Учебник. А. Ю. Босова Москва бином. Лаборатория знаний 2016 11 класс Базовый уровень Учебник
 Скачать 4.61 Mb.
|
|
Глава 3. информационное моделирование рис. 3.30. Уровни представления данных БД «Электронный журнал» 13.2. СУбД и их классификация Программное обеспечение для создания БД, хранения и поиска в них необходимой информации называется СУБД (системой управ ления базами данных). Именно наличие СУБД превращает огромный объём хранимых в компьютерной памяти сведений в мощную информационную си- стему, способную быстро производить поиск и отбор необходимой нам информации. В настоящее время существует множество СУБД. Они могут быть классифицированы по моделям данных, по размещению или по способу доступа к БД (рис. 3.31). рис. 3.31. Классификация СУБД 181 Системы управления базами данных §13 В зависимости от модели данных, которая используется в СУБД, их разделяют на иерархические, сетевые, реляционные и другие. С помощью дополнительных источников информации выясните, ка кие модели данных скрываются под словом «другие». СУБД считается локальной, если все её части, обеспечива- ющие хранение и обработку данных, размещаются на одном компьютере. В распределённых СУБД данные могут храниться и обрабатываться на разных компьютерах в локальной или гло- бальной сети. В файл-серверных СУБД файлы с данными размещаются цен- трализованно на сервере. На каждом клиентском компьютере устанавливается полная версия СУБД, а доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Одним из вариантов ис- пользования файл-серверных СУБД является размещение и СУБД, и данных на одном клиентском компьютере. Примерами файл- серверных СУБД являются Microsoft Access и dBase. В настоящее время файл-серверная технология в крупных информационных системах не используется. В клиент-серверных СУБД на сервере, обладающем высоки- ми техническими характеристиками, устанавливается серверная версия СУБД и БД. На клиентских компьютерах устанавливают- ся небольшие по объёму клиентские версии СУБД, позволяющие формировать запросы на обработку данных и выводить результа- ты обработки, полученные с сервера, а все операции с данными осуществляются на сервере. Примерами клиент-серверных СУБД являются Oracle, MySQL. Встраиваемые СУБД используются в качестве составляющих других программных продуктов, например электронных энцикло- педий, словарей, поисковых систем и т. п. В школе зачастую ученики работают с реляционной СУБД Microsoft Access. Эта файл-серверная СУБД предусматрива- ет работу с небольшими по объёму БД для личных нужд и для небольших организаций. В качестве альтернативы СУБД Microsoft Access может рассматриваться СУБД Base, входя- щая в состав свободного пакета офисных приложений Apache OpenOffice. 182 Глава 3. информационное моделирование 13.3. работа в программной среде СУбД Работа в программной среде СУБД начинается с того, что создаётся файл новой БД. Далее, на основе ранее разработан- ной модели «сущность–связь», необходимо создать структуру БД, определяемую: 1) количеством таблиц БД и их структурой; 2) типами связей между таблицами, если используется несколько таблиц; 3) видами и количеством других объектов БД: форм, запросов, отчётов. В свою очередь, структура таблицы определяется набором и свойствами полей (столбцов таблицы), перечнем её ключевых по- лей. Основными свойствами полей являются: • Имя поля — определяет, как следует обращаться к данным этого поля при операциях с БД (должно быть уникальным в рамках таблицы); • Тип поля — определяет тип данных, которые могут содер- жаться в данном поле; • Размер поля — определяет предельную длину данных, кото- рые могут размещаться в данном поле; • Формат поля — определяет способ форматирования данных в ячейках таблицы, принадлежащих полю; • Подпись — определяет заголовок столбца таблицы для дан- ного поля (если подпись не указана, то в качестве заголовка столбца используется Имя поля); • Значение по умолчанию — значение, которое вводится в ячейки поля автоматически при формировании очередной за- писи таблицы; • Условие на значение — ограничение, используемое для про- верки правильности ввода данных. При создании структуры таблицы указываются типы данных, которые будут храниться в таблице. Для хранения данных опре- делённого типа в памяти компьютера используется разная длина двоичного кода. Чем меньше объём данных, тем быстрее проис- ходит их обработка. Основные типы данных для СУБД Microsoft Access представлены в таблице 3.1. После того как таблицы созданы, между ними устанавлива- ются связи. Важно убедиться, что поля таблиц и связи описаны правильно; для этого в БД необходимо ввести несколько тестовых записей. 183 Системы управления базами данных §13 Таблица 3.1 Основные типы данных СУбД Microsoft Access Тип данных Примечание Текстовый Используется для хранения текста, в том чи- сле комбинаций алфавитно-цифровых знаков (например, кода товара); максимальная длина поля 255 знаков Поле МЕМО Используется для хранения обычного текста или комбинаций алфавитно-цифровых знаков длиной более 255 знаков Числовой Служит для хранения числовых значений (це- лых или дробных), предназначенных для вычи- слений (за исключением денежных значений) Дата/время Используется для хранения значений даты между годами 100 и 9999 и времени между 00:00:00 и 23:59:59 Денежный Используется для хранения значений в денеж- ных единицах (рубли, доллары и т. д.), предназ- наченных для вычислений Счётчик Используется для хранения уникальных данных (целых чисел), генерируемых программой авто- матически при добавлении записи Логический Применяется для хранения логических зна- чений, которые могут содержать одно из двух значений: Да/Нет, Истина/Ложь или Вкл/Выкл Поле объекта OLE Используется для хранения изображений, до- кументов, диаграмм и других объектов из при- ложений Microsoft Office и других программ Windows в виде растровых изображений Гиперссылка Применяется для хранения ссылок на файлы, находящиеся на данном компьютере, или на веб-страницы в Интернете 184 Глава 3. информационное моделирование СУБД обеспечивает автоматический контроль ввода данных. Система не допустит, чтобы поля, по которым таблицы связанны между собой, имели разные значения. Режим каскадной замены, установленный для связанных таблиц, при изменении значения поля в главной таблице обеспечивает автоматическое изменение соответствующих значений в подчинённой таблице. Аналогично действует режим каскадного удаления: достаточно удалить запись из главной таблицы, чтобы связанные записи исчезли из всех подчинённых таблиц. Всё это обеспечивает целостность данных — одно из важнейших свойств БД. На всех этапах работы таблицы можно редактировать: • изменять их структуру, добавляя и удаляя поля; • изменять типы и свойства полей; • исправлять неточные данные; • добавлять записи. На этом процесс создания структуры БД завершается. Теперь в созданные таблицы можно заносить данные. Данные можно заносить непосредственно в таблицы, хотя это и не очень удобно, например из-за того, что текст в ячейке таб- лицы располагается в одну, иногда достаточно длинную, строку. Более удобным средством ввода и просмотра данных являются формы. Формы — это вспомогательные объекты БД, обеспечивающие удоб ный для пользователя интерфейс при вводе, просмотре или редак тировании данных в БД. Формы создаются на основе одной или нескольких таблиц и содержат поля, выбранные пользователем из этих таблиц. Про- стая форма включает в себя поля одной таблицы. Составная фор- ма включает в себя поля из нескольких таблиц, связанных от- ношением «один ко многим». Кроме полей в форму могут быть включены рисунки, текстовые надписи, диаграммы, различные элементы управления (кнопки, флажки, переключатели и т. п.). Данные, введённые пользователем в поля формы, сохраняются в тех таблицах, на основе которых эта форма была создана. Кроме того, в формах можно создавать поля для вычислений и вывода на экран новых значений на основе имеющихся значений других полей. Дизайн (структура и оформление) формы выбирается в зави- симости от того, с какой целью она создаётся. 185 Системы управления базами данных §13 В СУБД имеются специальные инструменты для создания форм. В Microsoft Access для этого предназначены такие инстру- менты, как: • Автоформа — автоматизированное средство для создания форм трёх стандартных типов (в столбец, ленточная, таблич- ная); при этом в форму вставляются все поля источника дан- ных; • Мастер форм — инструмент, позволяющий создавать структу- ру одного из трёх стандартных типов формы в режиме диа- лога с разработчиком формы; при этом в форму вставляются только поля, выбранные пользователем из источника данных; • Конструктор форм — инструмент, с помощью которого поль- зователь конструирует форму в окне конструктора форм. 13.4. манипулирование данными в базе данных Действия, выполняемые над данными, хранящимися в БД, называ ются манипулированием данных. Над данными, хранящимися в БД, могут выполняться сле- дующие действия: • сортировка данных; • обновление, удаление и добавление данных; • выборка данных по некоторым условиям. Выполнение этих действий производится с помощью инстру- ментов сортировки, фильтров и запросов. Сортировка данных. Как и в электронных таблицах, в табли- цах БД данные можно сортировать. По умолчанию в Microsoft Access 2010 при открытии таблицы данные сортируются по возрастанию значений ключевого поля. Для изменения порядка сортировки следует: 1) открыть таблицу БД, данные в которой нужно отсортировать; 2) установить курсор в пределах поля, по данным которого будет выполнена сортировка записей; 3) выполнить команду Главная →→ Сортировка и фильтр → По возрастанию (По убыванию). Для сортировки по данным нескольких полей с одинаковыми значениями параметров сортировки следует выделить эти поля (выделить можно лишь соседние поля) и выполнить команду 186 Глава 3. информационное моделирование Главная → Сортировка и фильтр → По возрастанию (По убы- ванию). При этом в первую очередь сортировка происходит по данным полей, размещённых слева. Таблица «Крупнейшие озёра» (см. рис. 3.27), отсортированная по возрастанию значений полей «Материк» и «Макс. глубина», приведена на рисунке 3.32. Название Материк Макс. глубина, м Площадь, тыс. кв. км Гэрднер Австралия 8 4,7 Рудольф Африка 73 8,6 Танганьика Африка 1435 32,9 Чудское Евразия 14 3,5 Онежское Евразия 110 9,6 Женевское Евразия 310 0,5 Мёртвое море Евразия 356 1 Байкал Евразия 1620 31,5 Большое Невольничье Северная Америка 150 28,6 Гурон Северная Америка 228 59,6 Онтарио Северная Америка 237 19,5 Маракайбо Южная Америка 250 16,3 рис. 3.32. Результат сортировки по данным двух полей Для того чтобы выполнить сортировку по данным несколь- ких полей, не являющихся соседними, достаточно последователь- но выполнить сортировку для каждого из них. При этом можно использовать разные значения параметров сортировки. Например, сначала отсортировать по убыванию поле «Площадь», а затем — по возрастанию поле «Материк». 187 Системы управления базами данных §13 Поиск и замена данных в БД осуществляются так же, как в электронных таблицах. Фильтрация данных. Для отбора записей, данные в которых соответствуют определённым условиям, используют фильтры. Фильтр — это условие, по которому производится поиск и отбор записей. Фильтр «пропускает» записи, соответствующие заданным условиям, и «задерживает» (скрывает) записи, не соответствую- щие им. Запросы являются одним из основных инструментов обработ- ки данных в БД. Они могут обеспечивать не только поиск дан- ных, соответствующих определённым критериям, подобно тому как это осуществляется во время фильтрации, но и одновремен- ное выполнение операций над данными, и сохранение резуль- татов. К числу основных операций, которые могут быть осуществле- ны с использованием запросов, относятся: • создание новых таблиц на основе анализа данных уже суще- ствующих таблиц БД; • проведение вычислений — вычисление обобщённых данных (суммы, максимального или минимального значения и т. п.) для заданных полей и нахождение значений новых свойств, используя данные из разных таблиц или запросов; • внесение изменений в уже существующие таблицы (обновле- ние данных, вставка и удаление записей и т. п.). В структуре запроса можно выделить: 1) поля, выводимые по запросу; они могут совпадать с полями имеющихся таблиц или вычисляться по формулам; 2) условие выбора записей, представляющее собой логическое выражение, которому удовлетворяют отбираемые записи; 3) подлежащее сортировке поле (последовательность полей) и по- рядок сортировки. Так, можно создать запрос к БД «Крупнейшие озёра» на вы- вод названий озёр и соответствующих им материков, для которых выполняется условие: ((Площадь > 30) ИЛИ (Глубина > 300)) И (Материк <> "→Африка"→) 188 Глава 3. информационное моделирование Если отсортировать выводимые поля по возрастанию значений поля «Название», то получим: Название Материк Байкал Евразия Гурон Северная Америка Женевское Евразия Мёртвое море Евразия Отчёт. Одним из достоинств БД является возможность созда- ния различных форм представления выходной информации — так называемых отчётов. Отчёт — это готовый к печати электронный документ. Отчёты можно использовать для заполнения бланков документов, напри- мер счетов на покупку товаров, сертификатов об участии в кон- курсе или олимпиаде, графика посещения фитнес-центра и т. д. Отчёт может содержать данные из разных таблиц и запросов. При создании отчёта имеется возможность применить средства обобщения, сортировки и группировки данных, выполнить рас- чёты с использованием встроенных функций и данных из разных полей. Также в отчёт допускается включать надписи, поясняю- щие данные, диаграммы и графики, рисунки и т. п. СамОе ГлаВнОе Процесс разработки БД является примером решения задачи с использованием компьютера и предусматривает такие этапы, как: 1) постановка задачи; 2) проектирование БД; 3) создание БД; 4) эксплуатация созданной БД. Последние два этапа реализуют- ся с помощью специального программного обеспечения — систем управления базами данных (СУБД). В настоящее время существует множество СУБД. Они могут быть классифицированы по моделям данных (иерархические, се- тевые, реляционные и др.), по размещению (локальные, распре- делённые) или по способу доступа к БД (файл-серверные, клиент- серверные, встраиваемые). Работа в программной среде СУБД начинается с того, что создаётся файл новой БД. Далее, на основе модели «сущность– связь», создаётся структура БД, определяемая: 1) количеством 189 Системы управления базами данных §13 таблиц БД и их структурой; 2) типами связей между объектами таблиц, если используется несколько таблиц; 3) видами и коли- чеством других объектов БД (форм, запросов, отчётов). Структура таблицы определяется набором и свойствами полей (столбцов таблицы), перечнем её ключевых полей. Связь между таблицами осуществляется через общие поля. Связь «один к одному» — через общий первичный ключ; связь «один ко многим» — через первичный ключ в одной таблице и соответствующее поле, называемое внешним ключом, в другой таблице. СУБД обеспечивает автоматический контроль согласованности взаимосвязанных данных в разных таблицах, что гарантирует це- лостность данных — одно из важнейших свойств БД. Формы — это вспомогательные объекты БД, обеспечивающие удобный для пользователя интерфейс при вводе, просмотре или редактировании данных в БД. Действия, выполняемые над данными, хранящимися в БД, называются манипулированием данных. К ним относятся такие действия, как: сортировка данных; обновление, удаление и до- бавление данных; выборка данных по некоторым условиям. Вы- полнение этих действий производится с помощью инструментов сортировки, фильтров и запросов. Фильтр — это условие, по которому производится поиск и отбор записей. Фильтр «пропускает» записи, соответствующие заданным условиям, и «задерживает» (скрывает) записи, не со- ответствующие им. Запросы являются одним из основных инструментов обработки данных в БД. Они могут обеспечивать не только поиск данных, соответствующих определённым критериям подобно тому, как это осуществляется во время фильтрации, но и одновременное выпол- нение операций над данными, и сохранение результатов. Отчёты предназначены для вывода данных на экран или на принтер. В них предусмотрены специальные элементы оформления, характерные для печатных документов, а также средства обобще- ния, сортировки и группировки данных, выполнения расчётов. Вопросы и задания 1. Вспомните основные этапы решения задачи на компьютере и этапы компьютерного моделирования. Сопоставьте их с этапами разработки БД. Какие выводы вы можете сделать? 2. Охарактеризуйте суть каждого из этапов разработки БД. 190 Глава 3. информационное моделирование 3. Как взаимодействуют специалисты в области разработки БД и специалисты из предметной области, для которой разра- батывается БД, а также предполагаемые пользователи этой БД? Попытайтесь представить схему этого взаимодействия графически. 4. Какие данные могут получить ученики и родители в БД «Электронный журнал»? Одинаковые ли права доступа к данным имеют учителя, ученики и родители? 5. Недостатками каких СУБД являются необходимость устанав- ливать иногда достаточно дорогие полные версии программ на каждый компьютер, высокая загруженность сети во вре- мя передачи данных, необходимость в достаточно мощных компьютерах на рабочих местах клиентов? 6. СУБД какого типа (файл-серверные или клиент-серверные) обеспечивают более высокую надёжность, доступность и без- опасность при работе с данными? 7. Чем отличаются локальные СУБД от распределённых СУБД? 8. Подготовьте небольшое сообщение об использовании в мо- бильных устройствах встраиваемых СУБД. Используйте ре- сурсы сети Интернет. 9. На протяжении многих лет одной из самых популярных в мире является СУБД Microsoft Access. Найдите информацию о том, когда была выпущена первая версия этой про граммы. 10. Что понимается под структурой БД? 11. Что понимается под структурой таблицы БД? 12. Перечислите основные типы данных СУБД Microsoft Access. 13. Определите тип данных для следующих полей некоторых БД: номер дома, возраст человека, номер телефона, коли- чество учеников в классе, наличие у ученика персональ- ного компьютера, наименование товара, дата изготовления товара. 14. Что вы понимаете под целостностью данных? Почему целост- ность данных является одним из важнейших свойств БД? 15. Для чего в БД используются формы? 16. Как вы можете объяснить многообразие типов форм и ин- струментов их создания? 17. С помощью имеющейся в вашем распоряжении СУБД со- здайте БД «Мои учебники», содержащую две таблицы: 1) таблицу «Форма», состоящую из одного поля и содержа- щую список форм (печатная, электронная); 191 Системы управления базами данных §13 2) таблицу «Фонд», имеющую поля: «Код» (П-<порядковый номер> для учебников в печатной форме и Э-<порядковый номер> для учебников в электронной форме), «Наимено- вание учебника», «Автор», «Форма», «Год издания», «Ти- тульная страница». Определите и установите типы полей для обеих таблиц; установите связь между таблицами. Введите в БД данные обо всех учебниках, которыми вы пользуетесь в 11 классе. 18. Что такое манипулирование данными? Какие инструменты манипулирования данными имеются в СУБД? 19. Что такое фильтр? 20. Что такое запрос? 21. БД «Страны» содержит сведения по различным странам мира: название; численность населения; дата переписи; про- цент населения страны от всего населения Земли; площадь в км 2 ; название материка, на котором расположена. № Страна Население Дата Процент Площадь Материк 1 Бангладеш 142 319 000 15.03.2011 2,04 144 000 Евразия 2 Бразилия 196 763 000 13.07.2012 2,82 8 514 877 Ю. Америка 3 Вьетнам 87 840 000 01.06.2011 1,26 331 210 Евразия 4 Германия 81 751 602 01.01.2011 1,17 357 021 Евразия 5 Египет 81 623 000 13.07.2012 1,17 1 001 450 Африка 6 Индия 1 229 055 000 13.07.2012 17,41 3 287 590 Евразия 7 Индонезия 237 641 326 01.05.2010 3,4 1 919 440 Евразия 8 КНР 1 352 250 000 13.07.2012 19,37 9 596 960 Евразия 9 Мексика 112 336 538 12.06.2010 1,61 1 972 550 С. Америка 10 Нигерия 166 629 383 01.07.2012 2,39 923 768 Африка 11 Пакистан 176 210 000 13.07.2012 2,52 803 940 Евразия 12 Россия 143 098 100 01.05.2012 2,05 17 098 246 Евразия 13 США 313 329 000 13.07.2012 4,5 9 518 900 С. Америка 14 Филиппины 92 337 852 01.05.2010 1,32 299 764 Евразия 15 Эфиопия 84 320 987 01.01.2012 1,21 1 104 300 Африка 16 Япония 127 960 000 01.10.2011 1,83 377 944 Евразия |