Каждый владелец сайта знает, что для правильного функционирования сайта нужны не только файлы с кодом страниц, но и базы данных. Для взаимодействия с базами данных используются системы управления базами данных (СУБД). В данной статье я хочу рассказать о базах данных и СУБД, о том, какие разновидности существуют, и чем они отличаются друг от друга.

База данных

База данных представляет собой определенный набор данных, которые, как правило, связаны объединяющим признаком либо свойством (или несколькими). Эти данные упорядочены, например, по алфавиту. Обилие различных данных, которые могут быть помещены в единую базу, ведет к множеству вариаций того, что может быть записано: личные данные пользователей, записи, даты, заказы и так далее. К примеру, если у вас интернет-магазин, то база данных вашего сайта может содержать прайс-листы, каталог товаров или услуг, отчеты, статистику и информацию о клиентах.

В первую очередь это удобно тем, что информацию можно быстро заносить в базу данных и так же быстро ее извлекать при необходимости. Если на заре развития web-разработки все необходимые данные нужно было прописывать в коде страницы, то теперь такая необходимость отсутствует - нужная информация может быть запрошена из базы данных при помощи скриптов. Специальные алгоритмы хранения и поиска информации, которые используются в базах данных, позволяют находить нужные сведения буквально за доли секунд - а при работе в виртуальном пространстве скорость работы ресурса важна как ничто другое.

Немаловажной является и взаимосвязь информации в базе данных: изменение одной строчки может привести к значительным изменениям других строк. Работать с данными таким образом гораздо проще и быстрее, чем если бы изменения касались только одного места в базе данных.

Однако это не значит, что база данных обязательно должна быть у каждого сайта - к примеру, если у вас сайт-визитка, и никакой новой информации вы на сайте не размещаете, то база данных вам будет попросту не нужна. Самый легкий способ сделать простой сайт - создать .

Система управления базами данных

Как можно догадаться уже из названия, система управления базами данных (или сокращенно СУБД) представляет собой программное обеспечение, которое используется для создания и работы с базами данных. Главная функция СУБД - это управление данными (которые могут быть как во внешней, так и в оперативной памяти). СУБД обязательно поддерживает языки баз данных, а также отвечает за копирование и восстановление данных после каких-либо сбоев.

Что касается классификации баз данных, то тут возможны различные варианты.
К примеру, можно разделить базы по модели данных : иерархические (имеют древовидную структуру), сетевые (по своей структуре похожи на иерархические), реляционные (используются для управления реляционными базами данных), объектно-ориентированные (используются для объектной модели данных) и объектно-реляционные (некое слияние реляционного и объектно-ориентированного вида баз данных).

Либо, если деление идет по тому, где размещается СУБД , их можно разделить на локальные - вся СУБД размещается на одном компьютере, и распределенные - части системы управления базами данных находятся на нескольких компьютерах.

Файл-серверные, клиент-серверные и встраиваемые - такие названия носят СУБД, если разделить их по способу доступа к базам данных . Файл-серверные СУБД на данный момент уже считаются устаревшими; в основном идет использование клиент-серверных (СУБД, которые располагаются на сервере вместе с самой базой данных) и встраиваемых (не требующих отдельной установки) систем.

Информация, которая хранится в базах данных, не ограничивается только текстовыми или графическими файлами - современные версии СУБД поддерживают также форматы аудио и видеофайлов.

В этой статье я сделаю упор на СУБД, которые используются для хранения информации различных веб-ресурсов.

Зачем же нужны эти СУБД? Помимо основной своей функции - хранения и систематизации огромного количества информации - они позволяют быстро обрабатывать клиентские запросы и выдавать свежую и актуальную информацию.

Это касается и изменений, которые вносите вы - вместо того, чтобы менять информацию в каждом файле сайта, вы можете поменять ее в базе данных, и тогда на каждой странице сразу же будет отображена корректная информация.

Реляционные СУБД и язык SQL

Реляционные и объектно-реляционные СУБД являются одними из самых распространенных систем. Они представляют собой таблицы, у которых каждый столбец (который называется “field” или «поле») упорядочен и имеет определенное уникальное название. Последовательность строк (их называют “records” или «записи») определяется последовательностью ввода информации в таблицу. При этом обрабатывание столбцов и строк может происходить в любом порядке. Таблицы с данными связаны между собой специальными отношениями, благодаря чему с данными из разных таблиц можно работать - к примеру, объединять их - при помощи одного запроса.

Для управления реляционными базами данных применяется особый язык программирования - SQL. Сокращение расшифровывается как “Structured query language”, в переводе на русский «язык структурированных запросов».

Команды, которые используются в SQL, делятся на те, которые манипулируют данными, те, которые определяют данные, и те, которые управляют данными.

Схема работы с базой данных выглядит следующим образом:

MySQL

MySQL является одной из самых популярных и распространенных СУБД, которая используется во многих компаниях (например, Facebook, Wikipedia, Twitter, LinkedIn, Alibaba и других). MySQL представляет собой реляционную СУБД, которая относится к свободному программному обеспечению: она распространяется на условиях GNU Public License. Как правило, эту систему управления базами данных определяют как хорошую, быструю и гибкую систему, рекомендованную к применению в небольших или средних проектах. У MySQL есть множество различных преимуществ. Например, она поддерживает различные типы таблиц: как известные MyISAM и InnoDB, так и более экзотичные HEAP и MERGE; кроме того, количество поддерживаемых типов постоянно растет. MySQL выполняет все команды быстро - возможно, сейчас это самая быстрая СУБД из всех существующих. С этой системой управления базами данных может одновременно работать неограниченное количество пользователей, а число строк в таблицах может быть равно 50 миллионам.

Так как в сравнении с некоторыми другими СУБД MySQL поддерживает меньшее количество возможностей, то и работать с ней значительно проще, чем, к примеру, с PostgreSQL, о которой будет рассказано ниже.

Первая версия MySQL вышла в далеком 1995 году, и с тех пор состоялось несколько последующих релизов, каждый из которых нес в себе значительные изменения.

Для работы с MySQL используется не только текстовый, но и графический режим. Это возможно благодаря приложению phpMyAdmin: для работы в приложении вам даже не нужно будет знать SQL-команды, а администрировать свою базу данных можно прямо через браузер.

В целом можно отметить, что MySQL - это выбор тех, кому необходима СУБД для проекта небольшого или среднего размера, быстрая и удобная в работе и без сложностей с администрированием.

PostgreSQL

Эта свободно распространяемая система управления базами данных относится к объектно-реляционному типу СУБД. Как и в случае с MySQL, работа с PostgreSQL основывается на языке SQL, однако, в отличие от MySQL, PostgreSQL поддерживает стандарт SQL-2011. Эта СУБД не имеет ограничений ни по максимальному размеру базы данных, ни по максимуму записей или индексов в таблице.

Если говорить о преимуществах PostgreSQL, то, безусловно, это надежность транзакций и репликаций, возможность наследования и легкая расширяемость. PostgreSQL поддерживает различные расширения и варианты языков программирования, такие как PL/Perl, PL/Python и PL/Java. Также есть возможность загружать C-совместимые модули.

Многие отмечают, что в отличие от MySQL данная СУБД имеет хорошую и подробную документацию, которая дает ответы практически на все вопросы.

О том, что это более масштабная, чем MySQL, СУБД, говорит и тот факт, что PostgreSQL периодически сравнивают с такой мощной системой управления данных, как Oracle.

Все это позволяет говорить о PostgreSQL как об одной из самых продвинутых СУБД на данный момент.

SQLite

На данный момент это одна из самых компактных СУБД; также она является встраиваемой и реляционной. SQLite позволяет хранить все данные в одном файле и, благодаря своему небольшому объему, отличается завидным быстродействием. SQLite значительно отличается от MySQL и PostgreSQL своей структурой: движок и интерфейс этой СУБД находятся в одной библиотеке - и именно это позволяет выполнять все запросы очень быстро. Другие СУБД (MySQL, PostgreSQL, Oracle и т.д.) используют парадигму клиент-сервер, когда взаимодействие происходит через сетевой протокол.

Из недостатков можно отметить отсутствие системы пользователей и возможности увеличения производительности.

SQLite можно посоветовать к использованию в проектах, где нужно иметь возможность быстро перенести приложение, и нет необходимости в масштабируемости.

Oracle

Эта СУБД относится к объектно-реляционному типу. Название произошло от названия разработавшей эту систему фирмы Oracle. Наравне с SQL СУБД использует процедурное расширение под названием PL/SQL, а также язык Java.

Oracle - это система, отличающаяся стабильностью уже не один десяток лет, поэтому ее выбирают крупные корпорации, для которых важна надежность восстановления после сбоев, отлаженная процедура бэкапа, возможность масштабирования и другие ценные возможности. К тому же эта СУБД обеспечивает отличную безопасность и эффектную защиту данных.

В отличие от других СУБД, стоимость покупки и использования Oracle достаточно высока, и именно это зачастую является значимым препятствием к ее использованию в небольших фирмах. Вероятно, именно это также является причиной того, что в рейтинге СУБД на 2016 год в России Oracle находится лишь на 6-м месте.

MongoDB

Эта СУБД отличается тем, что она предназначена для хранения иерархических структур данных, и поэтому ее называют документоориентированной (она представляет собой документное хранилище без использования таблиц или схем). MongoDB имеет открытый исходный код.

Используя идентификатор, вы можете производить быстрые операции над объектом; эта СУБД хорошо показывает себя и при сложных взаимодействиях. В первую очередь речь идет о быстродействии - в некоторых случаях приложение, написанное на MongoDB, будет работать быстрее, чем такое же приложение, использующее SQL, т.к. MongoDB относится к классу СУБД NoSQL и вместо SQL пользуется объектным языком запросов, который значительно легче SQL.

Однако этот язык имеет и свои ограничения, а поэтому MongoDB следует использовать в случаях, когда нет необходимости в сложных и нетривиальных выборках.

Вместо заключения

Выбор СУБД - это важный момент при создании своего ресурса. Отталкивайтесь от своих задач и возможностей, пробуйте и экспериментируйте, чтобы найти именно тот вариант, который будет наиболее подходящим.

База данных – это совокупность структурированных и взаимосвязанных данных, относящихся к определенной предметной области.

Для создания, хранения, обработки и коллективного использования информации применяются специальные программные системы, называемые системами управления базами данных (СУБД).

К основным функциям СУБД относятся следующие:

· физическое размещение в памяти данных и их описаний;

· поддержка баз данных в актуальном состоянии;

· механизмы поиска запрашиваемых данных;

· доступ к данным при одновременном запросе одних и тех же данных многими пользователями (прикладными программами);

· способы обеспечения защиты данных от некорректных обновлений и/или несанкционированного доступа.

Основная особенность СУБД – это наличие процедур для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры.

Тщательное проектирование базы данных – первый и очень важный шаг создания базы. Он позволяет избежать затрат, связанных с внесением исправлений в структуру хранящихся данных. Проектирование базы данных начинается с анализа предметной области и выявления требований к ней отдельных пользователей (сотрудников организации, для которых создается база данных). На этапе проектирования выявляются объекты информации и их характеристики, определяются виды данных, требующие регулярного обновления, и способы представления информации на экране и в отчетах, формулируются вопросы, на которые необходимо регулярно отвечать при поиске данных. Это помогает конкретизировать требования к хранимой информации. В любой момент можно изменить структуру хранящейся в базе информации, подкорректировав структуру таблиц и, соответственно, форм и отчетов. За проектирование и поддержку базы данных отвечает администратор базы данных (АБД).

СУБД использует следующие модели и описания:

· инфологическую;

· даталогическую;

· физическую.

Трехуровневая архитектура (инфологический, даталогический и физический уровни) позволяет обеспечить независимость хранимых данных от использующих их программ.

Первоначально создается обобщенное неформальное описание создаваемой базы данных. Это описание называют инфологической моделью данных, и оно выполняется с использованием естественного языка, блок-схем, математических формул, таблиц, графиков и других средств. Инфологическая модель отражает предметную область, для которой проектируется база данных, и полностью независима от физических параметров среды хранения данных. Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты). Инфологическая модель не должна изменяться до тех пор, пока изменения в реальном мире не повлекут за собой изменения предметной области и, следовательно, изменения в модели.

Описание, создаваемое разработчиками базы данных по инфологической модели данных, называют даталогической моделью данных. Конечным результатом даталогического проектирования является описание логической структуры базы данных на ЯОД – языке описания данных конкретной СУБД. При создании даталогической модели данных обеспечивается однозначное соответствие между конструкциями языка описания данных и графическими обозначениями информационных единиц и связей между ними.

В основе каждой СУБД лежит концепция модели данных, то есть некоторой абстракции представления данных. Изначально были успешными две конкурирующие модели – иерархическая и сетевая. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев. Корпорация IBM разработала и внедрила язык описания данных DL/I (Data Language One), который моделировал данные в иерархической форме (представление данных в форме деревьев). Эта модель была разработана совместно с промышленными предприятиями и предназначалась для хранения и поддержки данных, которые иерархически связаны между собой, например, сметы материалов и списки деталей. Типичным представителем иерархической СУБД является СУБД IMS (Information Management System) компании IBM, первая версия которой появилась в 1968 г.

На рис.8.1 показан пример схемы иерархической БД. Тип записи ФАКУЛЬТЕТ является предком (родительской или исходной записью) для типов записей КАФЕДРЫ и ДЕКАНАТ, а записи КАФЕДРЫ и ДЕКАНАТ – потомки (дочерние или порожденные записи) для записи ФАКУЛЬТЕТ.

Все экземпляры определенного типа порожденной записи, относящиеся к одному экземпляру исходной записи, называются близнецами. Иерархическая модель реализует отношение между исходной и дочерними записями по схеме один-ко-многим., то есть одной родительской записи может соответствовать любое число дочерних. В иерархической базе данных существует единственный иерархический путь доступа к любой записи, начиная с корня дерева, т.е. порядок обхода дерева – сверху-вниз, слева-направо. По сути иерархическая модель – ориентированный граф.

Рис. 8.1. Схема иерархической модели базы данных

В терминологии IMS вместо термина "запись" использовался термин "сегмент", а под термином "запись базы данных" понималось все дерево сегментов. В 1970 году группа CODASYL, которая разрабатывала стандарты для языка COBOL, создала модель под названием DBTG (Data Base Task Group, группа задач базы данных). Модель DBTG была готова к представлению как иерархических, так и сетевых данных. Однако эта модель была очень сложной, поэтому не имела большого успеха.

Типичным представителем систем, основанных на сетевой модели данных, является СУБД IDMS (Integrated Database Management System), разработанная компанией Cullinet Software, Inc. Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического подхода. Как и в иерархической модели, связи ведут от родительской записи к дочерней, но на этот раз поддерживается множественное наследование. В сетевой модели допускается несколько исходных записей для одной порожденной записи наряду с возможностью наличия записей без исходной записи (рис.8.2). Другими словами, в сетевой модели любая запись может участвовать в нескольких отношениях предок-потомок. Сетевая модель – неориентированный граф.

Рис. 8.2. Схема сетевой модели базы данных

Большинство применяемых сегодня баз данных основаны на реляционной модели. Основная идея реляционной модели – представить произвольную структуру данных в виде двумерных таблиц. Наиболее распространенной в настоящее время настольной реляционной базой данных является MS Access, пример которой рассматривается в разделе 6.3.3.

Реляционная модель впервые была предложена Э.Ф. Коддом (E.F. Codd) в 1970 году. Понятие модели данных, введенное Коддом, впоследствии развил Кристофер Дейт. Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей, описывающих разные аспекты реляционного подхода: структурной части, манипуляционной части и целостной части. Данные хранятся в таблицах. Столбцы таблиц называются полями, а строки – записями. В каждом поле может храниться информация только одного типа. Запросы предназначены для манипулирования данными, содержащимися в базе данных.

Кодд определил правила реляционной модели, которые получили название "12 правил Кодда". Позже Кодд добавил "нулевое" правило.

1. Реляционная СУБД должна быть способна полностью управлять базой данных, используя связи между данными.

2. Информационное правило: вся информация в реляционной БД, включая имена таблиц и столбцов, должна определяться строго как значения таблиц.

3. Гарантированный доступ: любое значение БД должно быть гарантированно доступным через комбинацию имени таблицы, первичный ключ и имя столбца.

4. Поддержка нулевого значения: СУБД должна уметь работать с нулевыми (пустыми) значениями. Нулевое значение – это неизвестное, независимое, неприменимое значение, в отличие от значений по умолчанию и обычных значений.

5. Активный, оперативный реляционный каталог – описание БД и ее содержимое – должны быть определены на логическом уровне через таблицы, к которым можно применять запросы, используя DML (Data Manipulation Language – язык манипулирования данными).

6. Исчерпывающее подмножество языка данных: по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть самодостаточным. Он должен поддерживать определение данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции.

7. Правило обновления представлений: все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему.

8. Вставка, обновление и удаление: СУБД поддерживает не только запрос данных, но и вставку, обновление и удаление.

9. Физическая независимость данных: логика программ-приложений остается прежней при изменении физических методов доступа к данным и структур хранения.

10. Логическая независимость данных: логика программ-приложений остается прежней, в пределах разумного, при изменении структур таблиц.

11. Независимость целостности: язык БД должен быть способен определять ограничения целостности. Они должны быть доступны из оперативного каталога, и не должно быть способа их обойти.

12. Независимость распределения: перенос базы данных с одного компьютера на другой компьютер не должен оказывать влияния на запросы программ-приложений. Реляционная СУБД не должна зависеть от потребностей конкретного клиента.

13. Согласованность языков всех уровней: низкоуровневый язык доступа к данным не должен игнорировать правила безопасности и целостности, поддерживаемые языком более высокого уровня.

Предложив реляционную модель данных, Э.Ф. Кодд создал и инструмент для удобной работы с отношениями – реляционную алгебру – формальную систему манипулирования отношениями, основными операциями которой являются проекция, соединение, пересечение и объединение.

Реляционное исчисление – это еще одна формальная система, которая манипулирует отношениями. Реляционное исчисление основано на логике первого порядка. Так же как и выражения реляционной алгебры, формулы реляционного исчисления определяются над отношениями реляционных баз данных, и результатом вычисления также является отношение.

Реляционная алгебра и реляционное исчисление имеют одинаковую выражающую мощность; т. е. все запросы, которые можно сформулировать с помощью реляционной алгебры, могут быть также сформулированы с помощью реляционного исчисления и наоборот. Первым это доказал Э. Ф. Кодд в 1972 году. Это доказательство основано на алгоритме, по которому произвольное выражение реляционного исчисления может быть сокращено до семантически эквивалентного выражения реляционной алгебры. Алгоритм носит название "алгоритм редукции Кодда".

Реляционные базы данных имеют следующие специфические особенности.

· Для каждого поля таблицы базы данных определен тип данных, таким образом нельзя в одно поле разных записей вводить данные разных типов.

· СУБД позволяют не только вводить данные в таблицы, но и контролировать правильность вводимых данных. Имеются в виду не только ограничения по типу данных, но и контроль допустимых значений, количество вводимых знаков и т.п. СУБД не позволит сохранить в записи те данные, которые не удовлетворяют заданным правилам.

· Таблицы баз данных могут включать в себя количество записей, исчисляемое сотнями тысяч, и при этом СУБД обеспечивает удобные способы извлечения нужной информации из этого множества записей.

· Все данные хранятся, независимо от их структуры и содержания, в одном файле, и доступ к этим данным осуществляется постранично, не превышая ограничений на ресурсы компьютера.

· Можно устанавливать связи между таблицами и затем при помощи запросов совместно использовать данные разных таблиц. Данные, полученные в результате запроса, представляются также в виде таблицы.

· Запрос на выборку может быть обращен к одной или нескольким таблицам одновременно. Данные в выборке являются динамическими, т. е. при повторном запуске запроса по измененным данным, выборка изменяется.

· Благодаря установке взаимосвязей между отдельными таблицами удается избежать ненужного дублирования данных, сэкономить память компьютера, а также увеличить скорость обработки информации.

· Большинство баз данных может поддерживать одновременную работу с базой данных нескольких пользователей, при этом все пользователи гарантированно будут работать с актуальными данными.

· По сравнению с другими прикладными пакетами в базах данных имеется развитая система защиты от несанкционированного доступа, которая предоставляет, помимо парольной защиты файла, возможность каждому пользователю или группе пользователей видеть и изменять только те объекты, к которым пользователи имеют право доступа.

При проектировании реляционной базы данных большое внимание уделяется процессу нормализации таблиц. Целью нормализации является создание такого проекта базы данных, где будет исключена избыточность информации, т. е. каждый квант информации будет сохраняться лишь в одном месте. Основное назначение нормализации – исключение возможной противоречивости хранимых данных и экономия памяти. Пренебрежение нормализацией делает структуру базы данных запутанной, а саму базу – ненадежной в работе.

Теория нормализации основывается на наличии той или иной зависимости между полями таблицы. Определены два вида таких зависимостей: функциональные и многозначные.

Поле В таблицы функционально зависит от поля А той же таблицы в том и только в том случае, когда в любой заданный момент времени для каждого из различных значений поля А обязательно существует только одно из различных значений поля В. Отметим, что здесь допускается, что поля А и В могут быть составными.

Поле В находится в полной функциональной зависимости от составного поля А, если оно функционально зависит от А и не зависит функционально от любого подмножества поля А.

Поле А многозначно определяет поле В той же таблицы, если для каждого значения поля А существует определенное множество соответствующих значений В.

Процесс нормализации представляет собой последовательное преобразование исходной БД к нормализованной базе данных путем поэтапного приведения таблиц к нормальным формам (НФ). При этом каждая следующая НФ обязательно включает в себя предыдущую, что позволяет разбить процесс на этапы и производить его однократно, не возвращаясь к предыдущим этапам. Всего в реляционной теории насчитывается 6 нормальных форм: первая нормальная форма (1НФ), вторая нормальная форма (2НФ), третья нормальная форма (3НФ), нормальная форма Бойса-Кодда (НФБК), четвертая нормальная форма (4НФ) и пятая нормальная форма (5НФ).

По существу, таблица находится в 2НФ, если она находится в 1НФ и удовлетворяет, кроме того, некоторым дополнительным условиям. Таблица находится в 3НФ, если она находится в 2НФ и, помимо этого, удовлетворяет другим дополнительным условиям и т.д.

Таблица находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда ни одна из ее строк не содержит в любом своем поле более одного значения и ни одно из ее ключевых полей не пусто.

Таблица находится во второй нормальной форме (2НФ), если она удовлетворяет определению 1НФ и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом.

Таблица находится в третьей нормальной форме (3НФ), если она удовлетворяет определению 2НФ и ни одно из ее неключевых полей не зависит функционально от любого другого неключевого поля.

Кодд и Бойс обосновали и предложили более строгое определение для 3НФ, которое учитывает, что в таблице может быть несколько ключей. Таблица находится в нормальной форме Бойса-Кодда (НФБК), если и только если любая функциональная зависимость между ее полями сводится к полной функциональной зависимости от возможного ключа.

В следующих нормальных формах (4НФ и 5НФ) учитываются не только функциональные, но и многозначные зависимости между полями таблицы.

В настоящее время практически каждый производитель СУБД предлагает собственный программный продукт автоматизированного проектирования. Это Oracle Designer (Oracle), Power Desinger (Sybase) и другие. Демонстрационные версии данных программных продуктов можно загрузить с соответствующих сайтов (www.oracle.com, www.sybase.com). Кроме того, для автоматизированного проектирования представлены решения фирм, не производящих СУБД. Наиболее распространенными являются программные продукты фирмы AllFusion – AllFusion ERwin Data Modeler и AllFusion Process Modeler (ранее – BPwin) (см. www.interface.ru).

Реляционные языки обеспечивают типовые операции по обработке реляционных таблиц, позволяют формулировать логические условия, используемые в операциях выборки, проверку целостности (непротиворечивости) данных взаимосвязанных таблиц. Они оперируют с данными как со множествами, применяя к ним основные операции теории множеств. На входе реляционного оператора – множество записей одной или нескольких реляционных таблиц, на выходе – множество записей новой реляционной таблицы. Реляционные языки имеют различный уровень процедурности – содержание и последовательность перехода от входных данных к выходным.

Выделяют следующие разновидности языков реляционной алгебры:

· dBASe-подобные языки приближены к языкам структурного программирования. Эти языки обеспечивают создание интерфейса пользователя и типовые операции обработки данных;

· графические реляционные языки, ориентированные на конечных пользователей;

· SQL-подобные языки запросов, реализованные в большинстве многопользовательских и распределенных систем управления базами данных.

dBASe-подобные языки используют базы данных dBASe, Paradox, FoxPro, Clipper, Rbase и др.

Типичным представителем графического реляционного языка является язык QBE (Query By Example), реализованный в среде электронных таблиц, в различных базах данных, например, в MS Access, в пакете Microsoft Query. Этот язык относится к языкам манипулирования данными и имеет простейшие синтаксические конструкции, легко осваиваемые пользователями-непрограммистами.

SQL (Structured Query Language) применяется при работе с реляционными базами данных в современных СУБД (ORACLE, dBASE IY, dBASE Y, Paradox, Access и др.). Для отдельных СУБД синтаксис версий языка SQL может различаться.

Язык SQL стал стандартом языков запросов для работы с реляционными базами данных архитектуры "файл-сервер" и "клиент-сервер" и для управления распределенными базами данных. Это реляционно полный язык, предназначенный для работы с базами данных, создания запросов на выборку данных, для выполнения вычислений, для обеспечения целостности баз данных.

База данных составлялась на основе реляционной системы. Реляционная модель данных основывается на математических принципах, вытекающих непосредственно из теории множеств и логики предикатов. Эти принципы впервые были применены в области моделирования данных в конце 1960-х гг. доктором Е.Ф. Коддом, в то время работавшим в IBM, а впервые опубликованы - в 1970 г.

Техническая статья «Реляционная модель данных для больших разделяемых банков данных» доктора Е.Ф. Кодда, опубликованная в 1970 г., является родоначальницей современной теории реляционных БД. Доктор Кодд определил 13 правил реляционной модели (которые называют 12 правилами Кодда).

• 12 правил Кодда:
• 1. Реляционная СУБД должна быть способна полностью управлять базой данных через ее реляционные возможности.
• 2. Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах.
• 3. Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца
• 4. Поддержка пустых значений (null value) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов.
• 5. Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных.
• 6. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции.
• 7. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему.
• 8. Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление
• 9. Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных.
• 10. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц.
• 11. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти.
• 12. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно.
• 13. Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня

Кодд предложил применение реляционной алгебры в СУРБД, для расчленения данных в связанные наборы. Он организовал свою систему БД вокруг концепции, основанной на наборах данных.

В реляционной модели данные разбиваются на наборы, которые составляют табличную структуру. Эта структура таблиц состоит из индивидуальных элементов данных, называемых полями. Одиночный набор или группа полей известна как запись.

Модель данных, или концептуальное описание предметной области - самый абстрактный уровень проектирования баз данных.

С точки зрения теории реляционных БД, основные принципы реляционной модели на концептуальном уровне можно сформулировать следующим образом:

• 1. все данные представляются в виде упорядоченной структуры, определенной в виде строк и столбцов и называемой отношением;
• 2. все значения являются скалярами. Это означает, что для любой строки и столбца любого отношения существует одно и только одно значение;
• 3. все операции выполняются над целым отношением, и результатом их выполнения также является целое отношение. Этот принцип называется замыканием

Реляционная БД на физическом уровне состоит из таблиц, между которыми могут существовать связи по ключевым значениям. Одновременно с таблицами и информацией о связях в реляционной базе данных могут присутствовать «хранимые процедуры» и, в частности, «триггеры», обеспечивающие соблюдение условий ссылочной целостности базы. База данных, содержащая информацию о проектной организации состоит из нескольких таблиц. Таблица, содержащая информацию о заключенных договорах называется dogovor и содержит следующий список полей:

• · D_id - № по порядку
• · D_name - № договора
• · Stoimost - стоимость договора
• · Obor - оборудование
• · Data_zakl - дата заключения договора
• · Srok_deistv - срок действия договора

Таблица dogovor_dop - дополнительная информация по договорам:

• · P_name - №-ра проектов
• · Zakazchik - заказчик
• · Rukovoditel - руководитель договора
• · Ispolnitel - исполнители договора

Таблица proekt:

• · P_name - № проекта
• · Stoimost - стоимость
• · Data - дата исполнения проекта

Таблица proekt_dop:

• · P_name - № проекта
• · D_name - №-ра договоров
• · Zakazchik - заказчик
• · Rukovoditel - руководитель проекта
• · Ispolnitel - исполнители проекта

Таблица obor:

• · Otdel_id - № отдела
• · Ob_name - название оборудования
• · P_name - №-ра проектов
• · Data - дата эксплуатации

Таблица otdel_dop:

• · Otdel_id - № отдела
• · Prinadlegn - принадлежность отделу
• · Ispolzovanie - пользование отделом

Таблица otdel_dop:

• · Otdel - название отдела
• · Dolznost - должность
• · Familia - фамилия
• · Name - имя
• · Otchestvo - отчество
• · God_rozden - год рождения
• · Zarplata - заработная плата

Таблица kontragenti:

• · Kg_name - название организации
• · Specifik - спецификация
• · Adres - адрес
• · Tel - телефон
• · Bank_rekv - банковские реквизиты

3 Описание базы данных

Особую значимость для подсистемы составляют базы данных

База данных АИС – совокупность файлов, документов, показателей, данных, упорядоченных по определенным признакам, имеющим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, а также обеспечивающих их независимость от прикладных программ. В базе данных АИС может быть представлена не только экономическая, но и правовая, научная, техническая и другая информация. В основе классификации базы данных могут быть положены различные основания деления. В большинстве случаев выбор оснований систематизации базы данных определяется конкретными условиями работы предприятия и характером функциональных и информационных задач.

По форме представления данных различаются одноконтурные и многоконтурные базы данных. Основная форма представления базы данных двухконтурная. Могут быть и трехконтурные базы данных, когда третий контур представлен и сохраняется на традиционных бумажных документах. БД АИС четвертого контура может быть представлена в форме микрофильмированной ленты и ее отдельных отрезков.

По характеру содержащейся информации различают фактографические, документальные и смешанные базы данных. Фактографическая база данных отображает конкретные сведения, необходимые пользователю – факты, показатели, свойства продукции, формулы расчета какой-либо величины, отрывок (фрагмент) текста документа, документ полностью и др. Документальная БД содержит только сведения о документах – библиографическое описание документа, аннотацию, реферат, идентификатор документа, адрес его хранения в БД и т.д. Сам документ, как правило, во внешнем контуре БД – шкафу, хранилище, библиотеке-депозитарии. В документальных БД по массиву первого контура проводится поиск адреса хранения полного текста документа, а затем по адресу осуществляется доступ и к самому документу.

В смешанных БД представлены как фотографические, так и документальные массивы информации.

БД имеют определенные способы построения, так называемые модели баз данных: иерархические, сетевые, реляционные и объектно-ориентированные.

Иерархическая модель БД построена по принципу древовидного графа, в котором информационные элементы представлены по уровням их соподчиненности (иерархии). В структуре иерархии каждый порожденный узел не может иметь более одного порождающего (выходного) узла. Корень дерева здесь не порожденный, а порождающий узел. Узлы, не имеющие выхода, носят названия листьев. При поиске необходимых данных происходит чтение записей от корня к листьям дерева, т.е. сверху вниз. Достоинством стало то, что подобная структура БД обеспечивает более быстрый доступ и выдачу данных пользователю. Вместе с тем, недостатком представляется жесткость иерархической структуры. Отсутствует информационная гибкость в поиске, так как за один проход невозможно получить данные. В иерархической модели реализована связь между данными по схеме «один-ко-многим».

Сетевая модель БД имеет независимые типы данных, т.е. «Конкуренты», и зависимые типы данных – продукция и цены на продукцию. В сетевых моделях возможны как прямые, так и обратные виды связей между данными (записями). Существует ограничение – каждая связь должна включать в себя основную и зависимую записи. К достоинству сетевой модели можно отнести гибкость организации и доступа к данным относительно иерархической модели. Как недостаток можно указать, что сохраняется относительная жесткость в построении структуры БД. Это влечет необходимость в определенных ситуациях реструктурирования БД, препятствует реализации более гибкой стратегии поиска данных.

Реляционная модель БД имеет независимую организацию взаимосвязи логических и физических записей. Отношения между данными построены в виде двухмерных таблиц и наделены определенными признаками. Каждый элемент таблицы отображает одно данное. Элементы столбца таблицы имеют одинаковую природу, отображая одно свойство (признак) в строке (записи)таблицы.

Объектно-ориентированная модель БД – пример реализации БД более высокого логического уровня. ООБД возникли на концептуальной основе ООП. В отличие от структурного, ООП базируется на процедурных (программных) категориях (циклы, декларации, условия и др.), а на более широкой категории – объектах.

Организация ООБД имеет несколько стадий:

1) концептуальная модель, когда множество объектов БД прошли описание по соответствующим правилам;

2) логическая модель, когда определены свойства объектов и указаны логические взаимосвязи между объектами;

3) физическая модель, когда определены адреса и проведено размещение объектов в памяти ЭВМ

В структуру БД АИС входят различные компоненты – агрегаты, массивы, файлы и др. Агрегат – структурированная совокупность информационных объектов, определяемая как единый тип данных.

Массив информации – это поименованная совокупность однотипных (логически однородных) элементов, упорядоченных по индексам, которые определяют положение элементов в массиве

Файл – опорный структурный элемент БД Файл – поименованная область внешней памяти ЭВМ. Он может содержать различную информацию: текстовый документ, рисунок, музыкальное произведение, программу ЭВМ и др..

Расчета премии. Рис. 3.4 – Диаграмма IDEF3. Основные элементы модели представлены в таблицах 3.4 – 3.6. Таблица 3.4. Основные элементы модели Название проекта: Проектирование ИС для расчета оплаты труда в торговле Цель проекта: реализация структурной функциональной модели ИС Технология моделирования: метод описания бизнес-процессов IDEF3 Инструментарий: программный продукт BPwin ...

Начисленные в текущем месяце – ОПВ за текущий месяц – Сумма ИПН, подлежащая удержанию. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной дипломной работе, при проектировании информационной системы «Начисление заработной платы сотрудникам школы» были рассмотрены принципы проектирования концептуальной модели, логической модели и были рассмотрены основные причины, по которым данный выбор программного обеспечения Delphi был...

Рисунок 5 – Диаграмма классов 3 Описание проблем и формирование концепции информационной системы 3.1 Проблемы предметной области После проведения исследования предметной области были выявлены следующие проблемы: − с увеличением количества пациентов сети поликлиник, увеличивается количество информационных потоков, что приводит к снижению управляемости...

Информационных технологий на деятельность организации. 2. Создание логической модели ЕСВ Нашей первой задачей является создание логической модели информационной системы единой среды взаимодействия студентов для образования полноценного научно-образовательного сообщества. Основным концептуальным понятием общей модели системы мы выбрали процессы. Процессы: · учебная работа · научная...