Руководство по разработке структуры и проектированию базы данных. Способы совместного использования базы данных Access

Основным предназначением этой программы является создание и работа с базами данных, которые могут быть подвязаны как под мелкие проекты, так и под крупный бизнес. С её помощью вам будет удобно управлять данными, редактировать и хранить информацию.

Структура Microsoft Access

Что же касается удобства работы, оно достигается благодаря наличию основных элементов, играющих важнейшую роль при анализе и обработке данных БД. Среди главных элементов выделяют следующие:

• таблица - элемент, хранящий основную информацию в определенном формате (числовой, текстовый, графический и т. д.);
• запрос - средство обращения к связанным элементам, другим базам данных или сторонним программам;
• форма - представление информации или данных в удобном для пользователя виде;
• отчет - вывод обработанных результатов;
• макрос - исполняемый элемент, позволяющий производить определенные действия при возникновении какого-то события, создании запроса, формировании отчета;
• модуль - средства языка Visual Basic, позволяющие существенно расширить возможности программы на основе создания процедур и использования многочисленных функций.

Связь с другими программами и внешними базами данных

Как уже понятно, Access - это программа, позволяющая не только использовать собственные данные, вводимые пользователем, но и связывать их между собой. Возможности приложения таковы, что информация может быть импортирована из других приложений (FoxPro, Paradox, Excel, Word и др.). Для упрощения процедур данные можно не импортировать, а связать, причем не только с указанными программами, а и с источниками в сетевом окружении или в интернете.

Сам же процесс связывания осуществляется на основе запросов по типу того, как работают базы данных SQL (Access их тоже поддерживает).

Создание на основе шаблонов

В Access таблица является главным элементом. По внешнему виду этот компонент очень схож с таблицами Excel, однако возможности Access намного шире, а принципы работы с такими элементами имеют свои отличительные особенности.

Тем не менее создать собственную базу данных при запуске программы можно достаточно просто. После появления приветственного окна пользователю предоставляется выбор шаблонов, на основе которых и будет создана будущая структура БД в виде таблицы. Это так называемое представление Backstage. Здесь можно найти встроенные заготовки, которые пригодятся для выполнения конкретных задач, или обратиться к поиску на официальном ресурсе Microsoft, если в списке ни один из них не соответствует потребностям пользователя (хотя такое маловероятно).

База данных с нуля

Если же пользователю ничего не подошло и он хочет сделать БД самостоятельно, при создании нового файла в соответствующем меню нужно выбрать пустую базу данных. Тут стоит учесть некоторые ограничения. Например, БД для настольных ПК не поддерживают интернет-публикации, а веб-базы не согласуются с некоторыми функциями предыдущих.

Создав начальную таблицу, можно переходить к внесению данных. Обратите внимание, что данные можно вводить исключительно в смежные столбцы и строки. Также не стоит добавлять между ними пустые ячейки по типу того, как это делается в Excel. Кроме того, важнейшим условием является то, что каждый столбец должен содержать данные только одного типа, то есть, если изначально формат предусматривает использование даты и времени, информация с вычислениями на основе экспоненты, введенная в столбце, распознаваться не будет. Так что по возможности планировать таблицу нужно именно в этом ракурсе. Для упрощения работы можно использовать и специальный режим конструктора.

Нюансы импорта и связывания данных с другими источниками

Что касается импорта данных, здесь возможности у программы практически не ограничены. Главным условием является только то, что импортируемые данные должны быть разбиты по типу табличных (как таблицы в Excel или Word). Если же импорт производится, например, в текстовом варианте из «Блокнота», создать подобную структуру можно при помощи табулятора (клавиша Tab).

Можно использовать списки SharePoint, а также связывать данные для упрощения работы. Для этого применяется специальная команда на вкладке внешних данных, расположенной в группе импорта и связывания. Здесь предлагаются уже готовые решения (Excel, Word и т. д.). При выборе останется только указать расположение нужного файла, место сохранения в текущей базе данных и подтвердить выбор.

Заключение

Таково приложение Access. Программа является весьма популярной среди широкого круга пользователей, поскольку ее разработчики постарались максимально объединить в ней возможности других программных продуктов этого типа. И именно это сделало данное приложение очень гибким в настройке и автоматизированном применении большинства функций. Остается добавить, что Access - это очень мощное средство обработки данных, хотя здесь и были рассмотрены только самые начальные сведения о приложении.

Microsoft Access – программа известная довольно в узком кругу пользователей, сталкивающихся с необходимостью самостоятельно разрабатывать базы данных. И это лишь одна из функций софта. При помощи приложения, можно создавать не только классические БД, но и веб-сервисы, облегчающие работу с ними. Вся информация сохраняется автоматически и готова к совместному использованию, находясь под надежной защитой.

Бесплатные шаблоны Access позволят быстро начать работу уже после определения полей, правил и взаимосвязи между ними. Поскольку автоматизированные функции не требуют знания языка VBA, скачать Access бесплатно может даже не особо опытный пользователь. Вы легко освоитесь в программе Access , если прочете справочное руководство и будете пользоваться подсказками анимированного персонажа. В качестве дополнительной помощи мы можем предложить советы и рекомендации для знакомства с софтом, вы найдете их в отдельном разделе нашего сайта.

Назначение Microsoft Access

1. Создание СУБД для одноранговых локальных сетей.
2. Проектирование базовых объектов для двумерных таблиц с несколькими типами данных.
3. Установка связи, поддержка целостности данных, удаления записей и каскадного обновления.
4. Хранение, ввод, сортировка, просмотр, изменение и выборка сведений из проектов, используя разные средства контроля информации и аппараты логической алгебры.
5. Проведение различных операций над целыми группами записей.

Каждый выход Майкрософт Аксесс – это презентация мощных, удобных и гибких средств визуального проектирования, позволяющих без предварительной подготовки создавать полноценные базы данных на основе отчетов, запросов и таблиц.

Версии Access, выпущенные в составе Office после 2009 года, имеют уникальный ленточный интерфейс, преимущество которого в удобном расположении команд и возможности получить быстрый доступ к ним.

Мы предоставляем бесплатные ссылки, по которым можно скачать любую, актуальную на сегодняшний момент, версию MS Access. Перед установкой обязательно ознакомьтесь с системными требованиями , которые находятся в подробном описании, и сравните их с техническими возможностями вашего компьютера!

Угол экрана компьютера, на котором показан список поставщиков в базе данных Microsoft Access (изображение).

Классические базы данных - лишь одна из возможностей

Теперь с помощью Access можно создавать не только классические базы данных, но и удобные веб-приложения для работы с базами данных, которые значительно облегчают ведение бизнеса. Данные автоматически сохраняются в базе данных SQL, поэтому они надежно защищены, а приложения можно с легкостью использовать совместно с коллегами.

Шаблоны приложений

Быстро начните работу, создав персонализированное приложение либо используя набор новых и профессионально разработанных шаблонов приложений.

Шаблоны таблиц

Уже знаете, с какими данными будет работать ваше персонализированное приложение? Введите тип данных в поле "Добавление таблиц", а затем выберите нужные таблицы, чтобы быстро определить поля, правила и взаимосвязи между ними. Новое приложение будет создано за считанные минуты.

Возможности приложений

Вам больше не придется беспокоиться о том, что пользователи окажутся перегружены информацией. В приложениях автоматически создается привлекательный, удобный и единообразный интерфейс. Для ваших приложений Access использует высококачественный программный код, так что они будут действительно профессиональными.

Управление связанными элементами

Анализируя или вводя данные, пользователи могут просмотреть дополнительную связанную информацию, необходимую для понимания контекста, в базе данных на том же экране.

Управление автозаполнением

Вводить данные можно намного проще и с меньшим количеством ошибок благодаря раскрывающимся меню и рекомендациям, которые появляются после начала ввода данных. Поиск позволяет находить взаимосвязи между записями в различных таблицах.

Приложения для развертывания SharePoint

Вы можете легко управлять приложениями службы Access и отслеживать работу с ними через веб-сайт SharePoint организации с помощью служб Access с SharePoint Online или локальным сервером SharePoint Server 2013. SharePoint поддерживает возможность многопользовательского доступа и управления разрешениями, а также помогает контролировать использование приложений.

Сегодня любой пользователь компьютерных систем на основе Windows знает, что в стандартный пакет офисных программ от компании Microsoft входит уникальный редактор под названием Access. Что собой представляет данная программа и как работать с ней, мы сейчас и рассмотрим. В данной статье, конечно, будут приведены только основные вопросы работы программой. Полное описание всех возможностей данного приложения займет не одну страницу.

Access: что это такое?

Что же собой представляет программа Microsoft Access? Access – это полнофункциональная программа, которая предназначена для работы с базами данных любого типа. В основе данной программы используется модель динамического обмена данными с интернет-публикациями и другими приложениями. Данная программа предусматривает использование инструментов автоматизации обработки любого типа информации, представленной в структурированном виде. Помимо всего прочего, Access это еще и пакет программ, в котором предусмотрена поддержка элементов ActiveX. Это существенно расширяет возможности программы в том плане, что она может использовать не только текстовые и табличные компоненты, но и объекты из интернета, и мультимедиа. Связи, устанавливаемые в приложении между базами данных (БД), дают возможность осуществлять точное отслеживание изменений в любой из них и автоматически корректировать параметры в других.

Access: основные направления использования приложения

Совершенно не удивительно, что в большинстве случаев Microsoft Access используется для полной автоматизации процессов анализа данных в бизнесе, бухгалтерии и так далее. Программа, благодаря своей универсальной структуре, может устранять появление так называемой избыточности данных, когда необходимо изменить какой-то параметр не путем ввода нового, а за счет корректирования старого, причем таким образом, чтобы данное изменение было отображено во всех связанных базах данных. На предприятии при помощи Access может вестись учет поставщиков, клиентов и мероприятий, в которые они вовлечены. Предположим, у поставщика меняются банковские реквизиты. Тогда достаточно будет изменить их в базе данных, и автоматическая корректировка коснется остальных баз данных. При этом будет осуществлена замена данных, а не ввод новой информации наряду с существующей. Это изменение будет касаться только связанных мероприятий. В некотором смысле пользователь получает полную автоматизацию. Это же касается и складского учета. Предположим, какая-то группа товаров продается через соответствующее подразделение предприятия. Тогда товарные позиции будут автоматически списаны в базе данных товара, имеющегося в наличии на складе. Стоит отметить, что это только самые простые примеры. Приложение на самом деле имеет более широкие возможности.

Microsoft Access: структура

Если же говорить об удобстве работы, то оно может быть достигнуто благодаря наличию основных элементов, которые играют важную роль при анализе и обработке данных. К основным элементам можно отнести следующие:

1. Таблица – это элемент, в котором хранится основная информация в определенном формате (текстовый, числовой, графический);
2. Запрос – это средство обращения к связанным элементам, другим базам данных или сторонним программам;
3. Форма – это предоставление данных или информации в удобном для пользователя виде;
4. Отчет – это вывод обработанных результатов;
5. Макрос – это исполняемый элемент, который позволяет при возникновении какого-то события выполнять определенные действия, формирование отчета, создание запроса;
6. Модуль – представляет собой средство языка Visual Basic, которое позволяет существенно расширить возможности программы на основе использования многочисленных функций и создания процедур;

Microsoft Access: связь с внешними базами данных и другими программами

Как уже должно быть понятно, Microsoft Access позволяет не только использовать собственные данные, вводимые пользователем, но и связывать их между собой. Возможности программы таковы, что информация может быть импортирована из различных приложений , например, Paradox, FoxPro, Excel, Word итак далее. Данные для упрощения процедур можно не импортировать, а связывать, причем не только с данными программами, но и с источниками в интернете или сетевом окружении. Сам процесс связывания осуществляется на базе запросов по типу того, как работают базы данных SQL. Кстати программа Access их тоже поддерживает.

Как создать базы данных на основе шаблонов?

В программе Microsoft Access основным элементом является таблица. Данный компонент по внешнему виду очень похож на таблицы Excel, однако он имеет более широкие возможности. Да и принцип работы с данными элементами имеет свои отличительные особенности. Однако создать при запуске свою собственную базу данных довольно просто. Пользователю после появления приветственного окна предоставляется выбор шаблонов, на основе которых и будет создана будущая структура базы данных в форме таблицы. По-другому данное представление называется Backstage. Тут вы сможете найти и встроенные заготовки, которые понадобятся вам при выполнении конкретных задач. Если ни одна из представленных заготовок не соответствует требования пользователя, что маловероятно, можно обратиться к поиску на официальном ресурсе компании Microsoft. Когда нужный шаблон будет выбран, его нужно будет сохранить в виде файла, указав при этом имя и местоположение. Приложение после этого автоматически сформирует нужную табличную структуру.

Как создать базу данных с нуля?

В данном вопросе стоит учитывать ряд ограничений. Так, например, базы данных для настольных персональных компьютеров не поддерживают интернет-публикации. Веб-базы не согласуются с некоторыми функциями предыдущих. После того как начальная таблица будет создана, можно будет переходить к внесению информации. Стоит обратить особое внимание на тот момент, что данные можно вносить исключительно в смежные строки и столбцы. Не стоит также добавлять между ними пустые ячейки, как это делается в приложении Excel.Важнейшим условием является то, что в каждом столбце должны содержаться данные только одного типа. Таким образом, если формат изначально предусматривает использование даты и времени, то введенная в столбце информация с вычислениями на основе экспоненты распознаваться не будет. По возможности нужно планировать таблицу именно в этом ракурсе. Чтобы упростить работу, можно использовать специальный режим конструктора.

Особенности импорта и связывания данных с другими источниками

Если говорить об импорте данных, то здесь программа Microsoft Access имеет практически неограниченные возможности. Главное условие заключается в том, что импортируемые данные должны быть разбиты по типу табличных, как это делается в Wordили Excel. Если импорт осуществляется, например, в текстовом варианте программы «Блокнот», то для создания подобной структуры можно использовать клавишу «Tab»(табулятор). Также имеется возможность использования списков Share Point и связывания данных для упрощения работы. Для этой цели на вкладке внешних данных, которая расположена в группе связывания и импорта, применяется специальная команда. Тут также предлагаются и уже готовые решения (Word, Excel итак далее). В случае выбора останется указать только расположение необходимого файла , место хранения в текущей базе данных, а затем подтвердить сделанный выбор.

Послесловие

Таким образом, выглядит приложение Access. На данный момент эта программа пользуется большой популярностью среди широкого круга пользователей, так как ее разработчики, старались объединить в ней возможности других программ данного типа. Это и позволило сделать данное приложение очень гибким в автоматизации большинства необходимых функций и настройке. Можно только добавить, что программа Microsoft Access представляет собой мощный программный продукт для обработки данных. Access позволяет с легкостью создавать базы данных и управлять ими. Данный программный продукт подходит как для небольших проектов, так и для крупного бизнеса. Access является прекрасным помощником для хранения информации различного рода.

· Возможности СУБД MS Access.

· Режимы работы с объектами базы данных в MS Access: оперативный режим, режим конструктора.

· Порядок построения выражений в MS Access.

· Операции с данными в таблице базы данных.

· Назначение и способы создания различных объектов базы данных: форма, отчет, запрос, страница доступа к данным.

· Использование элементов управления в объектах базы данных: форма, отчет, запрос, страница доступа к данным.

· Использование механизма поддержки целостности данных при создании связи между таблицами.

· Средства автоматизации операций с объектами баз данных в СУБД Microsoft Access.

· Возможности изменения настроек и параметров СУБД MS Access.

Возможности Microsoft Access

Средствами Access можно выполнить следующие операции.

1. Проектирование базовых объектов ИС - двумерных таблиц с разными типами данных, включая поля объектов OLE.

2. Установление связей между таблицами, с поддержкой целостности данных, каскадного обновления и удаления записей.

3. Ввод, хранение, просмотр, сортировка, модификация и выборка данных из таблиц с использованием различных средств контроля информации, индексирования таблиц и аппарата логической алгебры(для фильтрации данных).

4. Создание, модификация и использование производных объектов информационных систем (форм, запросов и отчетов), с помощью которых в свою очередь выполняются следующие операции:

· оптимизация пользовательского ввода и просмотра данных(формы);

· соединение данных из различных таблиц;

· проведение групповых операций (т.е. операций над группами записей, объединенных каким-то признаком), с расчетами и формированием вычисляемых полей;

· отбор данных с применением аппарата логической алгебры (запросы);

· составление печатных отчетов по данным, которые содержатся в таблицах и запросах БД.

MS Access обладает исключительно мощными, удобными и гибкими средствами визуального проектирования объектов, и это дает возможность пользователю при минимуме предварительной подготовки довольно быстро создать полноценную ИС на уровне таблиц, форм, запросов-выборок и отчетов.

В Microsoft Access имеется возможность открывать таблицы, запросы, представления, сохраненные процедуры, функции и формы в режимах сводной таблицы и сводной диаграммы. Существует возможность сохранять представления в режимах сводной таблицы и сводной диаграммы в качестве страниц доступа к данным, которые затем может просмотреть любой пользователь, на компьютере которого установлен Microsoft Internet Explorer 5 или более поздняя версия.

Microsoft Access предоставляет мощные интуитивные способы совместного использования данных XML (Extensible Markup Language), независимо от платформы, формата данных, протокола, схемы и бизнес-правил. Язык XML является не только стандартной технологией передачи данных в Интернете; он быстро превращается в предпочтительную технологию обмена данными между деловыми приложениями.

В Microsoft Access значительно усовершенствована интеграция Access и SQL Server за счет включения расширенных свойств базы данных SQL в проект Microsoft Access. Применение расширенных свойств в проектах Microsoft Access сделало возможным использование таких средств, как связи подстановок, условия на значения (также известные как ограничения), форматирование текста и подтаблицы.

Технология работы с MS Access

Вы можете запускать MS Access и завершать ее работу любым из стандартных способов, предусмотренных в среде Windows.

Объектом обработки MS Access является файл базы данных, имеющий произвольное имя, и расширение.MDB. В этот файл входят основные объекты MS Access: таблицы, формы, запросы, отчеты, страницы, макросы и модули.

Разработка базы данных разбивается на следующие основные этапы.

1. Определение цели создания базы данных . На первом этапе разработки базы данных необходимо определить ее назначение и как она будет использоваться. Посоветуйтесь с будущими пользователями базы данных. Вместе с ними сформулируйте вопросы, ответы на которые вы и они хотите получать с помощью базы данных. Создайте эскизы отчетов, которые хотелось бы получить. Соберите формы, которые вы уже используете для ввода данных. По мере определения предназначения базы данных начнет формироваться перечень необходимых данных. Зная это, можно определить, какие фактические данные следует сохранять в базе данных и по каким темам распределяются эти данные. Темам должны соответствовать таблицы, а данным - поля (столбцы) в этих таблицах.
2. Определение нужных полей в базе данных . Каждое поле содержит определенные фактические данные. Например, может потребоваться следующая информация о заказчиках: название компании, адрес, город, страна и номер телефона. Для каждого типа сведений следует создать отдельное поле. При составлении схемы полей учитывайте следующее.

· Включайте все необходимые сведения. Разбивайте информацию на минимальные логические компоненты. Например, имена сотрудников удобно разбить на два поля - «Имя» и «Фамилия», что облегчит сортировку по фамилиям.

· Не создавайте поля для данных, состоящих из нескольких элементов. Например, если создать в таблице «Поставщики» поле «Товары», содержащее перечень всех товаров этого поставщика, будеттрудно найти поставщиков, поставляющих конкретный товар.

· Не рекомендуется включать в таблицу данные, которые являются результатом выражения. Например, в таблице, содержащей поля«Цена» и «Количество», не следует создавать поле, содержащее произведение значений этих полей.

· Не создавайте поля, содержащие аналогичные данные. Например, если создать в таблице «Поставщики» поля «Товар!», «Товар2»и «ТоварЗ», будет трудно найти поставщиков, поставляющих конкретный товар. Кроме того, придется изменять структуру базы данных, если появится поставщик, предлагающий четыре товара. Достаточно будет одного поля для товаров, если поместить это поле в таблицу «Товары», а не в таблицу «Поставщики».

1. Определение таблиц, которые должна содержать база данных . Каждая таблица должна содержать информацию только на одну тему. Список нужных полей подскажет, какие требуются таблицы. Например, если будет использоваться поле «Дата Найма», оно принадлежит теме сведений о сотрудниках, т.е. должно содержаться в таблице «Сотрудники». Потребуются также таблицы «Клиенты», «Товары» и «Заказы».
2. Определение таблиц, к которым относятся поля . При решении вопроса, к какой таблице должно относиться каждое поле, необходимо учитывать следующие принципы разработки.

· Включайте каждое поле только в одну таблицу.

· Не включайте поле в таблицу, если в результате его добавления одни и те же данные будут появляться в нескольких записях этой таблицы. Если оказывается, что поле таблицы содержит много повторяющихся данных, это поле, вероятно, помещено не в ту таблицу. Например, при включении поля, содержащего адрес заказчика, в таблицу «Заказы» эта информация будет повторяться во многих записях, если заказчик будет делать разные заказы. Если же поместить адрес в таблицу «Клиенты», он появится только один раз. Данные, хранящиеся только в одной таблице, обновляются только один раз. Это более эффективно и, кроме того, исключает возможность дублирования записей, содержащих разные сведения.

1. Определение полей с уникальными значениями в каждой записи . Для связывания в Microsoft Access сведений, хранящихся в разных таблицах, например, для связывания клиента со всеми его заказами, каждая таблица базы данных должна содержать поля или набор полей, однозначно определяющих каждую запись. Такое поле или набор полей называют первичным ключом .
2. Определение связей между таблицами . После разбиения сведений на таблицы и определения полей первичного ключа необходимо выбрать способ, которым Microsoft Access будет вновь объединять связанные сведения. Для этого следует определить связи между таблицами базы данных Microsoft Access. При этом полезно изучить связи в существующей базе данных с хорошо организованной структурой, например, в учебной базе данных «Борей».
3. Усовершенствование структуры базы данных . После создания нужных таблиц, полей и связей необходимо еще раз просмотреть структуру базы данных и выявить возможные недочеты. Желательно это сделать на данном этапе, пока таблицы не заполнены данными.

Создайте таблицы в Microsoft Access, создайте между ними связи и введите в таблицы достаточный объем данных для проверки структуры. Чтобы проверить связи в базе данных, посмотрите, удается ли создать запросы для получения нужных сведений. Создайте черновые формы и отчеты, посмотрите, отображаются ли в них те данные, что ожидались. Выполните поиск излишних повторов данных и исключите их.

1. Ввод данных и создание других объектов базы данных . Если структуры таблиц отвечают поставленным требованиям, то можно ввести все данные. Затем можно создать все необходимые объекты базы данных - запросы, формы, отчеты, страницы доступа к данным, макросы и модули.
2. Использование средств анализа Microsoft Access. В Microsoft Access существуют два инструмента, помогающие усовершенствовать структуру базы данных Microsoft Access. Мастер анализа таблиц позволяет проанализировать структуру таблицы, предложить подходящие новые структуры и связи, а также разделить таблицу на новые связанные таблицы, если это имеет смысл. Анализатор быстродействия исследует всю базу данных и дает рекомендации по ее улучшению, а также может выполнить эти рекомендации.

Создание базы данных

Для создания базы данных в Microsoft Access можно использовать два способа. Простейший способ создания базы данных - использование мастера баз данных для создания всех необходимых таблиц, форм и отчетов. Имеется также возможность создать пустую базу данных, а затем добавить в нее таблицы, формы, отчеты и другие объекты - это наиболее гибкий способ, но он требует отдельного определения каждого элемента базы данных. В обоих случаях созданную базу данных можно в любое время изменить и расширить.

Для создания новой базы данных выберите в меню Файл команду Создать , затем в панели задач Создание файла выберите вариант Новая база данных . После этого на экране появляется стандартный файлер, в котором следует открыть нужную папку и задать имя создаваемого файла базы данных. Например, «группа.MDB». Создав файл, Access раскрывает пустое окно базы данных, и в этом окне можно будет проводить все операции - создавать и манипулировать объектами БД. MS Access является многооконным приложением, однако в любой момент может быть открыта только одна база данных. Именно ее окно является главным окном документа в приложении Access, и его закрытие означает закрытие соответствующего файла.MDB.

Рис. 1. Окно базы данных

Окно базы данных порождает множество дочерних окон объектов (таблицы, запроса, формы и т.д.), и каждое такое окно может быть закрыто автономно - любым из стандартных способов Windows. Кроме того, не закрывая окна, вы можете сохранить объект (например, макет таблицы), окно которого находится на экране, и присвоить ему имя - точно так же, как это делается с файлами: командой Файл-Сохранить или Файл-Сохранить как... .

С окном любого объекта (дочерним окном) можно работать либо в оперативном режиме (например, вводить или просматривать данные в таблице), либо в режиме конструктора (например, изменять макет таблицы).

Основные понятия MS Access. Объекты MS Access

Как видно из рис. 1, база данных Access может иметь следующие объекты: таблицы, запросы, формы, отчеты, страницы. Таблица является базовым объектом MS Access. Данные следует сохранять в таблицах, причем каждая таблица должна содержать информацию одного типа. Все остальные объекты базы данных являются производными и создаются только на базе ранее подготовленных таблиц.

Форма не является самостоятельным объектом MS Access: она просто помогает нам вводить, просматривать и модифицировать информацию в таблице или запросе. Запросы и отчеты выполняют самостоятельные функции: выбирают, группируют, представляют, печатают информацию. Страницы доступа к данным представляют собой специальный тип web-страниц, предназначенный для просмотра и работы через Интернет, или интрасеть с данными, хранящимися в базе данных Microsoft Access или Microsoft SQL Server. С помощью страницы пользователи могут вводить, редактировать и удалять данные из базы данных.

Каждый объект MS Access имеет имя. В Microsoft Access действуют следующие ограничения на имена полей, элементов управления и объектов (табл. 1).

· имя должно содержать не более 64 символов;

· имя может включать любую комбинацию букв, цифр, пробелов и специальных символов за исключением точки (.), восклицательного знака (!), надстрочного символа (") и квадратных скобок ();

· не должно начинаться с символа пробела;

· не должно включать управляющие символы (с кодами ASCII отО до 31);

· не должно включать прямые кавычки (") в именах таблиц, представлений и хранимых процедур в проекте Microsoft Access.

Хотя пробелы внутри имен полей, элементов управления и объектов являются допустимыми, при некоторых обстоятельствах они могут вызывать конфликты в программах Visual Basic.

Определяя имя для поля, элемента управления или объекта, полезно проверить, не совпадает ли это имя с именем свойства или другого элемента, используемого Microsoft Access (для русских имен такая ситуация может возникнуть при совпадении с именем свойства или функции, определяемых пользователем).

Таблица 1 Типы данных, которые могут иметь поля в Microsoft Access

Тип данных	Использование	Размер
Текстовый	Текст или комбинация текста и чисел (например, адреса), а также числа, не требующие вычислений, (например, номера телефонов, инвентарные номера или почтовые индексы)	До 255 символов
Числовой	Числовые данные, используемые для математических вычислений, за исключением финансовых расчетов (для них следует использовать тип «Денежный»). Для более точного определения типа числа используйте свойство Размер поля (FieldSize)	1,2,4 или 8 байт. 16 байт только для кодов репликации (GUID)
Поле MEMO	Длинный текст или числа, например, примечания или описания	До 64 000 символов
Дата/время	Даты и время	8 байт
Денежный	Значения валют. Денежный тип используется для предотвращения округлений во время вычислений. Предполагает до 15 символов в целой части числа и 4 - в дробной	8 байт
Счетчик	Автоматическая вставка последовательных (увеличивающихся на 1) или случайных чисел при добавлении записи. Этот тип поля удобно применять для первичного ключа таблицы. В качестве значений таких полей Access автоматически выбирает целые порядковые номера (1,2,...). В дальнейшем номер, присвоенный записи при ее создании, не изменяется (независимо от удаления, вставки новых записей и т.п.)	4 байта. 1 6 байт только для кодов репликации (GUID)
Логический	Поля, содержащие только одно из двух возможных значений, таких, как «Да/Нет», «Истина/Ложь», «Вкл/Выкл»	1бит
Поле объекта OLE	Объекты (например, документы Microsoft Word, электронные таблицы Microsoft Excel, рисунки, звуки и другие двоичные данные), созданные в других программах, использующих протокол OLE. Объекты могут быть связанными или внедренными в таблицу Microsoft Access. Для отображения объекта OLE в форме или отчете необходимо использовать присоединенную рамку объекта	До 1 гигабайта (ограничено объемом диска)
Гиперссылка	Поле, в котором хранятся гиперссылки, имеющие вид пути или URL-адреса	До 64 000 символов
Мастер подстановок	Создает поле, позволяющее выбрать значение из другой таблицы или из списка значений, используя поле со списком. При выборе данного параметра в списке типов данных запускается мастер для автоматического определения этого поля	Тот же размер, который имеет первичный ключ, являющийся также и полем подстановок; обычно - 4 байта

С каждым объектом базы данных работа выполняется в отдельном окне, причем предусмотрено два режима работы:

1. оперативный режим, когда просматривается, изменяется или выбирается информация;

2. режим конструктора, когда создается или изменяется макет, структура объекта (например, структура таблицы).

Кроме того, в файл базы данных входит еще один документ, имеющий собственное окно, - Схема данных. В этом окне мы создаем, просматриваем, изменяем и разрываем связи между таблицами. Эти связи помогают нам контролировать данные, создавать запросы и отчеты.

В окне базы данных под стандартной панелью инструментов расположена панель с кнопками «Открыть», «Конструктор» и «Создать», а также кнопки изменения вида представления объектов базы данных. В левой части окна отображается список вкладок (по числу объектов Access) с корешками: Таблица, Запрос, Форма, Отчет, Страницы, Макрос и Модуль . Если выбрана какая-либо вкладка, то в окне базы данных отображается список существующих объектов этого типа данной БД. Например, если выбрать вкладку Таблица , то в окне отображается список таблиц открытой базы данных. Чтобы открыть таблицу, надо выделить ее имя в этом списке и нажать кнопку «Открыть». Чтобы включить в БД новую таблицу, надо нажать кнопку «Создать». Чтобы исправить макет существующей таблицы, надо выделить ее имя в списке и нажать кнопку «Конструктор». Такие же операции выполняются со всеми другими объектами базы данных Access.

Набор пунктов горизонтального меню и состав панелей инструментов зависят от типа и режима окна документа, которое в данный момент активно. Например, окно таблицы в оперативном режиме имеет кнопки «Вырезать», «Сортировать по возрастанию» и др., а в режиме конструктора - кнопки «Свойства», «Определить ключ» и др. Работа с панелями инструментов подчиняется стандарту Windows.

Примечание. Поля типов «Числовой», «Дата/время», «Денежный» и «Логический» имеют предопределенные форматы вывода данных. Формат вывода можно выбрать в ячейке Свойства Формат поля. Можно также создать собственные форматы вывода для всех типов данных, кроме объектов OLE.

Технология разработки базы данных

Определим цель создания данной базы - хранение сведений об учащихся. В качестве базового объекта базы данных определим таблицу, в которой будут храниться следующие данные об учащихся: номер личного дела, фамилия, имя, отчество, дата рождения, домашний адрес, класс. Для их размещения определим одноименные поля таблицы. В качестве ключа таблицы зададим поле № личного дела .

Для создания базы данных запустите MS Access и выберите в меню Файл команду Создать , затем в панели задач Создание файла выберите вариант Новая база данных. После этого в окне Файл новой базы данных откройте нужную папку, например, Новая папка, и задайте имя создаваемого файла базы данных, например, «Группа.MDB».

Создание таблицы

Для создания таблицы выберите в списке вкладок в левой части окна базы данных вкладку Таблица . После этого в окне базы данных будут отображены ярлыки вариантов создания таблицы: в режиме конструктора, с помощью мастера и путем ввода данных. Дважды щелкнув мышью по строке «Создание таблицы в режиме Конструктор», откройте окно таблицы в режиме Конструктор, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Определение параметров поля таблицы в режиме Конструктор

В верхней части окна находится создаваемый или модифицируемый макет таблицы, который представляет собой просто список полей с указанием имени поля, типа данных и описания.

В столбце Имя поля введите произвольное имя поля, а в следующем столбце укажите тип данных для этого поля. Тип данных можно выбрать из раскрывающегося списка. Как только курсор оказывается в столбце Тип данных, в нижней части окна возникает бланк Свойства поля (характеристики данного поля). Он представляет собой перечень свойств (слева - название свойства, справа - значение этого свойства) с окном подсказки по каждому свойству. Перечень свойств меняется в зависимости от типа данных, который в текущий момент отображается в столбце Тип данных. Щелкнув мышью на поле значения в бланке свойств, вы можете изменить это значение (в рамках допустимого для этого типа данных). Большинство значений принимается системой по умолчанию, многие свойства можно изменить самостоятельно. Некоторые значения можно выбрать из раскрывающегося списка.

При выборе значения свойства принципиально важно следовать следующим рекомендациям:

· для текстового и числового поля надо указать размер поля, причем для текста это допустимая длина значения (например, 20 или 40символов), а для числа - формат представления в компьютере (байт, целое (два байта), длинное целое и т.д.);

· для поля Дата/время обязательно надо указать формат, чтобы система знала, как обрабатывать вводимые данные. Например, если выбрать Краткий формат даты, система будет ожидать от вас ввода именно даты (в русской версии - ДД.ММ.ГГГГ), а если выбрать Краткий формат времени, в этом поле придется набирать ЧЧ:ММ (часы и минуты);

· в качестве значения свойства Условие на значение вы можете указать логическое выражение, которое должно принимать значение True («Истина») при вводе данных в это поле. В следующем свойстве можно записать произвольное сообщение об ошибке, которое будет выдано системой, например: «Это значение поля недопустимо». Всвойстве Обязательное поле можно указать «Да» (пустые значения недопускаются) или «Нет» (пустые значения допускаются);

· если в первичный ключ вашей таблицы входит одно поле, в свойстве Индексированное поле для него выберите: «Да, совпадения недопускаются», а затем щелкните в панели инструментов на кнопке«Определить ключ» (с изображением ключа). Тем самым вы определите первичный ключ своей таблицы (и запретите ввод записей с повторяющимся значением первичного ключа).

Итак, следуя вышеприведенным рекомендациям, определите поля таблицы. В графе Имя поля задайте имя «№ личного дела». Для определения типа данных этого поля, щелкнув стрелку в графе Тип данных, раскройте список возможных типов данных и выберите вариант Текстовый. В области окна конструктора Свойства поля выберите вкладку Размер поля и определите максимальное количество знаков для ввода в этом поле - 10 символов.

Обратите внимание, что при выборе различных параметров свойства поля в правой части выводится подсказка о назначении параметра.

Действуя аналогично, введите следующие данные о других полях таблицы (табл. 2).

Завершив ввод описания полей таблицы, определите первичный ключ. Для этого, указав поле № личного дела , щелкните кнопку «Ключевое поле» в панели инструментов Стандартная.

Таблица 2. Данные о полях таблицы

Примечание . Поле первичного ключа определять не обязательно, но желательно. Если первичный ключ не был определен, Microsoft Access при сохранении таблицы спросит, нужно ли создать ключевое поле.

Выбрав команду Режим таблицы в меню Вид , переключите отображение созданной таблицы базы данных в режим отображения таблицы. При этом обязательно сохраните таблицу под именем Учащиеся.

Операции с данными в таблице

Ввод данных . Выбрав в окне таблицу Учащиеся, щелкните кнопку «Открыть». Установите курсор в поле № личного дела и введите значение номер, например, П-69. По окончании ввода значения поля нажмите клавишу Tab для перехода к следующему полю. В остальные поля этой записи введите остальные данные в первой записи.

30.03.17 3.4K

Следуя принципам, описанным в этой статье, можно создать базу данных, которая работает надлежащим образом и в будущем может быть адаптирована под новые требования. Мы рассмотрим основные принципы проектирования базы данных , а также способы ее оптимизации.

Процесс проектирования базы данных

Надлежащим образом структурированная база данных:

• Помогает сэкономить дисковое пространство за счет исключения лишних данных;
• Поддерживает точность и целостность данных;
• Обеспечивает удобный доступ к данным.

Разработка БД включает в себя следующие этапы:

1. Анализ требований или определение цели базы данных;
2. Организация данных в таблицах;
3. Указание первичных ключей и анализ связей;
4. Нормализация таблиц.

Рассмотрим каждый этап проектирования баз данных подробнее. Обратите внимание, что в этом руководстве рассматривается реляционная модель базы данных Эдгара Кодда , написанная на языке SQL (а не иерархическая, сетевая или объектная модели ).

Анализ требований: определение цели базы данных

Например, если вы создаете базу данных для публичной библиотеки, нужно продумать, каким образом и читатели, и библиотекари должны получать доступ к БД .

Вот несколько способов сбора информации перед созданием базы данных:

• Опрос людей, которые будут ее использовать;
• Анализ бизнес-форм, таких как счета-фактуры, расписания, опросы;
• Рассмотрение всех существующих систем данных (включая физические и цифровые файлы ).

Начните со сбора существующих данных, которые будут включены в базу. Затем определите типы данных, которые нужно сохранить. А также объекты, которые описывают эти данные. Например:

Клиенты

• Адрес;
• Город, штат, почтовый индекс;
• Адрес электронной почты.

Товары

• Название;
• Цена;
• Количество в наличии;
• Количество под заказ.

Заказы

• Номер заказа;
• Торговый представитель;
• Дата;
• Товар;
• Количество;
• Цена;
• Стоимость.

При проектировании реляционной базы данных эта информация позже станет частью словаря данных, в котором описаны таблицы и поля БД . Разбейте информацию на минимально возможные части. Например, подумайте о том, чтобы разделить поле почтового адреса и штата, чтобы можно было фильтровать людей по штату, в котором они проживают.

После того, как вы определились с тем, какие данные будут включены в базу, откуда эти данные будут поступать, и как они будут использоваться, можно приступить к планированию фактической БД .

Структура базы данных: построение блоков

Следующим шагом будет визуальное представление базы данных. Для этого нужно точно знать, как структурируются реляционные БД . Внутри базы связанные данные группируются в таблицы, каждая из которых состоит из строк и столбцов.

Чтобы преобразовать списки данных в таблицы, начните с создания таблицы для каждого типа объектов, таких как товары, продажи, клиенты и заказы. Вот пример:

Каждая строка таблицы называется записью. Записи включают в себя информацию о чем-то или о ком-то, например, о конкретном клиенте. Столбцы (также называемые полями или атрибутами) содержат информацию одного типа, которая отображается для каждой записи, например, адреса всех клиентов, перечисленных в таблице.

Чтобы при проектировании модели базы данных обеспечить согласованность разных записей, назначьте соответствующий тип данных для каждого столбца. К общим типам данных относятся:

• CHAR — конкретная длина текста;
• VARCHAR — текст различной длины;
• TEXT — большой объем текста;
• INT — положительное или отрицательное целое число;
• FLOAT , DOUBLE — числа с плавающей запятой;
• BLOB — двоичные данные.

Некоторые СУБД также предлагают тип данных Autonumber , который автоматически генерирует уникальный номер в каждой строке.

В визуальном представлении БД каждая таблица будет представлена блоком на диаграмме. В заголовке каждого блока должно быть указано, что описывают данные в этой таблице, а ниже должны быть перечислены атрибуты:

При проектировании информационной базы данных необходимо решить, какие атрибуты будут служить в качестве первичного ключа для каждой таблицы, если таковые будут. Первичный ключ (PK ) — это уникальный идентификатор для данного объекта. С его помощью вы можете выбрать данные конкретного клиента, даже если знаете только это значение.

Атрибуты, выбранные в качестве первичных ключей, должны быть уникальными, неизменяемыми и для них не может быть задано значение NULL (они не могут быть пустыми ). По этой причине номера заказов и имена пользователей являются подходящими первичными ключами, а номера телефонов или адреса — нет. Также можно использовать в качестве первичного ключа несколько полей одновременно (это называется составным ключом ).

Когда придет время создавать фактическую БД , вы реализуете как логическую, так и физическую структуру через язык определения данных, поддерживаемый вашей СУБД .

Также необходимо оценить размер БД , чтобы убедиться, что можно получить требуемый уровень производительности и у вас достаточно места для хранения данных.

Создание связей между сущностями

Теперь, когда данные преобразованы в таблицы, нужно проанализировать связи между ними. Сложность базы данных определяется количеством элементов, взаимодействующих между двумя связанными таблицами. Определение сложности помогает убедиться, что вы разделили данные на таблицы наиболее эффективно.

Каждый объект может быть взаимосвязан с другим с помощью одного из трех типов связи:

Связь «один-к одному»

Когда существует только один экземпляр объекта A для каждого экземпляра объекта B, говорят, что между ними существует связь «один-к одному » (часто обозначается 1:1 ). Можно указать этот тип связи в ER-диаграмме линией с тире на каждом конце:

Если при проектировании и разработке баз данных у вас нет оснований разделять эти данные, связь 1:1 обычно указывает на то, что в лучше объединить эти таблицы в одну.

Но при определенных обстоятельствах целесообразнее создавать таблицы со связями 1:1 . Если есть поле с необязательными данными, например «описание», которое не заполнено для многих записей, можно переместить все описания в отдельную таблицу, исключая пустые поля и улучшая производительность базы данных.

Чтобы гарантировать, что данные соотносятся правильно, в нужно будет включить, по крайней мере, один идентичный столбец в каждой таблице. Скорее всего, это будет первичный ключ.

Связь «один-ко-многим»

Эта связи возникают, когда запись в одной таблице связана с несколькими записями в другой. Например, один клиент мог разместить много заказов, или у читателя может быть сразу несколько книг, взятых в библиотеке. Связи «один- ко-многим » (1:M ) обозначаются так называемой «меткой ноги вороны», как в этом примере:

Чтобы реализовать связь 1:M , добавьте первичный ключ из «одной » таблицы в качестве атрибута в другую таблицу. Если первичный ключ таким образом указан в другой таблице, он называется внешним ключом. Таблица со стороны связи «1 » представляет собой родительскую таблицу для дочерней таблицы на другой стороне.

Связь «многие-ко-многим»

Когда несколько объектов таблицы могут быть связаны с несколькими объектами другой. Говорят, что они имеют связь «многие-ко-многим » (M:N ). Например, в случае студентов и курсов, поскольку студент может посещать много курсов, и каждый курс могут посещать много студентов.

На ER-диаграмме эти связи отображаются с помощью следующих строк:

При проектировании структуры базы данных реализовать такого рода связи невозможно. Вместо этого нужно разбить их на две связи «один-ко-многим ».

Для этого нужно создать между этими двумя таблицами новую сущность. Если между продажами и продуктами существует связь M:N , можно назвать этот новый объект «sold_products », так как он будет содержать данные для каждой продажи. И таблица продаж, и таблица товаров будут иметь связь 1:M с sold_products . Этот вид промежуточного объекта в различных моделях называется таблицей ссылок, ассоциативным объектом или таблицей связей.

Каждая запись в таблице связей будет соответствовать двум сущностям из соседних таблиц. Например, таблица связей между студентами и курсами может выглядеть следующим образом:

Обязательно или нет?

Другим способом анализа связей является рассмотрение того, какая сторона связи должна существовать, чтобы существовала другая. Необязательная сторона может быть отмечена кружком на линии. Например, страна должна существовать для того, чтобы иметь представителя в Организации Объединенных Наций, а не наоборот:

Два объекта могут быть взаимозависимыми (один не может существовать без другого ).

Рекурсивные связи

Иногда при проектировании базы данных таблица указывает на себя саму. Например, таблица сотрудников может иметь атрибут «руководитель», который ссылается на другое лицо в этой же таблице. Это называется рекурсивными связями.

Лишние связи

Лишние связи — это те, которые выражены более одного раза. Как правило, можно удалить одну из таких связей без потери какой-либо важной информации. Например, если объект «ученики » имеет прямую связь с другим объектом, называемым «учителя », но также имеет косвенные отношения с учителями через «предметы », нужно удалить связь между «учениками » и «учителями ». Так как единственный способ, которым ученикам назначают учителей — это предметы.

Нормализация базы данных

После предварительного проектирования базы данных можно применить правила нормализации, чтобы убедиться, что таблицы структурированы правильно.

В то же время не все базы данных необходимо нормализовать. В целом, базы с обработкой транзакций в реальном времени (OLTP ), должны быть нормализованы.

Базы данных с интерактивной аналитической обработкой (OLAP ), позволяющие проще и быстрее выполнять анализ данных, могут быть более эффективными с определенной степенью денормализации. Основным критерием здесь является скорость вычислений. Каждая форма или уровень нормализации включает правила, связанные с нижними формами.

Первая форма нормализации

Первая форма нормализации (сокращенно 1NF ) гласит, что во время логического проектирования базы данных каждая ячейка в таблице может иметь только одно значение, а не список значений. Поэтому таблица, подобная той, которая приведена ниже, не соответствует 1NF :

Возможно, у вас возникнет желание обойти это ограничение, разделив данные на дополнительные столбцы. Но это также противоречит правилам: таблица с группами повторяющихся или тесно связанных атрибутов не соответствует первой форме нормализации. Например, приведенная ниже таблица не соответствует 1NF :
Вместо этого во время физического проектирования базы данных разделите данные на несколько таблиц или записей, пока каждая ячейка не будет содержать только одно значение, и дополнительных столбцов не будет. Такие данные считаются разбитыми до наименьшего полезного размера. В приведенной выше таблице можно создать дополнительную таблицу «Реквизиты продаж », которая будет соответствовать конкретным продуктам с продажами. «Продажи » будут иметь связь 1:M с «Реквизитами продаж ».

Вторая форма нормализации

Вторая форма нормализации (2NF ) предусматривает, что каждый из атрибутов должен полностью зависеть от первичного ключа. Каждый атрибут должен напрямую зависеть от всего первичного ключа, а не косвенно через другой атрибут.

Например, атрибут «возраст » зависит от «дня рождения », который, в свою очередь, зависит от «ID студента », имеет частичную функциональную зависимость. Таблица, содержащая эти атрибуты, не будет соответствовать второй форме нормализации.

Кроме этого таблица с первичным ключом, состоящим из нескольких полей, нарушает вторую форму нормализации, если одно или несколько полей не зависят от каждой части ключа.

Таким образом, таблица с этими полями не будет соответствовать второй форме нормализации, поскольку атрибут «название товара » зависит от идентификатора продукта, но не от номера заказа:

• Номер заказа (первичный ключ );
• ID товара (первичный ключ );
• Название товара.

Третья форма нормализации

Третья форма нормализации (3NF ) : каждый не ключевой столбец должен быть независим от любого другого столбца. Если при проектировании реляционной базы данных изменение значения в одном не ключевом столбце вызывает изменение другого значения, эта таблица не соответствует третьей форме нормализации.

В соответствии с 3NF , нельзя хранить в таблице любые производные данные, такие как столбец «Налог », который в приведенном ниже примере, напрямую зависит от общей стоимости заказа:

В свое время были предложены дополнительные формы нормализации. В том числе форма нормализации Бойса-Кодда , четвертая-шестая формы и нормализации доменного ключа, но первые три являются наиболее распространенными.

Многомерные данные

Некоторым пользователям может потребоваться доступ к нескольким разрезам одного типа данных, особенно в базах данных OLAP. Например, им может потребоваться узнать продажи по клиенту, стране и месяцу. В этой ситуации лучше создать центральную таблицу, на которую могут ссылаться таблицы клиентов, стран и месяцев. Например:

Правила целостности данных

Также с помощью средств проектирования баз данных необходимо настроить БД с учетом возможности проверки данных на соответствие определенным правилам. Многие СУБД , такие как Microsoft Access , автоматически применяют некоторые из этих правил.

Правило целостности гласит, что первичный ключ никогда не может быть равен NULL . Если ключ состоит из нескольких столбцов, ни один из них не может быть равен NULL . В противном случае он может неоднозначно идентифицировать запись.

Правило целостности ссылок требует, чтобы каждый внешний ключ, указанный в одной таблице, сопоставлялся с одним первичным ключом в таблице, на которую он ссылается. Если первичный ключ изменяется или удаляется, эти изменения необходимо реализовать во всех объектах, на которые ссылается этот ключ в базе данных.

Правила целостности бизнес-логики обеспечивают соответствие данных определенным логическим параметрам. Например, время встречи должно быть в пределах стандартных рабочих часов.

Добавление индексов и представлений

Индекс — это отсортированная копия одного или нескольких столбцов со значениями в возрастающем или убывающем порядке. Добавление индекса позволяет быстрее находить записи. Вместо повторной сортировки для каждого запроса система может обращаться к записям в порядке, указанном индексом.

Хотя индексы ускоряют извлечение данных, они могут замедлять добавление, обновление и удаление данных, поскольку индекс нужно перестраивать всякий раз, когда изменяется запись.

Представление — это сохраненный запрос данных. Представления могут включать в себя данные из нескольких таблиц или отображать часть таблицы.

Расширенные свойства

После проектирования модели базы данных можно уточнить БД с помощью расширенных свойств, таких как справочный текст, маски ввода и правила форматирования, которые применяются к конкретной схеме, представлению или столбцу. Преимущество этого метода заключается в том, что, поскольку эти правила хранятся в самой базе, представление данных будет согласовано между несколькими программами, которые обращаются к данным.

SQL и UML

Унифицированный язык моделирования (UML ) — это еще один визуальный способ выражения сложных систем, созданных на объектно-ориентированном языке. Некоторые из концепций, упомянутых в этом руководстве, известны в UML под разными названиями. Например, объект в UML известен, как класс.

Сейчас UML используется не так часто. В наши дни он применяется академически и в общении между разработчиками программного обеспечения и их клиентами.

Хорошо Плохо

1. Понятие СУБД.

2. Реляционные базы данных.

3. Виды баз данных.

4. Виды структур баз

Потребность хранения данных в виде некоторых структур, то есть упорядочения информации о некоторых объектах окружающего мира, была ощутимой для человечества всегда. В этом случае под объектом понимается или какой-либо предмет, или более абстрактное понятие (например, процесс производства чего-нибудь).

Внесение объекта в базу – только полдела. Его еще нужно как-то характеризовать, связать с ним определенное значение. И тут нужно ввести понятие "данное". Данное – это определенный показатель, характеризующий объект и наделяющий его определенным значением. Причем не обязательно, чтобы объект был определен одним данным – их может быть много. Представь, что ты имеешь дело с хакерской структурой. Хакерство – это объект. А вот данные - это уже хакерские течения, стаж незаконной деятельности, количество написанных эксплойтов и взломанных машин и т.п. Другими словами, данные – это характеристики определенного объекта. Именно это больше всего интересует клиента, обратившегося к пока еще будущей БД.

Создать многомегабайтный файл с тоннами информации (которая, кстати, вполне может быть избыточной) – это не решение проблемы. Человек любит комфорт, поэтому, чтобы, например, пробить информацию на крупного хакера, от клиента потребуется предоставить только ник взломщика, и тогда исчерпывающая информация о киберпреступнике станет оружием справедливости. Организовать такую систему очень непросто, прошел не один десяток лет, прежде чем отдельные файлы стали достойными базами данных (база данных в ini-файле – это тоже стильно – прим. Dr.). Теперь все стало намного проще благодаря существованию структурированных файлов – баз данных и различных моделей организации данных.

Собственно, модель – это основа, на которую опирается та или иная база данных. В той или иной модели определяются связи между данными, типы вводимых данных, методы хранения, управления и т.п. Связь данных с прикладными программами обеспечивается посредством СУБД или с помощью систем управления базами данных.

Итак, СУБД – это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Иными словами, с помощью СУБД любой желающий (при наличии определенных прав, конечно) сможет обратиться к базе и достать оттуда интересующую его информацию.

Реляционные базы данных.

Та или иная СУБД зависит от модели, которая положена в основу базы. В наше время стали наиболее распространенными две модели: реляционная (модель отношений) и объектно-ориентированная (модель объектов).

Начнем с реляционной модели. В далеком 1969 году американский математик доктор Э.Ф. Кодд (Е.F. Codd) проанализировал сложившуюся к тому времени ситуацию по базам данных и пришел к выводу, что дело плохо. Во всех имевшихся в то время моделях были существенные недостатки: избыточность данных, сложность обработки и отсутствие безопасности хранения информации и т.п. После тягостных раздумий Кодд решил создать свою модель - реляционную. Для тех, кто злостно прогуливал английский, напомню, что relation переводится как "отношение" или просто "таблица". Гениальный доктор просто реализовал хранение данных в табличной форме, то есть организовал такие "хранилища" в виде логических структур (физические методы хранения могут быть любыми). Тем самым Кодд сумел добиться наглядности представления информации и удобства ее обработки. Благодаря достижению этого гения для формирования таблицы данных стало достаточно выполнить определенный логический запрос, подчиняющийся законам булевой алгебры. Среди операторов манипуляции данными существуют минимум три операции: извлечение строк (SELECT), извлечение столбцов (PROJECT) и объединение таблиц (JOIN). В результате этих действий мы получаем таблицу. И простой вывод из всего этого: результатом любой операции в реляционной модели является объект того же рода, что и объект, над которым осуществлялось действие.

Это и есть основное свойство описываемой модели.

Кроме базовых знаний, нам понадобятся основные определения, применимые к этой модели: тип данных, атрибут, кортеж, отношение и первичный ключ.

Тип данных – определение, которое соответствует понятию типа в языках программирования. Другими словами, для реляционной модели можно отметить такие основные типы, как "целые числа", "строки", "символы", "числа с плавающей запятой", "дата" и "деньги" (куда в наше время без денег:)).

Атрибут – это столбец в таблице с данными. Например, если на экране имеется информация о хакерских течениях, эксплойтах и стаже деятельности, то все эти столбцы являются атрибутами.

Кортеж – строка в таблице с данными. Таким образом, исчерпывающая информация на определенного хакера является кортежем.

Отношение – таблица в целом. Описание типов данных, применяемых в табличке, называется заголовком отношения, а все остальное (собственно данные) – телом отношения.

Первичный ключ – минимальный набор атрибутов (столбцов), которые будут определять однозначную уникальность каждого кортежа (строки) в отношении (таблице). При создании базы следует очень внимательно отнестись к заданию первичного ключа – в нашем примере ника хакера будет недостаточно (вдруг кто-нибудь захочет взять себе кличку своего кумира? :)). Бывает, что для аутентификации вводится дополнительное поле с порядковым номером, который будет однозначно разным для каждой строки. Но никто не запрещает выбирать для первичного ключа два или три атрибута: все как ты пожелаешь, лишь бы это действие было логически обоснованным (подобный ряд атрибутов будет называться составным первичным ключом).

Чтобы добиться эффективного управления базой, необходимо обеспечить связанность данных. Проще говоря, нужно уметь связывать две или более таблицы в БД (если они, конечно, там есть). Для этого был придуман так называемый "внешний ключ", который представляет собой атрибут (или набор атрибутов) в одной таблице, совпадающий по типу с первичным ключом другой. Но также следует соблюдать условие, согласно которому каждое значение в столбце одной таблицы должно совпадать с каким-либо значением в другой. Суть этого определения лови после моего разъяснения о возможных связях данных.

В теории СУБД выделяется три вида связей: один-к-одному, один-ко-мно-гим и многие-ко-многим. Расскажу подробно о каждом виде.

1. Один -к-одному. Этот вид связи применяется в том случае, когда первичный ключ одной таблицы ссылается на ключ другой. Чтобы было понятнее, приведу пример: допустим, у нас имеется три таблицы хакерской БД. Первая – информация о хакере: дата рождения, пол (девушки тоже бывают взломщиками;)) и ICQ. Вторая – хакер-ские течения (тип течения, его сложность и начальные капиталовложения). Ну и третья – тип выхода в интернет (технология, скорость доступа, оценка безопасности). Все эти таблицы нельзя свести в одну, так как в результате отсутствия связи между данными о доступе в интернет и о хакерс-ких течениях (и не только о них) мы получим путаницу. А при реализации связи в виде трех разных таблиц (с помощью первичного ключа - порядкового номера) обеспечивается и высокая скорость обработки, и упорядоченность данных.

2. Один - ко - многим. Наиболее типичная связь. Реализуется при копировании первичного ключа одной таблицы в другую. В этом случае во второй таблице этот ключик называется уже внешним. Непонятно? Тогда опять обращусь к примеру. Возьмем две таблицы – с информацией о хакере (таблица "Хакеры") и об отношениях с характеристиками эксплойтов, которые он написал (таблица "Эксплойты"). По сути, они связаны механизмом один-ко-многим. Действительно, каждый хакер может быть автором нескольких эксплойтов (так часто и бывает), но каждый эксплойт может быть написан одним и только одним автором (даже при совместной работе в хак-группах определенным эксплойтом занимается один человек). Здесь в качестве внешнего ключа в таблице "Эксплойты" используется ник хакера, а в качестве первичного – название эксплойта. При этом внешний ключ "ник хакера" является первичным ключиком в таблице "Хакеры", а сюда введен намеренно для связи двух таблиц и организации поиска нужной информации. Кстати, отношение "Эксплойты" совсем не обязательно будет состоять лишь из одного атрибута – можно добавить характеристики операционок, к которым применим эксплойт, количество целей, тип (локальный или удаленный) и т.п.

3. Многие -ко -многим. Суть этого типа связи в том, что ключ в одной таблице связывается с ключом другой и наоборот. С этим типом в реляционной модели дела обстоят очень плохо. Точнее, эту связь напрямую вообще никак не реализовать. Чтобы обойти этот недостаток, используется классическое решение: добавляется промежуточное отношение, которое будет связано типом "один-ко-многим" как с первой, так и со второй таблицей. Опять наглядный пример. Имеем два отношения: информация о хакерах и данные о серверах, которые когда-то были взломаны. Если подумать, то мы владеем следующей структурой: одним злоумышленником могут быть хакнуты несколько серверов (так часто и бывает в жизни), а на один сер-вак могут поселиться несколько хакеров (одновременно или последовательно), если админ вовремя не про-патчил баг. Чтобы реализовать подобную схему в реляционной БД, мы добавим промежуточное отношение из двух полей: ник хакера и адрес сервера. Таким образом, эта вспомогательная таблица будет иметь связь "один-ко-многим" как с первым, так и со вторым отношением. Конечно, в этом случае повысится избыточность данных, поэтому эксперты рекомендуют избегать таких связей.

Для каждой модели БД существует свой язык управления. Для реляционной модели таким языком является SQL (Structured Query Language, или структурированный язык запросов). Создатели этого языка стремились максимально приблизить свое детище к человеческому (английскому) языку и при этом наполнить его логическим смыслом.

Язык SQL существенно облегчает работу тем, кто постоянно имеет дело с реляционными СУБД. Строго говоря, без этого структурированного языка многим несчастным пришлось бы писать программу, например, на С. Представь: чтобы полноценно работать с таблицей, сначала необходимо создать этот объект, потом запрограммировать процедуры обращения к ней (извлечение и добавление строк). Для избавления от подобного геморроя разработчики СУБД позаботились о создании языка SQL.

Все SQL-запросы очень похожи на логические условия булевой алгебры (кто не прогуливал матан, тот меня поймет:)). Ты сам в этом убедишься, если посмотришь на врезку с основными командами языка.

Как уже было сказано, существуют и другие виды, кроме реляционных. В частности, объектно-ориентированные. Естественно, что для таких баз данных будет применяться уже другой язык запросов.

В большинстве объектно-ориентированных баз данных существует простой графический интерфейс, позволяющий пользователю получить доступ к объектам в навигационном стиле. При этом игнорируется принцип инкапсуляции: никто не запретит тебе увидеть внутренности объектов напрямую. Но, как говорят эксперты, навигационный стиль в ООБД – это в некотором смысле "шаг назад" по сравнению с языками запросов в реляционных СУБД. И мучительные поиски лучшего языка запросов к ООБД идут до сих пор.

Основные языки обращений к БД все же основываются на простом SQL-синтаксисе и имеют своего рода расширение, применимое к объектам. Примерами таких языков служат ORION, Iris и O2 Reloop.

Как видишь, не одной реляционной моделью славится рынок баз данных. В наше время разработчики стараются расширять свои программные продукты различными нововведениями, добавляя объектно-ориентированные надстройки в уже существующее реляционное ядро СУБД. В дополнение к этому модифицируется и язык запросов SQL. В SQL3 уже существуют специфические методы для работы с ООБД, но их реализация пока оставляет желать лучшего.

Для нужд обычного человека (то есть тебя) вполне хватит реляционных СУБД, которые применяются повсеместно. Это и всенародно любимый MySQL, и менее любимый Access, и MSSQL. Подобных систем управления масса, определись и выбери ту, что тебе больше по сердцу. А сделать этот нелегкий выбор, как всегда, поможет этот уникальный СПЕЦвыпуск;).

Типы баз данных.

Какие бывают базы данных? В большинстве случаев решения программистов ограничиваются двумя типами: локальная и клиент-серверная. В первом случае получается шампунь "все-в-одном". Во втором мы разделяем данные и клиентское приложение и получаем два уровня.

Однако уже достаточно давно существует выделение третьего уровня, и именно трехуровневую модель все обходят, боясь ее сложности. В этой статье мы рассмотрим каждую модель отдельно со всеми их преимуществами и недостатками.

ЛОКАЛЬНАЯ БАЗА

Самая простая база данных – локальная. В этом случае база и программа расположены на одном компьютере. Соединение с файлом базы данных происходит через специальный драйвер или напрямую. Драйвер умеет обрабатывать только простые запросы SQL-стандарта 1992 года и предоставлять данные программе или сохранять изменения в таблице. Все остальные манипуляции могут выполняться только программой. Таким образом, логика, данные и приложение работают как единое целое и не могут быть разделены.

Яркими и наиболее распространенными представителями такого рода баз являются Dbase (файлы с расширением.dbf), Paradox (расширение.db) и Access (расширение.mdb). Форматы Dbase и Paradox - это даже не базы данных, а таблицы, потому что в одном файле может храниться только одна таблица данных. Индексы, ускоряющие поиск и осуществляющие сортировку, находятся в отдельных файлах. Таким образом, одна база данных может состоять из множества файлов, и это иногда приводит к определенным проблемам при поставке приложения конечному пользователю.

Файлы Access являются гибридом таблиц и баз данных. Здесь уже все таблицы и индексы хранятся в одном файле, что намного удобнее в управлении. К тому же среда управления базами Access наиболее удобна и доступна в любом офисном пакете от MS. В остальном MS Access обладает теми же недостатками, что и остальные представители этого сословия.

Самый главный недостаток локальных баз данных, как говорит юморист М. Задорнов, – "они тупые". Да-да. Качество и скорость доступа напрямую зависит от драйвера. В большинстве из них не было оптимизаторов SQL-запросов и какого-либо кеширо-вания. Возможности железа использовались минимально, поэтому на больших базах запросы выполняются крайне медленно.

Таблицы Dbase и Paradox были разработаны слишком давно, и их самое слабое звено - это индексы. В этих таблицах нет транзакций и соответствующего журнала. После добавления новой записи, если драйвер не успел обработать изменения в индексах и произошла ошибка (пропал свет или произошел зависон), то индекс рушится и для восстановления приходится использовать специальные утилиты или переформировывать индексы. В базах Access у меня таких проблем не было, потому что в них индексы защищены лучше.

Что такое разрушенный индекс? Индекс – это колонка, в которой все значения строк обязательно уникальны. Чаще всего для этих целей используется простой счетчик. Допустим, пользователь добавил запись и счетчик присвоил ей значение 195, но само значение счетчика не изменилось. При добавлении следующей записи счетчик снова пытается втулить нам число 195, но так как такая запись уже есть, происходит ошибка. Это и есть нарушение индекса, и лечить его достаточно просто (но нудно) – переформировать индекс.

СЕТЕВАЯ БАЗА ДАННЫХ

Почему локальные базы называют локальными? Да потому что с данными работает только один пользователь и потому что база данных и программа находятся на одном компьютере. В случае с небольшими проектами это нормально, но для больших объемов данных один оператор не справится с задачей и потребуется, чтобы несколько человек могли работать с общими данными.

Сетевые базы данных были призваны решить такие проблемы. В принципе, это те же локальные базы, только выложены они на сетевой диск сервера (это может быть простой файловый сервер или компьютер с шарами), и несколько клиентов обращаются к одной базе по сети.

Посмотрим, как происходит обращение к базе данных. Программа и драйвер находятся на клиенте, а данные находятся на сервере или просто на удаленном компьютере. Как программа получает данные? Клиент передает драйверу SQL-запрос, который должен быть выполнен, но данные-то находятся удаленно! Чтобы отработать запрос, вся нужная таблица (в случае с Access - вся база данных, потому что все в одном файле) выкачивается на компьютер клиента, где драйвер обрабатывает данные.

Я бы побил того, кто придумал такую технологию, потому что это самое настоящее издевательство над системой. Представляешь, что будет, если надо выполнить запрос на базе данных в 1 Гб с телефонным соединением в 34 Кб/с? Это то же самое, что заставить

добывать нефть через трубочку для молочных коктейлей.

А ведь некоторые российские компании (не будет показывать пальцем) предоставляли нам сетевые решения на основе dbf-файлов в области бухгалтерии, делопроизводства и экономики. Это уже издевательство. Меня несколько раз просили восстановить умершие базы складской программы, после того как встроенные в программу средства не справлялись с задачей.

Но страшнее всего начали вести себя индексы. У таблиц Paradox, если они находились на расшаренном диске Win95, мне приходилось ремонтировать индексы как минимум раз в неделю. Когда я убрал файлы базы данных на сетевой диск сервера NetWare 3.11 (это был где-то 1998 год), проблемы с нарушением индексации сразу исчезли (наверное, потому что это действительно сервер, а не корявый Windows 9x).

При сетевом соединении многополь-зование получалось неполное. Изменения одного пользователя не были видны другим, приходилось перезапускать программу или пересоединяться, потому что именно в момент коннекта программа сосет все данные

КЛИЕНТ-СЕРВЕР

Обломавшись с сетевыми базами, монотонную модель наконец-то решили разделить на два уровня – приложение и база данных. Теперь база данных – это не просто таблица с данными, а целый движок, в задачи которого входит не только хранение данных, но и обработка запросов.

В технологии клиент-сервер драйвер уже изменил свое назначение, и теперь он уже должен только знать, как подключится к серверу и передать ему запрос. Остальное перекладывается на плечи сервера. Такая технология намного сокращает трафик, особенно при хорошем программировании. Допустим, пользователю нужно увидеть все данные, в которых имя определенной колонки содержит слова на букву "А". Клиен ту достаточно направить серверу всего лишь такой текст:

FROM Имя таблицы

WHERE Колонка LIKE ‘А%’

Сервер базы данных, получив запрос, разбирает его и придумывает для себя оптимальный план выполнения, в данном случае - поиска нужных строк.

Получив нужные данные, сервер возвращает только их и ничего больше. Таким образом, клиент в любой момент может запросить у сервера нужные данные и не будет необходимости гонять по сети всю базу данных. При хорошо построенном приложении и оптимальных запросах клиент сможет работать с базой данных любого размера даже через модем в 56 Кбит/с. Неплохо? Главное - запрашивать только то, что нужно, и маленькими кусками.

ОСОБЕННОСТИ КЛИЕНТ-СЕРВЕРА

Возможности клиент-серверных баз данных зависят от производителя. Самые простые возможности предоставляют такие базы, как MySQL. В них сервер имеет встроенный движок обработки запросов и основные возможности по обеспечению безопасности и распределению прав.

В более солидных клиент-серверных базах (MS SQL Server, Oracle и т.д.)

есть следующие дополнительные возможности:

1. вьюшки – более подробно обсуДим в статье по безопасности;

2. триггеры – функции, которые могут вызываться на определенные события (вставка, изменение и удаление данных), в этих функциях может производиться какая-то логика по обеспечению целостности данных;

3. репликация – объединение баз данных (допустим, у фирмы есть два офиса и в каждом из них своя база; настроив репликацию, обе базы могут автоматически сливаться в одну в главном офисе или обмениваться изменениями по расписанию);

хранимые процедуры и функции, которые выполняются на сервере по мизерному запросу клиента и могут содержать целые подпрограммы с логикой, которые будут выполнять какие-либо действия; для написания таких программ используется уже не просто язык SQL, а его расширение – Transact-SQL (для MS баз) и PL/SQL (для Oracle и др.).

Список возможностей зависит от конкретной базы данных, ее наворо-ченности и может быть больше или меньше.

ИНДЕКСЫ НА СЕРВЕРЕ

Из-за наличия в серверных базах данных управления транзакциями, про проблемы с индексами можно забыть. Допустим, пользователь добавил запись. В этот момент начинается транзакция (неявная), в течение которой производятся все необходимые действия по сохранению данных. Если что-то пошло неправильно и сохранение не прошло до конца, все изменения откатываются и ничего в работе сервера не нарушается.

Транзакции могут быть и явными, если программист сам указывает, где начало и конец, и если в них может выполняться несколько операций изменения или добавления данных. В этом случае сервер при возникновении ошибки в указанном блоке откатит любые изменения всех операций, сделанные во время выполнения явной транзакции.

В локальных базах данных индексы хранятся линейно. Это как колонка из упорядоченных данных, и для строк это то же самое, что выстроить все слова по алфавиту. Конечно же, такой индекс упрощает поиск. Когда происходит сканирование по индексу и когда программа видит, что уже пошло слово больше, чем задано в условии поиска, сканирование может прекращаться и не придется просматривать всю базу данных. Например, поищем слово "Абажур". Оно будет где-то в начале, и чтобы его найти, нужно просканировать всего лишь начало таблицы, не дальше, чем все слова на букву А. За счет того, что данные упорядочены, мы можем быть уверенными, что все остальные слова будут на буквы Б, В и т.д.

В случае с серверной базой индексы чаще всего (в зависимости от базы и типа индекса) хранятся немного подругому – в виде дерева. Сколько слов надо проверить для поиска слова "якорь" в базе данных при линейном индексе? По сути, практически все. При древовидном хранении индекса - не более чем для слова "Абажур". Для пояснения древообразного индекса рассмотрим классическую задачу (в реальности все немного сложнее, но идея такая же). В самом верху дерева хранится алфавит. Программа находит букву А и спускается на уровень ниже. Здесь она находит все слова на буквы А, Б и двигается еще ниже. И так - пока не найдется нужное слово

Таким образом, даже если нужное слово находится в самом конце, его поиск будет ненамного дольше, чем поиск слова из начала таблицы.

ТРЕТИЙ УРОВЕНЬ

Многие программисты, которых я знаю, способны работать только с двухуровневой моделью, то есть с клиент-серверными приложениями. Не потому, что они больше ничего не знают, а потому, что просто не видят преимуществ трехуровневой модели и не хотят мучиться с лишними проблемами, а ведь в будущем, во время сопровождения программ, три уровня по идее могут спасти их от лишних болезней анального отверстия.

Я работал в одной фирме (не будем тыкать в нее вилами), у которой было несколько офисов по России, и в каждом из них - парк компьютеров из 20-30 штук. В московском офисе эта цифра превышала сотню. Корпоративные программы обновлялись каждые две недели (вносились изменения, добавления и т.д.). Бедные админы в момент обновлений работали по субботам, чтобы пропатчить софт на каждой машине и убедиться в функциональности. Как решить эту проблему?

Самое простое – использовать трехуровневую систему: клиент, сервер логики (умники любят говорить "бизнес-логика") и сервер приложения. В такой системе вся логика собрана в сервере приложений. Если что-то изменилось в базе данных или в логике обработки данных, достаточно обновить его, и все клиенты будут работать по-новому без каких-либо патчей.

Преимущество такой системы состоит еще и в том, что на клиентских машинах не нужно держать драйвера доступа к каким-либо базам. Клиенты должны только знать, где находится сервер приложений, уметь к нему подключится и правильно отобразить данные.

Представим себе классическую задачу – появление новой версии базы данных или переход на базу качественно более нового уровня. Ну не хватает нам уже возможностей MySQL, захотелось заполучить всю мощь Oracle. Для этого переустанавливается сервер баз данных, изменяется сервер приложений на подключение к новой базе - и клиенты готовы к работе. Их обновлять не надо!

Но самое интересное то, что клиентская программа может быть какой угодно. Можно написать сценарии, которые позволят работать с сервером приложении прямо из браузера. В этом случае с базой смогут работать пользователи на любой платформе (Windows, Linux и т.д.).

Виды структур баз

База данных (БД) – это электронное хранилище какой-либо информации, имеющее свою определенную, наиболее удобную и функциональную структуру. Для создания баз данных и работы с ними используют различные СУБД (системы управления базами данных). Базы данных различаются по своей структуре: дореляционные (на инвертированных списках, иерархические системы и сетевые СУБД), реляционные и постреляционные (например, объектные).

Введение

Широкое использование систем переработки информации в различных сферах управленческой деятельности, для решения сложных экономических задач, проведения научных исследований обусловливают повышенные требования к эффективности организации данных в условиях коллективного пользования.

Традиционный способ организации данных в виде массивов, ориентированных на конкретные задачи, отличается статичностью, жесткой привязкой к соответствующему программному обеспечению, приводит к дублированию при накоплении и проверке данных, вызывает значительный перерасход памяти на их хранение, частую реорганизацию данных при изменении задач и т.п.

Одним из главных путей преодоления указанных недостатков является создание баз данных, обеспечивающих поддержание в системе динамической информационной модели сложных управляемых объектов и процессов и коллективный доступ к ней.

1. Организация баз данных

База данных (БД) определяется как совокупность взаимосвязанных данных, характеризующихся: возможностью использования для большого количества приложений; возможностью быстрого получения и модификации необходимой информации; минимальной избыточностью информации; независимостью прикладных программ; общим управляемым способом поиска.

Возможность использования базы данных для многих прикладных программ пользователя упрощает реализацию комплексных запросов, снижает избыточность и повышает эффективность использования информации в системах обработки данных. Минимальная избыточность и возможность быстрой модификации позволяют поддерживать данные на одинаковом уровне обновления. Независимость данных и использующих их прикладных программ является основным свойством базы данных. Независимость данных подразумевает, что изменение данных не приводит к изменению прикладных программ.

Традиционной формой организации баз данных, обеспечивающей такую независимость, является трехуровневая структура: логическая структура данных прикладного программиста (подсхема); общая логическая, структура данных (схема); физическая структура данных.

Схемы и подсхемы базы данных часто изображают в виде диаграмм. На рис. 1 приведена общая схема логической структуры базы данных и подсхемы двух прикладных программистов, которые имеют различные представления о данных. Сплошные линии обозначают связи на схеме. Простые связи обозначаются одной стрелкой, связи "один ко многим" - двойной стрелкой. Штриховые линии отображают перекрестные ссылки. Наличие перекрестных ссылок позволяет избежать повторения записей ПОСТАВЩИК и СПЕЦИФИКАЦИИ - ПАРТИИ -ТОВАРА в каждой записи СТАТЬЯ ЗАКУПКИ.

Создание базы данных не является единовременным процессом, оно растягивается на весь период ее существования. Трехуровневая организация обеспечивает возможность быстрого изменения структуры базы данных в условиях ведения и модификации систем управления и наращивания задач пользователей, а также в условиях совершенствования и наращивания аппаратных средств. Трехуровневая организация обеспечивает взаимную независимость изменений общей логической структуры базы данных и прикладных программ (логическая независимость данных) и возможность изменения физического расположения и организации данных без изменения общей логической структуры данных и структур данных прикладных программистов (физическая независимость).

2. Системы управления базами данных

Использование систем управления базами данных (СУБД) позволяет исключить из прикладных программ описание данных и детальное программирование управления данными. Описания заменяются ссылками на общую логическую структуру данных, а программирование управления – командами манипулирования данными, которые выполняет универсальное программное обеспечение.

Основной функцией СУБД наряду с обновлением данных является обработка запросов пользователей по поиску и передаче данных прикладным программам. Например, последовательность основных действий, реализуемых СУБД в процессе считывания записи, состоит из следующих операций: прикладная программа выдает запрос СУБД на чтение записи, в котором содержится значение ключа сегмента или записи; СУБД осуществляет в подсхеме прикладной программы поиск описания данных, на которые выдан запрос; СУБД с помощью общей логической схемы данных определяет, какого типа логические данные необходимы; СУБД по описанию физической организации данных определяет, какую физическую запись требуется считать; СУБД выдает операционной системе команду чтения требуемой записи; операционная система считывает данные в системные буферы; СУБД на основании сравнения схемы и подсхемы выделяет информацию, запрошенную прикладной программой; СУБД передает данные из системных буферов в рабочую область прикладной программы.

Действия, которые осуществляет СУБД при обновлении данных, аналогичны операциям считывания. СУБД будет осуществлять необходимые преобразования данных в системных буферах, обратные тем преобразованиям, которые были сделаны при считывании данных. Затем система управления базами данных выдает операционной системе команду ЗАПИСАТЬ. Общая архитектура системы управления базами данных приведена на рис. 2. Она присуща всем СУБД, которые различаются ограничениями и возможностями по выполнению соответствующих функций.

Процесс сравнения и выбора таких систем для конкретного применения сводится к сопоставлению их возможностей с конкретными требованиями и ограничениями пользователя.

Для работы с системой управления базой данных необходимо несколько языков: языки программирования, языки описания схем и подсхем, языки описания физических данных. Прикладной программист использует языки программирования для написания программ (КОБОЛ, ФОРТРАН, ПЛ/1, АССЕМБЛЕР) и средства для описания данных - язык описания подсхем. Язык описания подсхем может представлять собой средство описания данных в языке программирования, средство, обеспечиваемое СУБД, а также независимый язык описания данных. Многие СУБД используют средства описания данных языков программирования. Для прикладного программиста СУБД должна обеспечить средства передачи команд и интерпретации сообщений, выдаваемых системой. Интерфейс между прикладной программой и СУБД - язык манипулирования данными - встраивается в язык программирования. Запись запрашивается на языке манипулирования данными и считывается в рабочую область прикладной программы; аналогично при включении записи в базу данных прикладная программа помещает ее в рабочую область и выдает команду на языке манипулирования данными. Типичными командами языка манипулирования данными являются: открыть файл или набор записей; закрыть файл или набор записей; определить местонахождение и считать указанный экземпляр записи; передать содержимое указанных элементов данных из определенного экземпляра записи; заменить значение определенных элементов указанного экземпляра записи величинами из рабочей области программы; вставить в набор записей запись из рабочей области; удалить определенный экземпляр записи из последовательности записей; запомнить новый экземпляр записи в базе данных; удалить определенный экземпляр записи из базы данных; переупорядочить записи в группе в убывающей или возрастающей последовательности по указанному ключу.

Системный программист использует язык описания общей логической схемы данных. Этим языком может быть расширение языка программирования, средство СУБД или независимый язык. Для описания размещения данных системный программист использует некоторую форму языка описания физических данных. Этот язык определяет размещение данных на физических устройствах, управление буферизацией, способы адресации и поиска.

При возникновении в системе управления новых задач, связанных с переработкой больших объемов информации, возникает проблема выбора способа организации данных, обеспечивающих ее решение. При этом необходимо рассмотреть возможные способы организации данных и эффективность их применения для решения поставленной задачи: организация данных в виде файлов; использование существующей базы данных (без изменений общей логической схемы данных); разработка новой логической схемы базы данных с использованием универсальной СУБД; разработка базы данных и специальной СУБД.

Любой необходимый для оценки и выбора способа организации базы данных анализ должен начинаться с тщательного изучения потребностей пользователя. На основе изучения пользовательских требований следует составить полный список подлежащих хранению данных с указанием их характеристик и взаимосвязей, список взаимодействующих с базой процессов и пользователей с указанием их приоритетов и заданием параметров доступа к данным, сформулировать требования к времени и стоимости обращения к базе данных. Кроме того, необходимо проанализировать имеющиеся аппаратные средства (размер основной памяти процессора, конфигурацию операционной системы с учетом средств передачи данных, доступных ресурсов и возможностей расширения внешней памяти), а также численность и квалификацию системных и прикладных программистов.

Если возникает необходимость организации данных для решения ряда прикладных задач при отсутствии функционирующей базы данных, следует оценить целесообразность использования концепции базы данных для решения поставленных задач. Основой для использования базы данных являются следующие факторы: значительное перекрытие массивов по данным, дублирование накопления и проверки данных, необходимость решения проблемы непротиворечивости элементов; значительное число потребителей информации; значительное число типов запросов; относительное постоянство номенклатуры запросов. Вместе с тем при принятии решения об организации базы данных следует помнить, что ее создание может привести к снижению эффективности отдельных прикладных программ и запросов, так как цель организации БД – повышение эффективности всей системы.

При возникновении новых задач в системе управления с функционирующей базой данных следует оценить возможность использования общей структуры данных для описания предметных областей, т.е. совокупности объектов и процессов новых пользователей на языке подсхем функционирующей базы данных или, если существующая общая логическая схема нуждается в модификации, оценить затраты на внесение необходимых изменений и влияние этих изменений на общие характеристики системы с точки зрения удовлетворения потребностей всех пользователей системы.

В случае принятия решения о разработке новой базы данных возникают задачи выбора универсальной или разработки специализированной СУБД, а также проектирования ее общей логической и физической структуры, причем выбор СУБД, как правило, является основой для проектирования и организации логической и физической структур базы данных.

Существующие СУБД обеспечивают три основных подхода в управлении данными: иерархический, сетевой и реляционный (рис. 3). Иерархический подход основан на представлении иерархии объектов. Иерархические взаимосвязи непосредственно поддерживаются в физических конструкциях СУБД. Иерархические взаимосвязи являются частным случаем сетевых взаимосвязей. Например, поставщик может поставлять несколько видов товаров, а каждый вид товара может иметь несколько поставщиков. Реляционные системы не вводят различия между объектами и взаимосвязями. Сетевые и иерархические взаимосвязи могут быть представлены в виде двухмерных таблиц, называемых отношениями и обладающих следующими свойствами: каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных (повторяющиеся группы отсутствуют); элементы столбца имеют одинаковую природу, столбцам однозначно присвоены имена; в таблице нет двух одинаковых строк; строки и столбцы могут просматриваться в любом порядке вне зависимости от их информационного содержания. База данных, построенная с помощью отношений, называется реляционной и в идеале обладает следующими преимуществами: возможностью использования неподготовленными пользователями; простотой системы защиты (для каждого отношения задается правомерность доступа); независимостью данных; возможностью построения простого языка манипулирования данными с помощью алгебры отношений.

При выборе универсальной СУБД для реализации конкретной совокупности прикладных программ на основе использования базы данных следует оценить предоставляемый пользователю язык описания данных, язык манипулирования данными и средства поддержания физической базы данных. В качестве характеристик, определяющих язык описания данных, обычно выделяют: наглядность, простоту изучения, степень независимости данных, процедуры защиты от несанкционированного доступа, элементы описания (типы данных, размер и имя и др.), поддерживаемые взаимосвязи (иерархические, сетевые, реляционные). Среди характеристик языков манипулирования данными следует выделить: представляемые средства доступа (в физической последовательности, по значению элемента данных, по ключу), совместимость с базовыми (высокоуровневыми) языками программирования, простоту изучения и использования, независимость данных, возможности и средства одновременного использования базы несколькими прикладными программами.

3. Выбор СУБД

Он осуществляется с учетом потребностей пользователя одним из следующих методов: анализа возможностей, экспериментальной проверки, имитации и моделирования.

Метод анализа возможностей основан на балльной оценке приведенных выше характеристик СУБД с точки зрения требований пользователя. Каждая характеристика изучается с двух позиций - присутствует ли она в предлагаемой СУБД и каково ее качество. Качество ранжируется по стандартной шкале. Коэффициент ранжирования умножается на выделенный для данной составляющей вес, и взвешенные по каждой составляющей баллы суммируются.

Метод экспериментальной проверки состоит в создании определенной прикладной среды и получении с ее помощью эксплуатационных характеристик заданной программно-аппаратной системы. Для экспериментальной проверки необходимо спроектировать и загрузить типовую базу данных; затем с использованием языка манипулирования данными СУБД промоделировать требования по обработке существующих и ожидаемых прикладных программ и выполнить экспериментальную проверку рассматриваемых СУБД.

В методе имитации и моделирования работы СУБД применяют математические выражения, определяющие зависимость одного из параметров от других. Например, время обращения можно представить в виде функции от числа обращений к диску, количества передаваемой информации и процессорного времени формирования отклика на запрос. Так как перечисленные параметры зависят от способа хранения данных и способа доступа к ним, для различных СУБД требуются разные модели. Если эти модели разработаны, их можно использовать для оценки времени и стоимости обработки при использовании различных СУБД, задавая разнообразные условия (изменяя размеры базы данных, методы доступа, коэффициенты блокирования и т.п.).

Неквалифицированный проектировщик может наложить ограничения конкретной СУБД уже на ранней стадии проектирования базы данных. При этом пользовательские требования искусственно задаются иерархическими и сетевыми структурами определенной СУБД без рассмотрения других возможных проектных решений. Такой подход может привести к уменьшению эффективности системы.

Ниже приведены краткие характеристики некоторых универсальных СУБД.

СУБД ИНЭС ориентирована на решение информационно-поисковых задач главным образом с использованием диалога. В ней обеспечиваются возможности быстрого обращения к базе для получения данных справочного характера и эффективного просмотра больших объемов данных при составлении сводок и при формировании исходных массивов для решения экономических задач.

В системе допускается обращение к данным из прикладных программ пользователя, написанных на языке АССЕМБЛЕР, ПЛ/1, КОБОЛ, АЛГОЛ-60, ФОРТРАН-4.

Используются специальные входные языки (язык ввода экономических показателей, язык ввода документов) и язык запросов, которые удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к языкам описания данных и языкам манипулирования данными.

Для работы с данными, имеющими иерархическую структуру, служит специальный метод доступа. СУБД ИНЭС имеет систему формирования выходных сообщений и систему визуализации сообщений, которые позволяют пользователю задавать структуру документа и его реквизиты, осуществлять поиск, изменение и корректировку данных и вывод их на дисплей.

СУБД КВАНТ-М представляет собой систему реального времени, предназначенную для работы на мини-ЭВМ и используемую для решения задач в информационно-поисковых и справочных системах (фактографических, библиографических, резервирования заказов и т.п.).

Пользовательские программы могут быть написаны на языках КОБОЛ, ФОРТРАН, БЕЙСИК-2 и обращаются к базе данных с помощью САМ-интерфейса.

СУБД КВАНТ-М поддерживает базу данных, состоящую из набора массивов (файлов). Записи массива имеют одинаковую структуру и уникальный последовательный номер (ISN). Записи состоят из полей, которые являются минимальной единицей данных в базе. Поле может быть объявлено ключом. Для описания данных в файлах создается схема, содержащая имена полей записей, их тип и признак, указывающий, является ли поле ключом. Для пользователей создается одна или несколько подсхем, к которым они имеют доступ.

Физическая структура данных использует инвертированные списки значений ключей и обеспечивает независимость адресации от физического расположения данных. Система обеспечивает следующие типы доступа: последовательный по ISN; в логической последовательности; по запросу.

Языком манипулирования данными является язык КВАНТ СКРИПТ-М. Это англоподобный диалоговый язык, предназначенный для эффективного поиска и выделения записей в базе данных и вывода их на дисплей.

В последнее время организован выпуск быстродействующих персональных ЭВМ с большой оперативной и внешней памятью, с возможностью их объединения в локальную вычислительную сеть. Для этих ЭВМ появились и продолжают появляться универсальные СУБД, предоставляющие пользователю средства и удобства иногда более богатые, чем у мини-ЭВМ и больших ЭВМ. Этот процесс еще не установился, в связи с чем не имеет смысла приводить в учебнике характеристики этих СУБД.

4. Специализированные базы данных

Процесс проектирования специализированной базы данных включает: логическое проектирование, физическое проектирование, разработку специализированной СУБД.

Логическое проектирование предусматривает анализ. требований, моделирование данных прикладных программ и их интеграцию, разработку логической схемы. Анализ требований пользователей проводится с применением стандартных методов системного анализа: документирования, обследования, имитированных отчетов. В результате анализа требований получают систематизированные наборы данных и спецификации обработки с использованием стандартных определений данных, минимизирующих противоречия в разработанных спецификациях.

Модель данных предназначена для отображения пользовательской среды. Так как база данных создается для многих пользователей, этап интеграции призван разрешить противоречия между требованиями пользователей в процессе моделирования.

На этапе создания схемы модели пользователей необходимо объединить в одну, из которой можно выделять все альтернативные представления. Задача синтеза оптимальной логической структуры базы данных состоит в определении оптимальной в смысле принятого критерия логической структуры, обеспечивающей реализацию совокупности запросов всех пользователей системы. Среди используемых критериев синтеза логической структуры базы данных можно выделить минимум стоимости хранения, обновления и передачи информации за определенный период, минимум суммарных информационных потоков, минимальный объем хранимой информации, минимум стоимости обновления информации, максимум быстродействия, максимум надежности. Если спецификации требований и модели данных не зависят от СУБД, то схема базы данных представляет собой ее описание на языке описания данных. В дополнение к схеме разрабатываются описания подмножеств базы данных (подсхемы) пользователей. Проектирование физической базы данных включает физическое представление данных, выбор и документирование методов доступа, размещение данных.

Основываясь на логической схеме, проектировщик физической организации должен определить представление каждого элемента данных, записей и массивов. Для каждого физического массива необходимо установить его размер. При определении физического представления данных необходимо учитывать следующие факторы: экономию памяти, минимизацию избыточности (использование ссылок или указателей), способ обработки (последовательная, произвольная) и адресации, коэффициент активности массива и записей (определяет выбор устройств с прямым или последовательным доступом), независимость данных, время отклика на запрос (определяет организацию данных и тип запоминающего устройства).

Специфика задач, решаемых на основе разрабатываемой базы данных, требования пользователя и логическая схема базы данных являются основой для выбора способа адресации и организации поиска данных. Среди способов адресации различают: последовательное сканирование, блочный поиск, двоичный поиск, индексно-последовательный способ, прямую адресацию, перемешивание и различные их комбинации.

Последовательное сканирование связано с проверкой ключа каждой записи. Способ может быть эффективен только при пакетной обработке последовательных массивов на магнитной ленте.

Блочный поиск используется в случаях упорядоченных по ключу последовательных массивов. Записи группируются в блоки и каждой блок проверяется, пока не будет найден нужный блок, записи которого считываются.

При двоичном поиске поисковая область каждый раз делится пополам, и ключ полученной записи сравнивается с поисковым ключом. Двоичный поиск обычно не пригоден для устройств с прямым доступом и применяется при поиске индексов массивов.

Индексно-последовательный способ адресации использует индексы. Индекс верхнего уровня указывает местоположение индекса нижнего уровня, который указывает место расположения блока записей. Блок записей либо сканируется, либо в нем проводится двоичный или блочный поиск. Метод предусматривает упорядоченность записей по ключу. В случае произвольного массива применяется индексно-произвольный способ. Однако при этом требуется значительно больший по размерам индекс, так как он должен содержать по одному элементу для каждой записи массива, а не для блока записей.

Прямая адресация предусматривает некоторое преобразование ключа в адрес. Существует много методов преобразования ключа в адрес в массиве. Наиболее простой способ состоит в указании во входном сообщении относительного мониторного адреса записи. В некоторых приложениях адрес вычисляется на основе идентификаторов объектов.

Способ перемешивания состоит в том, что ключ элемента данных преобразуется в квазислучайное число, которое используется для определения места расположения записи.

При проектировании физической структуры базы данных необходимо определить и документировать способ доступа к каждому типу записей, определить записи, доступ к которым проводится непосредственно по ключам, и записи, доступ к которым осуществляется с помощью указателей из других записей или индексов. Каждому массиву в зависимости от метода доступа необходимо выделить место на физических устройствах (магнитных дисках, лентах). При этом данные размещаются таким образом, чтобы обеспечить приоритет часто используемым данным или максимизировать степень близости хранимых данных.

Наиболее широко используемым является индексно-последовательный способ адресации. При этом можно использовать два метода доступа – ISAM и VSAM. В методе доступа ISAM записи группируются так, чтобы они могли располагаться на отдельных дорожках цилиндров модуля дисков, а одна дорожка на каждом цилиндре отводится для индексов, указывающих на записи, расположенные на данном цилиндре. При необходимости внесения новых данных они помещаются в область переполнения (в дорожку индексов включаются также указатели на области переполнения). Метод доступа VSAM аналогичен методу ISAM, однако метод VSAM не зависит от типа оборудования и не оперирует такими категориями, как дорожки и цилиндры. Вместо цилиндров, разделенных на дорожки, используются управляемые области, в свою очередь подразделяемые на управляемые интервалы. В методе VSAM для одной управляемой области имеется один набор указателей (индекс).

Проектирование специализированной СУБД предусматривает разработку языка описания данных, языка манипулирования данными и средства поддержания физической базы данных. Основные требования, которым должны удовлетворять языки описания данных и манипулирования данными, были определены при рассмотрении вопроса выбора универсальной СУБД. Наиболее распространенным языком описания данных программиста (подсхем) является раздел данных КОБОЛа, для описания схем и физической структуры базы данных в современных СУБД, как правило, разрабатываются свои собственные языки описания данных. Ассоциацией по языкам систем обработки данных (CODASYL) предложен язык описания данных, который используется как для логического описания данных, так и для описания их физической организации.

5. Распределенные базы данных

В связи с созданием и развитием в настоящее время ряда АСУ на базе сетей ЭВМ актуальным является проектирование распределенных баз данных (РБД). Распределенная база данных представляет собой систему информационно-взаимосвязанных и определенным образом взаимодействующих локальных баз данных (ЛБД), имеющих свое информационное содержание и структуру. По существу РБД представляет собой рассредоточенную систему памяти, хранящей все данные, необходимые соответствующей АСУ. Особенность ее в том, что фрагменты сформированной логической структуры размещаются в территориально удаленных базах данных. Физическая реализация связанности РБД осуществляется организацией информационных потоков внутри ЛБД и между ними по каналам связи.

Основной проблемой при создании РБД является размещение данных; это определяет такие характеристики РБД, как объемы хранимых и обновляемых данных, интенсивность потоков информации и надежность систем.

Проектирование РБД может проходить в условиях:

а) создание АСУ только начинается и стоит задача выбора оптимальной структуры РБД и размещения отдельных ЛБД;

б) существует определенное количество ЛБД и ВЦ и стоит задача размещения дополнительного числа ЛБД и оптимального изменения структуры связей в системе;

в) формирование географии и структуры системы закончено и стоит задача оптимального переразмещения массивов и изменения топологии связей.

Наиболее характерными задачами при проектировании РБД являются определение структуры РБД, определение топологии связей, выбор стратегии поиска и обновления информации, выбор системы управления РБД.

Различают централизованные, децентрализованные и комбинированные структуры РБД. Наиболее широкое распространение получили комбинированные РБД, для которых характерно наличие центральной базы данных, хранящей общесистемную информацию о размещении массивов в РБД. Число ЛБД на каждом уровне иерархии определяется ограничениями на объемы хранимой информации и ограничениями на стоимость создания ЛБД. Размещение ЛБД зависит от размещения потребителей и источников информации.

Выбор топологии сети ЛБД определяется характером их информационных взаимосвязей, направлением и интенсивностью информационных потоков, необходимой надежностью и достоверностью передачи информации. Обычно пользователи прикрепляются к одной ЛБД и через эту ЛБД связываются с остальными базами данных в РБД. Различают следующие типы структур связей ЛБД в РБД: радиальную, радиально-узловую, кольцевую, каждый с каждым, комбинированную (рис. 4, а - г). Наиболее надежной, с быстрым поиском информации является система со структурой "каждый с каждым". Информационные связи такого типа характерны для объектов, подчиненных друг другу только функционально.

Стратегия поиска влияет на количество и размещение структурной и потоки запросной информации. При отсутствии информации, затребованной пользователем в ближайшей ЛБД, могут быть предложены следующие стратегии поиска:

1) по структурной информации о размещении данных в РБД происходит поиск необходимой ЛБД и обращение к этой ЛБД;

2) осуществляется поиск в ЛБД более высокого ранга; если необходимая информация отсутствует, анализируется структурная информация о содержании всех подчиненных ЛБД; если необходимая информация отсутствует, переходят к ЛБД более высокого уровня иерархии;

3) осуществляется обращение в управляющую ЛБД, где хранится структурная информация о всех ЛБД;

4) осуществляется опрос всех ЛБД либо параллельно, либо последовательно.

Стратегия 1 обеспечивает минимальные объемы запросной информации, но в каждой ЛБД необходимо хранить структурную информацию о размещении массивов в РБД.

Стратегия 2 характерна для иерархических систем, в которых преобладают информационные потоки сверху вниз.

Стратегия 3 минимизирует структурную информацию.

Стратегия 4 отличается большими потоками запросной информации.

Функционирование РБД предполагает наличие в ней потоков обновления информации. Среди стратегий обновления можно выделить следующие: обновление всех дублируемых массивов по всем ЛБД выполняет источник информации; источник обновляет информацию только в ближайшей ЛБД, все остальные дублируемые массивы обновляются по инициативе этой ЛБД; обновление дублируемых массивов проводится по алгоритму (например, минимизирующему суммарные потоки обновления). Стратегия обновления должна обеспечивать заданную надежность, достоверность и быстродействие РБД. Разработка и внедрение эффективных систем управления РБД находятся в настоящее время на начальном этапе. Основной критерий при разработке системы управления РБД – минимальная трудоемкость создания и внедрения ее математического обеспечения. Задача может решаться доработкой и подстройкой существующих СУБД или созданием эффективных специальных систем управления РБД.