Темы билетов госэкзамена по БД 1.БД, принципы построения, соответствие БД действительности. 2.Принципы логического проектирования БД. 3.Обработка транзакций. - презентация

1 Темы билетов госэкзамена по БД 1.БД, принципы построения, соответствие БД действительности. 2. Принципы логического проектирования БД. 3. Обработка транзакций в реальном масштабе времени (OLTP - технология). 4. Аналитическая обработка данных в реальном масштабе времени (OLAP - технология) 5. Оперативное хранилище данных, хранилище большого объема данных, витрина данных: структура, связь с конкретными целями бизнеса. 6. Моделирование данных. Таблицы как сущности данных, строка как объект данных, столбец как атрибут объекта. Моделирование отношений между сущностями при помощи ключей. 7. Стадии проектирования БД: определение цели и функций, логическое проектирование, объектно-ориентированное программирование, размещение проекта на сервере и разработка кода доступа к данным, тестирование. 8.Объектно-ориентированное программирование БД. SQL Server. 9. SQL Server - основа информационной системы предприятия или организации. 10. Возможности SQL Server: масштабируемость, легкость копирования в другую платформу, легкость доступа к другим серверам БД и проведение совместных транзакций, полноценный почтовый сервер, полноценная основа Web – приложения предприятия или организации.

2 Практические задачи к экзамену 1. Разработать логический проект информационной системы предприятия оптовой торговли продуктами питания (БД Борей). 2. Разработать программу анализа входных данных информационной системы предприятия оптовой торговли (MS Excel - OLAP). 3. Разработать в любой объектно-ориентированной среде программу расчёта прибыли в торговле (1C). 4. Разработать в среде MS Access БД склада строительных материалов (БД Борей). 5. Выполнить SQL – запрос на количество имеющегося товара и валовую прибыль от его проданной части за определенный период к БД малого предприятия в области торговли (БД Борей). 6. Разработать логический проект витрины данных торговли предприятия розничной торговли средствами связи (MS Excel - OLAP). 7. Разработать структуру информационной системы строительного предприятия (БД Борей).. 8. Разработать структуру информационной системы предприятия газ сервис (БД Борей).. 9. Разработать подсистему автоматического расчета прибыли предприятия оптовой торговли (1C). 10. Разработать подсистему автоматического расчета заработной платы предприятия оптовой торговли (1C). 11. Разработать справочник предлагаемых товаров магазина компьютерной техники (1C или БД Борей). 12. Разработать интерфейс информационной системы предприятия в среде Visual Studio.NET.

3 Требования стандарта к дисциплине БД основы теории баз данных; основные понятия и определения; модели данных: иерархическая, сетевая и реляционная; дальнейшее развитие способов организации данных; постреляционные модели данных; атрибуты и ключи; нормализация отношений; реляционная алгебра; проектирование баз данных; основные принципы проектирования; описание баз данных; логическая и физическая структура баз данных; обеспечение непротиворечивости и целостности данных; средства проектирования структур баз данных; системы управления базами данных (СУБД); классификация и сравнительная характеристика СУБД; базовые понятия СУБД; примеры организации баз данных; принципы и методы манипулирования данными (в том числе хранение, добавление, редактирование и удаление данных, навигация по набору данных; сортировка, поиск и фильтрация (выборка) данных); построение запросов к СУБД

4 БД, принципы построения, соответствие БД действительности

5 1. Принципы построения БД, соответствие БД действительности Автоматизация производственной и учрежденческой работы необходима для: – сбора, хранения и переработки информации; – помощи в принятии решений. Данные характеризуют предметную область и являются информационной моделью реального мира, поэтому они должны быть определенным образом организованы с целью адекватного отображения реальных процессов. Основой хранения данных в области обработки информации является банк данных (БнД). Ядром банка данных является база данных (БД), соответствующая информационным потребностям пользователей. Таким образом, банк данных - это система БД, программных, технических, языковых, организационно- методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного использования данных.

6 Базы и банки данных База данных (БД) - именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. БД обладает следующими качествами: интегрированностью (решение общих задач); структурированностью (отражение части реального мира); взаимосвязанностью в соответствии с объектами реального мира. Система управления базами данных (СУБД, database management system, DBMS) - совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Для создания БД необходимо разработать структуру, которую можно наполнять данными.

7 Примеры БД Например, БД под именем «Сотрудники» является совокупностью данных, отражающей состояние объектов в предметной области «отдел кадров предприятия» (кадровый состав предприятия, сотрудник, подразделение и т.п.) и их отношений (кто в каком подразделении состоит, какую должность занимает и т.п.). Примером в сфере экономики может служить торговая компания, производственное предприятие или даже целая отрасль народного хозяйства. В сфере образования - это школа, вуз, министерство образования и т.п. Создавая БД, пользователь стремится создать хранилище информации для того, чтобы иметь возможность упорядочивать информацию по выбранным признакам, быстро извлекать нужные сведения с произвольным сочетанием признаков, т.е. проводить различные манипуляции с этими сведениями.

8 Назначение СУБД: –обеспечить пользователей языковыми средствами описания и манипулирования данными; –обеспечить поддержку логических моделей данных; –обеспечивать операции создания и манипулирования логическими данными (выбор, вставка, обновление, удаление и т.п.) и одновременное выполнение этих операций над физическими данными; –обеспечить защиту и согласованность данных при коллективном режиме работы. Функции СУБД: –управление данными во внешней памяти; –управление буферами оперативной памяти; –управление транзакциями; –журнализация (обращения к БД записываются программно в журнал изменений, из которого, при необходимости, можно внести произведенные изменения в резервную копию БД для ее восстановления) –поддержка встроенных языков БД.

9 2. СУБД на основе мэйнфреймов состоят из главного компьютера (терминального сервера) и терминалов. Вычисления производятся на мэйнфрейме, отображение результатов выполняется на экране терминалов, с которых на мэйнфрейм передаются сообщения, вводимые с клавиатуры. Все компоненты приложений также сосредоточены на мэйнфрейме (пользовательский интерфейс, логическая структура программы, проверка корректности вводимых данных и осуществление доступа к данным). 3. СУБД с распределенной архитектурой распределяют вычислительную нагрузку между компьютерами, объединенными в сеть (клиент-серверная архитектура). 1. Типы СУБД

10 Клиент-серверная архитектура В архитектуре клиент-сервер все задачи, связанные с доступом к данным, выполняются на центральном сервере. Особенностью архитектуры клиент- сервер является то, что один процесс может запросить информацию у другого процесса. В этой архитектуре вычислительная нагрузка распределена между клиентами и серверами. При использовании этого типа архитектуры приложение осуществляет все задачи, связанные с интерфейсом пользователя, логикой работы программы и проверкой целостности данных. Сервер отвечает за логику работы программы и проверку целостности данных. На клиенте выполняются процессы, которые отвечают за составление запросов и представление полученных данных. На сервере выполняются процессы, которые обрабатывают запросы и отвечают на них. К распространенным клиентским платформам относятся следующие: PC-DOS/MS-DOS; 32, 64-разрядные системы Windows; Windows NT и Server; Macintosh; Novell NetWare; UNIX, Linux; OS/2. Масштабируемость представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы

11 Архитектура БД с сетевым доступом Клиент-сервер (передача данных). Выделенный компьютер выступает и в качестве хранилища файлов и выполняет обработку информации. С рабочей станции отправляется запрос на обработку данных, который выполняется на сервере. Результаты возвращаются на рабочую станцию. Файл-сервер (передача файлов). Выделенный компьютер используется в качестве сервера БД. На сервере хранятся файлы БД, которые по запросу пользователей копируются на их локальные компьютеры, там производится основная обработка данных. Сервер выполняет роль хранилища файлов.

12 Дополнительные сведения Файл-сервер. После того как пользователи выполняют необходимые изменения данных, они копируют файл обратно на файл-сервер, где другие пользователи могут снова их использовать. Кроме того, каждый пользователь может создавать на своем компьютере свои собственные базы данных, которые используются монопольно. При использовании архитектуры файл-сервер производительность системы резко падает с ростом числа пользователей. Преимущества: возможность доступа к БД с нескольких рабочих мест (нескольких пользователей). Недостатки: невозможность одновременной корректировки (внесения изменений) содержимого БД несколькими пользователями одновременно. Клиент-сервер. Сервер выполняет необходимые вычисления и выборку данных и отправляет готовый результат клиенту. Для описания запросов используют структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language). Преимущества: меньший объем передаваемых данных, быстрая обработка больших объемов информации за счет оптимизации процедур обработки информации. Недостатки: необходимость наличия отдельной программы-сервера, обеспечивающей исполнение запросов пользователей.

13 Модели данных Модель данных – схема организации данных в единое целое для создания, накопления, обработки и управления данными.

14 Детали Инфологические модели данных используются на ранних стадиях проектирования для описания структур данных в процессе разработки приложения. Среди разновидностей инфологических моделей наибольшее распространение получили модели сущность-связь (ER). Даталогические (логические) модели уже поддерживаются конкретной СУБД. Даталогическая модель это концептуальная схема, специфицированная в языке конкретной СУБД. Логическая модель представляет данные и элементы данных вне зависимости от их содержания и среды хранения. Физические модели описывают структуры и принципы их хранения во внешней памяти, а также доступ к ним в зависимости от используемых аппаратных средств и программного обеспечения низкого уровня. Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке. Модели, ориентированные на формат документа, основаны на языках разметки документов и связаны прежде всего со стандартным общим языком разметки – SGML (Standart Generalised Markup Language). Этот язык предназначен для создания других языков разметки, он определяет допустимый набор тегов (ссылок), их атрибуты и внутреннюю структуру документа. Ввиду сложности SGML использовался в основном для описания синтаксиса других языков (наиболее известным из которых является HTML). Тезаурусные модели основаны на принципе организации словарей, содержат определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Эти модели эффективно используются в системах-переводчиках, особенно многоязыковых переводчиках. Дескрипторные модели самые простые из документальных моделей, они широко использовались на ранних стадиях использования документальных баз данных. В этих моделях каждому документу соответствовал дескриптор - описатель. Например для БД, содержащей описание патентов, дескриптор содержал название области, к которой относился патент, номер патента, дату выдачи патента и еще ряд ключевых параметров, которые заполнялись для каждого патента. Обработка информации в таких базах данных велась исключительно по дескрипторам, то есть по тем параметрам, которые характеризовали патент, а не сам текст патента.

15 Иерархическая модель БД В иерархической модели связь между данными можно описать с помощью упорядоченного графа или дерева записей. Поля записей хранят числовые или символьные значения. Обход элементов иерархической БД обычно производится сверху вниз, слева направо, поэтому модель удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией. К достоинствам модели относятся эффективное использование памяти ПК и хорошие показатели времени выполнения операций над данными. Недостатком модели является ее громоздкость для обработки информации со сложными логическими связями. Одной из наиболее популярных иерархических СУБД является Information Management System (IMS) компании IBM, появившаяся в 1968 году. Применяются и другие иерархические системы: TDMS (Time-Shared Date Management System) компании Development Corporation; Mark IV Multi - MS Access Retrieval System компании Control Data Corporation; System-2000 разработки SAS-Institute.

16 Иерархическая модель: пример Школа 1 Ученик Петров Преподаватель Иванов Преподаватель Кузнецов Ученик Сидоров Ученик Семенов Ученик Петров Ученик Федоров Ученик Алексеев Жесткое отношение подчиненности: каждая ветвь имеет не более одного корня

17 Сетевая модель БД Сетевая модель данных позволяет отображать взаимосвязи данных в виде произвольного графа, обобщая иерархическую модель данных. В сетевой модели данных запись-потомок может иметь произвольное число записей- предков. Достоинством модели является эффективность затрат памяти и оперативность. Она предоставляет большие возможности в образовании произвольных связей. Недостатком модели является жесткость схемы БД, построенной на ее основе. Ослаблен контроль целостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей между записями. Примером СУБД с сетевой организацией является Integrated Database Management System (IDMS) компании Cullinet Software Inc., разработанная в середине 70-х годов. Она предназначена для использования на "больших" вычислительных машинах. Архитектура системы основана на предложениях Data Base Task Group (DBTG), Conference on Data Systems Languages (CODASYL), организации, ответственной за определение стандартов языка программирования Кобол.

18 Сетевая модель: пример Школа 1 Ученик Сидоров Преподаватель Иванов Преподаватель Кузнецов Ученик Петров Ученик Семенов Ученик Федоров Ученик Алексеев Произвольное отношение подчиненности: ветвь может иметь более одного корня

19 Объектно-ориентированная модель БД Успех объектно-ориентированного подхода лежит в смещении акцента со структуры данных и от вида связей между данными - к процессу, с помощью которого эти данные создаются и уничтожаются. Структуры данных – лишь деталь реализации, относящаяся к внутренней работе класса (совокупности) объектов. Разные классы для обеспечения наивысшей эффективности могут быть реализованы совершенно по-разному. Фундаментальным понятием ООБД является класс - шаблон, на основе которого может быть создан конкретный объект. Каждый объект, информация о котором хранится в ООБД, считается принадлежащим какому-либо одному классу. Объект имеет уникальный идентификатор и характеризуется состоянием и поведением, которые инкапсулированы в объекте. Состояние объекта – набор значений его атрибутов. Поведение объекта - набор методов (программных кодов), оперирующих над состоянием объекта. Инкапсуляция - объединение свойств и действий, присущих объекту, сокрытие подробностей их реализации - доступ к объекту допускается только через свойства и методы объекта. Допускается порождение нового класса на основе уже существующего класса - наследование. Связи между классами устанавливаются при помощи свойств и методов классов. Примеры ООСУБД: - ObjectStore компании Object Design Inc., которая обеспечивает долговременное хранение в БД объектов, созданных программами на языках C++ и Java. - Objectivity/DB корпорации Objectivity, Versant ODBMS корпорации Versant, ONTOSTntegrator корпорации ONTOS и FastObjects компании Poet Software.

20 Детали Сущность реального мира в объектно-ориентированных языках и системах моделируется в виде объекта. Любой объект при своем создании получает генерируемый системой уникальный идентификатор, который связан с объектом во все время его существования и не меняется при изменении состояния объекта. Каждый объект имеет состояние и поведение. Состояние объекта – набор значений его атрибутов. Поведение объекта - набор методов (программный код), оперирующих над состоянием объекта. Значение атрибута объекта - это тоже некоторый объект или множество объектов. Состояние и поведение объекта инкапсулированы в объекте; взаимодействие между объектами производится на основе передачи сообщений и выполнении соответствующих методов. Множество объектов с одним и тем же набором атрибутов и методов образует класс объектов. Объект должен принадлежать только одному классу (если не учитывать возможности наследования). Допускается наличие примитивных предопределенных классов, объекты-экземляры которых не имеют атрибутов: целые, строки и т.д. Класс, объекты которого могут служить значениями атрибута объектов другого класса, называется доменом этого атрибута. Допускается порождение нового класса на основе уже существующего класса - наследование. В этом случае новый класс, называемый подклассом существующего класса (суперкласса) наследует все атрибуты и методы суперкласса. В подклассе, кроме того, могут быть определены дополнительные атрибуты и методы.

21 Определим два класса верхнего уровня Отдел и Служащий и класс Руководитель, который является подклассом класса Служащий (унаследованные свойства и методы показаны курсивом). Для того, чтобы сделать служащего руководителем, надо применить метод "Повысить" к служащему (аргумент - ссылка на класс Отдел).

22 Примеры применения ООСУБД –Медицинские приложения, управляющие цифровыми данными при рентгеновской съемке, магниторезонансном и ультразвуковом сканировании вместе с текстовыми данными в медицинских исследованиях и при анализе истории болезни пациента. –Финансовые приложения в управлении портфелем активов и рисковом управлении. Такие приложения отображают данные в реальном времени и основаны на многочисленных расчетах и агрегатных вычислениях над данными, извлекаемыми из сложных глобальных транзакций. Такие приложения могут управлять данными, расположенными по "временным рядам", как неким типом данных, определенным пользователем со своим внутренним представлением и методами. –Телекоммуникационные приложения, управляющие конфигурацией коммуникационных сетей, которые автоматически наблюдают, отслеживают и переконфигурируют сеть на основе сотен параметров в реальном масштабе времени. Для поддержки своих телекоммуникационных приложений ООСУБД используют такие компании, как Ericsson, Ameritech и Bay Networks. Система Iridium Global Communications System компании Motorola управляет сложной сетью спутников и наземных станций также с помощью ООСУБД. –В эксперименте Стэндфордского центра Linear Accelerator BaBar Physics с помощью ООСУБД ежедневно вводится 1 терабайт данных. –В системах автоматизированного проектирования (САПР) и системах автоматизированного управления (САУ). В таких приложениях используются сложные отношения данных, а также множественные типы данных. –В системах CASE (автоматизированная разработка ПО), создаваемых для управления большими объемами взаимосвязанных данных. –Мультимедийные приложения, например, географические информационные системы (геоинформационные системы, ГИС), в которых используются видео, звук и высококачественная графика, требующие специальных возможностей по управлению данными (например, перекрывание, вхождение, указание, обводка и выделение).

23 Перспективы ООСУБ В 1989 году отдельные группы практиков объектно-ориентированных технологий сформировали Object Management Group (OMG, рабочая группа по развитию стандартов объектного программирования для обеспечения взаимодействия различных объектно-ориентированных систем (языки, инфраструктуры, БД и т. д.). Группа разрабатывает независимые стандарты и спецификации для объектно- ориентированных систем и компонентов. Она разработала язык UML (Unified Modeling Language, унифицированный язык моделирования), представляющий собой графический язык для моделирования, проектирования и визуализации объектно-ориентированных систем. Язык UML используется не только для моделирования компонентов БД, но и для разработки процессов, модулей, сетевых компонентов и описания взаимодействия между ними. Группа OMG работает над созданием стандарта OQL (Object Query Language) - языка запросов к БД, используемого в ООСУБД. Различие между OQL и SQL несколько уменьшилось после опубликования ANSI нового стандарта SQL в 1999 году. Этот стандарт SQL, известный как SQL3 или SQL-99, ведет к интеграции объектно- ориентированных свойств и РБД. ООСУБД сталкиваются с сильным и эффективным сопротивлением со стороны устоявшихся РСУБД, (например, DB2 Universal Database и Oracle 8.0), т.к. они включили в себя многие ОО-возможности. РСУБД предоставляют комплексное решение БД для бизнеса и управления, поддерживающих обе модели данных (реляционную и объектную) и набор четких правил нормализации для проектирования и оценки реляционных БД. ООСУБД пока не обладают такими возможностями и стоимость изучения ООСУБД достаточно высока. Недостаточная совместимость между различными ООСУБД затрудняет переход с одного программного обеспечения на другое. Продукты с РСУБД очень схожи и переход с одной системы на другую относительно прост.

24 Реляционная модель БД Реляционная модель данных предложена Эдгаром Коддом (IBM) в 70-х гг. и основывается на понятии отношение (relation). Реляционная модель данных (РМД) – это способ восприятия данных в виде взаимосвязанных таблиц. В распоряжении пользователя предоставляются операторы выборки, группировки, соединения и другие, которые генерируют новые таблицы из старых. РБД обладают следующими возможностями: – сохраняют данные в таблицах, которые состоят из строк (записей), и столбцов, (полей); – позволяют считывать подмножества данных из таблиц (запросы); – позволяют связывать таблицы друг с другом для выборки связанных записей, хранимых в различных таблицах. Свойства таблиц (отношений в терминах реляционной алгебры): – строки таблицы должны быть уникальны. – строки таблицы должны иметь одну и ту же структуру, т.е. одно и то же количество атрибутов (столбцов) с соответственно совпадающими именами. – имена столбцов таблицы должны быть различны, а значения в столбце должны быть однотипными. – значения атрибутов должны быть атомарными, т.е. отношения не могут иметь в качестве компонент другие отношения. – порядок следования строк в таблице несущественен, так как влияет лишь на скорость доступа к строке Для работы с объектами реляционных БД используется язык SQL (Structured Query Language) - язык структурированных запросов.

25 Схема данных БД Борей ( kafedra-it\общая )

26 История развития СУБД 1.60-е годы. Корпорация IBM совместно с фирмой NAA (North American Aviation, сейчас - Rockwell International) разработали иерархическую СУБД IMS (Information Management System). Она используется на мейнфреймах и служит прототипом отечественной СУБД ОКА для моделей ЕС ЭВМ. Отечественная СУБД иерархического типа - ИНЕС (ИНформационная Единая Система). 2. Развитие системы IDS (Integrated Data Store) фирмы General Electric привело к созданию сетевых СУБД, среди которых IDMS (Integrated Database Management System) компании Cullinet Software Inc, разработанная в середине 70-х годов, послужила основой для разработки первых стандартов БД. Архитектура системы основана на предложениях Conference On DAta SYstems Languages (CODASYL - организации, ответственной за определение стандартов языка программирования Кобол). Примерами известных сетевых СУБД являются также DBMS, TOTAL, DB_VISTA. СУБД смешанного типа - коммерческая система NOMAD, одновременно поддерживающая иерархическую и реляционную модели данных. Отечественная СУБД НИКА поддерживает сложные иерархические модели с произвольными сетевыми связями, СУБД ИНТЕРБАЗА - поддерживает сетевую и реляционную БД.

27 4. В 1970 году Э.Ф.Кодд, работавший в корпорации IBM, опубликовал статью о реляционной модели данных, позволявшей устранить недостатки прежних иерархических моделей. Для реализации идеи в корпорации IBM в конце 70-х годов был разработан проект System R. В нем впервые был использован язык SQL. В настоящее время существует более 100 различных типов реляционных СУБД. Многопользовательские реляционные СУБД: CA-OpenIngres (Computer Associates), Informix (Informix Software Inc), ORACLE (Oracle), SQL Server (MS), DB2 (IBM). Реляционные СУБД для ПК: Access, FoxPro (MS), InterBase, Paradox и Visual dBase (Borland) 5. Третье поколение СУБД (1990 г.) представляют объектно-реляционные СУБД (Object-Relational DBMS - ORDBMS) и объектно-ориентированные СУБД (Object-Oriented DBMS - OODBMS) - O2 (французский консорциум Altair), ORION (американская компания MCC), GemStone (Servio Logic), Jasmin (Computer Associates), VERSANT (Versant 0bject Technology), ObjectStore (Object Design Inc.). Лидерами рынка СУБД являются компании IBM, Oracle, Microsoft и Sybase, а на рынке СУБД, предназначенных для создания хранилищ данных IBM, Oracle, Microsoft, Sybase и Teradata.

28 СУБД ведущих производителей

29