Файл: Департамент образования, науки и молодежной политики.pdf

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И
МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ
ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПРОМЫШЛЕННО-ГУМАНИТАРНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
(ГБПОУ ВО «ВГПГК»)
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ
Методические указания и практические задания
Для студентов специальности
09.02.07 Информационные системы и программирование
заочной формы обучения
Составитель А. А. Руднева
ВОРОНЕЖ
2021

В результате освоения учебной дисциплины ОП.08 «Основы проектирования баз данных»
обучающий должен обладать предусмотренными ФГОС по специальности СПО 09.02.07
Информационные системы и программирование
(базовая
подготовка)
следующими умениями, знаниями, которые формируют профессиональную компетенцию, и общими компетенциями:
уметь:
- проектировать реляционную базу данных;
- использовать язык запросов для программного извлечения сведений из баз данных;
знать:
- основы теории баз данных;
- модели данных;
- особенности реляционной модели и проектирование баз данных, изобразительные средства, используемые в ER-моделировании;
- основы реляционной алгебры;
- принципы проектирования баз данных, обеспечение непротиворечивости и целостности данных;
- средства проектирования структур баз данных;
- язык запросов SQL.
ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам
ОК 02. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности.
ОК4. Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами.
ОК5.Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке с учетом особенностей социального и культурного контекста.
ОК9.Использовать информационные технологии в профессиональной деятельности
ОК10.Пользоваться профессиональной документацией на государственном и иностранном языке
ПК 11.1. Осуществлять сбор, обработку и анализ информации для проектирования баз данных.
ПК 11.2. Проектировать базу данных на основе анализа предметной области.
ПК 11.3. Разрабатывать объекты базы данных в соответствии с результатами анализа предметной области.
ПК 11.4. Реализовывать базу данных в конкретной системе управления базами данных.
ПК 11.5. Администрировать базы данных.
ПК 11.6. Защищать информацию в базе данных с использованием технологии защиты информации.
ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ
ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
1.
Практические работы (ПР) выполняются студентами 1-го курса заочной формы обучения в период изучения дисциплины «Основы проектирования баз данных.
2.
ПР выполняется в следующем порядке
- выполняется пп.1 практической части и сдается преподавателю;
- выполняется пп.2 практической части и сдается на проверку преподавателю в печатном виде в форме отчета, выполненного в формате А4.
3.
Срок выполнения и сдачи определяется преподавателем.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БАЗ
ДАННЫХ
База данных — это один или несколько файлов данных, предназначенных для хранения, изменения и обработки больших объемов взаимосвязанной информации.
Примерами баз данных могут быть телефонная книга, каталог товаров, штатное расписание предприятия и т. д. Конкретная база данных содержит информацию об очень малой части окружающего мира. В базу данных помещаются сведения о нескольких однотипных объектах окружающего мира.
Предметной областью принято называть часть реального мира, подлежащую изучению с целью организации управления в этой сфере и последующей автоматизации процесса управления.
Объектом называется элемент информационной системы, сведения о котором хранятся в базе данных. Объект — это нечто существующее и различимое, обладающее набором свойств.
Иногда объект также называют сущностью (от англ, entity). Классом объектов называют их совокупность, обладающую одинаковым набором свойств. Отличие одного объекта от другого определяется конкретными значениями свойств. Объекты бывают материальные и идеальные. К материальным объектам относятся предметы материального мира — автомобили, здания, предметы мебели и т. д.
К идеальным (абстрактным) объектам относятся такие, которые существуют только в представлении (памяти) человека, но обладающие реальными свойствами. К идеальным объектам можно отнести спектакль, сюжет книги и т. д.
Сущность — отображение объекта в памяти человека или компьютера.
Сущность всегда меньше объекта по составу свойств (характеристик). Поэтому основной задачей при создании базы данных является определение необходимого и достаточного количества свойств (характеристик) сущности, которые будут храниться в базе данных.
Следует различать два близких понятия — сущность и экземпляр сущности.
Сущность — более широкое понятие и употребляется в разных вариантах. Под сущностью будем понимать коллекцию экземпляров сущности, которую впоследствии будем представлять в виде таблицы.
Экземпляр сущности — набор сведений о единице сущности, который впоследствии будем представлять в виде записи.
Атрибут - это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект характеризуется некоторым набором атрибутов.
Атрибут — конкретное значение свойства сущности. Атрибут и сущность тесно связаны между собой. То, что в одной базе данных выступает как атрибут, в другой базе данных может быть сущностью.
Параметр — конкретное значение свойства объекта.
Как правило, отображение совокупности сущностей в базе данных выполняется в виде таблицы. С целью эффективного использования памяти компьютера база данных содержит несколько таблиц.
Поэтому некоторые сущности будут сложными (разделенными на несколько таблиц), т. е. состоящими из одной или нескольких подсущностей. Это обстоятельство и вызвало необходимость устанавливать связи между таблицами.
Связь — это функциональная зависимость между сущностями.

Первичный ключ - это атрибут (или группа атрибутов), который уникальным образом идентифицируют каждый экземпляр объекта (запись).
Вторичным ключом называется атрибут (или группа атрибутов), значение которого может повторяться для нескольких записей (экземпляров объекта).
Ключевым элементом данных (ключом) называется такой атрибут, по значению которого можно определить значения других неключевых атрибутов.
Запись данных (англ, эквивалент record) - это совокупность значений связанных элементов данных.
Прежде всего, вторичные ключи используются в операциях поиска записей.
Программное обеспечение, осуществляющее операции над базами данных, получило название СУБД - система управления базами данных. Очевидно, что его работа должна быть организована таким образом, чтобы выполнялись перечисленные принципы.
Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.
КЛАССИФИКАЦИЯ БД
По технологии обработки данных БД подразделяются на локальные и распределенные.
Локальная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Эта вычислительная система может быть мэйнфреймом - тогда доступ к ней организуется с использованием терминалов - или файловым сервером локальной сети ПК.
Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно, пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, которые хранятся в различных ЭВМ вычислительной сети.
Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД). Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средства интеграции локальных баз данных.
Возможны однородные и неоднородные распределенные базы данных.
В однородном случае каждая локальная база данных управляется одной и той же СУБД. В неоднородной системе локальные базы данных могут относиться даже к разным моделям данных. Сетевая интеграция неоднородных баз данных - очень сложная проблема. Многие решения известны на теоретическом уровне, но пока не удается справиться с главной проблемой: недостаточной эффективностью интегрированных систем. Более успешно решается промежуточная задача - интеграция неоднородных SQL-ориентированных систем. Этому в большой степени способствует стандартизация языка SQL.
По типу данных БД
Документальные БД. Служат для хранения слабо структурируемых данных, представляющих собой оригиналы, копии документов или их адреса. Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке. В документальных
БД единицей хранения является какой либо документ и пользователю в ответ на запрос выдается либо сам документ либо ссылка на него. БД документального типа могут быть организованы по разному: без хранения и с хранением самого исходного документа на машинных носителях. К системам первого типа можно отнести реферативные и библиографические, а также БД – указатели.
Фактографические БД. Используются для хранения жестко структурируемых данных, представляющих собой факты, сведения, содержащиеся в явном виде в документах, для представления данных и манипулирования ими используются соответственно языке описания данных и язык манипулирования данными. В фактографических БД содержатся краткие сведения об описываемых объектах, представленные в строго определенном формате.

Современные информационные технологии постепенно стирают границу между фактографическими и документальными БД. Существуют средства, позволяющие легко подключать любой документ (текстовый, графический, звуковой) к фактографической базе данных. Фактографические модели данных соответствуют представлению информации в виде определенных структур данных (дерево, сеть, таблица). В системах фактографического типа в
БД хранится информация об интересующих пользователя объектах предметной области в виде фактов; в ответ на запрос пользователя выдается требуемая информация об интересующем его объекте или сообщение о том, что информация отсутствует.
По модели данных:
• Иерархические; (Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д.)
• Сетевые; (К основным понятиям сетевой модели базы данных относятся: уровень, элемент
(узел), связь.)
• Реляционные; (Реляционная база данных — база данных, основанная на реляционной модели данных. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение).
• Объектно-ориентированные; (Объектно-ориентированная база данных (ООБД) — база данных, в которой данные оформлены в виде моделей объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями.)
• Объектно-реляционные; (Объектно-реляционные СУБД объединяют в себе черты реляционной и объектной моделей. Их возникновение объясняется тем, что реляционные базы данных хорошо работают со встроенными типами данных и гораздо хуже — с пользовательскими, нестандартными.
Классификация БД по содержимому:
• географические; • исторические; • научные; • мультимедийные.
КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД
СУБД — это система программного обеспечения, обеспечивающая ввод, хранение и доступ к данным многих пользователей, а также хранящая описание структуры данных. СУБД с помощью встроенных в нее механизмов обеспечивает правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также простой и понятный интерфейс.
Главным преимуществом использования СУБД является то, что конечный пользователь может иметь любой уровень квалификации — от самого низкого до самого высокого. СУБД берет на себя многочисленные функции: хранение информации, обеспечение целостности и достоверности данных, одновременная работа многочисленных пользователей, поддерживая секретность и доступность данных на основе паролей и прав доступа, физическое размещение данных в памяти персонального компьютера и правила их описания, простые и унифицированные механизмы манипулирования данными и т. д. Но все эти преимущества не даются бесплатно. Скорость обработки информации в базах данных ниже по сравнению с файловой системой хранения и обработки данных.
По мощности СУБД делятся на настольные и корпоративные.
Для настольных характерны невысокие требования к техническим средствам, ориентация на конечного пользователя, низкая стоимость. Корпоративные – обеспечивают работу в распределенной среде, высокую производительность, поддержку коллективной работы при проектировании систем, имеют развитые средства администрирования и более широкие возможности поддержания целостности. Оба типа систем интенсивно развиваются.
По способу доступа к БД
Централизованные. При использовании этой технологии база данных, СУБД и прикладная программа (приложение) располагаются на одном компьютере (мэйнфрейме или персональном

компьютере). Для такого способа организации не требуется поддержки сети и все сводится к автономной работе. Работа построена следующим образом:
· База данных в виде набора файлов находится на жестком диске компьютера.
· На том же компьютере установлены СУБД и приложение для работы с БД.
Пользователь запускает приложение.
Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к БД на выборку/обновление информации.
· Все обращения к БД идут через СУБД, которая инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД.
· СУБД инициирует обращения к данным, обеспечивая выполнение запросов пользователя
(осуществляя необходимые операции над данными).
· Результат СУБД возвращает в приложение.
· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.
Подобная архитектура использовалась в первых версиях СУБД DB2, Oracle, Ingres.
Многопользовательская технология работы обеспечивалась либо режимом мультипрограммирования (одновременно могли работать процессор и внешние устройства – например, пока в прикладной программе одного пользователя шло считывание данных из внешней памяти, программа другого пользователя обрабатывалась процессором), либо режимом разделения времени (пользователям по очереди выделялись кванты времени на выполнении их программ). Такая технология была распространена в период "господства" больших ЭВМ (IBM-
370, ЕС-1045, ЕС-1060). Основным недостатком этой модели является резкое снижение производительности при увеличении числа пользователей.
Файл-серверные. Увеличение сложности задач, появление персональных компьютеров и локальных вычислительных сетей явились предпосылками появления новой архитектуры файл- сервер. Эта архитектура баз данных с сетевым доступом предполагает назначение одного из компьютеров сети в качестве выделенного сервера, на котором будут храниться файлы базы данных. В соответствии с запросами пользователей файлы с файл-сервера передаются на рабочие станции пользователей, где и осуществляется основная часть обработки данных.
Центральный сервер выполняет в основном только роль хранилища файлов, не участвуя в обработке самих данных.
Работа построена следующим образом:
· База данных в виде набора файлов находится на жестком диске специально выделенного компьютера (файлового сервера).
· Существует локальная сеть, состоящая из клиентских компьютеров, на каждом из которых установлены СУБД и приложение для работы с БД.
· На каждом из клиентских компьютеров пользователи имеют возможность запустить приложение. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к БД на выборку/обновление информации.
· Все обращения к БД идут через СУБД, которая инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД, расположенной на файловом сервере.
· СУБД инициирует обращения к данным, находящимся на файловом сервере, в результате которых часть файлов БД копируется на клиентский компьютер и обрабатывается, что обеспечивает выполнение запросов пользователя (осуществляются необходимые операции над данными).
· При необходимости (в случае изменения данных) данные отправляются назад на файловый сервер с целью обновления БД.
· Результат СУБД возвращает в приложение.
· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.