Введення

Сучасний світ інформаційних технологій важко уявити

без використання баз даних. Практично всі системи в тій чи іншій

мірі пов'язані з функціями довготривалого зберігання та обробки

інформації. Інформація стає фактором, що визначає ефектив-

ність будь-якої сфери діяльності. Збільшилися інформаційні по-

струми і підвищилися вимоги до швидкості обробки даних, і тепер

вже більшість операцій не може бути виконано вручну, вони потре-

бують застосування найбільш перспективних комп'ютерних технологій.

Цей посібник підготовлено за матеріалами лекційних курсів,

розглядають основи теорії баз даних, мови запитів SQL і його

процедурного розширення - мови PL / SQL системи управління базами даних Oracle, і складається з 13 розділів.

Розділ 1 посібника присвячений історії виникнення галузі знань,

пов'язаної з базами даних. Тут даються визначення ключових поня-

ть, розглядається класична трирівнева архітектура, що викори-

стовуються в системах баз даних.

У розділі 2 наводиться класифікація моделей, які у сис-

темах баз даних. Докладно розглядаються теоретико-графові мо-

делі, які використовувалися в ранніх системах управління базами

даних; реляційна модель, яка є основою практично для

всіх комерційних систем управління базами даних (СУБД) і найбі-

льш поширена зараз. Даються основні положення

об'єктно-реляційних і багатовимірних моделей.

У розділі 3 дається опис першої мови маніпулювання данни-

ми, запропонованого для реляційної моделі її творцем, американ-

ським математиком Е. Ф. Коддом - реляційної алгебри.

Розділ 4 присвячений питанням проектування баз даних на основі

принципів нормалізації, в ньому розглядаються базові поняття

функціональних і багатозначних залежностей між властивостями об'єктів, які моделюються в базі даних; розглядаються нормаль-

ні форми схем відносин.

Розділ 5 присвячений семантичним або інфологічної моделі, що використовується в сучасних програмних системах для підтримки у проектуванні так званих CASE-систем (Computer Aided Software Engineering).

Розділи 6 і 7 присвячені викладу структури СУБД і основним

функціям СУБД. Докладно розглянуті поняття транзакції, яке

є базовим при виконанні паралельних запитів до баз дан-

них, властивості транзакцій і проблеми, що виникають при паралельному виконанні транзакцій.

У розділі 8 викладаються питання журналізації і відновлення на

її основі інформації бази даних, перекрученої в результаті збоїв обчислювальної системи.

Розділ 9 присвячений питанням захисту інформації в базах даних.

Поняття захисту інформації в базах даних найчастіше пов'язане з концепцією захисту від несанкціонованого доступу. У даному розділі обговорюється загальна концепція захисту інформації, яка застосовується в базах даних, вводиться поняття користувача і розглядаються питання визначення прав і привілеїв користувачів по роботі з відслушними об'єктами в базі даних.

Розділ 10 присвячений питанням розподіленої обробки даних,

тут розглядається проектування розподілених систем оброб-

ки даних, приділяється велика увага фрагментації даних.

У розділі 11 викладаються питання, що стосуються основних положень роботи з об'єктно-реляційної СУБД Oracle. Розглядаються архітектура бази даних, об'єкти бази даних, архітектура примірника

Oracle.

Розділ 12 повністю присвячений сучасній стандартній мові

роботи з базами даних, мови SQL. Розглядаються основні еле-

ти мови, створення і модифікація об'єктів бази даних, побудова

запитів до бази даних.

У розділі 13 розглядається процедурне розширення мови SQL -

мову PL / SQL, який використовується в Oracle при розробці тригерів, збережених процедур і функцій, пакетів, а також для роботи з об'єктами, їх - створенню, зберіганню в базі даних і вибіркою. Матеріал посібника включає досить велика кількість прикладів і може бути використаний для самостійного освоєння курсу «Моделі даних і СУБД».

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ БАЗ ДАННЫХ

1.1. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СИСТЕМ БАЗ ДАННЫХ

Основой решения большинства задач является обработка информа-

ции. Информация – это совокупность фактов, наблюдений, сведений об

объектах, явлениях, событиях реального мира. Для обработки информа-

ции создаются информационные системы, которые воспринимают ин-

формацию из окружающей среды, хранят, обрабатывают ее и выдают в

окружающую среду. Как правило, обработке подвергается информация,

относящаяся к одной определенной предметной области, т. е. к некото-

рой области знаний, имеющей практическую ценность для пользователя.

В 1960-х гг. появились первые автоматизированные информационные

системы (АИС), включающие в свой состав вычислительную технику.

Массивы информации в АИС, для их компьютерного хранения и обра-

ботки, необходимо оптимальным образом организовывать, обеспечивать

их целостность и непротиворечивость. Решение подобных задач с нуж-

ной производительностью невозможно осуществлять, используя только

функции стандартных файловых систем.

Укажем очевидные недостатки файловой организации данных на

внешних носителях.

1. Изолированность и разделенность данных. Операционная система

контролирует и разграничивает доступ к данным, как правило, на уровне

файлов. Поэтому несколько параллельно работающих приложений не

смогут одновременно обновлять различные записи в одном и том же

файле. Операции совместной обработки нескольких файлов так же дос-

таточно сложны.

2. Зависимость программ от данных. Поскольку описание структуры

данных задается в прикладной программе, то любое внесение изменений

в эту структуру требует, как минимум, перекомпиляции всех программ,

использующих этот файл.

3. Дублирование данных. В случае, когда различные приложения ис-

пользуют данные, относящиеся к одному и тому же объекту, но хранят

эту информацию в своих независимых файлах, возникает неконтроли-

руемое дублирование данных. Это приводит к непроизводительному

расходу памяти на внешних устройствах и, что гораздо опаснее, может

привести к противоречивости данных. Данные, измененные в одном

файле, в другом файле могут остаться в прежнем виде.

4. Отсутствие описаний данных. В файлах операционной системы

данные, обрабатываемые прикладными программами, хранятся без опи-

1.3. СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ БАЗАМИ ДАНИХ СУБД – це програмний комплекс, що забезпечує функціонування бази даних. Він відповідає за схоронність, безпеку, цілісність, взаємну відповідність даних і забезпечує доступ користувачів до даних. Дамо чітке визначення. Система управління базами даних являє собою сукупність мовних і програмних засобів, призначених для створення, ведення і сумісного використання БД багатьма користувачами. Перші СУБД з'явилися наприкінці 1960-1970-х рр. Вони орієнтувалися на мейнфрейми і підтримували ієрархічну і мережеву моделі. У процесі подальшого розвитку СУБД постійно удосконалювалися – виникали нові підходи до зберігання та обробки даних, організації процесу розробки баз даних і додатків, розроблялися нові моделі даних. Більш детально структура і функції СУБД будуть розглянуті нижче.

2. КЛАСИФІКАЦІЯ МОДЕЛЕЙ ДАНИХ

2.1. МОДЕЛЮВАННЯ ДАНИХ є Модель даних – це деяка абстракція, яка, будучи приложима до конкретних даних, що дозволяє користувачам і розробникам трактувати їх як інформацію, тобто як відомості, що містять не тільки дані, але й взаємозв'язки між ними. Можливі наступні зв'язки між об'єктами предметної області і відповідно описують їх даними: «один до одного»; «один до багатьох», «багато до одного»; «багато до багатьох». Зв'язок «один до одного» (1: 1) означає, що кожному екземпляру об'єкта А може відповідати тільки один екземпляр об'єкта і навпаки. Зв'язок «один до багатьох (1: М) означає, що можуть існувати екземпляри об'єкта, яким відповідає більше одного екземпляра об'єкта, але кожному екземпляру об'єкту може відповідати тільки один екземпляр об'єкта А. Зв'язок «багато до одного» (М: 1) має місце, коли кожному екземпляру об'єкта А ставиться у відповідність рівно один екземпляр об'єкта, але екземпляру об'єкту можуть відповідати більш одного екземпляра об'єкта А. І нарешті, зв'язок «багато до багатьох» (М: N) означає, що кількох екземплярів об'єкта А можуть відповідати кілька екземплярів об'єкта Ст. Подання інформації в базі даних здійснюється в рамках певних обмежень, обумовлених використовуваної інформації 8

цивілізаційною системою, ресурсами, обраної логічної і фізичної структурами організації даних. Насамперед, ці обмеження визначають допустимі типи даних і допустимі зв'язку між даними. Обмеження стосуються і операцій, які можуть виконуватися над даними і зв'язками. Існує і безліч обмежень, що обумовлюють цілісність бази даних. Цілісність бази даних означає, що в ній міститься повна, несуперечлива і адекватно відображає предметну область інформація, тобто окремі фрагменти даних взаємно узгоджені і коректні. Узгодженість означає, що всі порції даних повинні бути одноманітно змодельовані і включені в систему. Коректність – що вони достовірні, точні і значущі. Безліч допустимих типів даних і зв'язків між ними, множина допустимих операцій над даними і зв'язками, безліч обмежень цілісності в сукупності визначають використовувану модель даних. Розглянемо існуючі моделі даних.

2.2. ІЄРАРХІЧНА МОДЕЛЬ Основною логічною структурою для ієрархічної моделі є орієнтоване дерево з коренем. Вершини дерева відповідають цікавлять нас об'єктів, а дуги – зв'язків між об'єктами. Усі вершини дерева, за винятком кореня, повинні мати предка. Між двома вершинами може бути тільки один зв'язок. Зв'язку вершини з безпосередньо підпорядкованими вершинами повинні мати певне упорядкування, як правило, зліва направо. Основними типами даних є два: запис і дерево. Дерево складається з однієї кореневої запису і впорядкованого набору з нуля або більше підлеглих записів, кожна з яких в свою чергу може мати нуль або більше підлеглих записів. Кожна вершина дерева може бути представлена у вигляді деякої запису або упорядкованого набору записів, а кожна дуга – вбудованим в запис покажчиком (адресою). Ієрархічна база даних являє собою упорядковану сукупність примірників даних типу «дерево». Основними операціями маніпулювання даними в ієрархічній моделі є: пошук зазначеного примірника дерева; перехід від одного дерева до іншого; перехід від одного запису до іншого всередині дерева; вставка нового запису у вказану позицію; видалення поточного запису і т. д. Використовуються два методи доступу до записів всередині дерева. Прямий порядок обходу починається з кореня з подальшою обробкою всього дерева в порядку зліва направо. Зворотний порядок обходу починається з

лівою висячої вершини з поступовим переходом від одного піддерева до іншого зліва направо з завершенням обробки в корені. Ієрархічна модель підтримує зв'язки «один до одного» та «один до багатьох». Можлива організація зв'язку «багато до багатьох» за рахунок дублювання даних. Основне обмеження цілісності полягає в тому, що нащадок не може існувати без батька. Тому при видаленні запису батьківського видаляється все обумовлене нею піддерево. До достоїнств ієрархічної моделі відносяться ефективне використання пам'яті ЕОМ, непогані показники часу виконання основних операцій над даними, зручність роботи з ієрархічно упорядкованою інформацією. Недоліками ієрархічної моделі є неможливість зберігання примірників, не мають батьківських записів, труднощі реалізації зв'язків «багато до багатьох» і інших більш складних ієрархічних зв'язків.

Розділ 1 посібника присвячений історії виникнення галузі знань, пов'язаної з базами даних. Тут даються визначення ключових понять, що розглядається класична трирівнева архітектура, що використовується в системах баз даних.

У розділі 2 наводиться класифікація моделей, що використовуються в системах баз даних. Докладно розглядаються теоретико-графові моделі, які використовувалися в ранніх системах управління базами даних; реляційна модель, яка є основою практично для всіх комерційних систем управління базами даних (СУБД) і найбільш поширена в даний момент. Даються основні положення об'єктно-реляційних і багатовимірних моделей.

У розділі 3 дається опис першої мови маніпулювання даними, запропонованого для реляційної моделі її творцем, американським математиком Е. Ф. Коддом – реляційної алгебри.

Розділ 4 присвячено питанням проектування баз даних на основі принципів нормалізації, в ньому розглядаються базові поняття функціональних і багатозначних залежностей між властивостями об'єктів, які моделюються в базі даних; розглядаються нормальні форми схем відношень.

Розділ 5 присвячено семантичним або інфологічним моделям, які використовуються в сучасних програмних системах підтримки проектування, званих CASE-системами (Computer Aided Software Engineering).

Розділи 6 та 7 присвячені викладенню структури СУБД та основних функцій СУБД. Докладно розглянуто поняття транзакції, яке є базовим при виконанні паралельних запитів до баз даних, властивості транзакцій і проблеми, що виникають при паралельному виконанні транзакцій.

У розділі 8 викладаються питання журналізації та відновлення на її основі інформації бази даних, спотвореної в результаті збоїв обчислювальної системи.

Розділ 9 присвячений питанням захисту інформації в базах даних. Поняття захисту інформації в базах даних найчастіше пов'язане з концепцією захисту від несанкціонованого доступу. В даному розділі обговорюється загальна концепція захисту інформації, яка використовується в базах даних, вводиться поняття користувача і розглядаються питання визначення прав і привілеїв користувачів по роботі з окремими об'єктами в базі даних.

Розділ 10 присвячено питанням розподіленої обробки даних, тут розглядається проектування розподілених систем обробки даних, приділяється велика увага фрагментації даних.

У розділі 11 викладаються питання, що стосуються основних положень роботи з об'єктно-реляційної СУБД Oracle. Розглядаються архітектура бази даних, об'єкти бази даних, архітектура екземпляра Oracle.

Розділ 12 повністю присвячений сучасному стандартного мови роботи з базами даних, мови SQL. Розглядаються основні елементи мови, створення і модифікація об'єктів бази даних, побудова запитів до бази даних.

У розділі 13 розглядається процедурне розширення мови SQL – мова PL/SQL, який використовується в Oracle при розробці тригерів, збережених процедур і функцій, пакетів, а також для роботи з об'єктами їх створення, зберігання в базі даних і вибіркою. Матеріал посібника включає досить велику кількість прикладів і може бути використаний для самостійного освоєння курсу «Моделі даних і СКБД».