Ковалевич И.А. Основы баз данных: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

ФИО_СТУДЕНТА,

АДРЕС,

ДАТА_РОЖДЕНИЯ,

НАИМНОВАНИЕ_ФАКУЛЬТЕА,

ФИО_ДЕКАНА,

НОМЕР_ГРУППЫ,

ФИО_КУРАТОРА.

Функции нашей информационной системы требуют, чтобы

обеспечивалась возможность многоключевого доступа к записям этого

файла по значениям уникального ключа ФИО_СТУДЕНТА. Кроме того,

должна обеспечиваться возможность выбора всех записей с общим

значением НАИМЕНОВАНИЕ_ФАКУЛЬТЕТА и НОМЕР_ГРУППЫ т. е.

доступ по неуникальному ключу.

Не трудно заметить, что такая организация данных вызывает

существенную избыточность хранения данных (для каждого студента одной

группы повторяется имя куратора, а для студентов одного факультета

наименование факультета и имя декана). Кроме того, если в ходе

эксплуатации системы на каком-либо факультете поменяется декан,

придется вносить изменения в нескольких сотнях записей, а для того чтобы

получить численность факультета, каждый раз при выполнении такой

функции надо будет выбрать все записи с заданным значением

наименования факультета и посчитать их количество.

Анализ предметной области показывает, что можно выделить еще

два класса объектов ФАКУЛЬТЕТЫ и ГРУППЫ с присущими только им

свойствами (для факультетов – деканы, а для групп – кураторы).

Естественно предположить, что информация о каждом объекте должна

находиться в отдельном файле. Поэтому наша систем будет состоять из трех

файлов СТУДЕНТЫ, ФАКУЛЬТЕТЫ, ГРУППЫ, со следующей

организацией записей:

СТУДЕНТЫ :

СТУД_ФИО_СТУДЕНТА,

СТУД_АДРЕС,

СТУД_ДАТА_РОЖДЕНИЯ,

СТУД_НОМЕР_ГРУППЫ.

ГРУППЫ :

ГРУП_НОМЕР_ГРУППЫ,

ГРУП_ФИО_КУРАТОРА,

ГРУП_ИДЕНТИФИКАТОР_ФАКУЛЬТЕА,

ГРУП_КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВ.

ФАКУЛЬТЕТЫ :

ФАК_ИДЕНТИФИКАТОР_ФАКУЛЬТЕА,

ФАК_НАИМНОВАНИЕ_ФАКУЛЬТЕА,

ФАК_ФИО_ДЕКАНА,

ФАК_КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВ;

Поле СТУД_НОМЕР_ГРУППЫ добавлено в файл СТУДЕНТЫ, а

ГРУП_ИДЕНТИФИКАТОР_ФАКУЛЬТЕТА в файл ГРУППЫ для установки

связей между файлами. Так например, по значению поля

ГРУП_ИДЕНТИФИКАТОР_ФАКУЛЬТЕТА в файле ГРУППЫ можно

определить к какому факультету относится та или иная группа. Иначе

говоря, один файл ссылается на другой, поля же, использующееся для

ссылок называются ключами.

Такой механизм установки информационных связей между файлами

называется механизмом дублирования ключей (см. внешний ключ,

первичный ключ).

Таким образом, каждый из файлов будет содержать только

недублированную информацию, необходимости в динамических

вычислениях суммарной информации не возникает.

Однако теперь система должна теперь "знать", что она работает с

тремя информационно связанными файлами, должна знать структуру и

смысл каждого поля (например, что ГРУП_YДЕНТИФИКАТОР_

ФАКУЛЬТЕТА и ФАК_ ИДЕНТИФИКАТОР_ФАКУЛЬТЕТА означают

одно и то же), а также понимать, что в ряде случаев изменение информации

в одном файле должно автоматически вызывать модификацию в других,

чтобы их общее содержимое было согласованным.

Например, если на факультет принимается новый студент, то

необходимо добавить запись в файл СТУДЕНТ, а также соответствующим

образом изменить поля ФАК_КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВ и

ГРУП_КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВ в файлах ФАКУЛЬТЕТЫ и ГРУППЫ.

Иначе говоря данные во всех файлах должны быть согласованными.

Понятие согласованности данных является ключевым понятием баз

данных. Фактически, если информационная система (даже такая простая,

как в нашем примере) поддерживает согласованное хранение информации в

нескольких файлах, можно говорить о том, что она поддерживает базу

данных.

Понятно, что даже для такой простой системы ее реализация

традиционными методами программирования, требует от разработчиков

создания достаточно сложных процедур, которые связывают отдельные

файлы в единое целое.

Для поддержания согласованности данных в нескольких файлах

недостаточно библиотеки процедур, необходимо, чтобы такая система

имела некоторые собственные данные (метаданные) и даже знания,

определяющие целостность данных.

Если некоторая вспомогательная система управления данными

позволяет работать с несколькими файлами, обеспечивая их

согласованность, можно назвать ее системой управления базами

данных(СУБД).

1.2.3.ИНТЕГРАЦИЯ ДАННЫХ

В информационных системах реализованных на множестве

локальных приложений, каждое из которых использует свой набор данных,

имеет место избыточность (дублирование) данных. Вследствие этого

синхронное поддержание данных для всех приложений становится весьма

проблематичным, что в может привести к неправильному отражению

состояния предметной области и вызвать весьма неприятные последствия.

Рассмотрим следующий пример для двух приложений "Учет кадров"

и "Расчет заработной платы" для которых необходимы следующие сведения:

Учет кадров Расчет заработной платы

Табельный номер Табельный номер

Ф. И. О. Сотрудника Ф. И. О. Сотрудника

Отдел Отдел

Должность Должностной оклад

Стаж работы Стаж работы

Год рождения

     

По правилам предметной области первоначально информация о

переводе сотрудника на новую должность или в другой отдел, а так же об

увольнении поступает в отдел кадров. Если же по каким-либо причинам об

этом не будет своевременно известно в бухгалтерии, то в лучшем случае

фамилия этого сотрудника окажется не в той ведомости или же возникнет

совсем курьезное положение, когда уволенному сотруднику будет

начислена заработная плата.

Поэтому существует необходимость в создании системы с единым

хранилищем данных, в которой все данные накапливаются и хранятся

централизованно, а информация внесенная одним пользователем становится

доступной для других. В памяти ЭВМ должна быть создана динамически

обновляемая модель предметной области это значит, что соответствие базы

данных текущему состоянию предметной области обеспечивается не

периодически, а в режиме реального времени. Благодаря интеграции

устраняется дублирование данных, повышается уровень их достоверности,

упрощаются и становятся эффективнее процедуры обновления данных.

Интеграция данных порождает ряд проблем, которые мы рассмотрим ниже.

1.2.4.ЧТО ТАКОЕ БАЗА ДАННЫХ

В общем случае понятие базы данных можно определить как

совокупность файлов или файл, состоящий из некоторого числа записей,

каждая из которых формируется из полей определенного типа, вместе с

набором операций поиска, сортировки, рекомбинации и др.

Однако традиционных возможностей файловых систем оказывается

недостаточно для построения даже простых информационных систем.

Существует несколько потребностей, которые не покрываются

возможностями систем управления файлами:

поддержание логически согласованного набора файлов;

обеспечение языка манипулирования данными;

восстановление информации после разного рода сбоев;

параллельная работа в режиме реального времени (см. реальное

время) нескольких пользователей.

Можно считать, что если прикладная информационная система

опирается на некоторую систему управления данными, обладающую этими

свойствами, то эта система управления данными является системой

управления базами данных (СУБД).

 Таким образом, база данных – это совокупность

взаимосвязанных данных, используемых несколькими

приложениями под управлением СУБД.

 Система управления базой данных(СУБД) –

Система программного обеспечения, имеющая средства обработки

на языке базы данных, позволяющие обрабатывать обращения к

базе данных, которые поступают от прикладных программ и (или)

конечных пользователей, и поддерживать целостность базы

данных.

2. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ СУБД

2.1. ЗАЩИТА ДАННЫХ.

Пользователи информационных систем вправе ожидать, что

информация, предоставляемая им, верна. Иными словами, все данные

должны отражать состояние предметной области ( в пределах заданных

ограничений по точности и временной согласованности ) и подчиняются

правилам взаимной непротиворечивости. Кроме этого система должна

противостоять утере и разрушению данных, возникающих при аппаратных и

программных сбоях, которые обязательно происходят время от времени.

Отказ от обеспечения целостности базы данных может привести к

появлению неправильных данных, а в худшем случае к полному

разрушению всей базы данных. Более того не всем пользователям можно

предоставлять всю информацию, хранящуюся в базе данных. Следовательно

необходима система распределения прав доступа пользователей к разного

рода информации.

2.1.1.ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕЛОСТНОСТИ ДАННЫХ

 Под целостностью,базы,данных будем понимать

состояние базы данных, когда все значения данных правильны в том

смысле, что отражают состояние реального мира ( в пределах

заданных ограничений по точности и временной согласованности )

и подчиняются правилам взаимной непротиворечивости.

Поддержание целостности базы данных включает проверку

целостности и восстановление из любого неправильного состояния.

Обычно в базу данных информация вводится конечными

пользователями, которые при этом могут допускать мыслимые и не

мыслимые ошибки, что в конечном итоге приводит к накоплению неверных

данных. Поэтому вполне обосновано требование, воспрепятствовать

занесению неверной информации, т.Yе., данные должны быть защищены от

искажения смысла (семантики).

Например, система должна запретить ввод в базу данных

отрицательного веса или слова "Вася" в поле, которое должно содержать

день недели.

Рассмотрим несколько аспектов логической целостности данных.

Целостность области значений. Развитые СУБД позволяют при

описании данных задавать области допустимых значений. Примером может

служить диапазон целых значений возраста студента, который ограничен

интервалом от 14 до 35 лет. Область значений может представлять собой

перечислимое множество возможных значений. Перечислимое множество

дней недели (область значений дней недели) включает понедельник,

вторник и т. д. Условия на значение, заданные при описании, обеспечивают

целостность области значений, ограничивая круг используемых данных.

Семантическая целостность . Возможна ситуация, когда отдельные

данные сами по себе корректны, но их сочетание абсурдно (возраст ребенка

больше возраста родителей), т. е. нарушается семантика предметной

области. Поэтому системой управления данными должно поддерживаться

осмысленное сочетание значений разных данных. В настоящее время

наиболее мощными средствами поддержания семантики предметной

области являются механизмы хранимых хранимых процедур и правил,

которые обеспечивают при обновлении данных автоматическое выполнение

системой процедур проверки корректности. Обновление отвергается, если

процедура квалифицирует их как неприемлемые.

Целостность данных . Для обеспечения целостности данных

требуется, чтобы все первичные ключи были уникальными в пределах

одного файла(таблицы). Иначе говоря, каждому объекту предметной

области должна соответствовать одна запись файла, которая в свою очередь

должна быть однозначно идентифицирована. В развитых СУБД поля

входящие в первичный ключ индексируются, при этом задается режим

уникальных ключей. На попытку добавить записи с повторяющимися

значениями ключа, система выдаст сообщение об ошибке.

Ссылочная целостность . Для поддержания ссылочной целостность

необходимо, чтобы всем значениям внешних ключей соответствовали

значения первичных ключей базовых файлов (таблиц). Иначе говоря СУБД

должна "уметь" исключить следующие операции:

 добавление записи в файл (таблицу), если в вызываемом

файле(таблицы) не имеется соответствующей записи;

 удаление записи из вызываемого файла (таблицы), если не удалены

все связанные записи из вызывающего(ссылающегося) файла

(таблицы);

 изменение значений полей первичного ключа файла (таблицы),

связанных с записями подчиненного файла (таблицы);

 изменение значения поля внешнего ключа связанной таблицы на

значение, которого не имеется в поле первичного ключа

вызываемого файла (таблицы).

 Запись в связанном файле (таблице) с внешним

ключом, значение которого не соответствует значению первичного

ключа в вызываемом файле (таблице) называется висячей записью.

Система управления базами данных и приложения обязаны

поддерживать эту целостность при вводе данных.

Современные развитые СУБД обеспечивают целостность с помощью

встроенных триггеров. В общем случае, триггеры представляют собой набор

правил, включенных в базу данных. Если нарушено какое-либо правило, то

вместо выполнения операции триггер посылает сообщение об ошибке.

2.1.2.УПРАВЛЕНИЕ ТРАНЗАКЦИЯМИ.

Под транзакцией понимается неделимая с точки зрения воздействия

на БД последовательность операторов манипулирования данными (чтения,

удаления, вставки, модификации) такая, что либо результаты всех

операторов, входящих в транзакцию, отображаются в БД, либо воздействие

всех этих операторов полностью отсутствует.

Понятие транзакции необходимо для поддержания логической

целостности БД. Если вспомнить наш пример информационной системы с

файлами СТУДЕНТЫ, ГРУППЫ и ФАКУЛЬТЕТЫ(см п.1.2.2.), то

единственным способом не нарушить целостность БД при выполнении

операции зачисления нового студента является объединение элементарных

операций над всеми файлами в одну транзакцию (при добавлении записи в

файл СТУДЕНТЫ необходимо обновить значение полей

ГРУП_КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВYи

ФАК_КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВ).

Таким образом, поддержание механизма транзакций является обязательным

условием даже однопользовательских СУБД. Но понятие транзакции

гораздо более важно в многопользовательских СУБД.

То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном

состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего

завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как

единицы активности пользователя по отношению к БД. При

соответствующем управлении параллельно выполняющимися транзакциями

со стороны СУБД каждый из пользователей может в принципе ощущать

себя единственным пользователем СУБД (на самом деле, это несколько

идеализированное представление, поскольку в некоторых случаях

пользователи многопользовательских СУБД могут ощутить присутствие

своих коллег).