере по

Независимость от центрального узла

обеспечивают более высокую надежность и доступность.
Надежность повышается благодаря работе распределенных

Непрерывное функционирование

достаточно проста: пользователям не следует знать, в каком физическом месте

Независимость от расположения

связаны с реляционными операциями выборки и проекции соответственно.
Фрагментом может

Независимость от фрагментации

или заданный фрагмент могут быть представлены несколькими различными копиями, или

Независимость от репликации

перемещения данных по сети. В таком случае чрезвычайно важно найти

Обработка распределенных запросов

восстановлением и управление параллелизмом, каждому из которых в распределенных системах

Управление распределенными транзакциями

объекта должно распространяться на все хранимые копии этого объекта.
Одна

Распространение обновления

приложений.

поэтому клиент – это приложение, т.е. внешний интерфейс, а сервер

Системы типа клиент/сервер

и серверную, и клиентскую части используют термин "сервер баз данных".

Серверы баз данных

сервисы, по-разному обращающиеся с этой информацией. Internet не решила проблемы

БАЗЫ ДАННЫХ В INTERNET

в формате HTML для отображения программой просмотра клиента;
обеспечить формирование запросов

Обзор ПТК данного вида

задание на разработку структур ПТК

запроса пользователя с исключением неправильно заданных форматов, неверно заполненных полей

Требования к ПТК

and Report Language);
ПТК должен работать под управлением ОС BSD UNIX;
Для

Требования к ПТК

формате HTML;
проводить аутентификацию пользователя с целью выяснения его привилегий;
для пользователей

Требования к ПТК

(поля ввода, кнопки, радио кнопки, скрытые поля и т.д. в

Эскизный проект структуры ПО ПТК

доступом. Заключение.

восстановление самой базы данных, т.е. возвращение базы данных в правильное

Понятие восстановления системы

операция системы баз данных, а скорее согласование нескольких таких операций.

Понятие транзакции

выполнением либо оператора COMMIT, либо ROLLBACK.
Оператор COMMIT устанавливает так

Восстановление транзакции

(в частности, рабочих буферов базы данных).

Восстановление после отказов системы

с доступом к одним и тем же данным, причем в

Параллелизм. Проблемы параллелизма

объект (кортеж) не изменялся непредсказуемо и без ведома этой транзакции,

Понятие блокировки