III . Реляционная модель данных

Классификация баз данных

1. По технологии обработки данныхБД делятся на

– Централизованные и

– Распределённые.

Централизованная БД хранится в памяти одной вычислительной системы – применяется в локальных сетях ПК.

    

Распределённая БД состоит из нескольких частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети, поэтому работа с такой БД происходит с помощью СУБД.

2. По способу доступа к данным БД разделяются на:

– БД с локальным доступом и

– ДБ с удалённым (сетевым) доступом.

 

Системы централизованных БД с сетевым доступом предполагают различные архитектуры: файл-сервер и клиент-сервер.

 

Архитектура файл-сервер  предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На ней хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций. Файлы БД в соответствии с пользовательскими запросами передаются на РС, где и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.

 Файл - сервер

 

В архитектуре клиент-сервер подразумевается, что помимо хранения централизованной БД центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объёма обработки данных. Запрос на данные клиента, порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлечённые данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. В этой архитектуре используется язык запросов SQL.

Клиент – сервер

                                                                                                    

 

 

2.1. Виды моделей данных

 

Ядром любой базы данных является модель данных. С помощью модели данных могут быть представлены объекты любой области и взаимосвязи между ними.

Виды моделей данных

Модель данных – совокупность структур данных и операций их обработки.

 

СУБД основывается на четырех основных типов моделей данных и их комбинациях:

– Иерархическая,

– Сетевая;

– Реляционная;

– Объектно-ориентированная.

           

I. Иерархическая модель данных

Объекты в этой модели образуют ориентированный граф (перевёрнутое дерево).

 

 

 Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.

Узлы представлены вершинами графа. Между узлами имеются связи. Дерево имеет одну вершину. Зависимые узлы находятся на уровнях (втором, третьем…).

Количество деревьев в БД определяется числом корневых записей.

К каждой записи БД существует только один путь от корневой записи. 

Например: к узлу С5 путь проходит через записи:

А: \ В3 \ С5

А – ректор академии; В3 – декан одного из факультетов академии;

С5 – конкретная группа на факультете.

II. Сетевая модель данных

Каждый узел графа может быть связан с любым другим узлом.

 

 

А, В – студенты, участвующие в научных работах по направлениям С, D, G, E. Направления C, D – Госбюджетные, а G, E – субсидируются частными компаниями L.

 

Понятие ключа в СУБД

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы, в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ – ключ второй таблицы.

    

Пример реляционной модели, построенной на основе отношений:

СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

СТУДЕНТ (№, Ф., И., О., Пол, ДатаРождения, Группа)

СЕССИЯ (Ф., И., О., Оценка1, Оценка2, Оценка3, Оценка4, Результат).

СТИПЕНДИЯ (Результат, Стипендия).

 

Таблицы СТУДЕНТ и СЕССИЯ имеют совпадающие поля (Ф., И., О.) – составной ключ, что обеспечивает организацию связей между ними.

Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ Ф., И., О. и содержит внешний ключ Результат, который обеспечивает её связь с таблицей СТИПЕНДИЯ.

            СТУДЕНТ                              СЕССИЯ                       СТИПЕНДИЯ

                                             составной ключ

 

 

                                                                                  

                                                                               внешний ключ, простой

II. Целостность данных

Подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться, что информация в БД всегда остаётся корректной и полной. Установлены правила целостности, которые соблюдаются на глобальном уровне и хранятся вместе с БД.

Средства, обеспечивающие целостность БД:

· назначение первичного ключа, работа с типом полей, с присвоением новых уникальных значений;

· поддержание ссылочной целостности, обеспечивающей запись информации о связях таблиц и пресекающей любую операцию, приводящую к нарушению целостности.

III. Операции, обеспечивающие безопасность:

· шифрование прикладных программ;

· шифрование данных;

· защита паролем;

· ограничение уровня доступа (к БД, к таблицам).

    Для сохранения информации используется двойной подход. Операции  сохранения происходят в обход операционной системы. Все изменения в таблицах сохраняются немедленно и автоматически без предупреждения.

IV. Обработка данных в многопользовательских средах:

· блокировка базы данных, файла, записи, поля;

· идентификация станции, установившей блокировку;

· обновление информации после модификации;

· контроль за временем и повторением обращения;

· работа с сетевыми системами (Net Ware, Unix).

V. Импорт-экспорт отражает:

· возможность обработки СУБД информации, подготовленной другими программными средствами;

· возможность использования данных сформированных средствами рассматриваемой СУБД другими программами.

 

Команды редактирования

· перемещение;

· копирование;

· удаление;

· вставка диаграмм, рисунков и других объектов;

· нахождение и замены;

· отмена последней команды (откатка).

 

Команды форматирования

· варьирование направлением выравнивания данных;

· изменение высоты и цвета букв, цвета фона;

· использование различных шрифтов и начертаний;

· изменение толщины и расположения линий;

· задание формата отображение числовых данных;

· изменение ширины столбцов и высоты строк.

При выполнении любой команды форматирования необходимо выделить область, на которую распространяется действие команды. Иначе новые параметры форматирования будут определены только для активного компонента.

Автоматически выравниваются данные:

· текстовые – по левому краю;

· числа – по правому краю.

3.2 Работа с таблицами

 Создание таблицы начинается с вкладки Создание:

1. Активизировать команду Создание таблицы.

2. Перейти на вкладку Режим таблицы и выбрать режим Конструктора;

 

MS Access предложит сохранить таблицу.

 

3. Внести имя и нажать на кнопку ОК. Таблица автоматически открывается для создания структуры будущей таблицы.

4. Внести имена полей и выбрать из раскрывающегося списка типы данных;

5. Задать ключевое поле; (Для этого щёлкнуть на его имени правой кнопкой мыши и в открывшемся контекстном меню выбрать пункт Ключевое поле).

1. Закрыть таблицу и подтвердить сохранение ее структуры.
2. Открыть созданную таблицу двойным щелчком по пиктограмме в списке таблиц.

8. В режиме таблицы заполнить таблицу обычным способом по строчкам информацией соответствующей заголовкам полей.

9. Cохранение данных происходит автоматически. Для изменения структуры Таблицы её надо открыть в режиме Конструктора.

Если происходит изменение макета таблицы, БД попросит подтверждение сохранения этих изменений.

3.3 Создание межтабличных связей

 

Целостность данных -  это набор правил, гарантирующих, что MS Access будет работать только с непротиворечивыми данными и разрешёнными операциями. 

Для обеспечения целостности данных используется команда Работа с базами данных  / Схема данных;

1. Открывается окно Добавление таблицы.

2. В окне из списков выбрать поочередно таблицы, между которыми создаются связи.

3. Закрыть окно Добавление таблицы. Искомые таблицы появятся в окне Схема данных.

4. Выделить в 1-й таблице ключевое поле и с помощью мыши перетащить его на одноименное поле 2-й таблицы.

При отпускании кнопки мыши откроется диалоговое окно  Изменение с вязей.

5. Установить флаг Обеспечение целостности данных.

6. Щёлкнуть по кнопке Создать. Появится связь один ко многим (1 ¾ ¥).

Образовавшиеся межтабличные данные отображаются в окне Схема данных в виде линий, соединяющие 2 поля разных таблиц..

Одна из таблиц считается главной, а другая – связанной.

Главная – это таблица, которая участвует в связи своим ключевым полем.

 

 

Связь между таблицами позволяет:

· Либо исключить возможность удаления или изменения данных в ключевом поле главной таблицы, если с этим полем связаны поля других таблиц;

(если установить флаг Обеспечение целостности данных).

· Либо при удалении данных в ключевом поле главной таблицы автоматически корректно удалить соответствующие данные в полях связанных таблиц. (если установить дополнительно флаги Каскадное обновление и Каскадное удаление связанных полей и связанных записей).

3.4 Работа с запросами

Запрос – это отбор записей в разнообразных формах, в соответствии с выбранными условиями. Запросы служат для извлечения данных из таблиц, сортировки и фильтрации данных для предоставления их пользователю в удобном виде.

   

Для создания нового запроса сначала определяются:

· поля, которые должны быть включены в запрос;

· каким образом должны быть отсортированы данные;

· условия отбора, которые должны быть использованы в запросе.

Для создания запроса в режиме Конструктора запроса:

1. Открыть вкладку Создание и щёлкнуть по объекту Конструктор з апросов;

2. Появится диалоговое окно Новый запрос.

Появится бланк запроса и окно Добавление таблицы;

3. Поочередно выделить нужные таблицы и нажать на кнопку Добавить.  MS Access добавит эти таблицы в окно Конструктора запроса;

4. Закрыть окно Добавление таблицы и перейти к работе с бланком;

5.

Бланк запроса

Таблицы появятся в верхней части бланка запроса.

Структура таблицы

·  Поле. Эта строка содержит поле из списка, которое включается в запрос;

· Имя таблицы. Показывает имя таблицы, из которого взято поле;

· Сортировка.  Позволяет указать, на основании каких полей будет производиться сортировка записей;

· Вывод на экран. Определяет будет ли данное поле выводиться на экран;

·  Условие отбора. Позволяет включать или не включать записи в результирующую таблицу. Сложные условия задаются с помощью операторов AND и OR.

I. Заполнение бланка запроса

1. С помощью контекстного меню в верхней половине бланка открываются те таблицы, к которым обращён запрос.

2. В них щёлкают двойными щелчками на названиях тех полей, которые должны войти в результирующую таблицу. При этом автоматически заполняются столбцы в нижней части бланка.

3. Сформировав структуру запроса, его закрывают.

II. Сортировка данных в запросе

При щелчке на строке Сортировка открывается кнопка раскрывающегося списка, в котором можно выбрать метод сортировки: по возрастанию или по убыванию.

Возможна многоуровневая сортировка – сразу по нескольким полям (6 -и уровневая), но в строгой очерёдности слева на право.

Поля надо располагать с учётом будущей сортировки, перетаскивать при необходимости на соответствующие места

(с помощью мыши методом Drag and Drop).

  Управление отображением данных осуществляется установкой (или сбросом) флажка Вывод на экран. Иногда поля на экран выводить не целесообразно.

Использование условий отбора обеспечивает отбор данных по заданному критерию. Для каждого поля можно записать индивидуальное условие

 (Например,  >150).

III. Виды запросов:

· На выборку;

· Запрос с параметром (критерий задаёт сам пользователь)

· Итоговые запросы     (производят вычисления по заданному

                                             полю и выдают результат);

· Запросы на изменение (позволяют автоматизировать -

                                              заполнение полей таблиц);

· Перекрёстные запросы (позволяют создавать результирующие таблицы на основе результатов расчётов, полученных при анализе группы таблиц)

· Специфические запросы – запросы к серверу БД, написанные на языке запросов SQL.

3.5 Работа с формами

  Формы позволяют:

· Вводить данные в таблицы БД без непосредственного доступа к самим таблицам;

· Выводить результаты работы запросов в виде красиво оформленных форм.

Существует следующие виды формирования структуры форм:

· на основе таблицы;      

· на основе запроса;

· комбинированный (творческий) подход. 

Если форма основывается на одном объекте, то такая форма называется простой. Если форма основывается на полях из нескольких связанных таблиц, то такая форма называется сложной и представляет собой композицию из нескольких форм

Структура формы

В режиме Конструктора можно рассмотреть структуру формы. Имеет три основных раздела:

í Область заголовка;

í Область данных;

í Область примечания.

Разделы заголовка и примечания имеют оформительское значение.

  Раздел данных имеет содержательное значение – в нём представлены элементы управления, с помощью которых выполняется отображение данных или их ввод.

Здесь можно разместить дополнительные элементы управления для автоматизации ввода данных (переключатели, флажки, списки).

 

Элементы управления располагаются на Панели Элементов управления:

К формам предъявляют повышенное требование по дизайну. Все элементы управления форм выравниваются.

3.6. Работа с отчётами

Отчёты служат для форматированного вывода данных на печатающее устройство.

В MS Access существуют средства ручного, автоматического и автоматизированного проектирования.

Отчеты создаются подобно формам. Если для создания отчетов не хватает данных, то сначала создаются необходимые запросы, а затем на базе последних, с помощью мастера готовятся отчеты.

 

 

Для создания отчетов можно:

1. перейти на вкладку Создание и щелкнуть по пиктограмме Отчет; Ms Access сразу предложит готовый отчет, который надо сохранить.

2. или на вкладке Создание щелкнуть по пиктограмме Мастер о тчетов. Мастер создаёт структуру отчёта в режиме диалога с пользователем в несколько этапов (6), что позволяет более гибко подойти к построению будущего объекта.

Если отчет содержит более 1 страницы, то нужно вывести на печать номера страниц.

 

 

 

Мастер отчётов создаёт структуру отчёта в режиме диалога с разработчиком.

   

Структуру отчёта можно рассмотреть и отредактировать в режиме Конструктора.

Она имеет следующие разделы:

í Область заголовка;

í Область данных;

í Область примечания;

í Область верхнего и нижнего колонтитулов (для печати номеров страниц и полного количества страниц).

Выполняется командой Вставка \ Номера страниц.    

Приёмы редактирования структуры отчётов те же, что и для форм.

 

4. Обработка данных в СУБД Access

4.1 Сортировка данных

Используется для отображения записей в определенном порядке. Для этого выделяют соответствующий столбец, а затем выбирают одну из команд:

Сортировка по возрастанию (кнопка ) или

Сортировка по убыванию (кнопка ).

4.2 Фильтры

 

Используются для вывода на экран только тех данных, которые заказаны выделением символов или условием.

На вкладке Главная сосредоточена группа Сортировка и фильтры.

 

К Фильтрам относятся:

- по выделенному,

- параметры расширенного фильтра,

- переключение фильтров.

 

С помощью Фильтров по выделенному  можно вывести только те записи, в которых присутствуют выделенные значения   (символы) либо сформировать условия:

 

 

 

Числовой фильтр

 

Если необходимо отобразить записи, удовлетворяющие сложным условиям отбора, то используются расширенные фильтры  и логические операторы OR и AND

Используя кнопку Фильтр, открывается окнос записями и текстовыми фильтрами:

Текстовой фильтр                                                                                   

Классификация баз данных

1. По технологии обработки данныхБД делятся на

– Централизованные и

– Распределённые.

Централизованная БД хранится в памяти одной вычислительной системы – применяется в локальных сетях ПК.

    

Распределённая БД состоит из нескольких частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети, поэтому работа с такой БД происходит с помощью СУБД.

2. По способу доступа к данным БД разделяются на:

– БД с локальным доступом и

– ДБ с удалённым (сетевым) доступом.

 

Системы централизованных БД с сетевым доступом предполагают различные архитектуры: файл-сервер и клиент-сервер.

 

Архитектура файл-сервер  предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На ней хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций. Файлы БД в соответствии с пользовательскими запросами передаются на РС, где и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.

 Файл - сервер

 

В архитектуре клиент-сервер подразумевается, что помимо хранения централизованной БД центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объёма обработки данных. Запрос на данные клиента, порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлечённые данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. В этой архитектуре используется язык запросов SQL.

Клиент – сервер

                                                                                                    

 

 

2.1. Виды моделей данных

 

Ядром любой базы данных является модель данных. С помощью модели данных могут быть представлены объекты любой области и взаимосвязи между ними.

Виды моделей данных

Модель данных – совокупность структур данных и операций их обработки.

 

СУБД основывается на четырех основных типов моделей данных и их комбинациях:

– Иерархическая,

– Сетевая;

– Реляционная;

– Объектно-ориентированная.

           

I. Иерархическая модель данных

Объекты в этой модели образуют ориентированный граф (перевёрнутое дерево).

 

 

 Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.

Узлы представлены вершинами графа. Между узлами имеются связи. Дерево имеет одну вершину. Зависимые узлы находятся на уровнях (втором, третьем…).

Количество деревьев в БД определяется числом корневых записей.

К каждой записи БД существует только один путь от корневой записи. 

Например: к узлу С5 путь проходит через записи:

А: \ В3 \ С5

А – ректор академии; В3 – декан одного из факультетов академии;

С5 – конкретная группа на факультете.

II. Сетевая модель данных

Каждый узел графа может быть связан с любым другим узлом.

 

 

А, В – студенты, участвующие в научных работах по направлениям С, D, G, E. Направления C, D – Госбюджетные, а G, E – субсидируются частными компаниями L.

 

III. Реляционная модель данных

Эта модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Понятие реляционный (relation – отношение) – связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобством для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная таблица представляет собой двумерный массив.

 

N	Фамилия	Возраст	Домашний телефон	Класс	Адрес	Пол	Состав семьи
1	Яковлева	18	9252415	11	Димитрова 105,6	жен.	4
2	Петров	17	5569664	10	Димитрова 20,48	муж.	2
3	Липатова	17		9	Московское шоссе 250,2	жен.	5
4	Иванов	16	9251719	10	Силина 10,15	муж.	3

Свойства реляционной таблицы:

· каждый элемент таблицы – это один элемент данных;

· все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип и длину;

· каждый столбец имеет уникальное Имя;

· одинаковые строки в таблице отсутствуют;

· порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

 

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям, а столбцы – атрибутам отношений или полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом  (ключевым полем). Например: «№ личного дела» или «№ зачетной книжки».

Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая БД имеет составной ключ. Например: «Фамилия, Имя, Отчество».

Понятие ключа в СУБД

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы, в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ – ключ второй таблицы.

    

Пример реляционной модели, построенной на основе отношений:

СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

СТУДЕНТ (№, Ф., И., О., Пол, ДатаРождения, Группа)

СЕССИЯ (Ф., И., О., Оценка1, Оценка2, Оценка3, Оценка4, Результат).

СТИПЕНДИЯ (Результат, Стипендия).

 

Таблицы СТУДЕНТ и СЕССИЯ имеют совпадающие поля (Ф., И., О.) – составной ключ, что обеспечивает организацию связей между ними.

Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ Ф., И., О. и содержит внешний ключ Результат, который обеспечивает её связь с таблицей СТИПЕНДИЯ.

            СТУДЕНТ                              СЕССИЯ                       СТИПЕНДИЯ

                                             составной ключ

 

 

                                                                                  

                                                                               внешний ключ, простой