что такое база данных в информатике определение
Что такое база данных — понятие база данных в информатике
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 СУБД 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 язык 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.
База данных. Реляционная база данных
Что такое базы данных (БД) и зачем они нужны
База данных (БД) — это программа, которая позволяет хранить и обрабатывать информацию в структурированном виде.
БД это отдельная независимая программа, которая не входит в состав языка программирования. В базе данных можно сохранять любую информацию, чтобы позже получать к ней доступ.
Пример использования
Базы данных нужны для хранения информации. Чтобы получить полное понимание необходимости использования БД в современном веб-программировании, необходимо ответить на три вопроса:
Предположим, вы решили сделать сайт, где каждый пользователь может вести личный дневник наблюдения за погодой в своем городе.
Такой сайт должен иметь как минимум одну форму ввода со следующими полями: город, дата, температура, облачность, погодное явление, и так далее.
Каждый день наблюдатель записывает показания погоды в эту форму, чтобы когда-нибудь в будущем вернуться на сайт и посмотреть, какая была погода месяц или даже год назад.
Из этого примера следует, что программист каким-то образом должен сохранять данные из формы для дальнейшего использования.
Кроме обычного просмотра дневника погоды за месяц в виде таблицы, можно сделать и более сложный проект.
Например, чтобы электронный дневник чем-то качественно отличался от своего бумажного аналога, будет неплохо добавить туда возможности для простого анализа: показать какой день был самым холодным в ноябре или какой продолжительности была самая длинная серия пасмурных дней.
Получается, что данные надо не просто как-то хранить, но и иметь возможность их обрабатывать и анализировать.
Именно для этих целей и существуют базы данных.
Как хранится информация в БД
В основе всей структуры хранения лежат три понятия:
База данных
База данных — это высокоуровневное понятие, которое означает объединение совокупности данных, хранимых для выполнения одной цели.
Если мы делаем современный сайт, то все его данные будут храниться внутри одной базы данных. Для сайта онлайн-дневника наблюдений за погодой тоже понадобится создать отдельную базу данных.
Таблица
По отношению к базе данных таблица является вложенным объеком. То есть одна БД может содержать в себе множество таблиц.
Аналогией из реального мира может быть шкаф (база данных) внутри которого лежит множество коробок (таблиц).
Таблицы нужны для хранения данных одного типа, например, списка городов, пользователей сайта, или библиотечного каталога.
Таблицу можно представить как обычный лист в Excel-таблице, то есть совокупность строк и столбцов.
Наверняка каждый хоть раз имел дело с электронными таблицами (MS Excel).
Заполняя такую таблицу, пользователь определяет столбцы, у каждого из которых есть заголовок. В строках хранится информация.
В БД точно также: создавая новую таблицу, необходимо описать, из каких столбцов она состоит, и дать им имена.
Запись
Запись — это строка электронной таблицы.
Это неделимая сущность, которая хранится в таблице. Когда мы сохраняем данные веб-формы с сайта, то на самом деле добавляем новую запись в какую-то из таблиц базы данных. Запись состоит из полей (столбцов) и их значений. Но значения не могут быть какими угодно.
Определяя столбец, программист должен указать тип данных, который будет храниться в этом столбце: текстовый, числовой, логический, файловый и т.д. Это нужно для того, чтобы в будущем в базу не были записаны данные неверного типа.
Соберем всё вместе, чтобы понять, как будет выглядеть ведение дневника погоды при участии базы данных.
Теперь можно быть уверенными, что наблюдения наших пользователей не пропадут, и к ним всегда можно будет получить доступ.
Реляционная база данных
Английское слово „relation“ можно перевести как связь, отношение.
А определение «реляционные базы данных» означает, что таблицы в этой БД могут вступать в отношения и находиться в связи между собой.
Что это за связи?
Например, одна таблица может ссылаться на другую таблицу. Это часто требуется, чтобы сократить объём и избежать дублирования информации.
В сценарии с дневником погоды пользователь вводит название своего города. Это название сохраняется вместе с погодными данными.
Но можно поступить иначе:
Так мы решим сразу две задачи:
Связи между таблицами в БД бывают разных видов.
В примере выше использовалась связь типа «один-ко-многим», так как одному городу может соответствовать множество погодных записей, но не наоборот!
Бывают связи и других типов: «один-к-одному» и «многие-ко-многим», но они используются значительно реже.
Если всеми нами известный табличный процессор Excel специально создан для решения задач обработки табличных данных, то существуют системы (приложения) для решения иных классов задач. В частности, очень большую роль играют сейчас программы (приложения, системы), цепь которых – хранение данных и выдача данных по запросу пользователя. Использование компьютеров именно для решения этого класса задач становится всё более массовым явлением.
Смело можно сказать, что такие задачи и необходимость их решения существуют в любой фирме, на любом предприятии. Основное понятие для подобного круга задач – база данных. Базой данных называется файл или группа файлов стандартной структуры, служащая для хранения данных.
Для разработки программ, систем программ, работающих с базами данных, используются специальные средства – системы управления базами данных (СУБД).
СУБД включает, как правило, специальный язык программирования и все прочие средства, необходимые для разработки указанных программ.
В настоящее время наиболее известными СУБД являются: Oracle Database, MS SQL Server, MySQL (MariaDB) и ACCESS. Последняя входит в состав профессионального офисного пакета Microsoft Office.
Это современные системы с большими возможностями, предназначенные для разработки сложных программных комплексов, и знакомство с ними для пользователя ЭВМ исключительно полезно, но в рамках настоящего пособия осуществить его затруднительно.
Понятие базы данных
База данных (БД) – это совокупность массивов и файлов данных, организованная по определённым правилам, предусматривающим стандартные принципы описания, хранения и обработки данных независимо от их вида.
База данных (БД) – совокупность организованной информации, относящейся к определённой предметной области, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти компьютера и постоянного применения.
Виды баз данных
Одно из основных свойств БД – независимость данных от программы, использующих эти данные. Работа с базой данных требует решения различных задач, основные из них следующие:
Следующее понятие, связанное с базой данных: программа для работы с базой данных – это программа, которая обеспечивает решение требуемого комплекса задач. Любая подобная программа должна уметь решать все задачи стандартного набора.
База данных в разных системах имеет различную структуру.
В ПВЭМ обычно используются реляционные БД – в таких базах файл является по структуре таблицей. В ней столбцы называются полями, строки – записями.
В БД содержатся банные некоторого множества объктов. Каждая запись содержит данные одного объекта. Каждая такая БД определяется именем файла, списком полей, шириной полей. Например, БД Школа (Ученик, Класс, Адрес).
Примером БД может служить расписание движения поездов или автобусов. Здесь каждая строчка – запись отражает данные строго одного объекта. База включает поля: номер рейса, маршрута следования, время отправления и т.д.
Классическим примером БД является и телефонный справочник. Запрос к базе данных – это предписание, указывающее, какие данные пользователь желает получить из базы.
Некоторые запросы могут представлять собой серьёзную задачу, для решения которой потребляется составлять сложную программу. Например, запрос к базе – автобусному расписанию: определить разницу в среднем интервале отправления автобусов из Ростова в Таганрог и из Ростова в Шахты.
Объекты для работы с базами данных
Для создания приложения, позволяющего просматривать и редактировать базы данных, нам потребуется три звена:
В нашем случае эта триада реализуется в виде:
А зачем нужен компонент – посредник? Почему бы сразу не подключаться к Table?
Приложения баз данных – нить, связывающая БД и пользователя:
БД => набор данных –=> источник данных => визуальные компоненты => пользователь
Типы данных в базах
В Access можно определить следующие типы полей:
Типы данных в таблицах Access
Не надо забывать про индексы. Связывать таблицы. Связь с обеспечением целостности контролирует каскадное удаление и модификацию данных.
Монопольный доступ к БД нужен для того, чтобы производить в ней фундаментальные изменения.
Основные понятия и элементы баз данных
Базы данных понадобились тогда, когда возникла потребность хранить большие объёмы однотипной информации, уметь её оперативно использовать. Базами данных (в широком понимании этого слова) пользовались на протяжении всей истории жрецы, чиновники, купцы, ростовщики, алхимики.
Основное требование к базам данных – удобство доступа к данным, возможность оперативно получить исчерпывающую информацию по любому интересующему вопросу (важно не только то, что информация содержится в базе, важно то, насколько она хорошо структирована и целостна).
Лишь только появились и распространились компьютеры, почти сразу на них возложили тяжёлый и кропотливый труд по обработке и структурированию данных, появились базы данных (БД) в их нынешнем понимании.
Согласно современным требованиям к базам данных, информация, содержащаяся в них, должна быть:
Таблица представляет собой двумерный массив, в котором хранятся данные. Столбцы таблицы (в рамках принятых обозначений БД) называются полями, строки – записями. Количество полей таблицы фиксировано, количество записей – нет. Фактически таблица – нефиксированный массив записей с одинаковой структурой полей в каждой записи. Добавить в таблицу новую запись не составляет труда, а то время как добавление нового поля влечёт за собой рестрктуризацию всей таблицы и может вызвать определённые трудности. В качестве значений полей в записях могут храниться числа, строки, картинки и т.д. Таблицы баз данных хранятся на жёстком диске (на локальном компьютере или на сервере баз данных – в зависимости от типа БД). Одной таблице соответствуют обычно несколько файлов – один основной и несколько вспомогательных. Тонкости организации таблиц зависят от используемого формата (dBase, Paradox, InterBase, Microsoft Access и т.д.)
Ключ – поле или комбинация полей таблицы, значения в которых однозначно определяют запись. Ключ потому так и называется, что, имея значения ключевых полей, можно однозначно получить доступ к нужной записи. Таким образом, ключи чрезвычайно полезны для связи таблиц. Записывая значения ключа в отведённые поля подчинённой таблицы и тем самым, задавая ссылку, обеспечиваем связь двух записей – записи в главной таблице и записи в подчинённой таблице. В одной записи подчинённой таблицы может находиться и несколько ссылок на записи главной таблицы. Например, в школьном журнале может быть таблица – список дежурств, где в каждой записи содержатся фамилии и имена (ключ их двух полей) нескольких дежурных. Так осуществляется связь различных записей главной таблицы и реализуется достаточно сложная структура данных. В школьной практике в качестве ключевых полей используются имена и фамилии, но в БД лучше отводить специальные ключевые поля – индивидуальные номера (коды) записей. Это гарантированно уберегает от возможных проблем с однофамильцами. В школе же, где не требуется такая компьютерная чёткость, появление в одном классе двух учеников с одинаковыми именами и фамилиями – очень редкое событие, поэтому можно простить подобное техническое упущение. Кроме связывания, ключи могут использоваться для прямого доступа к записям, ускорения работы с таблицей.
Индекс – поле, так же, как и ключ, специально выделенное в таблице, данные в котором, однако, могут повторяться. Они также служат для ускорения доступа и, кроме того, для сортировки и выборок.
Нормальные формы были придуманы, скорее, для автоматизации процесса создания баз данных, нежели как руководство тем, кто создаёт их вручную (автоматическое проектирование больших баз данных может производиться с помощью специальных систем программ – средств (CASE). Реально при ручной разработке проектировщик сразу же задумывает необходимую структуру, планирует нужные таблицы, а не идёт от одной большой таблицы. Нормальные формы фактически формализуют интуитивно понятые требования к организации данных, помогая, прежде всего, избежать избыточного дублирования данных.
Первая нормальная форма:
Вторая нормальная форма:
Третья нормальная форма:
Требование третьей нормальной формы имеет тот смысл, что таблицу с полями (Имя, Фамилия, Класс, Классный руководитель) необходимо разбить на две таблицы (Имя, Фамилия, Класс) и (Класс, Классный руководитель), поскольку поле Класс однозначно определяет поле Классный руководитель (а согласно третьей форме, однозначно определять должны только ключи).
Для более глубокого понимания тонкостей проведения операций с записями в таблицах необходимо иметь понятия о способах доступа, транзакциях и бизнес-правилах.
Способы доступа определяют, как технически производятся операции с записями. Способы доступа выбираются программистом во время разработки приложения. Навигационный способ основан на последовательной обработке нужных записей поодиночке. Он обычно используется для небольших локальных таблиц. Реляционный способ основан на обработке сразу набора записей с помощью SQL-запросов. Он используется для больших удалённых БД.
Транзакции определяют надёжность выполнения операций по отношению к сбоям. В транзакцию объединяется последовательность операций, которая либо должна быть выполнена полностью, либо не выполнена совсем. Если во время выполнения транзакции произошёл сбой, то все результаты всех операций, входящих в неё отменяются. Это гарантирует то, что не нарушается корректность базы данных даже в случае технических (а не программных) сбоев.
Бизнес-правила определяют правила проведения операций и представляют механизмы управления БД. Задавая возможные ограничения на значения полей, они также вносят свой вклад в поддержание корректности базы. Несмотря на возможные ассоциации с бизнесом как коммерцией, бизнес-правила не имеют к нему прямого отношения и просто являются правилами управления базами данных.
Защита корректности БД:
База данных
Ба́за да́нных — представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчётов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260).
Многие специалисты указывают на распространённую ошибку, состоящую в некорректном использовании термина «база данных» вместо термина «система управления базами данных», и указывают на необходимость различения этих понятий. [1]
Содержание
Проблемы определения
В литературе предлагается множество определений понятия «база данных», отражающих скорее субъективное мнение тех или иных авторов, однако общепризнанная единая формулировка отсутствует.
Определения из международных стандартов:
Определения из авторитетных монографий:
В определениях наиболее часто (явно или неявно) присутствуют следующие отличительные признаки [7] :
Из перечисленных признаков только первый является строгим, а другие допускают различные трактовки и различные степени оценки. Можно лишь установить некоторую степень соответствия требованиям к БД.
В такой ситуации не последнюю роль играет общепринятая практика. В соответствии с ней, например, не называют базами данных файловые архивы, Интернет-порталы или электронные таблицы, несмотря на то, что они в некоторой степени обладают признаками БД. Принято считать, что эта степень в большинстве случаев недостаточна (хотя могут быть исключения).
История
История возникновения и развития технологий баз данных может рассматриваться как в широком, так и в узком аспекте.
В широком аспекте понятие истории баз данных обобщается до истории любых средств, с помощью которых человечество хранило и обрабатывало данные. В таком контексте упоминаются, например, средства учёта царской казны и налогов в древнем Шумере (4000 г. до н. э.), [9] узелковая письменность инков — кипу, клинописи, содержащие документы Ассирийского царства и т. п. Следует помнить, что недостатком этого подхода является размывание понятия «база данных» и фактическое его слияние с понятиями «архив» и даже «письменность».
История баз данных в узком аспекте 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. [9]
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 database (база данных) 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. [10]
Виды баз данных
Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям. Например, в «Энциклопедии технологий баз данных», [4] по материалам которой написан данный раздел, определяются свыше 50 видов БД.
Основные классификации приведены ниже.
Классификация по модели данных
Классификация по среде постоянного хранения
Классификация по содержимому
Классификация по степени распределённости
Другие виды БД
Сверхбольшие базы данных
Сверхбольшая база данных (англ. Very Large Database, VLDB ) — это база данных, которая занимает чрезвычайно большой объём на устройстве физического хранения. Термин подразумевает максимально возможные объёмы БД, которые определяются последними достижениями в технологиях физического хранения данных и в технологиях программного оперирования данными.
Количественное определение понятия «чрезвычайно большой объём» меняется во времени; в настоящее время считается, что это объём, измеряемый по меньшей мере петабайтами. Для сравнения, в 2005 г. самыми крупными в мире считались базы данных с объёмом хранилища порядка 100 терабайт. [11]
Специалисты отмечают необходимость особых подходов к проектированию сверхбольших БД. Для их создания нередко выполняются специальные проекты с целью поиска таких системотехнических решений, которые позволили бы хоть как-то работать с такими большими объёмами данных. Как правило необходимы специальные решения для дисковой подсистемы, специальные версии операционной среды и специальные механизмы обращения СУБД к данным. [12]
Исследования в области хранения и обработки сверхбольших баз данных VLDB всегда находятся на острие теории и практики баз данных. В частности, с 1975 года проходит ежегодная конференция International Conference on Very Large Data Bases («Международная конференция по сверхбольшим базам данных»). Большинство исследований проводится под эгидой некоммерческой организации VLDB Endowment (Фонд целевого капитала «VLDB»), которая обеспечивает продвижение научных работ и обмен информацией в области сверхбольших БД и смежных областях.
Примечания
Литература
Информационные технологии. 10 класс (Базовый уровень)
§ 1. Понятие базы данных. Система управления базами данных (СУБД)
1.1. Базы данных. Поле. Запись
Основой современных информационных технологий являются данные. Практически все информационные системы в той или иной степени связаны с функциями долговременного хранения и обработки данных. Информация является фактором, определяющим эффективность любой сферы деятельности.
Данные, предназначенные для компьютерной обработки, целесообразно структурировать, т. е. организовывать определенным образом. Именно структурирование позволяет пользователю оптимизировать работу с данными (сократить время поиска, обеспечить эффективное хранение, исключить ошибки при обработке).
База данных (БД) — совокупность взаимосвязанных и организованных определенным образом данных.
Базы данных можно классифицировать исходя из способов организации их хранения и обработки:
1. Иерархическая. Такую модель можно изобразить в виде дерева, состоящего из объектов различных уровней.
2. Сетевая. Является обобщением иерархической, т. е. каждый элемент вышестоящего уровня может быть связан с любыми элементами следующего уровня.
3. Реляционная. В такой модели данные организованы в виде таблиц, между которыми установлены связи.
Рассмотрим реляционные БД, как наибольший распространенный в сегодняшнее время.
Таблицы состоят из строк и столбцов. В таблицах баз данных — это записи и поля.
Запись — строка таблицы базы данных, содержащая данные об одном объекте.
В таблице из примера 1.1 пять записей и каждая запись содержит данные об определенном киносеансе.
Поле — столбец таблицы базы данных, в котором указываются значения определенного свойства объектов базы данных.
В таблице из примера 1.1 (п. 3) четыре поля: «Кинотеатр», «Фильм», «Время», «Стоимость».
Взаимодействие с базами данных лежит в основе функционирования многих ресурсов в Интернете.
Электронный школьный журнал работает с базой данных, содержащей информацию о педагогическом коллективе учреждения образования, об учащихся, классах, учебных предметах, отметках и т. д.
Доступ к базе данных необходим при оплате товаров в супермаркете, когда кассир считывает штрих-код с покупок, а также при поиске товаров в интернет-магазинах.
При посещении Национальной библиотеки обычно приходится обращаться к базе данных, содержащей сведения обо всех книгах, имеющихся в этой библиотеке, о ее читателях, заявках на бронирование книг и т. д.
Пример 1.1. Классификация баз данных.
3. Таблица реляционной БД.
Франк Кодд (23 августа 1923 г. — 18 апреля 2003 г.) — британский ученый, труды которого заложили основы теории реляционных баз данных. Работая в компании IBM, он установил правила, определяющие базу данных как реляционную.