Ит Технологии. Тема технология работы с базами данных тема Общая характеристика баз данных
 Скачать 244.24 Kb.
|
|
Тема 3. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ С БАЗАМИ ДАННЫХ Тема 3.1. Общая характеристика баз данных Вопросы 1. Информационные модели данных. Типы. Достоинства и недостатки. 2. Понятие «База данных». 3. Компоненты базы данных Access. 4. Принципы создания БД. 5. Процесс разработки. 6. Применение правил нормализации. 1. Информационные модели данных Существуют три основных типа моделей данных: иерархическая; сетевая; реляционная. Иерархическая модель данных представляет собой совокупность эле- ментов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и об- разующих перевернутое дерево (граф).Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи. Принцип работы заключается в том, что несколько узлов более низкого уровня соединяется при помощи связи с одним узлом более высокого уровня – информационной моделью элемента, находя- щегося на данном уровне. Пример иерархической модели приведен на рис. 1 (рассматривается иерархическая модель части структуры СибУПК). Рис. 1. Пример иерархической модели СибУПК 1 уровень 2 уровень 3 уровень 4 уровень 5 уровень … ЭФ СТФ ЮФ ЭФ СТФ ЮФ СибУПК Очная форма Заочная форма 1 к ур с … … 2 к ур с 4 к ур с 3 к ур с … 1 к ур с 2 к ур с 4 к ур с 3 к ур с В модели выделены 4 уровня, но она может быть продолжена, например, на 5 уровне могут располагаться группы, а на 6 – список студентов в каждой группе. Свойства иерархической модели данных: несколько узлов нижнего уровня связано только с одним узлом верхнего уровня; иерархическое дерево имеет только одну вершину, которая не подчиняется никакой другой вершине; каждый узел имеет свое имя. Иерархическая модель лежит в основе построения файловой структуры многих операционных систем, например, ОС MS DOS, ОС Windows и др. Иерархическая модель имеет как достоинства, так и недостатки. В каче- ства достоинства можно отметить наглядность и невозможность появления несуществующих узлов. В качестве недостатков можно отметить большие трудности в упорядочении информации, ее поиске и жесткости структуры мо- дели, т.к. если поменять местами уровни, то изменится и вся модель. Сетевая модель похожа на иерархическую, имеет те же составляющие (узел, уровень и связь), но характер отношений иной, так как принята свобод- ная связь между узлами разных уровней. Пример сетевой модели приведен на рис. 2. Рис. 2. Сетевая модель Видно, что в данной сетевой модели один товар могут купить разные поку- патели, с другой стороны, один покупатель может купить разные товары (цвет линии – связи – изменен для наглядности, реально все связи равноправны). Реляционная модель (от лат relation – отношение) построена на взаимо- отношении составляющих частей и в простейшем случае представляет собой Товары Товары Сахар Мука Соль Покупатель Петров П.П. Покупатель Орлов А.Р. Покупатель Иванов И.И двумерную таблицу или совокупность связанных таблиц. Строки таблицы называются записями, а столбцы – полями. Свойства реляционной модели данных: каждый элемент таблицы – это один элемент данных; все столбцы являются однородными (имеют один тип – число, текст, дата и т.д.); каждое поле имеет уникальное имя; строки в таблице не должны повторяться; порядок строк в таблице может быть произвольным таблица характеризуется количеством записей, структурой записей (полями и их следованием в записи) и типом данных в соответствующих полях Реляционная модель удобна в использовании, так ка позволяет достаточ- но просто производить: сортировку данных по разным признакам; выборку данных; поиск записей, удовлетворяющих определенным условиям, группировку данных и т.д. 2. Понятие «База данных» База данных (БД) – это средство сбора и организации информации. В базах данных могут содержаться сведения о людях, продуктах, заказах и т. д. Многие базы данных изначально представляют собой список в текстовом процессоре или электронной таблице. По мере того как список разрастается, в нем накапливаются излишние и противоречивые данные. В форме списка эти данные становится все труднее понять, а возможности поиска или извлечения подмножеств данных для просмотра весьма ограничены. Когда возникают подобные проблемы, полезно перенести информацию в базу данных, созданную с помощью системы управле- ния базами данных (СУБД), например Office Access 2010 (2007). Компьютерная база данных представляет собой хранилище объектов, содержащее одну или чаще несколько таблиц. В базе данных Access таблицы сохраняются в одном файле вместе с другими объектами, такими как формы, отчеты, макросы и модули, если только база данных не предназначена специ- ально для использования данных или кода из другого источника. Базы данных, созданные в формате Access 2010, имеют расширение имени файла ACCDB, а базы данных, созданные в более ранних форматах Access, – расширение MDB. Приложение Access 2010 можно использовать для создания файлов в более ранних форматах файлов (например, Access 2000 и Access 2002-2003) Приложение Access предоставляет следующие возможности: добавление новых данных в базу; изменение существующих данных в базе данных; удаление сведений; организация и просмотр данных различными способами; совместное использование данных посредством отчетов, сообщений элек- тронной почты, внутренней сети или Интернета. 3. Компоненты базы данных Access Компонентами БД Access являются: Таблицы; Формы; Отчеты; Запросы; Макросы; Модули. Рассмотрим назначение каждого из этих компонентов. Таблицы Таблицы являются обязательным компонентом базы данных, т.к. все остальные компоненты строятся на основе таблиц(ы). По внешнему виду таб- лица базы данных сходна с электронной таблицей (созданной в MS Excel), в которой данные располагаются в строках и столбцах. Поэтому электронные таблицы обычно легко импортируются в таблицы базы данных. Основное раз- личие между хранением данных в электронной таблице и в базе данных – спо- соб организации данных. Чтобы обеспечить наибольшую гибкость базы данных, необходимо рас- пределить данные по таблицам так, чтобы избежать их избыточности. Напри- мер, если в базе хранятся сведения о сотрудниках, каждого из них следует один раз внести в таблицу, которая предназначена исключительно для хранения данных о сотрудниках. Остальные данные следует распределить по другим таблицам. Эта процедура называется нормализацией. Каждую строку в таблице называют записью. Запись – это место хранения отдельного элемента информации. Каждая запись состоит из одного или несколь- ких полей. Поля соответствуют столбцам таблицы. Поля должны быть определе- ны как конкретный тип данных, обладающих определенными свойствами. Запросы Запросы являются основным рабочим инструментом базы данных и мо- гут выполнять множество различных функций. Самая распространенная функ- ция запросов – извлечение определенных данных из таблиц. С помощью запро- сов можно, задав ряд условий, «отфильтровать» только нужные записи. Часто запросы служат источником записей для форм и отчетов. Существует два основных вида запросов: запросы на выборку запросы на изменение. Запрос на выборку просто извлекает данные и предоставляет возмож- ность пользоваться ими. Результаты такого запроса можно просмотреть на экране, распечатать или скопировать в буфер обмена. Кроме того, их можно использовать в качестве источника записей для формы или отчета. Запрос на изменение, как следует из его названия, выполняет действия с данными. Запросы на изменение можно использовать для создания новых таблиц, добавления данных в существующие таблицы, обновления или удаления данных. Формы Формы иногда называются окнами ввода данных. Они используются для просмотра, редактирования и ввода данных, позволяют работать с данными в удобном формате. Формы также позволяют задавать условия работы других пользователей с информацией, содержащейся в базе данных. Например, можно создать форму со строго ограниченным набором отображаемых полей и разрешенных опера- ций. Это помогает защитить данные и гарантировать правильность их ввода. Отчеты Отчеты служат для сбора и представления данных, содержащихся в таб- лицах (или запросах). Каждый отчет можно отформатировать так, чтобы пред- ставить сведения в наиболее удобном виде. Обычно отчеты форматируют для печати, но их можно также просматривать на экране, экспортировать в другую программу или отправлять в виде сообщений электронной почты. Макросы Макрос содержит последовательность действий для выполнения опреде- ленной задачи, например для открытия отчета, выполнения запроса или закры- тия базы данных. Большинство операций с базой данных, выполняемых вруч- ную, можно автоматизировать с помощью макросов, которые позволяют суще- ственно экономить время. Модули Модуль представляет собой набор описаний, операторов и процедур, ко- торые хранятся в одном программном блоке. Модули пишутся на языке про- граммирования Visual Basic для приложений (VBA). 4. Принципы создания БД Создаваемая или созданная БД должна иметь правильную структуру, для чего следует соблюдать определенные принципы. - Первый принцип заключается в необходимости исключать повторяющиеся (или лишние) данные, т.к. они занимают место и повышают вероятность возникновения ошибок и неполадок. - Второй принцип касается важной роли правильных и полных данных. Если база данных содержит неправильные данные, все отчеты, в которых данные объединяются, будут также содержать неверные сведения. Это может приве- сти к принятию неправильных решений на основе отчетов. Правильная структура базы данных подразумевает: распределение данных по тематическим таблицам в целях сокращения объ- ема повторяющихся данных; добавление в Access данных, необходимых для объединения сведений, ко- торые содержатся в таблицах; возможность поддержания и отслеживания точности и целостности данных; соответствие требованиям к обработке данных и созданию отчетов. 5. Процесс разработки Процесс разработки БД включает следующие шаги: 1. Определение цели создания базы данных. Это позволяет подготовиться к вы- полнению следующих шагов. 2. Поиск и организация необходимых данных. Следует собирать все данные, ко- торые необходимо сохранить в базе данных. 3. Распределение данных по таблицам (для каждой темы создается своя таблица). 4. Преобразование элементов данных в столбцы. Определяется, какие данные требуется хранить в каждой таблице, и каждый элемент данных вводится в от- дельное поле и становится столбцом таблицы (таким образом определяется структура записей в каждой таблице). При этом следует разбивать информацию на минимальные логические компоненты и не включать в таблицу вычисляе- мые данные. 5. Задание первичных ключей. Первичный ключ – столбец для однозначного определения каждой записи, например табельный номер или номер дела. 6. Создание связей между таблицами, т.е. каким образом и как данные одной таблицы связаны с данными других таблиц. При этом, если это необходимо, нужно добавить в таблицы поля или создать новые таблицы для установле- ния необходимых связей. 7. Усовершенствование структуры, которое позволяет проверить структуру БД на наличие ошибок (обычно выполняется на контрольном примере, т.е. на основе нескольких пробных записей в каждой таблице БД). 8. Применение правил нормализации дляпроверки правильности структуры таб- лиц. Рассмотрим некоторые из наиболее важных шагов Задание первичных ключей Каждая таблица должна содержать столбец или набор столбцов для од- нозначного определения каждой строки таблицы. Как правило, в этих целях используется уникальный идентификационный номер, например, код сотруд- ника или серийный номер. В БД такие сведения носят название первичного ключа таблицы. В Access первичные ключи служат для быстрого связывания данных из нескольких таблиц и их отображения для пользователя. Если в таблице имеется уникальный идентификатор, например номер де- ла, который однозначно определяет каждое дело, принятое к производству, его можно использовать в качестве первичного ключа таблицы, но значения этого столбца должны быть различными для всех записей. Первичный ключ не дол- жен содержать повторяющихся или пустых значений. Например, не следует использовать в качестве первичного ключа имена людей, т.к. они не являются уникальными. Значение первичного ключа не должно меняться. В базе данных с не- сколькими таблицами первичный ключ одной таблицы может использоваться в качестве ссылки в других таблицах. Если первичный ключ изменяется, это из- менение необходимо применить ко всем ссылкам на этот ключ. Благодаря ис- пользованию первичного ключа с постоянным значением снижается вероят- ность нарушения синхронизации с другими таблицами. Если не удается выбрать столбец (простой ключ) или набор столбцов (составной ключ) для использования в качестве первичного ключа, можно ис- пользовать столбец с типом данных «Счетчик». При использовании такого столбца в Access автоматически назначаются значения. Такой код не содержит сведений; в нем нет описания строки, которую он представляет. Бессодержа- тельные коды идеально подходят для использования в качестве первичного ключа, т. к. они не изменяются. Создание связей между таблицами После распределения данных по таблицам необходимо получить воз- можность объединять их. Так как Access – это система управления реляционными базами данных, то, как мы уже отмечали выше, сведения распределяются по отдельным, тема- тически организованным таблицам. Для объединения данных используются связи между таблицами. Различают следующие типы отношений, которые можно установить между таблицами: «один-к-одному»; «один-ко-многим»; «многие-ко-многим». Отношение «один-ко-многим» Отношение один-к-одному используется в том случае, когда часто упо- требляемые сведения находятся в основной таблице, а дополнительные – в другой. Для каждой записи основной таблицы в дополнительной таблице су- ществует одна запись. При определении отношения такого типа обе таблицы должны содержать одно поле. Отношение «один-ко-многим» Рассмотрим следующий пример: база данных заказов продуктов содержит таблицы Поставщики и Продукты. Поставщик может поставлять любое коли- чество продуктов. Следовательно, для каждого поставщика из таблицы по- ставщиков в таблице продуктов может содержаться большое количество про- дуктов. Поэтому связь между таблицей поставщиков и таблицей продуктов представляет собой отношение один-ко-многим. Для создания этого типа связей обе таблицы должны содержать общие столбцы (поля), в первой таблице это поле будет являться первичным ключом, а во второй – внешним ключом. Например, авторы и их произведения. У каждого автора может быть много различных произведений, поэтому на стороне автора будет связь «один», а на стороне произведений автора – связь «много». Отношение «многие-ко-многим» Рассмотрим связь между таблицами, например, Продукты и Покупатели. Один покупатель может купить несколько продуктов. С другой стороны, отдельный продукт могут купить несколько покупателей. Следовательно, для каждой записи таблицы Покупатели может существовать несколько записей в таблице Продукты, и наоборот. Такой тип связи называется отношением «мно- гие-ко-многим». Обычно отношение «многие-ко-многим» не используют. Его изменяют созданием третьей, связующей, таблицы, в которой отношение «многие-ко- многим» разбивается на два отношения «один-ко-многим». Первичные ключи двух таблиц вставляются в третью таблицу. В результате в третьей таблице со- храняются все экземпляры отношения. Таким образом, определение связей между таблицами позволяет обес- печить правильность таблиц и столбцов. При наличии отношения «один-к-одному» или «один-ко-многим» таблицы должны содержать общие столбцы. При наличии отношения «многие-ко-многим» требу- ется третья таблица. Целостность данных В процессе организации связей между таблицами в диалоговом окне устанавливается целостность данных. Обеспечение целостности данных Целью обеспечения целостности данных является предотвращение появ- ления изолированных записей и поддержание синхронизации ссылок таким образом, чтобы не могли появиться записи, ссылающиеся на несуществующие записи (например, нельзя принять сотрудника на должность, которой нет в штате). Целостность данных обеспечивается включением обеспечения целост- ности данных (флажок в диалоговом окне) для связи между таблицами. После включения обеспечения целостности данных будут применены следующие правила: не допускается ввод в поле внешнего ключа связанной таблицы значения, не содержащегося в поле первичного ключа главной таблицы, т.к. это приведет к созданию изолированных записей; не допускается удаление записи из главной таблицы, если в подчиненной таблице существуют связанные с ней записи. Тем не менее, можно удалить главную запись и все связанные записи одним действием, установив флажок Каскадное удаление связанных записей. не допускается изменение значения первичного ключа в главной таблице, ес- ли это повлечет создание изолированных записей. Тем не менее, можно об- новить главную запись и все связанные записи одним действием: установив флажок «Каскадное обновление связанных полей». Замечание. Если при включении обеспечения целостности данных воз- никли трудности, то следует обратить внимание на то, что: общее поле главной таблицы должно быть первичным ключом и иметь уни- кальный индекс; общие поля должны иметь одинаковый тип данных. Единственным исклю- чением является то, что поле с типом «Счетчик» можно связать с полем «Числовой», если свойство Размер поля (FieldSize) этого поля имеет значе- ние Длинное целое; обе таблицы должны существовать в одной базе данных. 6. Применение правил нормализации Эти правила позволяют проверить правильность структуры таблиц. Процесс применения этих правил к структуре базы данных называется нормали- зацией базы данных или просто нормализацией. Нормализацию рекомендуется выполнять после внесения в базу данных всех элементов данных и создания предварительной структуры. Цель этого процесса – проверить правильность рас- пределения элементов данных по таблицам, но не самих элементов данных. Существует пять нормальных форм, но для большинства баз данных до- статочно использовать три формы. Первая нормальная форма Первая нормальная форма содержит правило о том, что каждая ячейка на пересечении строки и столбца в таблице должна содержать отдельное значе- ние, а не список значений, например, если в поле содержится ФИО, то его сле- дует разделить на 3 поля – Фамилия, Имя и Отчество, т.к. эти значения уже не- делимы. Вторая нормальная форма Вторая нормальная форма содержит требование о том, что каждый стол- бец, не входящий в ключ, должен находиться в зависимости от всего ключево- го столбца, а не от его части. Это правило применимо в том случае, если пер- вичный ключ состоит из нескольких столбцов, т.е. является составным. Третья нормальная форма Третья нормальная форма содержит требование о том, что столбцы, не являющиеся ключевыми, должны не только зависеть от всего первичного клю- ча, но и быть независимыми друг от друга. Другими словами, каждый столбец, не являющийся ключевым, должен зависеть только от первичного ключа. Например, если таблица включает поля Табельный номер (ключевое поле), Фамилия, Имя, Отчество, номер группы, специальность, староста, то значение поля Староста зависит от номера группы, а не от ключевого поля Табельный номер. В этом случае следует доба- вить еще одну таблицу, содержащую поля Номер группы и Староста и уста- новить между ними связь по полю Номер группы. |