Илюшечкин В.М. Базы данных
Подождите немного. Документ загружается.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Илюшечкин В.М., Илюшечкина Л.В.
Учебно-методические разработки
для самостоятельной работы студентов,
изучающих дисциплину «Базы данных»
Москва - 2007
УДК 004.65(076.5)
Илюшечкин В.М., Илюшечкина Л.В.
Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов,
изучающих дисциплину «Базы данных». - М.: МИЭТ, 2007. - 88 с.: ил.
Учебно-методические разработки подготовлены для использования при
выполнении самостоятельных работ студентами, изучающими дисциплину
«Базы данных», и содержат как теоретические, так и практические сведения о
проектировании и использовании баз данных. Для проектирования баз данных
описан подход, основанный на применении ER-диаграмм, а для доступа к базам
данных представлены средства структурированного языка запросов SQL.
Разработки предназначены для студентов, обучающихся по техническим
специальностям.
© МИЭТ, 2007
2
Содержание
Введение.......................................................................................................................5
Раздел 1. Основные сведения о хранении данных...................................................5
Тема 1. Понятие банка данных, базы данных и системы управления базами
данных (СУБД). Состав банка данных. Классификация баз данных. Этапы
проектирования баз данных.....................................................................................5
1.1. Основные понятия..........................................................................................5
1.2. Компоненты БнД............................................................................................6
1.3. Классификация БнД и БД...............................................................................7
1.4. Этапы проектирования БД.............................................................................9
1.5. Взаимосвязь этапов проектирования БД.....................................................11
Вопросы для самоконтроля.................................................................................12
Раздел 2. Проектирование баз данных.....................................................................12
Тема 2. Инфологическое моделирование (начало)...............................................12
2.1. Необходимость инфологического моделирования.....................................12
2.1.1. Виды ограничений целостности...............................................................15
2.1.2. Причины, приводящие к нарушению ограничений целостности..........21
2.2. Описание объектов и их свойств.................................................................23
Тема 3. Инфологическое моделирование (окончание).........................................27
3.1. Описание связей между объектами.............................................................27
3. 2. Описание сложных объектов......................................................................33
Вопросы для самоконтроля.................................................................................35
Тема 4. Даталогическое проектирование..............................................................37
4.1. Общие сведения............................................................................................37
4.2. Подход к даталогическому проектированию..............................................38
4.3. Определение состава БД..............................................................................39
4.4. Разновидности даталогических моделей.....................................................40
Вопросы для самоконтроля.................................................................................41
Тема 5. Реляционная даталогическая модель базы данных.................................42
5.1. Основные понятия........................................................................................42
5.2. Цели проектирования РБД...........................................................................44
5.2.1. Возможность хранения всех необходимых данных в БД.......................45
5.2.2. Исключение избыточности данных..........................................................45
5.2.3. Сведение числа хранимых в БД отношений к минимуму......................47
5.2.4. Нормализация отношений.........................................................................47
Вопросы для самоконтроля.................................................................................47
Тема 6. Метод проектирования реляционной базы данных на основе ИЛМ.....48
Вопросы для самоконтроля.................................................................................56
Тема 7. Пример проектирования реляционной базы данных на основе ИЛМ...59
7.1. Описание объектов и связей между ними...................................................59
7.2. Лингвистические отношения.......................................................................60
7.3. Алгоритмические связи показателей...........................................................60
7.4. Описание информационных потребностей пользователей.......................61
7.5. Ограничения целостности............................................................................61
7.6. Определение состава БД..............................................................................61
7.7. Определение отношений, включаемых в БД..............................................61
7.8. Описание логической структуры БД на языке СУБД (схема БД)............62
7.9. Сравнение спроектированной РБД с однотабличной БД..........................63
3
Вопросы для самоконтроля.................................................................................65
Раздел 3. Описание информационных потребностей пользователей базы данных.
.....................................................................................................................................66
Тема 8. Информационные потребности пользователей базы данных...............66
8.1. Типы и языки запросов.................................................................................66
8.2. Реляционная алгебра (алгебра отношений)................................................67
8.2.1. Проекция.....................................................................................................67
8.2.2. Выборка......................................................................................................68
8.2.3. Соединение.................................................................................................69
8.2.4. Объединение...............................................................................................69
8.2.5. Пересечение................................................................................................69
8.2.6. Вычитание..................................................................................................70
8.2.7. Умножение.................................................................................................70
8.2.8. Деление.......................................................................................................70
8.3. Примеры запросов на реляционном языке..................................................71
Вопросы для самоконтроля.................................................................................72
Раздел 4. Использование языка SQL для работы с базами данных........................73
Тема 9. Структурированный язык запросов SQL.................................................73
9.1. Стандарт и разновидности языка SQL........................................................73
9.2. Краткое введение в SQL...............................................................................74
Тема 10. Основные элементы языка SQL. Использование языка SQL для
выборки данных......................................................................................................75
10.1. Оператор SELECT.......................................................................................75
Тема 11. Отбор строк из таблиц. Условия поиска строк.....................................77
Вопросы для самоконтроля.................................................................................78
Тема 12. Сортировка таблиц.................................................................................78
Тема 13. Использование псевдонимов для обозначения таблиц базы данных.
Самосоединение таблиц. Итоговые запросы и агрегатные функции..................78
Вопросы для самоконтроля.................................................................................80
Тема 14. Запросы с группировкой.........................................................................81
Тема 15. Вложенные запросы................................................................................82
Вопросы для самоконтроля.................................................................................83
Тема 16. Изменение данных в базе данных..........................................................84
16.1. Корректировка таблиц БД..........................................................................84
16.2. Создание объектов БД................................................................................85
16.3. Создание представлений............................................................................86
Вопросы для самоконтроля.................................................................................87
Рекомендуемая литература........................................................................................88
4
Введение
Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов
содержат теоретические сведения, касающиеся проектирования и использования
баз данных, а также практические примеры по разработке баз данных и
применению языка SQL для взаимодействия с базами данных.
Учебный материал структурирован посредством выделения разделов и
тем, предназначенных для самостоятельного изучения. Студенты могут
самостоятельно проконтролировать степень усвоения изученного материала с
помощью вопросов, помещенных в конце отдельной темы или группы тем.
Раздел 1. Основные сведения о хранении данных
Тема 1. Понятие банка данных , базы данных и системы управления
базами данных (СУБД). Состав банка данных. Классификация баз
данных. Этапы проектирования баз данных
1.1. Основные понятия
База данных (БД) - это поименованная совокупность взаимосвязанных
данных, управляемых специальной системой, называемой системой управления
базой данных (СУБД).
Совокупность специальных языковых и программных средств,
облегчающих пользователям выполнение всех операций, связанных с
организацией хранения данных, их корректировкой и доступом к ним,
называется системой управления базой данных (СУБД). СУБД служит, по
существу, посредником между пользователем и БД.
БД и СУБД являются составными частями более сложной системы,
именуемой банком данных. Банк данных (БнД) - это система, состоящая из баз
данных, программных, технических, языковых, организационно-методических
средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и
коллективного многоцелевого использования данных
1.2. Компоненты БнД
БнД является сложной человеко-машинной системой, состоящей из
взаимосвязанных и взаимозависимых компонентов (рис.1.1).
5
БнД
Информационный СУБД Техн. Орг.- Админист-
компонент средства метод. ратор БнД
средства
БД Словарь Программные Языковые
данных средства средства
Рис.1.1. Компоненты БнД
Информационный компонент БнД содержит базу данных и словарь
данных. Словарь данных является хранилищем метаинформации, т.е.
информации об информации.
Метаинформация включает в себя описание базы данных, информацию о
предметной области, представленной в БД, сведения о пользователях БнД, а
также некоторую другую информацию.
СУБД предоставляет пользователю программные и языковые средства,
обеспечивающие взаимодействие всех частей информационной системы при ее
функционировании.
Языковые средства СУБД относятся к языкам четвертого поколения, при
проектировании которых используются принципы, перечисленные на с.21 в
книге [1]. Имеются СУБД со средствами визуального программирования (Visual
FoxPro, Delphi, Clarion).
Языковые средства предназначаются для пользователей разных категорий:
конечных пользователей, системных аналитиков, профессиональных
программистов. По функциональным возможностям выделяются 10 категорий
языков (см. с.24-25 в [1]). По форме представления различают аналитические,
табличные и графический языковые средства.
Некоторые СУБД предоставляют пользователю несколько языков для
достижения одной и той же цели. Например, в системе Delphi для обработки баз
данных могут использоваться:
1) процедурный язык Object Pascal;
6
2) табличный язык запросов QBE (Query-By-Example);
3) язык SQL (Structured Query Language).
В системе FoxPro: 1) процедурный язык Xbase; 2) табличный язык Relation
QBE; 3) язык SQL.
Технические средства, используемые в БнД, - это компьютеры различных
классов (от больших до персональных), периферийные устройства,
коммуникационная (сетевая) аппаратура.
Организационно-методические средства представляют собой различные
инструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные
для пользователей, взаимодействующих с БнД.
Администратор БнД обеспечивает создание, функционирование и
развитие БнД.
1.3. Классификация БнД и БД
По форме представления информации различают видео- и аудиосистемы,
а также системы мультимедиа. Эта классификация в основном показывает, в
каком виде информация из баз данных выдается пользователям: в виде
изображения, звука или в виде сочетания разных форм отображения
информации.
Наиболее распространенным пока являются базы данных, содержащих
обычные символьные данные. Эти БД подразделяются на неструктурированные,
частично структурированные и структурированные.
К неструктурированным БД относятся базы, организованные в виде
семантических сетей. Частично структурированными можно считать БД, в
которых информация представлена в виде обычного текста или гипертекстовые
системы.
Структурированные БД по типу используемой модели делятся на
иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные, смешанные и
мультимодельные. Наибольшее коммерческое использование в настоящее время
имеют реляционные БД.
По типу хранимой информации БД делятся на документальные и
фактографические. Документальные БД содержат сведения о документах на
естественном языке - монографиях, научных отчетах, текстах законодательных
7
актов и т.д. Фактографические БД содержат фактические сведения, например,
данные о кадровом составе предприятия.
По характеру организации хранения данных и обращения к ним различают
локальные (персональные), общие (интегрированные) и распределенные БД
(рис. 1.2).
БД
Локальная Общая Распределенная
(персональная) (интегрированная) . . .
Созданная Извлеченная
независимо из общей БД
Пользо-
Р1 Р2 . . . PN
ватели
Рис.1.2. Классификация БД по характеру хранения данных и обращения к ним
По условиям предоставления услуг различают бесплатные и платные БД.
Платные БД делятся на бесприбыльные и коммерческие.
По форме собственности БД делятся на государственные и
негосударственные.
По степени доступности различают общедоступные и с ограниченным
кругом пользователей (библиотечная БД и подсиситема "Абитуриент").
1.4. Этапы проектирования БД
В БД отражается информация об определенной предметной области.
Предметной областью (ПО) называется часть реального мира, представляющая
интерес для данного исследования или использования.
Чтобы спроектировать структуру БД, необходима исходная информация о
предметной области. Желательно, чтобы эта информация была представлена в
формализованном виде.
8
Описание предметной области, выполненное без ориентации на
используемые в дальнейшем СУБД и технические средства, называется
инфологической моделью (ИЛМ) предметной области.
На основе ИЛМ строится даталогическая модель (ДЛМ) базы данных. Она
является концептуальной моделью БД и представляет собой отображение
логических связей между информационными элементами инфологической
модели. Даталогическая модель строится в терминах информационных единиц,
допустимых в той конкретной СУБД, в среде которой проектируется БД, Этап
создания ДЛМ называется даталогическим проектированием. Описание
логической структуры БД на языке СУБД называется схемой.
Для привязки ДЛМ к среде хранения используется модель данных
физического уровня, или физическая модель (ФМ). Эта модель базы данных
определяет используемые запоминающие устройства, способы физической
организации данных в среде хранения.
ФМ также, как и ДЛМ, строится с учетом возможностей,
предоставляемых СУБД. Описание физической структуры БД называется схемой
хранения. Соответствующий этап проектирования БД называется физическим
проектированием.
В современных СУБД вопросы физического проектирования теряют свою
актуальность, поскольку во многих из них реализована своя, специфическая,
физическая организация данных, недоступная для проектировщика БД.
В некоторых СУБД, помимо описания общей логической структуры БД
(т.е. схемы), имеется возможность описать логическую структуру БД с точки
зрения конкретного пользователя. Такая модель называется внешней, а ее
описание называется подсхемой (рис.1.3).
Если СУБД поддерживает уровень подсхем, то перед проектировщиком
встает задача определения подсхем. Это также можно рассматривать как этап
проектирования БД.
Использование подсхем облегчает работу пользователя, так как он должен
знать структуру не всей базы данных, а только той ее части, которая имеет
непосредственное отношение к нему; кроме того, эта структура приспособлена к
его потребностям.
9
Пользователь А1 Пользователь А2 Пользователь В
Внешняя Внешняя
модель А модель В Подсхема
Даталогическая Концептуальная Схема
модель модель БД
Физическая Внутренняя модель Схема хранения
модель
Рис.1.3. Модели и описания структуры БД, поддерживаемые СУБД
1.5. Взаимосвязь этапов проектирования БД
Предметная Инфологическое
область моделирование
Даталогическое
Предварительная проектирование
инфологическая
модель
Анализ
Физическое
проектирование
Анализ
Описание БД
(схемы, схемы хранения)
Проектирование
и описание подсхем
Рис.1.4. Взаимосвязь этапов проектирования
10