2. Виды баз данных
В современной информационной технологии существует множество видов баз данных. Они могут быть разделены по разным критериям, таким как модель данных, тип САПР, тип предметной области, формат хранения данных и т.д.
2.1 По модели данных
Существуют следующие виды баз данных по модели данных:
- Реляционные базы данных
- Иерархические базы данных
- Сетевые базы данных
- Объектно-ориентированные базы данных
- Хранилища данных
- Графовые базы данных
2.2 По типу САПР
Базы данных также могут быть классифицированы по типу соответствующей системы автоматизированного проектирования:
- Системы автоматизированного проектирования электронных схем (САПР ЭС)
- Системы автоматизированного проектирования механических систем (САПР МС)
- Системы автоматизированного проектирования строительных систем (САПР СС)
2.3 По типу предметной области
Базы данных также могут иметь отношение к различным предметным областям:
- Медицинские базы данных
- Банковские базы данных
- Торговые базы данных
- Производственные базы данных
- Научные базы данных
- Телекоммуникационные базы данных
- Интернет-базы данных
2.4 По формату хранения данных
Базы данных могут иметь различные форматы физического хранения данных:
- Конкатенатный (простой текст или CSV)
- Текстовый (JSON, XML)
- Двоичный (терминаторные строки, базы данных Oracle)
3. Преимущества баз данных
Использование баз данных имеет ряд преимуществ:
- Ускорение работы с данными за счет сокращения времени на их поиск вручную
- Повышение достоверности и соответствия информации
- Лучшая защита данных от случайного или непреднамеренного удаления
- Более легкий доступ к данным из различных мест и программ
- Сохранение информации в структурированной форме, облегчающей поиск и отображение только необходимых фрагментов данных
Таким образом, базы данных выступают важным элементом в области хранения, обработки и использования данных.
История баз данных в узком смысле рассматривает базы данных в традиционном (современном) понимании. Эта история начинается с 1955 года, когда появилось программируемое оборудование обработки записей. Программное обеспечение этого времени поддерживало модель обработки записей на основе файлов. Для хранения данных использовались перфокарты.
База данных. База знаний. Банк данных
... управления базами знаний и для каких целей они предназначены. Показано, чем базы данных отличается от базы знаний. Так же приведены модели представления знаний, при помощи которых строятся экспертные системы. 1.1 Базы данных и системы управления базами данных База данных ...
Оперативные сетевые базы данных появились в середине 1960-х. Операции над оперативными базами данных обрабатывались в интерактивном режиме с помощью терминалов. Простые индексно-последовательные организации записей быстро развились к более мощной модели записей, ориентированной на наборы. За руководство работой Data Base Task Group (DBTG), разработавшей стандартный язык описания данных и манипулирования данными, Чарльз Бахман получил Тьюринговскую премию. В это же время в сообществе баз данных COBOL была проработана концепция схем баз данных и концепция независимости данных.
Следующий важный этап связан с появлением в начале 1970-х реляционной модели данных, благодаря работам Эдгара Ф. Кодда. Работы Кодда открыли путь к тесной связи прикладной технологии баз данных с математикой и логикой. За свой вклад в теорию и практику Эдгар Ф. Кодд также получил премию Тьюринга.
Сам термин база данных (англ. database) появился в начале 1960-х годов, и был введён в употребление на симпозиумах, организованных фирмой SDC (System Development Corporation) в 1964 и 1965 годах, хотя понимался сначала в довольно узком смысле, в контексте систем искусственного интеллекта. В широкое употребление в современном понимании термин вошёл лишь в 1970-е годы.
1.2 Предназначение баз данных
База данных — объективная форма представления и организации совокупности данных (статей, расчетов и т. д.), систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ. Данные эти представляют на машиночитаемых носителях информацию в форме, пригодной для оперативного использования с помощью ЭВМ (компьютера).
Они должны удовлетворять информ. потребностям многих пользователей, быть структурированными и связанными между собой.
Пользователями базы данных могут быть различные прикладные программы, программные комплексы и специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей или источников данных, называемые конечными пользователями.
В наше время базы данных играют важную роль в организации и хранении различных данных, относящихся к различным сферам жизни человека. База данных представляет собой совокупность данных, которая хранится в компьютерах и может использоваться несколькими пользователями.
Для управления базами данных существуют специальные программы, которые называются системами управления базами данных (СУБД).
Они предназначены для организации и ведения баз данных. СУБД являются неотъемлемой частью разработки информационных систем, так же, как транслятор является необходимым инструментом для разработки программ на алгоритмическом языке.
1.3 Функции баз данных
Основные функции СУБД включают:
- управление данными во внешней памяти;
- управление буферами оперативной памяти;
- управление транзакциями;
- журнализация и восстановление БД после сбоев;
- поддержка языков БД.
Функция управления данными во внешней памяти включает создание необходимых структур внешней памяти для хранения данных, которые являются частью базы данных, а также структур для обеспечения более быстрого доступа к данным в некоторых случаях (часто с помощью индексов).
СУБД могут использовать существующие файловые системы для работы с внешней памятью, либо работать непосредственно с устройствами внешней памяти. Однако пользователи СУБД не должны знать, какая именно файловая система используется и как организованы файлы, так как СУБД обеспечивает собственную систему именования объектов базы данных.
База данных. Понятие базы данных. Виды баз данных. Объекты для ...
... база данных, разные части которой хранятся на различных компьютерах, объединённых в сеть; 4.Централизованная – база данных, хранящихся на одном компьютере; 5.Реляционная – база данных с табличной организацией данных. ... данных. Для разработки программ, систем программ, работающих с базами данных, используются специальные средства – системы управления базами данных (СУБД). СУБД ... таблицы и тем самым, ...
Буферизация данных в СУБД
СУБД обычно работают с БД значительного размера, превышающего доступный объем оперативной памяти. Вследствие этого, при обращении к данным происходит обмен с внешней памятью, что замедляет работу системы. Одним из способов увеличения скорости работы является буферизация данных в оперативной памяти. Операционная система может предоставить общесистемную буферизацию, но это недостаточно для СУБД, которая имеет более подробную информацию о полезности буферизации различных частей БД.
В развитых СУБД используется собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов. Такие системы стремятся иметь всю БД постоянно в оперативной памяти, основываясь на предположении, что объем оперативной памяти в будущем будет настолько велик, что буферизация не будет проблемой. В настоящее время эти технологии находятся в стадии исследований.
Транзакции в СУБД
Транзакция — это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Транзакция может быть успешно выполнена, в таком случае изменения, произведенные ею, фиксируются (COMMIT) во внешней памяти. В противном случае, никакие изменения не отражаются на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.
Даже в однопользовательских СУБД механизм транзакций является обязательным условием. Например, при выполнении операции приема на работу нового сотрудника, необходимо объединить операции над файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ в одну транзакцию, чтобы не нарушить целостность БД. В многопользовательских СУБД понятие транзакции имеет еще большее значение.
Надежность хранения данных в СУБД
Надежность хранения данных во внешней памяти является одним из основных требований к СУБД. Это означает, что система должна быть способна восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.
Обычно выделяют два вида аппаратных сбоев, которые могут возникнуть:
Изучение программных и аппаратных сбоев в БД
При работе с БД наиболее часто встречаются два типа сбоев: мягкие и жесткие. Мягкие сбои связаны с внезапной остановкой работы компьютера, в том числе с аварийным выключением питания. Жесткие сбои характеризуются потерей информации на носителях внешней памяти.
Для восстановления БД после сбоя, необходимо располагать дополнительной информацией. Таким образом, для поддержания надежности хранения данных требуется избыточность хранения, при этом часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться более надежно. Наиболее распространенным методом поддержания избыточной информации является ведение журнала изменений БД.
Представление данных в памяти персонального компьютера (числа, ...
... в компьютере. Для этого достаточно перевести число в двоичную систему счисления. Однако стоит отметить, что кодирование отрицательных целых чисел имеет свои особенности, которые мы рассмотрим в контексте представления числовой информации. Вещественные числа В ... не все так просто. Например, в современных глянцевых журналах фотографии также могут быть дискретными, в то время как распечатка картинок ...
Журнал изменений БД
Журнал – это составная часть БД, которая не доступна пользователям СУБД, но поддерживается с особой тщательностью. В журнал поступают записи обо всех изменениях базы данных. Журнал управляется таким образом, чтобы сам не подвергался риску сбоя. Некоторые системы работают с двумя копиями журнала, располагаемыми на разных физических дисках.
В разных СУБД изменения БД журнализуются на разных уровнях, используют разный подход. Например, в некоторых системах запись в журнале соответствует некоторой логической операции изменения БД, а в других – минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти. Также распространены системы, использующие оба подхода.
Упреждающая запись в журнал
Во всех случаях журнал записи работает по стратегии «упреждающей» записи (Write Ahead Log).
Сначала записывается изменение объекта БД в журнал, а затем измененный объект попадает во внешнюю память основной части базы данных. Если протокол WAL соблюдается корректно, то журнал помогает решить все проблемы восстановления БД после любого сбоя.
Таким образом, журнал изменений БД является необходимой составляющей для обеспечения надежности хранения данных в БД. При этом СУБД должны соблюдать стратегию корректной записи в журнал, чтобы гарантировать восстановление БД после любого сбоя.
В ходе исследования мы обнаружили, что наиболее простая ситуация восстановления данных в базе данных — это индивидуальный откат транзакции. Для этого не требуется общесистемный журнал изменений БД, достаточно поддерживать локальный журнал операций модификации БД для каждой транзакции и выполнять откат путем выполнения обратных операций в порядке, обратном записи операций в локальном журнале.
В некоторых системах управления базами данных используется именно такой подход, поддерживая локальные журналы операций для каждой транзакции. Это позволяет легко восстановить состояние БД до момента начала отката транзакции, следуя от конца локального журнала и выполняя обратные операции в правильном порядке.
Однако в большинстве систем такой подход не применяется и откат транзакций выполняется по общесистемному журналу изменений. Для этого все записи, относящиеся к одной транзакции, связываются обратным списком. То есть записи в общесистемном журнале упорядочены таким образом, что можно легко определить, какие операции относятся к одной транзакции и в каком порядке их следует выполнять при откате.
Этот подход обеспечивает целостность данных при восстановлении после отката транзакции, так как все модификации, внесенные транзакцией, могут быть корректно отменены в правильном порядке. Таким образом, индивидуальный откат транзакции является надежным механизмом восстановления данных в БД.
В данной работе рассматривается важный аспект работы с базами данных — процесс восстановления после мягкого сбоя. Мягкий сбой во внешней памяти основной части БД может привести к тому, что объекты, модифицированные незавершенными транзакциями, останутся в базе данных, а объекты, модифицированные завершенными транзакциями, могут быть потеряны. Чтобы обеспечить целостность данных и восстановить состояние базы данных, необходимо использовать протокол WAL (Write-Ahead Logging).
Протокол WAL предусматривает запись всех операций модификации во внешней памяти журнала до их фиксации в основной части БД. Таким образом, при сбое во внешней памяти, в журнале всегда будут находиться записи, относящиеся к операциям модификации объектов, независимо от того, завершились эти операции или нет.
Cоздание базы данных в Access
... базами данных, представлены в виду табличной форме. Имеет более развитые средства для работы с данными и их отбора из взаимосвязанных таблиц, а также формирования новых таблицы и отчётов в Access ... почку; Целью данной курсовой работы является реализация БД «Школа» для автоматизации работы для учителей приобретение навыков анализа предметной области, проектирование базы данных Согласно цели поставим ...
Процесс восстановления после мягкого сбоя включает два основных этапа: откат (undo) незавершенных транзакций и повторное воспроизведение (redo) операций завершенных транзакций. Во время отката отменяются все незавершенные транзакции, чтобы устранить изменения, которые они могли внести в базу данных. Затем производится повторное воспроизведение операций завершенных транзакций, чтобы восстановить состояние базы данных до момента сбоя.
Однако процесс восстановления содержит много тонкостей, связанных с управлением буферами и журналом. Буферы оперативной памяти используются для ускорения операций с базой данных, но при сбое они могут потерять свое содержимое. Поэтому необходимо правильно организовать восстановление данных из буферов и журнала, чтобы обеспечить надежность и целостность базы данных.
Для работы с базами данных используются специальные языки, называемые языками баз данных. В ранних системах управления базами данных (СУБД) часто использовались два основных языка: язык определения схемы БД (SDL) и язык манипулирования данными (DML).
SDL использовался для определения логической структуры БД, а DML содержал операторы для работы с данными.
В современных СУБД обычно используется единый интегрированный язык, который содержит все необходимые средства для работы с БД. Одним из наиболее распространенных языков является SQL (Structured Query Language).
SQL позволяет создавать, изменять и выбирать данные из базы данных, а также выполнять другие операции.
В следующей лекции мы рассмотрим более подробно языки ранних СУБД и основные функции реляционной СУБД, поддерживаемые на «языковом» уровне.
1.4 Три модели баз данных
Существует три модели баз данных:
Сравнение иерархической и реляционной структур данных
В настоящее время для хранения и обработки данных используются различные структуры баз данных, каждая из которых обладает своими преимуществами и недостатками. Две основные структуры баз данных — иерархическая и реляционная — имеют различные подходы к хранению и организации данных.
Иерархическая структура
Иерархическая структура представляет собой ориентированный граф (дерево), где каждый узел имеет только одного непосредственного родителя, кроме корня, который не имеет родителя.
Преимущества иерархической структуры:
- Простота реализации и использования
- Высокая производительность при работе с большим объёмом связанных данных
Но для некоторых задач иерархическая структура может быть неэффективной:
- Сложность при внесении изменений в структуру данных
- Ограничение на связи между узлами (иерархическая структура не может описать связи между узлами на разных уровнях иерархии)
- Потребность в специфических алгоритмах декомпозиции запросов
Реляционная структура
Реляционная структура базы данных основана на теории множеств и логике первого порядка. Данные хранятся в виде отношений, представляющих собой двумерные таблицы с фиксированными столбцами и переменным числом строк.
Технологии создания базы данных в Access на примере ателье
... таблицы данными Для повышения быстродействия можно указать максимальное число записей, загружаемых из базы данных SQL Server, при работе с данными формы или таблицы в проекте Microsoft Access. Откройте таблицу или форму в режиме просмотра данных. ...
Преимущества реляционной структуры:
- Гибкость при работе с различными запросами
- Простота внесения изменений в структуру данных
- Высокая портируемость базы данных между различными платформами
Но также есть и недостатки:
- Проблемы с производительностью при большом количестве связанных данных
- Сложность работы с большими базами данных
Выводы
Каждая из двух структур имеет свои преимущества и недостатки, и выбор структуры зависит от конкретной задачи. Иерархическая структура обычно хорошо подходит для больших объёмов мало связанных данных, а реляционная — для малых и средних объёмов данных, требующих сложных запросов и частых изменений структуры.
В данной работе рассматриваются две логические модели данных — реляционная и сетевая. Реляционная модель данных (РМД) основана на математическом понятии отношения и поддерживает операторы манипулирования отношениями, такие как реляционная алгебра и реляционное исчисление. Отношения в РМД являются абстракциями и не могут быть «плоскими» или «неплоскими» таблицами, в отличие от их визуального представления на бумаге или экране. Термин «таблица» не является строгим и может приводить к недопониманию.
Сетевая модель данных является расширением иерархического подхода и представляет собой строгую математическую теорию, описывающую структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных. В отличие от иерархической модели данных, где запись-потомок имеет только одного предка, в сетевой модели данных у потомка может быть любое число предков. Сетевая база данных состоит из набора экземпляров записей и связей между ними. Связи определяются для двух типов записей: предка и потомка. Каждый экземпляр типа записи предка может быть предком только в одной связи, а каждый экземпляр типа записи потомка может быть потомком не более чем в одной связи.
Для дальнейшего исследования и сравнения этих моделей данных была выбрана база данных музыкальных записей в Microsoft Access. Microsoft Access предоставляет средства для создания и управления базами данных, и его использование позволяет изучить особенности реляционной модели данных в контексте конкретной предметной области.
Microsoft Access — это интерактивная реляционная СУБД (система управления базами данных) для Windows. Она предоставляет возможность хранить и извлекать данные на основе установленных отношений. Взаимодействие с программой упрощено благодаря использованию мыши. Графические возможности оболочки впечатляют при создании высококачественных отчетов и печатных материалов. Это достигается за счет поддержки True-type шрифтов и встраивания OLE-объектов (объектов, связанных и встроенных в рамках среды Windows).
OLE-объект представляет собой ссылку на информацию, которая остается в своей первоначальной форме, такой как таблица Excel, иллюстрация Paintbrush или звуковой файл.
Одной из новшеств программы Access является Cue Cards — система подсказок. Это обучающая система, которая предоставляет пользователю рекомендации по решению реальных задач. Если пользователь владеет английским языком, он всегда может получить подсказку о следующем шаге.
Access также предоставляет механизмы работы с базами данных различных форматов. Например, можно обращаться к базам данных dBASE, Paradox или Btrieve без их конвертации в формат, используемый Access. В состав пакета Access входит язык Access Basic, основанный на диалекте Visual Basic, который позволяет создавать специализированные системы управления базами данных.
Настольные системы управления базами данных
... Заполнить таблицу (рис.22.3) числовыми данными, выполнив консолидацию по расположению данных. По данным таблицы на рис.22.3 построить гистограмму. формировать выходной документ. Характеристика ПК и программного обеспечения, использованных для выполнения и оформления данной курсовой работы: процессор ...
Основными объектами в Access являются таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы и модули. База данных — это набор данных, связанных с определенной темой или назначением. При создании базы данных в Microsoft Access создается один файл, который содержит все таблицы, запросы, формы, отчеты и другие объекты, необходимые для работы с информацией.
Microsoft Access создает пустой файл базы данных и открывает окно базы данных. В этот файл можно добавлять различные объекты и выполнять операции с ними. Базу данных можно рассматривать как неделимое образование, с которым можно выполнять различные операции управления. Все операции управления базой данных сосредоточены в меню «Файл» приложения Access или в окне базы данных.
Microsoft Access предоставляет возможность установки ограничений на операции с базой данных и управления доступом пользователей к ней. Это особенно полезно в многопользовательских системах, где требуется ограничить изменения данных и объектов базы данных.
При открытии базы данных в Microsoft Access можно установить режим только чтения, который позволяет только просматривать данные и объекты, но не изменять их. Для этого необходимо активировать контрольный индикатор «Только чтение». Это может быть полезно, например, когда необходимо предоставить доступ к базе данных только для ознакомления с ее содержимым.
Также возможно ограничение доступа к базе данных только собственной персоной. Это означает, что только владелец базы данных будет иметь право на доступ к ней. Это может быть полезно, когда требуется обеспечить конфиденциальность данных и предотвратить несанкционированный доступ.
Для дополнительной защиты данных можно сжать базу данных. Это позволяет уменьшить размер файла базы данных и оптимизировать ее производительность. Для сжатия базы данных необходимо выбрать соответствующую опцию в меню «Файл» и указать имя для сжатой версии базы данных. Если используется то же самое имя, база данных будет успешно сжата и исходная версия будет автоматически удалена.
Для дополнительной безопасности можно зашифровать базу данных. Это позволяет защитить секретную информацию от несанкционированного просмотра. Для этого необходимо выбрать опцию «Зашифровать базу данных» в меню и указать имя файла, в который будет помещен результат шифрования. Если используется то же самое имя, оригинальный файл будет заменен на зашифрованный.
В некоторых ситуациях база данных может оказаться поврежденной. Для восстановления базы данных служит директива Repair Database (восстановить базу данных) в меню File. Эту операцию рекомендуется применять в целях профилактики так как Access не замечает, что база данных была повреждена. В диалоговом окне ремонта нужно ввести имя, директорию и накопитель поврежденной(или подозреваемой в повреждении) базы данных и нажать кнопку OK. После этого Access займется «починкой» заданной базы данных и спасет то, что еще можно спасти.
3. База данных «Музыкальные записи»
3.1 Таблицы
Для создания БД «Музыкальные записи» нам нужны следующие таблицы:
Основные: Произведения и Журнал. (рис. 1, 2)
Вспомогательные: Стили, Носители и Исполнители. (рис. 3, 4, 5).
База данных в СУБД ACCESS
... запросов (SQL). 1.2. СУБД MS Access СУБД Access является системой управления базами данных реляционного типа. Данные хранятся в такой базе в виде таблиц, строки (записи) которых состоят из наборов полей определенных ... от друга и от места хранения баз данных, созданы сетевые мультипользовательские версии БД основанных на реляционной структуре. В них тем или иным путем решаются специфические проблемы ...
Рисунок 1 — Поля таблицы «Произведения»
Рисунок 2 — Поля таблицы «Журнал»
Рисунок 3 — Поля таблицы «Стили»
Рисунок 4 — Поля таблицы «Носители»
Рисунок 5 — Поля таблицы «Исполнители»
3.2 Схема данных
Схема данных отображается связь таблиц в базе данных «Музыкальные записи» (рис. 6).
Рисунок 6 — Схема данных
3.3 Формы
В базе данных выгоднее создавать, так называемые, формы для отображения произведений, их стиля, типа носителя, исполнителя и т.д. (рис. 7).
Рисунок 7 — Форма «Произведения»
3.4 Запросы
Запросы позволяют выбирать данные из одной или нескольких связанных таблиц. Результатом выполнения запроса является результирующая таблица, которая наряду с другими таблицами может быть использована при обработке данных. С помощью запросов можно также обновлять, удалять или добавлять данные в таблицы. Основным назначением запросов является отбор данных по критериям поиска.
В базе данных музыкальные записи созданы запросы:
Произведения за период (вы задаете интересующий вас год или временной промежуток, в результате получаете результирующую таблицу, на которой видны нужные записи.) (рис. 8).
Должники (этот запрос показывает список людей, которые одолжили записи на определенных носителях и не вернули их.) (рис. 9).
Рисунок 8 — Запрос «Произведения за период»
Рисунок 9 — Запрос «Должники»
3.5 Отчеты
Отчеты предназначены для формирования выходных документов и вывода их на печать. По своим свойствам и структуре отчеты во многом подобны формам. Основное их отличие заключается в том, что в отчёте отображаются все данные и в них предусмотрена возможность группировать данные по различным критериям. Отчеты в отличие от форм могут содержать специальные элементы оформления, характерные для печати документов: колонтитулы, номера страниц и т.д.
В базе данных музыкальные записи созданы отчеты:
Произведения за период (на основе запроса см пункт «Запросы»)
Стили (отчёт создан чтобы показать записи определённых стилей, для удобства выбора определенных композиций для прослушивания)
Рисунок 10 — Отчет «Произведения за период»
Рисунок 11 — Отчет «Стили»
Заключение
Подобная база данных эффективно выполняет поставленные задачи, которые пользователь задает, что делает СУБД незаменимым инструментом в жизни и работе пользователя. Приобретая навыки пользования СУБД, люди значительно облегчают себе задачу ведения учета. Создание запросов, форм и отчетов в базах данных делает восприятие сложной информации легче.
Представленная база данных может использоваться для учета музыкальных записей как в магазине, так и дома.
Список использованной литературы
- [Электронный ресурс]//URL: https://liarte.ru/kursovaya/na-temu-muzyikalnyie-zapisi/
- Ломтадзе В.В., Шишкина Л.П. Практическая информатика. — Иркутск: изд-во ИрГТУ. — 2012. — 200 с.
- Бояринцева Т.П., Воропаева Е.Ф., Дмитриенко Т.А., Шишкина Л.П. Лабораторный практикум по информатике. Расширенные возможности Excel. — Иркутск: изд-во ИрГТУ. — 2003. — 71 с.
- ru.wikipedia.org
