Введение. Основные понятия

Пояснительная записка

Курс лекций составлен на основе требований государственного стандарта среднего профессионального образования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 230103 «Автоматизированные системы обработки информации и управления по отраслям».

Курс лекций включает в себя: основы теории баз данных; основные понятия и определения; модели данных: иерархическая, сетевая и реляционная; дальнейшее развитие способов организации данных; постреляционные модели данных; атрибуты и ключи; нормализация отношений; реляционная алгебра; проектирование баз данных; основные принципы проектирования; описание баз данных; логическая и физическая структура баз данных; обеспечение непротиворечивости и целостности данных; средства проектирования структур баз данных; системы управления базами данных (СУБД); классификация и сравнительная характеристика СУБД; базовые понятия СУБД; примеры организации баз данных; принципы и методы манипулирования данными (в том числе хранение, добавление, редактирование и удаление данных, навигация по набору данных; сортировка, поиск и фильтрация (выборка) данных); построение запросов к СУБД.

Курс лекций опирается на знания и умения, полученные при изучении дисциплин «Информатика», «Математика», «Деловая информатика», «Информационные технологии»,  «Дискретная математика», «Операционные системы» и в дальнейшем тесно связан с профессиональными дисциплинами.

Материалы лекций включают в себя: теоретические вопросы по курсу базы данных, примеры с описание решения задачи, контрольные вопросы, задачи для самостоятельной подготовки.

Цель данного курса: изучение основных понятий баз данных, изучение теории проектирования баз данных, базовых моделей данных, изучение СУБД MS Access и методов разработки БД на ее основе, изучение основ языка SQL.

По окончании изучения курса лекций студент должен

иметь представление:

- о роли и месте знаний по дисциплине «Базы данных» при освоении смежных дисциплин по выбранной специальности и в сфере профессиональной деятельности.

Рекомендуемые материалы

знать:

- состав информационной модели данных;

- типы логических моделей;

- этапы проектирования базы данных;

- общую теорию проектирования прикладной программы.

уметь:

- построить информационную модель для конкретной задачи;

- подобрать наилучшую систему управления базами данных (СУБД);

- проектировать прикладную программу, наращивать ресурсы и производительность информационных систем;

Курс лекций рассчитан на 46 аудиторных  часов.

К курсу лекций прилагается методика проведения лабораторных работ.

Лекция 1. Введение. Основные понятия

Изначально средства вычислительной техники разрабатывались для выполнения сложных арифметических вычислений или вычислений больших объемов, что в значительной степени уменьшало время их выполнения. Развитие этого направления привело к развитию тех разделов математики, которые связаны с численными методами вычислений и появлению логарифмических языков, удобных для реализации алгоритмов с применением численных методов и ориентированных на выполнение арифметических расчетов (например, Fortran).

С увеличением возможностей, уменьшением стоимости, а так же габаритов вычислительных средств, привело к более широкому их использованию и здесь получило свое начало другое направление, связанное с обработкой массивов данных и привело к появлению специальных средств обработки, получивших название автоматизированных информационных систем. При этом вычислительные возможности компьютеров отходят на второй план т.к. основные функции вычислительных средств в информационных системах состоят в поддержке надежного хранения данных, выполнения работы с ними, а также в предоставлении удобного и простого пользовательского интерфейса.

В современном мире информация становится фактором, определяющим эффективность любой сферы деятельности, поэтому второе направление стало доминирующим. Например, любые административные действия требуют предварительной оценки текущей ситуации и возможных перспектив ее изменения. И если раньше ситуация оценивалась несколькими факторами, то сейчас этих факторов, возможно, сотни или тысячи, да и ситуация меняется не в течение года, а за несколько минут. Естественно, что обоснованность принимаемых решений должна возрасти многократно, т.к. реакция на неправильные решения будет более сокрушительной, чем раньше. Все вышесказанное присуще рыночной экономике.   

Необходимая эффективность работы с информацией может быть достигнута только в случае грамотного структурирования исходных данных и отлаженного механизма работы с ними. Дисциплина «Базы данных» содержит сведения о том, как правильно разрабатывать и вести структурированные массивы данных, а затем извлекать из них необходимую информацию.

Теория баз данных – сравнительно молодая область знаний. Возраст равен примерно 35 годам. И естественно, что в наш информационный век значение этой молодой области знаний является практически обязательной для студентов всех технических специальностей, в частности 230103 и 230105, а также на многих специальностях ВУЗов. В технических специальностях, где данная дисциплина отдельно не выделяется, она включена в общий курс информатики и вычислительной техники. Специальности 230103 и 230105 напрямую связаны с автоматизированными системами обработки информации, поэтому знания по дисциплине «Базы данных» на этой специальности наиболее важны и значимы.

Дисциплина «Базы данных» взаимосвязана со многими обще-профессиональными и специальными дисциплинами специальности. Знание таких дисциплин, как «Информатика», «Дискретная математика», «Информационные технологии»,  «Технические средства информатизации», «Операционные системы и среды» способствуют лучшему пониманию и, следовательно, усвоению учебного материала по данной дисциплине. В дальнейшем, многие дисциплины («Автоматизированные информационные системы», «Разработка и эксплуатация информационных систем»,  «Распределенные системы обработки информации» и т.д.) потребуют знаний  полученных в результате изучения данного курса.

   

Основные понятия

Рассмотрим основные понятия, связанные с развитием концепций баз данных.

База данных (БД) – структурированная совокупность данных, организованную по определенным правилам.

БД используются для хранения информации об объектах какой-либо предметной области.

Предметная область - часть реального мира, подлежащая изучению с целью автоматизации. Предметную область можно представить как множество взаимосвязанных объектов.

Объект (сущность) - это выделенный элемент предметной области, подлежащий хранению в БД. Другими словами - это «нечто, о чем мы хотим хранить информацию в БД». Объект может быть реальным (человек, населенный пункт, какой-либо предмет) и абстрактным (событие, счет покупателя).

Для каждого объекта выделяют набор признаков (характеристик, свойств или атрибутов) которые позволяют описать объект в рамках выбранной предметной области.

Если рассматривать человека как объект, о котором мы хотим хранить информацию в БД,  то можно заметить что для предметных областей связанных с медициной наиболее значимыми наборами характеристик человека могут оказаться: рост, вес, пол и т.д. Для производства набор значимых характеристик человека иной: возраст, должность, рейтинг и т.д.

Характеристики (свойства, атрибуты) – набор признаков определяющих объект для выбранной предметной области.

Данные (в концепции БД) – это набор конкретных значений, параметров, характеризующих объект.

Не следует путать характеристики и данные, например, «ВЕС» – это характеристика объекта, а 120кг – это конкретное значение (данные).

Класс объектов - совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств (характеристик).

Пример. Секретарь учебного заведения должен учитывать контактную информацию об учащихся (адрес, телефон и т.д.). Эту информацию удобно расположить в таблице (таблица 1.1). Столбцы таблиц обычно называют полями, а строки – записями. Каждая запись таблицы (строка) содержит индивидуальные данные конкретного ученика – объекта. Заголовок таблицы представляет собой набор свойств (характеристик). Все однотипные объекты (ученики) составят класс объектов. Можно сказать, что мы получили однотабличную БД.

Таблица 1.1 – Контактная информация учащихся

Система управления базами данных (СУБД) – это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД.

СУБД позволяют структурировать, систематизировать и организовывать данные для компьютерного хранения и обработки. Системы управления базами данных (DataBase Management System – DBMS) являются основами практически любой информационной системы. Использование современных СУБД позволяет дать следующие преимущества:

1. Может быть сокращена избыточность в хранимых данных.

2. Может быть устранена возможность возникновения противоречивости хранимых данных.

3. Централизованное управление обеспечивает соблюдение стандартов в представлении данных, принятых в данной предметной области.

4. Могут быть выполнены условия безопасности данных.

5. Может поддерживаться целостность данных. Благодаря централизованному управлению, могут быть определены процедуры проверки, выполняющиеся при операциях запоминания.

6. Может быть обеспечена независимость данных и приложений, т.е. возможность расширения приложений независимо от базы данных и наоборот возможность расширения базы данных без влияния на приложения.

Информационная система (ИС) - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. В большинстве случаев сегодня под ИС понимают автоматизированные информационные системы (АИС).

АИС позволяют автоматизировать деятельность, повысить качество и достоверность обрабатываемой информации. Информационную основу ИС составляют хранящиеся в ней данные. В большинстве случаев это БД, а для управления данными используют СУБД.

Контрольные вопросы

1. В чем причины появления систем обработки данных?

2. Определите роль дисциплины в профессиональной деятельности.

3. Определите роль дисциплины «Базы данных» при освоении других дисциплин выбранной специальности.

4. Что такое базы данных?

5. Что подразумевается под предметной областью?

6. Что такое «объект»?

7. Что такое «характеристики»?

8. Что представляют собой данные?

9. Что такое «класс объектов»?

10. В чем назначение СУБД?

11. Какие преимущества может дать использование СУБД?

12. Что такое ИС и в чем заключается ее назначение?

Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Разработайте таблицу «Телефонный справочник» и определите, что будет являться классом объектов, объектами, характеристиками и данными.

Люди также интересуются этой лекцией: Оглавление.

Задание 2. Придумайте собственную однотабличную базу данных. Для  придуманной таблицы определите основные понятия баз данных, такие как:

§ предметная область;

§ объект;

§ характеристики объекта;

§ данные;

§ класс объектов.