Тема: Поняття моделі даних, бази даних. Поняття й призначення систем управління базами даних. Поняття відношення, атрибута, ключа, зв’язку.

Мета: --  вивчити основні поняття: модель даних, база даних, система управління базою даних, ключ, атрибут ключа, зв'язок, навчиться працювати з MS Access;           

-- формувати знання про роботу з СУБД  MS Access ;          

  -- виховати в учнях акуратність, посидючість.

 Устаткування: комп’ютерний клас (10 комп’ютерів, операційна система Windows), навчальна презентація, програма MS Access, , підручник: Інформатика: підр. для 11 кл. (Академічний  рівень) загальноосвіт. навч.закл./Й.Я.Ривкінд, Т.І.Лисенко.

Тип   заняття: комбіноване заняття.

Хід  заняття:

1. Організаційний момент.
2.  Виклад нового матеріала.

Поняття про бази даних

Необхідність пошуку потрібної інформації у людини виникає повсяк­час, незалежно від сфери її професійних інтересів: з якої платформи від­правляється потяг на Хмельницький, як приготувати вареники з вишня­ми, яку будову має молекула води, скільки днів тривала Друга світова ві­йна, чи справджується прикмета про чорну кішку, яка частота змінного електричного струму в побутовій електричній мережі, яке закінчення мають іменники третьої відміни в родовому відмінку однини та ін. Відпо­віді на частину з цих запитань людина може отримати зі своєї пам’яті, для отримання інших необхідно звернутися до інформаційної системи за­лізничного вокзалу, переглянути кулінарну книжку, довідник з хімії, фі­зики чи електротехніки, посібник з правопису тощо. Для полегшення по­шуку потрібної інформації людство придумало багато засобів - універ­сальні енциклопедії та енциклопедії з предметних галузей, довідники й словники, довідкові бюро та інформаційні табло та ін.

Учені запевняють, що зберігання великих обсягів даних виправдано тільки за умови, якщо пошук потрібних даних здійснюється швидко і по­даються вони в доступній для розуміння формі. Ці умови забезпечують сучасні технології зберігання даних. Основою цих технологій є комп’ютеризовані бази даних (БД).

База даних — це впорядкований за певними правилами набір взаємопов’язаних даних.

Перша в Україні комп’ютерна база даних була розроблена в ході робіт з проектуван­ня і експлуатації електронної обчислюваль­ної машини «Київ» (1959 р.). ЕОМ була розробле­на для обчислювального центру Академії наук УРСР Л.Н. Дашевським, К.Л. Ющенко, К.О. Шкарабарою, С.Б. Погребинським під науковим ке­рівництвом Б.В. Гніденка та В.М. Глушкова.

Предметна область – це сфера застосування бази даних: Школа, Поліклініка, Міністерство, Супермаркет .

Кожна база даних містить кілька об'єктів та зв'язків між ними.

Кожен об'єкт характеризується параметрами (властивостями):

• УЧИТЕЛЬ (прізвище, ім'я, по батькові, рік народження, спеціальність)
• БОРОШНО (назва, виробник, ціна, вага)

Екземпляр об'єкта – набір відомостей про той чи інший об'єкт.

(Біденко Микола Якович, 1935, математик)

Схема визначає, які параметри повинні мати об’єкти.

Наповнення – значення параметрів конкретних об’єктів.

Між деякими об’єктами існують зв’язки: Вчитель навчає клас.

Поняття сутності, модель «сутність—зв’язок»

На початку проектування баз даних, як правило, розробляється модель предметної області, для якої створюється ця БД. У ній ука­зуються типи об’єктів, що будуть включені до бази даних, і зв’язки між ними. Для наочності таку мо­дель можна подати у графічному вигляді.

Розглянемо приклад моделі предметної області Інформатика в школі (рис.).

У прямокутниках записані на­зви типів об’єктів (груп об’єктів) предметної області, стрілки вказують на зв’язки між ними, а написи біля стрілок описують ці зв’язки. Учи­тель заздалегідь опрацьовує Підручник з інформатики і організовує про­цес навчання учнів (навчає). Він же оцінює рівень навчальних досягнень учнів і виставляє Оцінки. Учні навчаються під керівництвом учителя та самостійно, маючи Підручник з інформатики. Вони також належать до певного Класу і отримують Оцінки.

Тип об’єкта предметної області називають сутністю. Сутностями роз­глянутої вище предметної області є Учитель, Оцінка, Учень, Підручник з інформатики, Клас. Сутності, по суті, є сукупностями однотипних об’єк­тів. Наприклад, сутність Клас може складатися з об’єктів 11-А, 11-Б, 11-В тощо. Окремі об’єкти сутності називають екземплярами сутності. Сут­ність має як мінімум один екземпляр. Наприклад, сутність Підручник з інформатики має тільки один екземпляр сутності, якщо всі учні школи навчаються за одним і тим самим підручником з інформатики.

Сутність предметної області — це тип реального або уявно­го об’єкта предметної області.

При подальшій формалізації моделі словесний опис зв’язків між сут­ностями замінюють на їх умовні позначення відповідного типу. За мно­жинністю виділяють такі типи зв’язків:

• один до одного (позначається як 1:1), коли одному екземпляру однієї сутності відповідає один екземпляр іншої сутності. Для наведеного прикладу такий зв’язок є між сутностями Учитель і Підручник з ін­форматики, якщо кожен учитель використовує тільки один підруч­ник, який не використовують інші вчителі;
•  один до багатьох (позначається як 1:<» або 1:М, де М - від англ. Many - багато), коли одному екземпляру однієї сутності може відпо­відати кілька екземплярів іншої сутності. Для наведеного прикладу такий зв’язок можливий між сутностями Учитель і Учень, коли ко­жен учитель інформатики здійснює навчання сукупності учнів (одно­го або кількох класів) і при цьому немає вчителів, які здійснюють на­вчання одних і тих самих учнів;
• багато до одного (позначається як <»:1 або М:1), коли кільком екземп­лярам однієї сутності відповідає один екземпляр іншої сутності. Цей тип зв’язку є протилежним до зв’язку один до багатьох. Наприклад, якщо розглянути зв’язок між сутністю Учень і сутністю Клас, то тип зв’язку буде багато до одного, а якщо розглядати зв’язок між сутнос­тями Клас і Учень, то тип зв’язку буде один до багатьох;
• багато до багатьох (позначається як <»:<» або М:М), коли кільком ек­земплярам однієї сутності можуть відповідати кілька екземплярів ін­шої сутності. У розглянутому прикладі такий зв’язок є між сутностя­ми Учень та Оцінки - багато учнів отримують багато різних оцінок.

Зв’язки між сутностями класифікують також за повнотою.

За цією класифікацією виділяють зв’язки, в яких:

• кожний екземпляр однієї сутності обов’язково пов’язаний з одним чи кількома екземплярами іншої сутності. Наприклад, зв’язок між сутностями Клас і Учень передбачає, що кожен учень належить до певно­го класу і кожний клас складається з певної групи учнів;
• кожний екземпляр однієї сутності не обов’язково пов’язаний хоча б з одним екземпляром іншої сутності. Наприклад, між сутностями Учень і Комп’ютер може бути встановлений зв’язок, який передба­чає, що не кожен учень має власний комп’ютер.

Розглянуту нами модель предметної області називають моделлю «сутність—зв’язок», або ER-моделлю, або ER-діаграмою (англ. Entity- Relationship - сутність (об’єкт)-зв’язок (відношення)). Під час створення ER-моделі використовуються спеціальні позначення типів сутності, влас­тивостей екземплярів сутностей, зв’язків та ін. Набір таких умовних по­значень називають нотацією (англ. notation - позначення, зображення умовними знаками). У таблиці 3.1 подано основні елементи однієї з но­тацій.

Побудуємо модель «сутність-зв’язок» для предметної області Кіноте­атр, у якій розглянемо дві сутності: Глядач і Квиток. Кожен глядач, який прийшов у кінотеатр, має квиток. Двох однакових квитків, як і двох од­накових глядачів, не існує (рис. 3.3).

У сутності Глядач для даної моделі розглянемо дві властивості: Прізви­ще та Ім’я, а у сутності Квиток - п’ять: Дата, Час, Ряд, Місце та Номер квитка. Між сутностями Глядач і Квиток існує зв’язок - Має. За мно­жинністю це зв’язок один до одного. На це вказують позначення над лі­ніями зв’язку біля прямокутників сутностей. За повнотою цей зв’язок є обов’язковим для сутності Глядач (для того щоб бути присутнім на сеансі, глядач повинен мати квиток) і не обов’язковим для сутності Квиток (оскільки не всі квитки можуть бути розпродані, і тоді вони залишаться в касі та не потраплять до глядача).

Поняття про моделі даних. Види моделей даних

Основним призначенням бази даних є гарантоване систематизоване збереження значних обсягів даних і надання доступу до них користувачеві або комп’ютерній програмі. Оскільки база даних є досить складним за своєю структурою об’єктом, то перед створенням вона заздалегідь проектується створюється модель бази даних. Під час створення моделі бази даних використовують ту чи іншу модель даних.

Модель даних має три складові:

1. Структура даних визначає спосіб організації даних, множину можливих типів даних (цілі числа, дійсні числа, текстові дані, мультимедійні дані, масиви чисел або текстів та ін.) і набір опера-цій, які можна виконати над даними конкретного типу.

2. Засоби опрацювання даних визначають набір команд (аналогічно до системи команд виконавця алгоритму), які забезпечують опрацювання даних залежно від способу їх організації.

3. Обмеження цілісності визначає вимоги для забезпечення правильності даних у будь-який момент часу. Розрізняють вимоги, що накладаються відповідним видом моделі даних, і вимоги, що встановлює користувач.

Найпоширенішими є такі види моделей даних: ієрархічна, мережна, реляційна й об’єктно-реляційна.

Ієрархічна модель даних визначає організацію даних про об’єкти у вигляді дерева. В ієрархічній моделі структура даних передбачає, що у кожного об’єкта є тільки один об’єкт вищого рівня, якому він підпорядкований (батьківський), і може бути кілька підпорядкованих (нащадків). Виключення складає тільки найвищий за ієрархією об’єкт – у нього немає батьківського об’єкта.

Прикладом ієрархічної організації даних є файлова структура, що використовується під час розміщення даних на дисках, наприклад FAT32(ви ознайомилися з нею в курсі інформатики 9-го класу під час вивчення розділу «Системне програмне забезпечення»). У зазначеній файловій структурі на диску є один основний батьківський об’єкт (коренева папка), який містить дані про підпорядковані об’єкти – папки і файли. У свою чергу ці об’єкти можуть містити різноманітні дані, у тому числі і про підпорядковані їм папки і файли.

Основні поняття реляційної бази даних

Вище були розглянуті моделі даних, на основі яких створюються бази даних. Відповідно до моделі даних, яка лежить в основі бази даних, роз­різняють ієрархічні, мережні, реляційні та об’єктно-реляційні бази да­них. У подальшому розглядатимемо реляційні бази даних.

Ознайомимося з основними поняттями реляційної бази даних на прик­ладі таблиці, поданої на рисунку 3.10. Як ви вже знаєте, основним об’єктом реляційної бази даних є таблиця. Таблиця реляційної бази да­них складається з рядків і стовпців. Для зберігання даних про сутності деякої предметної області може бути використано кілька таблиць, які мо­жуть бути пов’язані між собою.

Рядок таблиці реляційної бази даних називають записом, або корте­жем. Запис містить значення властивостей одного екземпляра сутності. Наприклад, у таблиці Країни світу (рис. 3.10) п’ятий зверху запис міс­тить такий набір даних: Австралія, Австралія і Океанія, 7636, 19138, 01.01.1901, Конституційна монархія. Ці дані є значеннями відповідних властивостей одного екземпляра сутності Країна світу: назва, частина світу, площа, кількість населення, дата утворення держави та держав­ний устрій. Інший запис містить набір значень тих самих властивостей, але вже іншого екземпляра сутності - іншої країни.

Стовпець таблиці реляційної бази даних називають полем, або атрибу­том. Поле має ім’я, яке відображає назву властивості. Поле містить мно­жину значень однієї властивості всіх екземплярів сутності. Дані, що міс­тяться в кожному полі таблиці, є однотипними. Для кожного поля під час проектування таблиці бази даних встановлюється тип даних.

Як уже зазначалося, у реляційній моделі даних передбачена обов’яз­кова вимога ідентифікації екземплярів сутності за рахунок унікальності набору значень властивостей. Для таблиці реляційної бази даних це озна­чає, що значення в одному з полів не повинні повторюватися. Таке поле називають ключовим, або ключем таблиці. Ключові поля ще називають ідентифікаторами. В окремих реалізаціях реляційних баз даних допус­кається ідентифікація об’єкта бази даних за набором значень кількох властивостей, тобто ключем буде набір даних з кількох полів, наприклад трьох полів: Прізвище, Ім’я, По батькові.

У таблиці бази даних, поданої на рисунку 3.10, як ключове можна ви­користати поле Назва, оскільки не існує однакових назв країн і тому зна­чення в цьому полі є унікальним для кожного запису.

Етапи створення бази даних

Процес створення бази даних є одним з прикладів розв’язування задач з використанням комп’ютера. До цього процесу потрібно ставитися відпо­відально, особливо на етапі проектування. Помилки в проектуванні мо­жуть з’ясуватися після виконання значного обсягу робіт з введення да­них. Це призводить до невиправданих втрат часу і коштів.

Створення баз даних передбачає такі етапи:

1. Постановка завдання. На цьому етапі визначається мета створення бази даних, окреслюється предметна область, для якої буде створюва­тися база даних, визначаються потенційні користувачі базою даних.
2. Створення описової інформаційної моделі бази даних, у якій виділя­ються сутності майбутньої бази даних, описуються зв’язки між ними.
3. Створення моделі «сутність—зв’язок».
4. Визначення моделі даних.
5. Створення структури бази даних з використанням однієї із систем управління базами даних або однієї з мов програмування.
6. Введення даних.
7. Тестування бази даних, її корекція.

Після тестування та корекції робота з базами даних не завершується. У ході експлуатації бази даних, як правило, дані регулярно оновлюють­ся, можуть змінюватися зв’язки між сутностями тощо.

Розглянемо процес створення бази даних на прикладі бази даних Краї­ни світу, яка може бути використана під час вивчення курсу географії в загальноосвітніх навчальних закладах.

Як було зазначено, на першому етапі в ході постановки завдання слід дати відповіді на такі питання:

• мета створення бази даних: база даних Країни світу створюється з метою використання під час вивчення географії в загальноосвітніх навчальних закладах для узагальнення відомостей про країни світу;
• предметна область: країни світу;
• потенційні користувачі: учні 9-10 класів загальноосвітніх навчаль­них закладів, учителі.

На другому етапі створення бази даних створюється її описова інфор­маційна модель: база даних повинна містити дані про назву країни, її площу, кількість і густоту населення, державні символи: прапор і гімн, національну валюту, дату утворення або завоювання незалежності, наяв­ність дипломатичних відносин з Україною, адресу сайта уряду, держав­ний устрій та економічний стан країни на день занесення даних. У базі да­них повинна бути передбачена можливість підготовки узагальнених да­них за країнами певної частини світу, а також за країнами, що мають пев­ний державний устрій.

На третьому етапі створення бази даних визначається:

• модель «сутність—зв’язок»: модель «сутність-зв’язок» предметної області Країни світу зображена на рисунку 3.15. У ній три сутності: Країна, Частина світу та Державний устрій. Між сутністю Частина світу і сутністю Країна встановлюється зв’язок один до багатьох (1:го), тобто одному екземпляру сутності Частина світу можуть відпо­відати багато екземплярів сутності Країна. Кожна країна належить до однієї із частин світу (зв’язок обов’язковий), однак існує частина світу (Антарктида), на якій немає жодної країни (зв’язок необов’язковий). Між сутностями Державний устрій та Країна також встанов­люється зв’язок один до багатьох (1:го). Зв’язок для обох сутностей обов’язковий - кожна країна має один з видів державного устрою і кожна з форм державного устрою існує як мінімум в одній країні. Сутність Країна має такі властивості - назва, площа, дипломатичні відносини, кількість населення, прапор, гімн, сайт уряду, дата утво­рення, економічний стан. Сутність Державний устрій має дві власти­вості - назва і глава уряду, а сутність Частина світу одну - назва.

Далі визначається модель даних: реляційна.

Наступні етапи створення бази даних передбачають використання спе­ціального програмного забезпечення для створення та опрацювання баз даних і тому розглянемо їх пізніше.

Поняття про системи управління базами даних

Для роботи з базами даних використовують спеціальні програми - системи управління базами даних (СУБД). Використовуючи їх, користу­вачі створюють бази даних, виконують пошук, оновлення даних тощо.

Системи управління базами даних — це прикладні комп’ю­терні програми, призначені для створення, збереження та вико­ристання баз даних.

Залежно від моделі даних, яка використовується в СУБД, їх поділя­ють на ієрархічні, мережеві, реляційні, об’єктно-реляційні тощо.

Залежно від розміщення баз даних і компонентів, які забезпечують їхнє опрацювання, СУБД поділяють на локальні та розподілені. Локальні СУБД забезпечують зберігання й опрацювання даних на локальному комп’ютері, а у розподілених - дані можуть зберігатися та опрацьовува­тися на різних комп’ютерах у ло­кальній або глобальній мережі.

Залежно від способу доступу до бази даних СУБД розподіляють на файл-серверні, клієнт-серверні та інтегровані (вбудовані). У файл-серверних СУБД файли з даними розмі­щуються на сервері, а на кожному клієнтському комп’ютері встановле­но повну версію СУБД. Доступ з клі­єнтського комп’ютера до даних на файл-сервері здійснюється з вико­ристанням мережі. Недоліком таких СУБД є необхідність встановлювати інколи доволі дорогі повні версії про­грам на кожний комп’ютер, висока завантаженість мережі під час пере­давання даних із клієнтського комп’ютера на сервер і навпаки, не­обхідність у досить потужних комп’ютерах на робочих місцях клієнтів. Позитивним є невисокі вимоги до продуктивності комп’ютера, який є файл-сервером. Одним із варіантів використання файл-серверних СУБД є розміщення і СУБД, і даних на од­ному клієнтському комп’ютері.

Найбільш широко в останні роки розвивається клієнт-серверна техно­логія використання баз даних (рис. 3.16). За цією технологією на сервері встановлюється серверна версія СУБД, на ньому ж, як правило, розміще­на і база даних. На клієнтських комп’ютерах встановлюються тільки не­великі за обсягом і функціональністю клієнтські версії СУБД, у завдання яких входить формування запитів на опрацювання даних і виведення ре­зультату опрацювання, надісланого з сервера. Усі операції з даними здій­снюються на сервері. Такі СУБД не потребують потужних клієнтських комп’ютерів і не перевантажують мережу, простіше реалізується система збереження цілісності даних, однак значно підвищуються вимоги до тех­нічних характеристик сервера. За клієнт-серверною технологією органі­зована робота залізничних кас продажу квитків, робота банкоматів тощо.

Інтегровані (вбудовані) СУБД використовуються як складові інших програмних продуктів, наприклад електронних енциклопедій, словників, пошукових систем тощо. Ці системи не потребують окремої інсталяції, можуть мати обмежений набір функцій з управління базою даних, напри­клад не забезпечувати оновлення даних. Доступ до даних здійснюється з використанням засобів прикладної програми, в яку інтегрована СУБД.

Схему основних класифікацій СУБД наведено на рисунку 3.17.

3. Закріплення матеріалу.

Розробіть перші чотири етапи створення:

а) бази даних учнів випускних класів школи для зберігання даних про їхні підсумкові оцінки з предметів і подальшого друку додатків до атестатів;

б) бази даних обліку обладнання одного з кабінетів школи;

в) бази даних обліку результатів шкільних спортивних змагань з легкої атлетики.

4.  Домашнє завдання.
   1. Читати підручник Розділ 3, п.3.1-3.2.
   2. Опрацювати конспект.
   3. Створити модель «сутність-зв’язок» власної бази даних.
5. Підведення підсумків.