Понятие о базе данных и СУБД

База данных – один или несколько специальным образом организованных файлов, хранящих систематизированную информацию, для доступа к которой используются программные средства системы управления базой данных (СУБД). База данных – это совокупность данных, которая обладает следующими свойствами:
1) структурированности, 2) взаимосвязанности, 3) независимости от прикладных программ.
База данных (БД) — совокупность определенным образом организованной информации на какую-то тему (в рамках некоторой предметной области), хранящаяся в электронном виде. Например:
• база данных книжного фонда библиотеки;
• база данных кадрового состава учреждения;
• база данных законодательных актов в области уголовного права;
• база данных современной эстрадной песни и т. д.

Классификация баз данных

Базы данных классифицируются по разным признакам:
1) по характеру хранимой информации БД делятся на:
• фактографические БД - хранится краткая информация в строго определенном формате - это картотеки;
• документальные БД - всевозможные документы - это архивы.
Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и звук (мультимедиа).
2) по способу хранения данных (по техническим средствам) БД делятся на:
• централизованные - вся информация хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты;
• распределенные - используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.
3) по структуре организации данных БД делятся на (эта классификация будет рассмотрена на следующем уроке:
• реляционная;
• иерархическая;
• сетевая.

СУБД

Система управления базой данных (СУБД) – комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных.
СУБД дает программистам возможность разрабатывать новые, более совершенные средства обработки данных, а пользователям – возможность непосредственно управлять хранящимися в базе данными.
Современные СУБД удовлетворяют следующим требованиям:
1) Возможности манипулирования данными (ввод, выбор, вставка, обновление, удаление и др.);
2) Возможность поиска и формирования запросов;
3) Обеспечение целостности (согласованности) данных;
4) Обеспечение секретности и защиты (от некорректных действий пользователей, от несанкционированного доступа, от аппаратных сбоев).

Основные показатели при работе СУБД:

1) Высокая производительность СУБД;
2) Стоимость хранения и использования данных;
3) Простота обращения к базе данных.
В настоящее время существует множество СУБД, которые различаются архитектурой, внутренним языком программирования, операционной системой, под управлением которой они работают, а также другими характеристиками. Из СУБД, которые устанавливаются в небольших организациях и ориентированы на работу с конечными пользователями, наиболее популярны MS Access, FoxPro, Paradox. К более сложным системам относятся распределенные СУБД, которые предназначены для работы с большими базами данных, распределенными на нескольких серверах ( серверы могут находиться в различных регионах). СУБД с большими возможностями такого типа являются Oracle, Sybase, Informix.

СУБД Microsoft Access

Система управления базами данных (СУБД) Microsoft Access – профессиональная программа управления базами данных. С ее помощью можно накапливать и систематизировать разнообразную информацию, искать и сортировать объекты согласно выбранным критериям, конструировать удобные формы для ввода данных и генерировать на основании имеющихся записей прекрасно оформленные отчеты. MS Access обеспечивает одновременный доступ к данным десяткам пользователей. Эта база данных предназначена для хранения больших объемов информации, осуществления управления данными, их выборку, сортировку и другие подобные действия.
С базой данных работают две категории исполнителей:
проектировщики (программисты) и пользователи. Проектировщики разрабатывают структуру таблиц базы данных и согласовывают ее с заказчиком. Они не заполняют базу конкретными данными, только экспериментальными для отладки. Пользователи занимаются заполнением и обслуживанием базы данных.
СУБД имеет 2 режима работы: проектировочный и пользовательский. 1-й режим предназначен для создания или изменения структуры базы данных и создания ее объектов. Во 2-м режиме происходит использование ранее подготовленных объектов для наполнения базы данных или получения данных из нее.
Информация базы данных хранится в одной или нескольких таблицах. Любая таблица с данными состоит из набора однотипных записей, расположенных друг за другом. Они представляют строки таблицы, которые можно добавлять, удалять или изменять. В Базе Данных строка таблицы называется записью, а столбец - полем.
Запись базы данных - это строка таблицы, содержащая набор значений свойств, размещенный в полях базы данных.
Каждая запись является набором именованных полей, или ячеек, которые могут хранить самую разнообразную информацию, начиная от даты рождения и заканчивая подробным описанием кулинарного рецепта. Однотипные поля разных записей образуют столбец таблицы.
Поле базы данных - это столбец таблицы, содержащий значения определенного свойства.
Поля — это различные характеристики объекта. Значения полей в одной строчке относятся к одному объекту. Разные поля отличаются именами.
Другие модули базы данных предназначены для обработки информации, хранящейся в таблицах. С помощью запросов проводится выборка данных, отвечающих определенным условиям. Формы предназначены для форматированного ввода и восприятия информации. Отчеты обеспечивают вывод (как правило, на принтер) красочно оформленного списка записей с заголовками, пунктами и подпунктами.

Типы данных Microsoft Access

- Текстовый - тип данных, используемый для хранения текста (до 255 символов).
- Поле Мемо - специальный тип данных для хранения больших объемов текста (до 65535 символов). Физически текст не хранится в поле. Он хранится в другом месте базы данных, а в поле хранится указатель на него.
- Числовой - тип данных для хранения действительных чисел.
- Дата/время - данные для хранения календарных дат и текущего времени.
- Денежный - тип данных для хранения денежных сумм. Отличается от числового типа правилами округления.
- Счетчик - специальный тип данных для уникальных (не повторяющихся в поле) с автоматическим наращиванием. Естественное использование - для порядковой нумерации записей.
- Логический - тип данных для логических данных (могут принимать только два значения, например ДА или НЕТ).
- Поле объекта OLE - специальный тип данных, предназначенный для хранения мультимедийных объектов. Реально такие объекты в таблице не хранятся, они хранятся в другом месте внутренней структуры файла базы данных, а в таблице хранятся только указатели на них.
- Гиперссылка - специальное поле для хранения адресов URL Web - объектов Интернета. При щечке на ссылке автоматически происходит запуск браузера и воспроизведение объекта в его окне.
- Мастер подстановок - это не специальный тип данных, а объект, настройкой которого можно автоматизировать ввод данных в поле так, чтобы не вводить их вручную, а выбирать из списка.

Объекты базы данных Microsoft Access

- Таблицы – основной объект базы данных, предназначенный для хранения данных и структуры базы данных.
- Запросы – специально созданные таблицы для отбора, сортировки и анализа данных.
- Формы – объекты для удобного ввода данных.
- Отчеты – предназначены для вывода данных на бумагу, для отображения данных в виде, удобном для просмотра.
- Страницы – для работы с Интернетом.
- Макросы – это «макрокоманды» для автоматизации повторяющихся операций.
- Модули–программные модули для обработки событий и вычислений.
В деловой или личной сфере часто приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Для координации всех этих данных необходимы определенные знания и организационные навыки. Microsoft Access объединяет сведения из разных источников в одной реляционной базе данных. Создаваемые формы, запросы и отчеты позволяют быстро и эффективно обновлять данные, получать ответы на вопросы, осуществлять поиск нужных данных, анализировать данные и печатать отчеты.
В базе данных сведения из каждого источника сохраняются в отдельной таблице. При работе с данными из нескольких таблиц устанавливаются связи между таблицами.
Для поиска и отбора данных, удовлетворяющих определенным условиям создается запрос. Запросы позволяют также обновить или удалить одновременно несколько записей, выполнить встроенные или специальные вычисления.
Для просмотра, ввода или изменения данных прямо в таблице применяются формы. Форма позволяет отобрать данные из одной или нескольких таблиц и вывести их на экран, используя стандартный или созданный пользователем макет.
Для анализа данных или распечатки их определенным образом используется отчет. например, можно создать и напечатать отчет, группирующий данные и вычисляющий итоги.
Для автоматического выполнения некоторых операций используются макросы, содержащие набор из одной или более макрокоманд, таких как открытие форм или печать отчетов. Макросы могут быть полезны для автоматизации часто выполняемых задач. Например, при нажатии пользователем кнопки можно запустить макрос, который распечатает отчет.
Иногда бывает необходимо создать собственную процедуру, которая должна запускаться из любого окна базы данных или процедуру, предназначенную для обработки определенного события.
Набор таких процедур на языке Visual Basic, собранный в одну программную единицу, называется модуль. Существует два основных типа модулей: модули класса и стандартные модули. Модули класса - это модули форм и модули отчетов, связанные с определенной формой или отчетом. Они часто содержат процедуры обработки событий (например, нажатие клавиши) и создаются автоматически при создании первой процедуры обработки события. В стандартных модулях содержатся общие процедуры, не связанные ни с каким объектом, а также часто используемые процедуры, которые могут быть запущены из любого окна базы данных.
В окне базы данных можно работать со всеми ее объектами. Для просмотра объектов определенного типа следует выбрать соответствующую вкладку (например, "Таблицы").
С помощью кнопок справа можно создавать и изменять существующие объекты.
При выходе из Microsoft Access изменения данных сохраняются автоматически. Однако при изменении структуры любого объекта базы данных в Microsoft Access выводится приглашение подтвердить сохранения этих изменений перед завершением работы.

Работа с базой данных

База данных – структурированная совокупность взаимосвязанных данных в рамках некоторой области, записанная в электронном виде.
Система управления базами данных (СУБД) Microsoft Access – профессиональная программа управления базами данных. С ее помощью можно накапливать и систематизировать разнообразную информацию, искать и сортировать объекты согласно выбранным критериям, конструировать удобные формы для ввода данных и генерировать на основании имеющихся записей прекрасно оформленные отчеты. Access обеспечивает одновременный доступ к данным десяткам пользователей.
База данных – это совокупность структур, предназначенных для хранения больших объемов информации и программных модулей, осуществляющих управление данными, их выборку, сортировку и другие подобные действия. Информация базы данных хранится в одной или нескольких таблицах. Любая таблица с данными состоит из набора однотипных записей, расположенных друг за другом. Они представляют строки таблицы, которые можно добавлять, удалять или изменять. Каждая запись является набором именованных полей, или ячеек, которые могут хранить самую разнообразную информацию, начиная от даты рождения и заканчивая подробным описанием кулинарного рецепта. Однотипные поля разных записей образуют столбец таблицы.
Другие модули базы данных предназначены для обработки информации, хранящейся в таблицах. С помощью запросов проводится выборка данных, отвечающих определенным условиям. Формы предназначены для форматированного ввода и восприятия информации. Отчеты обеспечивают вывод (как правило, на принтер) красочно оформленного списка записей с заголовками, пунктами и подпунктами.

Основные свойства Баз данных

• Все данные в БД структурированы, т. е. описаны одинаковым образом.
• Все данные в БД взаимосвязаны.
• БД независимы от прикладных программ, с ними можно работать в различных программных средах и на различных компьютерах.

Способы создания баз данных

Компьютерную базу данных можно создать несколькими способами:
1. С помощью алгоритмических языков программирования Basic, Pascal и т.д. Данный способ применяется для создания уникальных баз данных опытными программистами.
2. С помощью прикладной среды Visual Basic, Delphi и т.д.
Данный способ требует некоторых навыков работы в программных средах и навыков программирования. С его помощью можно создавать базы данных, требующие каких-то индивидуальных особенностей построения. Создание такой базы под силу только опытным пользователям.
3. С помощью специальных программных сред, которые называются Системами Управ-ления Базами Данных (СУБД). Работа с такими системами требует навыков работы с компьютером и может быть освоена пользователями в достаточно короткие сроки.
Система управления базами данных (СУБД) — комплекс программных средств для создания баз данных, хранения и поиска в них необходимой информации.
В настоящее время существует несколько видов СУБД. Наиболее известными и популярными СУБД являются Access, FoxPro и Paradox. Каждая из этих систем обладает своими достоинствами и недостатками. Остановим свой выбор на базе данных Access, которая входит в программный продукт Microsoft Office и является наиболее доступной для изучения в школьном курсе. Прежде чем переходить к работе по созданию базы данных на компьютере, необходимо перейти от информационной модели данных к модели, ориентированной на компьютерную реализацию.

Основные требования, которым должны удовлетворять СУБД

1) Возможности манипулирования данными (ввод, выбор, вставка, обновление, удаление и т.д.).
2) Возможность поиска и формирования запросов.
3) Обеспечение целостности (согласованности) данных.
4) Обеспечение защиты и секретности.
Основные действия, которые пользователь может выполнять с помощью СУБД:
1) Создание структуры БД,
2) Заполнение БД информацией,
3) Изменение (редактирование) структуры и содержания БД,
4) Поиск информации в БД,
5) Сортировка данных,
6) Защита БД,
7) Проверка целостности БД.
Рассмотрите представленную ниже схему и сделайте вывод о видах работы пользователя.

Этапы создания базы данных

Методология построения баз данных базируется на теоретических основах их проектирования. Для понимания концепции методологии приведем основные ее идеи в виде последовательно реализуемых на практике этапов:
1-й этап — постановка задачи.
На этом этапе следует основательно осмыслить предлагаемую задачу, для которой создается база данных, затем подобрать необходимую информацию для создания БД.
2- й этап - проектирование базы данных.
Следует конкретно разработать базовые таблицы, из которых будет состоять база данных, представить их схематично, можно в тетради. Четко определить название таблиц, полей, тип записей.
3-й этап - создание базы данных в СУБД.
На этом этапе происходит реализация проекта в СУБД, создание базовых таблиц, связи между ними и сохранение БД в виде файла. 4-й этап - управление базой данных в СУБД.
На последнем этапе создаются объекты для обслуживания пользователей, т.е. запросы, формы, отчеты. Они должны быть выполнены так, чтобы пользователю было удобно работать с базой данных.

Геоинформационные базы данных

Самый современный вид базы данных - геоинформационные системы. Это новейший класс информационных систем, интенсивно развивающихся в настоящее время. Специалисты предсказывают этим системам большое будущее. Геоинформационня система (ГИС) — компьютерная информационно-справочная система, содержащая информацию, «привязанную» к карте местности.
Существуют ГИС разных масштабов: муниципальные, региональные, государственные, международные.
Огромное количество информации, необходимой в самых разных сферах человеческой деятельности, привязано к определенной точке на географической карте. Приведем примеры.
Представим себе информационную систему большого города, обеспечивающую информацией городские власти, органы охраны правопорядка, транспортников, энергетиков, связистов, торговлю, медицинские службы, образование и прочее, и прочее. Практически каждый раз, запрашивая информацию или вводя новые данные, мы должны ответить на вопрос, а где же находится то или иное учреждение, как к нему проехать? Скорая помощь получила вызов — важно, прежде всего, знать, где ждут помощи. Ищем школу для ребенка — интересуемся, где расположена школа, и как туда проехать общественным транспортом. Прорыв трубы городского коллектора — необходима информация, о том, где это случилось и как туда проехать.
Соответствующая информационная система, представляющая собой совокупность баз данных и географических карт (или схем), причем такая, что каждая база данных привязана к точке на карте и представляет собой муниципальную геоинформационную систему. В настоящее время муниципальные ГИС создаются во многих городах России.
На уровне региона или государства в целом информация столь велика по объему и столь многообразна, что целесообразно строить тематические ГИС. Так, в настоящее время в нашей стране создается государственный земельный кадастр — информационная система, содержащая реестр сведений о земле, находящейся в хозяйственном обороте (сельскохозяйственном, промышленном и так далее).
Очевидно, что без привязки к карте такой кадастр создать невозможно.
Другой пример — ГИС «Черное море», созданная несколько лет назад усилиями прилегающих к этому морю стран. Эта ГИС включает огромный объем картографической информации (более 2000 карт) и привязанные к этим картам базы данных по геологии, метеорологии, рыбным запасам, загрязнениям и так далее.
Типовая структура ГИС включает в себя:
- система баз данных
- блок картографической информации
- система баз данных
- система обслуживания запросов
- система вывода
Современная ГИС является многослойной, то есть содержит несколько слоев географических карт, связанных друг с другом (например, имеющих разные масштабы). К каждому слою может быть подключено несколько таблиц баз данных, и наоборот, каждая таблица может быть подключена к нескольким слоям.
Геоинформационные системы (также ГИС — географическая информационная система) — системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами, это инструменты, позволяющие пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.
ГИС включают в себя возможности СУБД, редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне.
По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS). ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.
Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое вопроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы:
предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.
Геоинформатика (GIS science, geographic information science, geoinformatics)— наука, технология и производственная деятельность, применяющая средства информатики для разработки и использования географических информационных систем (баз данных). Входит как составная часть в геоматику. Русский термин «геоинформатика» производен от термина «информатика» — иностранного заимствования, обозначающего научное направление, которое изучает теорию, методы и способы накопления, обработки и передачи данных, информации и знаний с помощью ЭВМ и других технических средств, или группу дисциплин, занимающихся различными аспектами применения и разработки вычислительных машин, куда обычно относят прикладную математику, программирование, программное обеспечение, искусственный интеллект, архитектуры ЭВМ и вычислительные сети.

Основные задачи геоинформатики

1. Создание баз геоданных (геокодирование) и управление ими.
2. Анализ и моделирование геоданных.
3. Разработка программного обеспечения для первых двух задач.
Для создания ГИС существует большое число отечественных и зарубежных инструментальных программных средств. Наиболее простые из них могут работать на персональных компьютерах, и с их помощью можно создавать практически полезные программы. ГИС состоит из многослойной системы карт и баз данных, связанных с этими картами.
Общие характеристики геоинформационных систем следующие:
- Возможность доступа к информации посредством Internet/Intranet соединений (возможность работы с данными практически на любой скорости – локальная сеть, выделенный канал, модем).
- Возможности полноценной работы с векторной картографической информацией (просмотр, поиск, добавление, редактирование, удаление
- Генерация отчётов, в том числе и настраиваемых пользователем
- Возможность вставки в создаваемые отчёты картографической информации
- Реализация работы со статическими и динамическими папками (выборками из базы), в том числе, сгенерированными на основе данных с карты.
- Высокая скорость разработки интерфейса
- Интеграция информационных систем между собой
- Интеграция с другими информационными источниками (например, правовой БД «Кодекс»)
- Использование общегородских классификаторов
- Использование ЕГКО в качестве картографического фона
- Развитая подсистема администрирования пользователей
- Развитая подсистема защиты от несанкционированного доступа
Спектр задач, решаемых с помощью геоинформационных наборов данных, очень широк. Вот только некоторые из них:
••Выбор мест расположения торговых точек, обменных пунктов, банкоматов и т.п.
••Анализ торговых зон и зон транспортной доступности
••Планирование развития дилерских сетей
••Построение оптимальных маршрутов следования и доставки грузов
••Анализ потоков транспорта и пассажиропотоков
••Оценка эффективности размещения наружной рекламы
••Мониторинг состояния окружающей среды
••Выбор мест для установки ретрансляторов телекоммуникационных сетей
••Определение зон прямой видимости
••Построение 3-D модели местности
••Отслеживание местоположения подвижных объектов и управление ими из единого диспетчерского пункта
••Отслеживание изменения состояния объекта с течением времени
••Создание справочно-поисковых систем
••Создание и поддержка специализированных баз данных
••Подготовка и издание картографической продукции
Следует понимать, что графическая информация, хранимая в ГИС, не является статичной. Она часто подвергается манипуляциям типа «растянуть», «сжать» и более сложным и поэтому хранится, как правило, в векторном (а не растровом) формате. Если исходная карта вводится в компьютер путем сканирования, то первоначальный растровый формат изображения подвергается специальной обработке, называемой векторизацией, то есть между линиями и точками, составляющими изображение, устанавливаются геометрические и формульные соотношения.

Структура ГИС

1. Данные (пространственные данные):
• позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности.
• непозиционные (атрибутивные): описательные.
2. Аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры и т. д.).
3. Программное обеспечение (ПО).
4. Технологии (методы, порядок действий и т. д.).
5. Специалисты.
Вопросы на которые может ответить ГИС
1. Что находится в…? (определяется место).
2. Где это находится? (пространственный анализ).
3. Что изменилось начиная с…? (определить временные изменения на определенной площади).
4. Какие пространственные структуры существуют?
5. Что если? (моделирование, что произойдет, если добавить новую дорогу).

ГИС в России

Наибольшее распространение в России имеют программные продукты ArcGIS и ArcView компании ESRI и MapInfo Professional компании MapInfo Corporation. Используются также другие программные продукты отечественной и зарубежной разработки: ДубльГИС, Geomedia, STAR-APIC, IndorGIS и пр.
Создание ГИС не является той задачей, которая может быть решена на уроке. Однако знакомство с простейшими готовыми программами этого класса и работа с ними не представляется сложной. Примером общедоступной ГИС является «Карта Москвы», "2ГИС".
Работа с ГИС
Используя сайт Интернета http://www.google.ru, можно поработать с ГИС, найти свой город, район, музей, школу и т.д. Ниже представлена главная страница сайта. Сохраните представленные фотографии и текстовую информацию в отдельной папке.
Сейчас ГИС созданы для всех крупных городов, поэтому искать адреса можно не только с использованием Интернета, но и имеющихся CD- или DVD – дисков. Например, настольная ГИС «Карта Москвы» распространяется на дисках CD-ROM; одна из ее версий расположена в открытом доступе на сайте информационно-поисковой системы «Рамблер» по адресу www.rambler.ru/map.