База данных (БД) предназначена для хранения больших объемов данных во внешней памяти вычислительной системы. Эта совокупность специальным образом организованных данных, отражающая состояние объектов в некоторой предметной области. Предметной областью может быть книжный фонд библиотеки, музейный фонд, кадровый состав предприятия, учебный процесс в школе. База данных составляет часть соответствующей информационной системы.

Понятия “данные” и “модель данных” являются центральными для баз данных. Категория “данные” означает параметры, конкретные значения, которые определяют объект. Например, 1 байт, Иванов А.П. Данные не имеют определенной структуры. Логическую структуру хранимой в БД информации называют моделью представления информации. Это некоторая абстракция, которая отражает взаимосвязь данных.

Рассмотрим основные модели данных.

Иерархическая модель

В реальном мире многие связи соответствуют некоторой иерархии, когда один объект выступает как родительский, а с ним связано множество подчиненных объектов. Связи между объектами описывают с помощью упорядоченного графа, дерева, которое упрощенно можно представить в следующем виде, как показано на рисунке 1:

Рисунок 1 -  Иерархическая модель

Основными информационными единицами иерархической модели являются сегмент и поле. Поле — это минимальная неделимая единица данных, сегмент называется записью. В модели сегменты объединяются в ориентированный древовидный граф. Ребра графа отражают иерархические связи между сегментами. “Дерево” состоит из одного корневого сегмента и упорядоченного набора подчиненных сегментов.

Возможен следующий пример организации данных типа “дерево”, как показано на рисунке 2:

Рисунок 2 – «Дерево»

Сетевая модель

С помощью сетевой модели можно отобразить взаимосвязи объектов в виде произвольного графа, как показано на рисунке 3:

Рисунок 3 – Сетевая модель

Для описания сетевой базы данных используют понятия “запись” и “связь”. Связь определяется для двух записей: предка и потомка. В иерархической модели запись-потомок имела только одну запись-предок, в сетевой модели данных такого ограничения нет, запись-потомок может иметь произвольное число записей-предков.

Пример схемы сетевой базы данных приведен на рисунке 4, связи здесь обозначены надписями на соединяющих линиях.

Рисунок 4- Пример схемы сетевой базы данных

Сетевая БД состоит из набора записей и соответствующих связей.

Реляционная модель

Эта модель данных основана на понятии отношения. Наглядной формой отношения является двумерная таблица. С помощью таблицы можно описать простейший вид связей между данными: деление одного объекта на множество подобъектов, которым соответствуют строки таблицы.

Строки таблицы имеют одинаковую структуру и называются записями. Записи содержат информацию об отдельном объекте — о классе в нашем примере. Записи состоят из полей. Поле — это определенное свойство, атрибут объекта: название класса, его профиль. Поле имеет определенный тип, который определяет множество значений и множество операций, выполняемых с данными. Основными типами данных, применяемыми в БД, являются числовой, символьный, логический и дата.

Для каждой таблицы реляционной БД должен быть указан главный ключ. Им может быть имя одного и нескольких полей, однозначно определяющих запись. Значение этого поля не может повторяться в различных записях, оно уникально. Именно по этому полю можно отделить одну запись от другой. Название класса может послужить главным ключом таблицы Класс.

В рамках одной таблицы нельзя описать сложные логические структуры данных из предметной области, поэтому применяют связывание таблиц.

На основе модели данных строят базу данных. Далее рассмотрим реляционную БД как наиболее распространенную в настоящее время.

Системы управления базами данных

Системой управления базами данных (СУБД) называют комплекс языковых и программных средств создания, ведения и использования БД. Для персональных компьютеров используют реляционные БД, основанные на табличном представлении данных. СУБД позволяет пользователю выполнять следующие действия:

· формировать структуру БД, редактировать ее;

· вводить конкретную информацию, изменять ее;

· манипулировать данными, находить информацию, отвечающую некоторым критериям;

· сортировать данные.

Приведем примеры БД.

Правовые системы и базы данных предназначены для хранения и регулярного обновления сборников нормативных документов и подзаконных актов. Экономические реформы, проводимые в нашей стране, сопровождаются значительными изменениями законов и нормативных актов, инструкций. С этими документами работают не только юристы, но и руководители и специалисты должны постоянно иметь возможность просмотреть быстро меняющиеся требования, нормативы. В этом классе представлены отечественные информационно-правовые и справочные системы “Кодекс”, “Консультант Плюс”, “Гарант-Сервис”, “Кодекс”, “Консультант-Бухгалтер”.

Система “Консультант Плюс” позволяет вести поиск документов по официальным реквизитам или отдельным словам, по тематическому рубрикатору, по ключевым словам.

Компания “Гарант” имеет колоссальный информационный банк, охватывающий весь спектр российского законодательства и основные нормы международного права. Все документы представлены в действующей редакции, новая информация поступает ежедневно, еженедельно обновляется весь банк данных. Работа с БД производится в гипертекстовой среде с перекрестными ссылками и мощными поисковыми инструментами.

Рассмотрим СУБД Microsoft Access как наиболее популярное приложение, используемое для обучения. Приложение Microsoft Access работает на отдельном компьютере или в небольшой локальной сети. С помощью СУБД, ориентированной на персональный компьютер, можно создать небольшую личную БД или БД для небольшой организации. Система MS Access позволяет, не прибегая к программированию, выполнять основные действия с данными, расположенными в таблицах. Программа имеет стандартный для продуктов Microsoft интерфейс.

База данных приложения MS Access включает в свой состав таблицы, формы, запросы, отчеты, макросы и модули.

Таблица — основная единица хранения данных в базе. Это понятие соответствует реляционной модели данных. Таблица состоит из записей и полей. Данные в таблице можно просматривать и модифицировать, сортировать и фильтровать, распечатывать. В базе создается совокупность связанных между собой таблиц. MS Access позволяет создавать связи типа “один к одному” и “один ко многим” с помощью схемы данных. Таблица — главный объект БД, остальные объекты являются производными от нее.

Форма создается для удобного ввода, отображения и изменения данных в полях таблицы.

Запрос позволяет выбрать данные из БД, удовлетворяющие некоторому условию, обновить, добавить, удалить данные. Запрос может выбрать данные из различных таблиц. Результат будет получен так же в табличном виде.

Отчет предназначен для вывода на печать информации, сформированной из таблиц и запросов.

Страницы публикуют БД в Web для использования ее в локальных сетях и Интернете. Пользователи работают на страницах, так же как в приложении: просматривают таблицы, выполняют запросы.

Макрос задает автоматическое выполнение некоторых операций с помощью макрокоманд, например, “Печатать”, “НайтиЗапись”.

Модуль состоит из процедур на языке VBA и автоматизирует некоторое действие, которое стандартными средствами приложения MS Access выполнить затруднительно. VBA (Visual Basic for Applications) — язык программирования высокого уровня для создания приложений Windows. Модули используют для решения более сложных задач, которые не под силу макросам.

Построим пример базы данных учащихся в школе средствами СУБД MS Access.

База данных учащихся должна являться частью общей базы данных информационной системы образовательного учреждения. Такая база данных содержит сведения об учащихся и их родителях, о сотрудниках, учебный план, электронные классные журналы, расписание уроков и факультативных занятий, распоряжения и отчеты, методические и образовательные ресурсы. Общая база данных является одним из компонентов информационной системы, который обеспечивает управление образовательным процессом, обучающимися, кадрами, ресурсами и предоставляет возможность интерактивной связи участникам этого процесса.

Рассмотрим упрощенный вариант школьной базы данных, причем обратим внимание только на ту ее часть, которая относится к учащимся.

Разработку БД начнем с проектирования. Так как MS Access использует реляционную модель данных, информацию расположим в трех следующих таблицах — Классы, Классный руководитель, Ученики, как показано на рисунке 5:

Рисунок 5- БД

Так как мы рассматриваем небольшой пример, то естественно, что в таблицах отражена только небольшая часть реальной информации. Например, в таблице Ученики следовало бы внести не только фамилии учеников, но и имена, и другие личные данные.

Эти три таблицы должны образовать единую систему, поэтому они взаимосвязаны, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 – Взаимосвязь между таблицами

Здесь присутствуют два типа связи: “один к одному” и “один ко многим”.

Таблицы Классы и Классный руководитель объединяет связь типа “один к одному”, она на рисунке обозначена одинарной стрелкой. При этом типе связи две таблицы можно было бы объединить в одну таблицу, так как одной записи в одной таблице соответствует одна запись в другой таблице. Информация разделена на две таблицы, так как одна таблица содержала бы слишком много полей и с ней было бы неудобно работать. Эти таблицы находятся на одном уровне иерархии.

Таблицы Классы и Ученики объединяет связь типа “один ко многим”, она обозначена двойной стрелкой. Например, в одном классе обучается несколько учеников, но каждый ученик может обучаться только в одном классе. Поэтому одной записи в таблице Классы соответствует несколько записей в таблице Ученики. Это связь между соседними уровнями иерархической структуры.

Приступим к созданию БД в приложении MS Access. После запуска программы и создания файла новой БД следует построить структуру таблиц и заполнить таблицы данными. Структуру таблиц можно задать с помощью Конструктора. На рисунке 7 показано окно Конструктора при определении структуры таблиц Классы:

Рисунок 7 – Окно Конструктора

Изображение ключа указывает на ключевое поле. Аналогично определим структуры таблиц Классный руководитель и Ученик, как показано на рисунке 8, 9:

Рисунок 8 – Структура таблицы Классный руководитель

Обратим внимание на то, что в таблице Классный руководитель поле Наличие почетного_зван имеет логический тип.

Рисунок 9 – Структура таблицы Ученик

Заполним таблицы данными:

На следующем этапе определим связи между таблицами, используя Схему данных, как на рисунках 10,11:

Рисунок 10 – Ввод данных в таблицы

Рисунок 11 – Схема данных

Здесь отражены два типа связи. Связь “один к одному” между таблицами Классыи Классный руководитель производится через общий главный ключ “Название класса”. Связь “один ко многим” между таблицами Классы и Ученик создана с помощью главного ключа “Название класса” таблицы Классы и одноименного поля таблицы Ученик.

Программа MS Access, обеспечивая целостность данных, препятствует удалению и изменению связанных данных. Изменение ключевого поля в первичной таблице приведет к автоматическому изменению ключей в связанных записях. Удаление записей из первичной таблицы вызовет соответствующее удаление записей в связанной таблице. Для этого при создании связи следует установить флажки Каскадное обновление связанных данных и Каскадное удаление связанных данных.

Для поиска информации в БД создают запросы. Запрос позволяет манипулировать данными БД: выбирать данные по некоторому условию, сортировать, обновлять, удалять и добавлять данные в БД. Простейшим является запрос на выборку. Результатом запроса на выборку будет таблица, которая содержит поля, удовлетворяющие условиям отбора.

В нашем примере Запрос 1 позволяет получить список учеников с домашними адресами, которые обучаются в классе 1а. Создадим этот запрос в конструкторе, в качестве исходной таблицы укажем таблицу Ученик, в строке Условие отбора в поле Название класса зададим условие “1а”, как на рисунке 12.

Рисунок 12- Запрос 1а

Далее получим результат выборки в таблице, как на рисунке 13:

Рисунок 13 - Результат выборки в таблице

Второй запрос выводит фамилии классных руководителей, которые не имеют почетного звания. Он основан на таблице Классный руководитель. Поле Наличие почетного_зван имеет логический тип, поэтому в строку Условие отбора внесена константа Нет, как на рисунке 14:

Рисунок 14 – Запрос «Наличие почетного звания»

Результат выборки, как на рисунке 15:

Рисунок 15 – Результат выборки

Запрос может быть многотабличным. Запрос 3 выводит поля Название класса, Профиль из таблицы Классы, и поле Фамилия из таблицы Классный руководитель, при этом поставлено условие, что класс имеет математический профиль, как на рисунке 16.

Рисунок 16 – Запрос «Профиль-математический?»

Ответ можно просмотреть в режиме таблицы, как на рисунке 17:

Рисунок 17- Ответ на запрос

В заключение нашего примера приготовим отчет. Отчеты предназначены только для вывода информации на печать. Напечатаем фамилии учеников и их домашние адреса, основываясь на таблице Ученик. Выберем создание отчета с помощью мастера и, следуя его указаниям, получим следующий отчет, как на рисунке 18:

Рисунок 18- Отчет

Последнее изменение: вторник, 23 января 2018, 14:03