что называют записями базы данных
Информационные технологии. 10 класс (Базовый уровень)
§ 1. Понятие базы данных. Система управления базами данных (СУБД)
1.1. Базы данных. Поле. Запись
Основой современных информационных технологий являются данные. Практически все информационные системы в той или иной степени связаны с функциями долговременного хранения и обработки данных. Информация является фактором, определяющим эффективность любой сферы деятельности.
Данные, предназначенные для компьютерной обработки, целесообразно структурировать, т. е. организовывать определенным образом. Именно структурирование позволяет пользователю оптимизировать работу с данными (сократить время поиска, обеспечить эффективное хранение, исключить ошибки при обработке).
База данных (БД) — совокупность взаимосвязанных и организованных определенным образом данных.
Базы данных можно классифицировать исходя из способов организации их хранения и обработки:
1. Иерархическая. Такую модель можно изобразить в виде дерева, состоящего из объектов различных уровней.
2. Сетевая. Является обобщением иерархической, т. е. каждый элемент вышестоящего уровня может быть связан с любыми элементами следующего уровня.
3. Реляционная. В такой модели данные организованы в виде таблиц, между которыми установлены связи.
Рассмотрим реляционные БД, как наибольший распространенный в сегодняшнее время.
Таблицы состоят из строк и столбцов. В таблицах баз данных — это записи и поля.
Запись — строка таблицы базы данных, содержащая данные об одном объекте.
В таблице из примера 1.1 пять записей и каждая запись содержит данные об определенном киносеансе.
Поле — столбец таблицы базы данных, в котором указываются значения определенного свойства объектов базы данных.
В таблице из примера 1.1 (п. 3) четыре поля: «Кинотеатр», «Фильм», «Время», «Стоимость».
Взаимодействие с базами данных лежит в основе функционирования многих ресурсов в Интернете.
Электронный школьный журнал работает с базой данных, содержащей информацию о педагогическом коллективе учреждения образования, об учащихся, классах, учебных предметах, отметках и т. д.
Доступ к базе данных необходим при оплате товаров в супермаркете, когда кассир считывает штрих-код с покупок, а также при поиске товаров в интернет-магазинах.
При посещении Национальной библиотеки обычно приходится обращаться к базе данных, содержащей сведения обо всех книгах, имеющихся в этой библиотеке, о ее читателях, заявках на бронирование книг и т. д.
Пример 1.1. Классификация баз данных.
3. Таблица реляционной БД.
Франк Кодд (23 августа 1923 г. — 18 апреля 2003 г.) — британский ученый, труды которого заложили основы теории реляционных баз данных. Работая в компании IBM, он установил правила, определяющие базу данных как реляционную.
Ответы Основные понятия база данных и информационная система
Задание 1. Что такое база данных?
Задание 2. В чем различие между фактографическими и документальными БД?
Задание 3. Что такое распределенная БД?
Задание 4. Что такое информационная система? Приведите примеры информационных систем.
Задание 5. Что вы знаете о реляционной БД?
Задание 6. Что такое запись, поле? Какую информацию они содержат?
Задание 7. Определите имена полей в таблицах «Домашняя библиотека», «Погода», «Успеваемость», «Факультативы».
Поля «Домашняя библиотека»: Номер; Автор; Название; Год; Полка
Поля «Погода»: День; Осадки; Температура С; Давление, мм рт. ст.; Влажность, %
Поля «Успеваемость»: Ученик; Русский; Алгебра; Химия; Физика; История; Музыка
Поля «Факультативы»: Фамилия; Геология; Цветоводство; Танцы
Задание 8. Что такое первичный ключ БД? Какие бывают ключи?
Задание 9. Назовите объекты, сведения о которых содержат записи баз данных «Погода», «Успеваемость», «Факультативы». Определите ключи записей в этих БД.
Таблица «Погода»
Первичный ключ: День. Отдельный объект БД: Погода в определенную дату.
Таблица «Успеваемость»
Первичный ключ: Ученик. Отдельный объект БД: Успеваемость ученика.
Таблица «Факультативы»
Первичный ключ: Фамилия. Отдельный объект БД: Наличие факультативов у учеников.
База данных. Реляционная база данных
Что такое базы данных (БД) и зачем они нужны
База данных (БД) — это программа, которая позволяет хранить и обрабатывать информацию в структурированном виде.
БД это отдельная независимая программа, которая не входит в состав языка программирования. В базе данных можно сохранять любую информацию, чтобы позже получать к ней доступ.
Пример использования
Базы данных нужны для хранения информации. Чтобы получить полное понимание необходимости использования БД в современном веб-программировании, необходимо ответить на три вопроса:
Предположим, вы решили сделать сайт, где каждый пользователь может вести личный дневник наблюдения за погодой в своем городе.
Такой сайт должен иметь как минимум одну форму ввода со следующими полями: город, дата, температура, облачность, погодное явление, и так далее.
Каждый день наблюдатель записывает показания погоды в эту форму, чтобы когда-нибудь в будущем вернуться на сайт и посмотреть, какая была погода месяц или даже год назад.
Из этого примера следует, что программист каким-то образом должен сохранять данные из формы для дальнейшего использования.
Кроме обычного просмотра дневника погоды за месяц в виде таблицы, можно сделать и более сложный проект.
Например, чтобы электронный дневник чем-то качественно отличался от своего бумажного аналога, будет неплохо добавить туда возможности для простого анализа: показать какой день был самым холодным в ноябре или какой продолжительности была самая длинная серия пасмурных дней.
Получается, что данные надо не просто как-то хранить, но и иметь возможность их обрабатывать и анализировать.
Именно для этих целей и существуют базы данных.
Как хранится информация в БД
В основе всей структуры хранения лежат три понятия:
База данных
База данных — это высокоуровневное понятие, которое означает объединение совокупности данных, хранимых для выполнения одной цели.
Если мы делаем современный сайт, то все его данные будут храниться внутри одной базы данных. Для сайта онлайн-дневника наблюдений за погодой тоже понадобится создать отдельную базу данных.
Таблица
По отношению к базе данных таблица является вложенным объеком. То есть одна БД может содержать в себе множество таблиц.
Аналогией из реального мира может быть шкаф (база данных) внутри которого лежит множество коробок (таблиц).
Таблицы нужны для хранения данных одного типа, например, списка городов, пользователей сайта, или библиотечного каталога.
Таблицу можно представить как обычный лист в Excel-таблице, то есть совокупность строк и столбцов.
Наверняка каждый хоть раз имел дело с электронными таблицами (MS Excel).
Заполняя такую таблицу, пользователь определяет столбцы, у каждого из которых есть заголовок. В строках хранится информация.
В БД точно также: создавая новую таблицу, необходимо описать, из каких столбцов она состоит, и дать им имена.
Запись
Запись — это строка электронной таблицы.
Это неделимая сущность, которая хранится в таблице. Когда мы сохраняем данные веб-формы с сайта, то на самом деле добавляем новую запись в какую-то из таблиц базы данных. Запись состоит из полей (столбцов) и их значений. Но значения не могут быть какими угодно.
Определяя столбец, программист должен указать тип данных, который будет храниться в этом столбце: текстовый, числовой, логический, файловый и т.д. Это нужно для того, чтобы в будущем в базу не были записаны данные неверного типа.
Соберем всё вместе, чтобы понять, как будет выглядеть ведение дневника погоды при участии базы данных.
Теперь можно быть уверенными, что наблюдения наших пользователей не пропадут, и к ним всегда можно будет получить доступ.
Реляционная база данных
Английское слово „relation“ можно перевести как связь, отношение.
А определение «реляционные базы данных» означает, что таблицы в этой БД могут вступать в отношения и находиться в связи между собой.
Что это за связи?
Например, одна таблица может ссылаться на другую таблицу. Это часто требуется, чтобы сократить объём и избежать дублирования информации.
В сценарии с дневником погоды пользователь вводит название своего города. Это название сохраняется вместе с погодными данными.
Но можно поступить иначе:
Так мы решим сразу две задачи:
Связи между таблицами в БД бывают разных видов.
В примере выше использовалась связь типа «один-ко-многим», так как одному городу может соответствовать множество погодных записей, но не наоборот!
Бывают связи и других типов: «один-к-одному» и «многие-ко-многим», но они используются значительно реже.
Что называют записями базы данных
Развитие вычислительной техники осуществлялось по двум основным направлениям:
Информационная система – это совокупность программно-аппаратных средств, способов и людей, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и выдачу информации для решения поставленных задач. На ранних стадиях использования информационных систем применялась файловая модель обработки. В дальнейшем в информационных системах стали применяться базы данных. Базы данных являются современной формой организации, хранения и доступа к информации. Примерами крупных информационных систем являются банковские системы, системы заказов железнодорожных билетов и т.д.
База данных – это интегрированная совокупность структурированных и взаимосвязанных данных, организованная по определенным правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Обычно база данных создается для предметной области.
Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению с целью создания базы данных для автоматизации процесса управления.
Наборы принципов, которые определяют организацию логической структуры хранения данных в базе, называются моделями данных.
Существуют 4 основные модели данных – списки (плоские таблицы), реляционные базы данных, иерархические и сетевые структуры.
В течение многих лет преимущественно использовались плоские таблицы (плоские БД) типа списков в Excel. В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД получили реляционные модели данных. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц – отношений (англ. relation),т.е. простейшая двумерная таблица определяется как отношение (множество однотипных записей объединенных одной темой).
От термина relation (отношение) происходит название реляционная модель данных. В реляционных БД используется несколько двумерных таблиц, в которых строки называются записями, а столбцы полями, между записями которых устанавливаются связи. Этот способ организации данных позволяет данные (записи) в одной таблице связывать с данными (записями) в других таблицах через уникальные идентификаторы (ключи) или ключевые поля.
Основные понятия реляционных БД: нормализация, связи и ключи
1. Принципы нормализации:
2. Виды логической связи.
Связь устанавливается между двумя общими полями (столбцами) двух таблиц. Существуют связи с отношением «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим».
Отношения, которые могут существовать между записями двух таблиц:
Тип отношения в создаваемой связи зависит от способа определения связываемых полей:
3. Ключи. Ключ – это столбец (может быть несколько столбцов), добавляемый к таблице и позволяющий установить связь с записями в другой таблице. Существуют ключи двух типов: первичные и вторичные или внешние.
Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.
Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в форме, отчете или запросе.
Существует три типа первичных ключей: ключевые поля счетчика (счетчик), простой ключ и составной ключ.
Поле счетчика (Тип данных «Счетчик»). Тип данных поля в базе данных, в котором для каждой добавляемой в таблицу записи в поле автоматически заносится уникальное числовое значение.
Простой ключ. Если поле содержит уникальные значения, такие как коды или инвентарные номера, то это поле можно определить как первичный ключ. В качестве ключа можно определить любое поле, содержащее данные, если это поле не содержит повторяющиеся значения или значения Null.
Необходимо еще раз отметить, что в поле первичного ключа должны быть только уникальные значения в каждой строке таблицы, т.е. совпадение не допускается, а в поле вторичного или внешнего ключа совпадение значений в строках таблицы допускается.
Если возникают затруднения с выбором подходящего типа первичного ключа, то в качеcтве ключа целесообразно выбрать поле счетчика.
Программы, которые предназначены для структурирования информации, размещения ее в таблицах и манипулирования данными называются системами управления базами данных ( СУБД). Другими словами СУБД предназначены как для создания и ведения базы данных, так и для доступа к данным. В настоящее время насчитывается более 50 типов СУБД для персональных компьютеров. К наиболее распространенным типам СУБД относятся: MS SQL Server, Oracle, Informix, Sybase, MS Access и т. д.
Создание БД. Этапы проектирования
Создание БД начинается с проектирования.
Этапы проектирования БД:
В процессе проектирования определяется структура реляционной БД (состав таблиц, их структура и логические связи). Структура таблицы определяется составом столбцов, типом данных и размерами столбцов, ключами таблицы.
К базовым понятиями модели БД «сущность – связь» относятся: сущности, связи между ними и их атрибуты (свойства).
Атрибут – это свойство сущности в предметной области. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности. Например, для сущности студент могут быть использованы следующие атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата и место рождения, паспортные данные и т.д. В реляционной БД атрибуты хранятся в полях таблиц.
Связь – взаимосвязь между сущностями в предметной области. Связи представляют собой соединения между частями БД (в реляционной БД – это соединение между записями таблиц).
Рассмотрим предметную область: Деканат (Успеваемость студентов).
В БД «Деканат» должны храниться данные о студентах, группах студентов, об оценках студентов по различным дисциплинам, о преподавателях, о стипендиях и т.д. Ограничимся данными о студентах, группах студентов и об оценках студентов по различным дисциплинам. Определим сущности, атрибуты сущностей и основные требования к функциям БД с ограниченными данными.
Основными предметно-значимыми сущностями БД «Деканат» являются: Студенты, Группы студентов, Дисциплины, Успеваемость.
Основные предметно-значимые атрибуты сущностей:
Основные требования к функциям БД:
Из анализа данных предметной области следует, что каждой сущности необходимо назначить простейшую двумерную таблицу (отношения). Далее необходимо установить логические связи между таблицами. Между таблицами Студенты и Успеваемость необходимо установить такую связь, чтобы каждой записи из таблицы Студенты соответствовало несколько записей в таблице Успеваемость, т.е. один – ко – многим, так как у каждого студента может быть несколько оценок.
Логическая связь между сущностями Группы – Студенты определена как один – ко – многим исходя из того, что в группе имеется много студентов, а каждый студент входит в состав одной группе. Логическая связь между сущностями Дисциплины – Успеваемость определена как один – ко – многим, потому что по каждой дисциплине может быть поставлено несколько оценок различным студентам.
На основе вышеизложенного составляем модель сущность – связь для БД «Деканат»
Для создания БД необходимо применить одну из известных СУБД, например СУБД Access.
Введение в базы данных
1.1.3 Записи, типы данных, наборы записей
Данные хранятся обычно в виде записей. Пример простой записи:
Заметим, что для работы с ней необходимо разобраться с семантикой, то есть с системой смыслов, связанных с этой записью. Это запись чего? Что такое «ACCOUNTING» Может быть название книги об учёте? A «NEW YORK» —это место её издания? А что тогда обозначает число 10? В действительности имелось в виду, что приведенная запись входит в набор записей с именем «ОТДЕЛЫ» (рисунок 1.1). Первое поле записи —номер отдела, второе поле — это название отдела, а третье обозначает город, в котором отдел находится.
В примере, приведённом выше, поле «номер отдела» — ключ. Если вам кажется, что ключ можно было выбрать и по-другому, то вы правы.
Нетрудно догадаться, что схемы и типы записей нужны для создания структур, например, для объединения записей в некоторые наборы, может быть как-то связанные между собой.
Можно говорить о типе записей, но схема и тип не синонимы. Схема отображает структуру записи, а тип кроме структуры определяет ещё множество допустимых значений и связанные с этим множеством наборы операций и отношений.
Если все поля, пригодные в качестве ключевых, могут изменяться, либо если ключ содержит слишком много полей или слишком длинен, вводят суррогатный ключ в виде дополнительного поля, не описывающего никакого свойства объекта, представляемого записью.
Заметим, что в базах, использующих объектную идеологию, записи идентифицируются не полями записи, а двумя указателями. Один позволяет найти запись на диске, а второй — в оперативной памяти.
Почему мы говорим, что любая запись образуется иерархией полей? Даже простая запись, приведенная выше, представляется деревом глубины 1 (рисунок 1.1). Для записей со сложной структурой это тем более справедливо. В качестве примера такой структуры рассмотрим запись «сотрудник», с составным полем «адрес» :
Дерево схемы этой записи изображено на рисунке 1.2.
На примере записи «адрес» рассмотрим проблему стандартизации схем. По правилам Почты России в запись адреса физического лица должны входить следующие поля:
Возможно, приведенная в примере форма записи в настоящее время устраивает пользователей базы. Но может быть следует подумать о том, не придётся ли в дальнейшем изменять схему, например, из-за того, что появятся филиалы в других государствах? А нужно ли фамилию, имя и отчество записывать в одном поле? А как быть с теми, у кого нет отчества? И вообще, как записать Ламарка, которого, как известно, при жизни именовали Жан Батист Пьер Антуан де Моне шевалье де Ламарк?
Единственного правильного решения нет. Можно только посоветовать более точно определять границы предметной области, руководствоваться интересами пользователей и стандартами, пытаться прогнозировать возможные изменения моделируемого бизнеса. Конечно, следует знакомиться с конкурирующими разработками и, вообще, со всеми материалами, которые могут быть полезны для решения вашей задачи.
Помните, что в базах могут храниться данные, которые не удобно или невозможно представлять записями. Это картографические, мультимедийные и другие плохо структурированные данные. Типичные примеры: фотографии, аудио- и видеозаписи.
Перейдем к типам данных. Уже упоминалось, что типы определяют структуру данных, множество допустимых значений, заданных некоторым набором ограничений, и связанные с этим множеством наборы операций и отношений. Обязательно должно быть определено отношение эквивалентности. Полезно иметь отношения порядка. Разделим типы данных на три группы:
Простые, иначе атомарные или скалярные, типы данных не обладают внутренней структурой. К простым типам в базах данных относятся, как минимум:
Обратите внимание на то, что термин «простой тип» означает только, что в рамках базы невозможно работать с какими-то частями данных этих типов. Например, нельзя извлечь первые пять символов строки. Отсутствие внутренней структуры, то есть действительная простота, не предполагается. Так, числовой тип может хранить номер банковского счета, содержащий несколько полей с определёнными свойствами. Но для работы с этими полями необходимо использовать какие-то дополнительные средства вне базы данных.
Интервальные типы выделены из-за двух своих особенностей. Само название «интервальный» дано потому, что операции вроде разности дают результат, выводящий за рамки базисного типа. Так, разность между двумя датами, например, «30 декабря» и «29 декабря», есть один день. Это не дата, а число. Вторая особенность в том, что некоторые операции над данными интервальных типов смысла не имеют. Что означала бы сумма тех же дат, 30 и 29 декабря?
Перечислимыми называют типы, позволяющие пользователю задать набор допустимых значений.
Нетрудно заметить, что денежный и интервальные, а отчасти и перечислимые типы появились потому, что базы данных ориентированы на бизнес в классическом его понимании, как деятельности направленной на извлечение прибыли.
Структурированные типы данных образуются из составляющих компонентов, которые, в свою очередь, могут быть структурированы.
Домен можно считать уточнением типа данных. Домен определяет подмножество значений некоторого типа данных, имеющих определенный смысл, дополнительный к смыслу данных, определённых типом.
Домен должен иметь уникальное в пределах базы данных имя. Определяется он на некотором типе данных или на другом домене. Домен характеризуется условием, выделяющим подмножество данных описываемого домена.
И последнее замечание по поводу используемой терминологии. В базах данных сделано так много и такого разного, что очень трудно выбрать термин, который ранее уже не был использован, причём в нескольких, иногда существенно различных, смыслах Набор записей — одно из ключевых понятий старого стандарта сетевых баз данных CODASYL. У нас набор записей понимается в самом широком смысле как любой набор однотипных записей, образующий таблицу или используемый для описания узла сетевой модели данных и т.п.