Базы данных и информационные системы. Что такое база данных

30.08.2019

Эта статья посвящена понятию базы данных. Различные базы данных сегодня активно используются при работе с ПК - персональными компьютерами. Для краткости введем принятую аббревиатуру и для базы данных - БД.

Что такое база данных: определение и функции

На вопрос, что такое база данных, информатика дает очень четкий ответ.

Базой данных (БД) называется совокупность материалов, которые систематизированы таким образом, чтобы их было легко найти и обработать с помощью ПК или другой ЭВМ (электронно-вычислительной машины). Под материалами может пониматься все, что угодно: статьи, различные документы, отчеты и т.д.

БД называется также такая совокупность данных, которая хранится на ПК в соответствии с определенной схемой.

Существует и еще одно определение: БД - это набор перманентных данных, которые используются различными программными системами какой-либо организации.

Исходя из этих определений, нетрудно догадаться, для чего нужна база данных для ПК. Различные БД используются для систематизации и хранения большого количества однотипных документов и быстрого доступа к ним. Помните, когда вы раньше приходили в какую-нибудь крупную библиотеку, сколько времени у библиотекаря занимало нахождение интересующей вас книги? А ведь не всегда можно сразу даже вспомнить, есть ли какой-то материал в картотеке. Теперь эта проблема решена. Достаточно открыть на своем компьютере интересующую БД и набрать в поиске интересующее название. Быстрое нахождение и обработка интересующей информации из списка - вот для чего предназначена база данных и программы, оперирующие различными БД. Современные БД и программы, с помощью которых они обрабатываются, оказывают неоценимую помощь людям различных профессий, которые вынуждены работать с большими объемами однотипной информации. Это прежде всего торговые работники, библиотекари, работники медицинских учреждений, бухгалтеры.

Что такое реляционная база данных

Реляционной БД называется такая БД, которая основана на реляционной модели данных. Более точное определение мы приведем, так сказать, из первых уст. Напомним, что реляционную модель данных предложил и впоследствии реализовал американский математик Кодд в 1970 году. А в статье от 1985 года он же сформулировал 12 правил, по которым можно определить, что данная БД является реляционной. Приведем их здесь.

Правило информации. Вся информация в БД должна быть представлена только в виде значений, содержащихся в таблицах, то есть на логическом уровне.
Гарантированный доступ. Доступ к каждому элементу БД должен осуществляться с помощью имени таблицы имени столбца и первичного ключа.
Поддержка недействительных значений. Нулевые значения в БД должны использоваться для представления отсутствующих данных и должны отличаться от любых числовых символов и символа пробела.
Динамический каталог. Описание БД на логическом уровне представляется в таком же виде, что и основные данные.
Исчерпывающий подъязык данных. В реляционной БД должен существовать особый символьный язык с четким синтаксисом, который поддерживает различные элементы самой БД: обработку, определение данных, границы транзакций и т.п.
Обновление представлений. Делает доступными все представления, которые возможно обновить.
Добавление, обновление и удаление. Возможность работать с БД при этих операциях.
Независимость физических данных.
Независимость логических данных.
Независимость условий целостности. Существование возможности определения условий целостности, особые для каждой реляционной БД.
Независимость распространения. То есть независимость от условий конкретного пользователя.
Правило единственности. Это отсутствие возможности использования низкоуровневого языка для обработки данных на языке высокого уровня (в случае нескольких записей сразу, например).

Что такое база данных в информатике

В информатике, понятие база данных - это набор данных для информационных сетей и пользователей, хранящихся в особом, организованном виде. Вид хранения данных определяется заданной структурой (схемой) базы данных и правилами ее управления.

Сами по себе, базы данных бесполезны, если нет возможности ими управлять. Под управлением базой данных понимаем возможность индивидуального или коллективного добавления информации, ее сортировку, частичное или полное копирование и перемещение, объединение двух или нескольких баз данных. Для управления базами данных созданы программные продукты, являющиеся программным обеспечением баз данных. Называются они СУБД – системы управления базами данных .

Что такое СУБД и SQL

Именно с имеют дело потребители, то есть мы с вами. Современные СУБД позволяют обрабатывать не только тексты или графику, но и медиафайлы (аудио и видео файлы).

Любой программный продукт имеет свой язык, при помощи которого он управляется. Не исключение и СУБД. Один из основных языков для общения с СУБД является SQL (structured query language - язык структурированных запросов) .

Стоит отметить, что по характеру использования СУБД делятся на однопользовательские (для одного пользователя – локального компьютера) и много пользовательские (для сетей).

Я уверен вы не думаете, что существует одна универсальная СУБД. И правильно, их десятки. В рамках этого раздела мы ограничим себя работой с бесплатной и самой распространенной СУБД MySQL.

СУБД MySQL

СУБД MySQL работает только с реляционными базами данных. Реляционные базы данных наиболее просты для первичного изучения. Кроме этого они используются на всех хостингах и серверах для массового пользования.

Осталось дать понятие реляционная база данных. Это простые таблицы, в которых есть информационные строки и столбцы. Пересечение строки и столбца называют ячейкой. Вся база данных состоит из нескольких или многих таблиц, причем, все таблицы между собой взаимодействуют.

В широком смысле слова база данных (БД) - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области.

Для удобной работы с данными их необходимо структурировать, т.е. ввести определенные соглашения о способах их представления.

База данных (в узком смысле слова) — поименованная совокупность структурированных данных относящихся к некоторой предметной области

В реальной деятельности в основном используют системы БД.

Система баз данных (СБД) - это компьютеризированная система хранения структурированных данных, основная цель которой - хранить информацию и предоставлять ее по требованию.

Системы БД существуют и на малых, менее мощных компьютерах, и на больших, более мощных. На больших применяют в основном многопользовательские системы, на малых - однопользовательские.

Однопользовательская система (single-user system) - это система, в которой в одно и то же время к БД может получить доступ не более одного пользователя.

Многопользовательская система (multi-user system) - это система, в которой в одно и то же время к БД может получить доступ несколько пользователей.

Основная задача большинства многопользовательских систем - позволить каждому отдельному пользователю работать с системой как с однопользовательской.

Различия однопользовательской и многопользовательской систем - в их внутренней структуре, конечному пользователю они практически не видны.

Система баз данных содержит четыре основных элемента: данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение и пользователи .

Данные в БД являются интегрированными и общими .

Интегрированные - значит, данные можно представить как объединение нескольких, возможно перекрывающихся, отдельных файлов данных. (Например, имеется файл, содержащий данные о студентах - фамилию, имя, отчество, дату рождения, адрес и т.д., а другой - о спортивной секции. Необходимые данные о студентах, посещающих секцию, можно получить путем обращения к первому файлу.)

Общие - значит, отдельные области данных могут использовать различные пользователи, т.е. каждый из этих пользователей может иметь доступ к одной и той же области данных, даже одновременно. (Например, одни и те же данные БД о студентах может одновременно использовать студенческий отдел кадров и деканат.)

К аппаратному обеспечению относятся:

Накопители для хранения информации вместе с подсоединенными устройствами ввода-вывода, каналами ввода-вывода и т.д.

Процессор (или процессоры) вместе с основной памятью, которая используется для поддержки работы программного обеспечения системы.

ТУТ ВОЗНИКЛИ ВОПРОСЫ

В жизни мы часто сталкиваемся с необходимостью хранить какую-либо информацию, а потому часто имеем дело и с базами данных . Например, мы используем записную книжку для хранения номеров телефонов своих друзей и планирования своего времени. Телефонная книга содержит информацию о людях, живущих в одном городе. Все это своего рода базы данных . Ну а раз это базы данных , то посмотрим, как в них хранятся данные. Например, телефонная книга представляет собой таблицу (табл. 10.1).

В этой таблице данные - это собственно номера телефонов, адреса и ФИО., т.е. строки «Иванов Иван Иванович», «32-43-12» и т.п., а названия столбцов этой таблицы, т.е. строки «ФИО», «Номер телефона» и «Адрес» задают смысл этих данных, их семантику.

Теперь представьте, что записей в этой таблице не две, а две тысячи, вы занимаетесь созданием этого справочника и где-то произошла ошибка (например, опечатка в адресе). Видимо, тяжеловато будет найти и исправить эту ошибку вручную. Нужно воспользоваться какими-то средствами автоматизации.

Для управления большим количеством данных программисты (не без помощи математиков) придумали системы управления базами данных (СУБД ). По сравнению с текстовыми базами данных электронные СУБД имеют огромное число преимуществ, от возможности быстрого поиска информации, взаимосвязи данных между собой до использования этих данных в различных прикладных программах и одновременного доступа к данным нескольких пользователей.

Для точности дадим определение базы данных , предлагаемое Глоссарий.ру

База данных - это совокупность связанных данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования, независимая от прикладных программ . База данных является информационной моделью предметной области. Обращение к базам данных осуществляется с помощью системы управления базами данных (СУБД ). СУБД обеспечивает поддержку создания баз данных , централизованного управления и организации доступа к ним различных пользователей.

Итак, мы пришли к выводу, что хранить данные независимо от программ, так, что они связаны между собой и организованы по определенным правилам, целесообразно. Но вопрос, как хранить данные, по каким правилам они должны быть организованы, остался открытым. Способов существует множество (кстати, называются они моделями представления или хранения данных). Наиболее популярные - объектная и реляционная модели данных.

В основу объектной модели положена концепция объектно-ориентированного программирования, в которой данные представляются в виде набора объектов и классов, связанных между собой родственными отношениями, а работа с объектами осуществляется с помощью скрытых (инкапсулированных) в них методов.

Примеры объектных СУБД : Cache , GemStone (от Servio Corporation), ONTOS (ONTOS).

В последнее время производители СУБД стремятся соединить два этих подхода и проповедуют объектно-реляционную модель представления данных. Примеры таких СУБД - IBM DB2 for Common Servers, Oracle8 .

Поскольку мы собираемся работать с Mysql , то будем обсуждать аспекты работы только с реляционными базами данных . Нам осталось рассмотреть еще два важных понятия из этой области: ключи и индексирование , после чего мы сможем приступить к изучению языка запросов SQL .

Ключи

Для начала давайте подумаем над таким вопросом: какую информацию нужно дать о человеке, чтобы собеседник точно сказал, что это именно тот человек, сомнений быть не может, второго такого нет? Сообщить фамилию, очевидно, недостаточно, поскольку существуют однофамильцы. Если собеседник человек, то мы можем приблизительно объяснить, о ком речь, например вспомнить поступок, который совершил тот человек, или еще как-то. Компьютер же такого объяснения не поймет, ему нужны четкие правила, как определить, о ком идет речь. В системах управления базами данных для решения такой задачи ввели понятие первичного ключа .

Первичный ключ (primary key, PK) - минимальный набор полей, уникально идентифицирующий запись в таблице. Значит, первичный ключ - это в первую очередь набор полей таблицы, во-вторых, каждый набор значений этих полей должен определять единственную запись (строку) в таблице и, в-третьих, этот набор полей должен быть минимальным из всех обладающих таким же свойством. Поскольку первичный ключ определяет только одну уникальную запись, то никакие две записи таблицы не могут иметь одинаковых значений первичного ключа .

Например, в нашей таблице (см. выше) ФИО и адрес позволяют однозначно выделить запись о человеке. Если же говорить в общем, без связи с решаемой задачей, то такие знания не позволяют точно указать на единственного человека, поскольку существуют однофамильцы, живущие в разных городах по одному адресу. Все дело в границах, которые мы сами себе задаем. Если считаем, что знания ФИО, телефона и адреса без указания города для наших целей достаточно, то все замечательно, тогда поля ФИО и адрес могут образовывать первичный ключ .

В любом случае проблема создания первичного ключа ложится на плечи того, кто проектирует базу данных (разрабатывает структуру хранения данных). Решением этой проблемы может стать либо выделение характеристик, которые естественным образом определяют запись в таблице (задание так называемого логического, или естественного, PK), либо создание дополнительного поля, предназначенного именно для однозначной идентификации записей в таблице (задание так называемого суррогатного, или искусственного, PK).

Примером логического первичного ключа является номер паспорта в базе данных о паспортных данных жителей или ФИО и адрес в телефонной книге (таблица выше). Для задания суррогатного первичного ключа в нашу таблицу можно добавить поле id (идентификатор), значением которого будет целое число, уникальное для каждой строки таблицы. Использование таких суррогатных ключей имеет смысл, если естественный первичный ключ представляет собой большой набор полей или его выделение нетривиально.

Кроме однозначной идентификации записи, первичные ключи используются для организации связей с другими таблицами.

Например, у нас есть три таблицы: содержащая информацию об исторических личностях (Persons), содержащая информацию об их изобретениях (Artifacts) и содержащая изображения как личностей, так и артефактов (Images) (рис 10.1).

Первичным ключом во всех этих таблицах является поле id (идентификатор). В таблице Artifacts есть поле author, в котором записан идентификатор, присвоенный автору изобретения в таблице Persons. Каждое значение этого поля является внешним ключом для первичного ключа таблицы Persons. Кроме того, в таблицах Persons и Artifacts есть поле photo, которое ссылается на изображение в таблице Images.

Эти поля также являются внешними ключами для первичного ключа таблицы Images и устанавливают однозначную логическую связь Persons-Images и Artifacts-Images. То есть если значениевнешнего ключа photo в таблице личности равно 10, то это значит, что фотография этой личности имеет id=10 в таблице изображений. Таким образом, внешние ключи используются для организации связей между таблицами базы данных (родительскими и дочерними) и для поддержания ограничений ссылочной целостности данных.

Связь информационных систем и баз данных

Определение 1

Логически связанные данные, формализованные каким-либо единым способом, таким образом, чтобы их можно было обрабатывать компьютером, называются базой данных

Базы данных создаются, хранятся и обрабатываются в специальных программах, называемых системами управления базами данных (СУБД). Но для эффективной работы с данными одной лишь базы данных под управлением СУБД не достаточно. Обычно данные нужны для использования в каком-либо виде деятельности . Например, личные данные пациента нужны в процессе регистрации его медицинской карты в клинике, данные о проданных товарах нужны для ведения учета на предприятиях розничной торговли, данные о результатах сессии нужны в процессе начисления студентам стипендии и т.д. Все эти виды деятельности специфичны, в них есть свои правила и своя терминология. Поэтому для их информационной поддержки нужны специальные программы, где используется привычная терминология, а все правила учтены. Такие программы называются информационными системами (ИС).

Определение 3

Часть реального мира, которая подлежит изучению с целью разработки информационной системы, называется предметной областью.

Предметная область описывается множеством объектов, множеством процессов, использующих эти объекты, множеством пользователей, объединенных единым взглядом на всю систему.

Определение 4

Совокупность правил и принципов поведения объектов предметной области называют бизнес-логикой ИС.

Пример 1

Допустим, каждый покупатель магазина при наличии трех покупок, сделанных в течении месяца, получает скидку 2%. Это требование является частью бизнес-логики. При разработке ИС магазина оно должно быть учтено в виде отдельной процедуры, которая автоматически найдет таких покупателей и назначит им скидку.

При проектировании ИС необходимо определить, какие данные, и для каких целей будут храниться в системе, а также, каким образом будет организовано их хранение и обработка. Таким образом, база данных и СУБД являются составной частью (ИС). Кроме баз данных ИС включает в себя систему связанных друг с другом приложений, которые реализуют бизнес-логику.

Классификация информационных систем

По сферам применения ИС делятся на

Информационно-поисковые (ИПС);
Системы обработки данных (СОД).

Основной задачей ИПС, как правило, является поиск и извлечение части хранимых данных, удовлетворяющих некоторому критерию отбора. Классическим примером ИПС являются поисковые сервера Интернет. Обращения пользователей к СОД, как правило, заканчивается добавлением новых данных или редактированием уже имеющихся. Хранимые данные обрабатываются программно и выводятся в результате отчетов и документов. Классический пример СОД – это ИС банков и супермаркетов.

В зависимости от вида информационных ресурсов, с которыми работает ИС, их делят на два класса:

Документальные;
Фактографические.

Документальные ИС хранят непосредственно документы, содержащие информацию. В качестве документов могут использоваться статьи, географические карты, фотографии, аудиозаписи и т.д. В этом случае в базе данных хранятся лишь ссылки на документы и те их реквизиты, которые можно формализовать. Документальные ИС чаще всего бывают информационно поисковыми.

Фактографические ИС хранят формализованные данные о проведении каких-либо операций. Например, данные о поступлении товаров от поставщиков, данные о передаче материалов со склада в цеха и т.д. Фактографические ИС содержат данные об объектах предметной области в их взаимосвязи друг с другом.

В условиях современной экономики ИС не разрабатываются раз и навсегда. Большинство ИС в течении своего срока службы неоднократно модифицируются, чтобы соответствовать изменившимся условиям предметной области. Часто требуется организовать обмен данными между различными ИС, которые построены на различных платформах различными командами разработчиков, с использованием разных СУБД. Для этого в ИС должны быть предусмотрены функции импорта и экспорта данных на основе стандартных форматов обмена данными.

База данных представляет собой хранилище данных, в которых данные хранятся в организованном порядке.

Это облегчает функции, такие как извлечение, обновление и добавление новых данных. Базы данных имеют многочисленные применения и преимущества, когда речь идет о больших объемах, данных.

Знаете ли вы что?
"База данных Интеграция" привела к революции в бизнесе, ИТ, и образовательном секторе, предоставляя широкий спектр возможностей для управления и анализа данных.

Структура базы данных

Система базы данных состоит из следующих элементов:

Таблицы: Данные хранятся в строках (записи) и столбцах (поля).

Формы: Формы разработаны с целью ввода новых данных. Чтобы можно было легче и без ошибок добавлять информацию в базу данных через форму, а не вводить данные непосредственно в таблицу.

Запросы: Запросы написаны для извлечения строк и / или столбцов на основе заранее определенного состояния.

Наиболее известные базы данных это: MySQL, SAP, Oracle, IBM DB2 и т.д. СУБД или "система управления базы данных» используется в качестве интерфейса для связи между пользователем и базой данных.

Что такое базы данных и для где они используются?

Хранение данных / Вставка: Начальная фаза (перед вводом данных) включает в себя создание структуры данных, таких как таблицы (с необходимым количеством строк и столбцов). Затем данные вносят в эту структуру.

Восстановление данных: Базы данных используются, когда данные, которые будут храниться в большом количестве нуждаются в постоянном поиске. Это делает процесс извлечения конкретной информации проще.

Данные модификации / Updation: Статические данные не нуждаются в обновлении. Тем не менее, динамические данные нуждаются в постоянной модификации. Рассмотрим возраст сотрудников в организации. Она должна обновляться каждый год (периодическое обновление).

Пример

Рассмотрим развлекательный клуб, который имеет большое количество зарегистрированных людей. Секретарь должен постоянно отслеживать контактные данные всех зарегистрированных пользователей. Если эти записи хранятся в ряде технических описаний или списках, изменение деталей является трудоемкой задачей. Потому что, извлечение и модификация данных должна быть сделана во всех листах, содержащих эти записи в целях сохранения согласованности. Таким образом, целесообразно использовать четко определенную базу данных.

Преимущества баз данных

Емкость хранения: Базы данных хранят большее количество данных по сравнению с другими хранилищами данных. Малогабаритные данные можно вписаться в электронные таблицы или документы. Однако, когда дело доходит до тяжелых данных, базы данных являются лучшим выбором.

Ассоциация данных: записи данных из отдельных таблиц могут быть связаны. Это необходимо, когда определенный фрагмент данных существует в более чем одной таблице. Например, идентификаторы работников могут существовать в таких данных как «Заработная плата», а также «сотрудники». Связь имеет важное значение для того, чтобы иметь единые изменения в нескольких местах и тех же данных.

Несколько пользователей: Разрешения могут быть предоставлены для множественного доступа к базе данных. Это позволяет одновременно нескольким (более одного) пользователям, получить доступ и манипулировать данными.

Удаление данных: Нежелательные требования данных для удаления из базы данных. В таких случаях, записи должны быть удалены из всех связанных таблиц, чтобы избежать каких-либо нарушений данных. Это гораздо проще для удаления записей из базы данных с помощью запросов или форм, а не из других источников данных, таких как таблицы.

Безопасность данных: Файлы данных, хранятся в безопасности, в большинстве случаев. Эта особенность гарантирует, что злоумышленники не получит незаконный доступ к данным, и что их качество поддерживается.

Импорт: Это еще один важный момент в использование баз данных. Он позволяет импортировать внешние объекты (данные из других баз данных). Импорт в основном делается для таблицы или запроса. При вводе, база данных создает копию импортируемого объекта.

Экспорт: В данном случае, таблицы или запросы импортируются другими базами данных.

Связи данных: Это делается для того, чтобы избежать создание копии объекта в базе. Ссылка определяется до требуемого объекта исходной базы данных.

Сортировки данных / Фильтрация: Фильтры могут быть применены к данным, которые имеют одинаковые значения данных. Примером одинаковых данных могут быть имена сотрудников организации с аналогичными фамилиями или именами. Аналогичным образом данные могут быть отсортированы как по возрастанию, так и по убыванию. Это помогает в просмотре или распечатки результатов в требуемом порядке.

Индексация базы данных: Большинство баз данных содержат индекс для хранимых данных, что в конечном итоге повышает время доступа. Тот факт, что линейный поиск данных занимает много времени, делает эту особенность наиболее популярной.

Непрерывные связанные изменения данных: Таблицы с общими данными могут быть связаны с ключами (первичный, вторичный, и т.д.). Ключи очень полезны, потому что изменение общей организации в одной таблице отражается также в связанных таблицах.

Снижает накладные расходы: Передача данных отнимает много времени. Транзакции с помощью запросов очень быстры, таким образом производя более быстрые результаты.

Базы данных упрощают весь смысл хранения и доступа к информации. Тем не менее, предусмотрительность необходима со стороны создателя базы данных, так, чтобы иметь наиболее эффективную базу данных.