База данных как модель предметной области

В современном мире количество информации постоянно возрастает, поэтому человеку регулярно приходится пользоваться различными информационными системами. Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, которые используются для хранения, обработки и выдачи информации по запросу.

К примерам информационных систем относятся:

·      телефонная справочная города;

·      энциклопедия;

·      информационно-поисковые системы и многое другое.

Для упорядоченного хранения и обработки больших объёмов информации создаются базы данных. База данных – это совокупность взаимосвязанных и организованных определённым образом данных, отображающих состояние объектов и отношений между ними в какой-либо предметной области.

Как вы уже поняли база данных предназначена для записи и хранения каких-либо сведений. Давайте немного познакомимся с историей появления баз данных.

К первым известным базам данных можно отнести записи учёта царской казны и налогов, которые появились в Шумере. Они велись на глиняных таблицах на протяжении многих лет. Эволюция продолжалась 6000 лет: глиняные таблицы, папирус, пергамент, и наконец бумага. В данный период времени вводилось много новшеств в представлении баз данных: сочинения, книги, библиотеки, бумажные и печатные издания. Но обработка информации в эту эпоху производилась вручную. Примерно в 1800 году появилась первая автоматизированная обработка информации, которая велась с помощью перфокарт.

Перфокарта

Перфокарта – это носитель информации, предназначенный для использования в системах автоматической обработки данных.

Перфокарты — это предки дискет. Эта карта сделана из тонкого картона, а информация представляется посредствам наличие или отсутствие отверстий в определенных местах карты. Перфокарты впервые начали применяться в ткацких станках Жаккарда для управления узорами на тканях. К 1955 году данный способ обработки информации стал настолько распространённым, что во многих фирмах выделялись целые этажи, предназначенные для хранения перфокарт. Карты обрабатывались с помощью специальных машин, которые занимали много места. Большие компании обрабатывали и производили миллионы записей каждую ночь. По приблизительным подсчетам можно сказать, что гигабайт информации, записанный на перфокартах, весил бы примерно 22 Тонны. А теперь представьте, как бы люди обрабатывали такое количество информации вручную, это было бы невозможно. Поэтому стало ясно, что пришло время новых технологий.

Саму историю технологии баз данных принято отсчитывать с 1960 годов, когда появились первые попытки создания программных средств для работы с базами данных. Сам термин «База данных» появился в 1960 годах. Следующий важный этап связан с появлением в 1970 годах реляционной модели базы данных благодаря работам Эдгара Франка Кодда. Но с данным способом организации информации мы познакомимся чуть позже в нашем уроке.

Итак, базу данных можно рассматривать как информационную модель предметной области. К первым компьютерным базам данных, которые создал человек, относятся табличные базы данных. В основном в них размещалась числовая информация. Затем человек начал осваивать текстовые базы данных. А с повышением быстродействия компьютеров и увеличением их внешней и оперативной памяти начали создаваться и использоваться графические и мультимедийные базы данных. Информация, которая хранится в базах данных, должна быть структурирована, то есть, организована определённым образом, актуальна и доступна пользователю.

Рассмотрим некоторые способы организации данных в базах данных: иерархический, сетевой и реляционный. Давайте более подробно познакомимся с каждым из них.

В иерархической базе данных информация упорядочена по уровням. Она напоминает собой дерево в графах. Между объектами существуют связи, каждый объект может быть связан с объектами более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка к потомку. Иерархическая структура предполагает неравноправие между данными - одни жёстко подчинены другим.

Структура иерархической базы данных

Например, если построить базу данных школы с помощью иерархической организации данных, то она будет выглядеть следующим образом:

На первом уровне находится директор, на втором уровне – завучи по учебной и воспитательной работе и завуч младших классов. На третьем уровне учителя, на четвёртом учащиеся. Придерживаясь терминологии графов, можно сказать, что директор – это корневая вершина или же предок, завучи – потомки. Если рассматривать завучей как предков, то их потомками будут являться учителя и так далее.

Следующий способ организации информации, который мы рассмотрим, – сетевой. Сетевой подход расширяет иерархический подход. В иерархических структурах запись «потомок» должна иметь одного предка; в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков, то есть в сетевой базе данных нет ограничений на связи между объектами.

Структура сетевой базы данных

В ней могут находиться объекты, которые имеют более одного предка. Таким образом они организуют структуру похожую на сеть. Примером сетевой базы данных является организация информации во Всемирной паутине глобальной компьютерной сети Интернет.

Гиперссылки связывают между собой сотни миллионов документов в единую распределённую сетевую базу данных.

Среди способов организации информации в базах данных наибольшее распространение получил реляционный.

Реляционная база данных основывается на реляционной модели.

В этой модели данные организованы как совокупность прямоугольных таблиц, между которыми установлены связи.

Структура реляционной базы данных

Рассмотрим структуру таблицы реляционной базы данных.

Эта таблица состоит из записи – строка таблицы; и поля – столбец таблицы. В записи содержится информация только об одном объекте: например, данные об учащемся (фамилия, имя, отчество, номер). В свою очередь поле содержит информацию о значениях только одной из характеристик объекта: фамилии учащихся, возраст и так далее.

Для описания поля используются следующие характеристики:

·      имя;

·      тип;

·      размер;

·      формат данных поля.

Все имена полей таблицы должны быть различными. В разных полях таблицы могут храниться данные разных типов:

·      текстовые;

·      числовые;

·      логические;

·      дата/время;

·      денежные;

·      гиперссылка и так далее.

Текстовый тип предназначен для полей, которые содержат текстовые, числовые данные, не требующие вычисления. Числовой – для полей, которые содержат произвольные числовые значения. Логический тип предназначен для полей, данные в которых могут принимать только два значения: Да (Истина) и Нет (Ложь). Тип «Дата» – для полей, которые содержат дату и время в различных форматах. Тип «Денежный» предназначен для поля, в котором будут содержатся числовые денежные значения. Тип «Гиперссылка» – это поле-ссылка на некоторый документ или файл. Длина поля (размер) указывает максимальное количество символов, которые могут содержаться в поле.

В таблице базы данных есть такое понятие как ключ. Ключ – это поле или совокупность полей, значения которых в записях не повторяются, то есть являются уникальными.

Рассмотрим таблицу базы данных «сведения о посетителях библиотеки».

Как видите существует пять полей, которые содержат в себе информацию о коде посетителя, фамилии, имени, адресе и телефоне. Поля код посетителя и номер телефона будут содержать в себе числовую информацию, а все остальные – текстовую. Но уникальным полем (ключом) в данной таблице будет Код посетителя, так как данные во всех остальных полях могут повторяться.

Важно запомнить:

·      Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, которые используются для хранения, обработки и выдачи информации по запросу.

·      База данных – это совокупность взаимосвязанных и организованных определённым образом данных, отображающих состояние объектов и отношений между ними в какой-либо предметной области.

·      В иерархической базе данных информация упорядочена по уровням.

·      В сетевой базе данных нет ограничений на связи между объектами.

·      В реляционной модели данные организованы в виде совокупности прямоугольных таблиц, между которыми установлены связи.

·      Запись – это строка таблицы; поле – это столбец таблицы.

·      Ключ – это поле или совокупность полей, значения которых в записях не повторяются, то есть являются уникальными.