Урок информатики для 9 класса «Базы данных, структура базы данных, таблица базы данных»

1. Введение в теорию баз данных. СУБД Access 2002

1.1. Основные понятия теории баз данных

Для знакомства с СУБД Access необходимо иметь четкое представление о некоторых понятиях, связанных с базами данных. Рассмотрим их.

Информационная система (ИС) – система, реализующая автоматизированный сбор и обработку информации, манипулирование данными, а также включающая средства обработки данных, программное обеспечение и обслуживающий персонал.

Цель любой информационной системы - обработка данных об объектах реального мира какой-либо предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления (включая автоматизацию процессов), например, предприятием, вузом, и т.д.

База данных (БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области и предназначенных для хранения, накопления и обработки с помощью ЭВМ.

Для создания и ведения базы данных (обновления, обеспечения доступа к записям по запросам и выдачи их пользователю) используется набор языковых и программных средств, называемых системой управления базы данных (СУБД).

Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Централизованный характер управления данными в БД предполагает необходимость существования некоторого лица (группы лиц), на которое возлагаются функции администрирования данными, хранимыми в базе.

Современной формой информационных систем являются банки данных, которые включают в свой состав вычислительную систему, одну или несколько БД, СУБД и набор прикладных программ (ПП). Основными функциями банков данных являются:

хранение данных и их защита;

изменение (обновление, добавление и удаление) хранимых данных;

поиск и отбор данных по запросам пользователей;

обработка данных и вывод результатов.

Банком данных (БнД) называют систему организованных баз данных, программных, технических, языковых и организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного использования данных.

Ядром БнД является БД. Метаинформация включает в себя описание структуры БД (схемы и подсхемы), модель предметной области, информацию о пользователях и их правах, описание формы входных и выходных документов. Централизованное хранилище метаинформации называется словарем данных. Особенно большое значение имеют словари данных в системах автоматизированного проектирования ИС.

Каждая информация, подлежащая компьютерной обработки, должна иметь определенную логическую структуру согласно установленным правилам представления. Для этого используется некоторая модель данных (модель представления данных), с помощью которой могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных (МД) - совокупность правил организации структуры данных в БД, операций над ними, а также ограничений целостности*, определяющих допустимые связи и значения данных, последовательность их изменения.

К числу классических относятся следующие модели данных: сетевая, иерархическая и реляционная. Однако в последние годы появляются новые МД, основанные на комбинации классических моделей или на некотором их подмножестве, например, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная. Разрабатываются также системы, основанные на таких МД, как объектно-реляционная, семантическая или ориентированная.

Реляционная модель данных, в основе которой лежит математическая теория отношений, была предложена сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом в 1970 году. Он показал, что любое представление данных можно свести к совокупности двумерных таблиц особого вида, известного в математике как отношение (relation).

Реляционная модель данных (РМД) - организация данных в виде двумерных таблиц.

Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

каждое значение, содержащееся на пересечении строки и столбца, должно быть атомарным (не расчленяемым на несколько значений);

значения данных в одном поле должны быть одного и того же типа;

каждая запись в таблице уникальна (отсутствие повторяющихся записей);

каждое поле имеет уникальное имя;

последовательность полей и записей в таблице несущественна.

Рассмотрим понятия теории баз данных, терминология которых связана с понятием таблицы.

Отношение (relation) – таблица, отражающая информацию об объектах реального мира, например, о студентах, заказах, сотрудниках, жителях и т.д.

Атрибут (attribute) – заголовок столбца таблицы, характеризующий поименованное свойство объекта, например, фамилия студента, дата оформления заказа, пол сотрудника и т.п.

Значение атрибута – значение столбца в конкретной строке.

Домен (domain) – множество всех допустимых значений атрибута.

Схема отношения – предложение, отражающее название таблицы и список заголовков столбцов таблицы.

Кортеж – строка таблицы, представляющая собой совокупность значений логически связанных атрибутов.

Тип данных – тип значений конкретного столбца.

Как видно, таблица состоит из строк и столбцов и имеет имя, являющееся уникальным внутри базы данных. Не стоит забывать, что современные БД – это совокупность таблиц, связанных определенным отношением.

Таблица отражает некоторую сущность реального мира, характеризующуюся также как класс объектов. Например, класс (сущность) – это таблица «СТУДЕНТ»; каждый представитель данного класса – экземпляр класса или сущности – это запись (Иванова М.П., Захаров С.И. и т.д.). Как видно, данные понятия тесно связаны с терминологией объектно-ориентированного программирования.

Термины «строка» и «столбец» не являются распространенными для БД в отличие от терминов «запись» и «поле».

Рассмотрим понятия «поле», «запись» и «файл».

Поле - элементарная единица логической организации данных.

Для описания поля используются следующие характеристики:

имя, например, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения;

тип, например, строковый, символьный, числовой, датовый;

длина, например, в байтах;

точность для числовых данных, например, два десятичных знака для отображения дробной части числа.

Запись - совокупность значений логически связанных полей.

Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл - совокупность экземпляров записей одной структуры (таблицы).

Проведенная аналогия между рассматриваемыми понятиями следующая:

На рис.1.1 приведен пример представления объекта (отношения, файла или таблицы) «СТУДЕНТ», где обычным шрифтом отмечены понятия, относящиеся к «отношению», курсивом – к «файлу», выделенным шрифтом – к «таблице».

Рис.1.1. Представление отношения, файла и таблицы

Схема реляционной таблицы образована именами полей, образующих структуру ее записи, например: (Поле1, Поле2, ..., ПолеN). Схема отношения: АБИТУРИЕНТ (Код, Фамилия, Имя, Дата_рождения, ...).

Схема отношения идентична записи предиката в математической логике, например, имя_предиката (домен1, домен2, …).

Любая таблица имеет одно или несколько полей, значения в которых однозначно идентифицируют каждую ее запись. В таблице «Студент» таким полем является поле «Порядковый номер», значения в котором не повторяются. В качестве идентификации можно использовать и комбинацию полей, например, фамилия, имя и отчество. Однако, в данной ситуации в масштабной БД могут находиться записи, ФИО которых совпадают. Поэтому наличие уникального поля с неповторяющимися значениями является более подходящим вариантом для идентификации записи в таблице.

Первичный ключ (primary key) – поле (или набор полей) таблицы, однозначно идентифицирующий каждую из ее записей.

Например, в отношении СТУДЕНТ (Порядковый номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Специальность) ключевым атрибутом является поле «Порядковый номер».

В данном случае указанное поле характеризует простой первичный ключ. Если ключ состоит из нескольких атрибутов, то он называется составным (сложным) первичным.

Каждое отношение может иметь комбинацию атрибутов, каждая из которых однозначно определяет все кортежи отношения. Данные комбинации атрибутов являются возможными ключами отношения.

Альтернативный ключ – это поле (или набор полей), несовпадающее с первичным ключом и уникально идентифицирующий экземпляр записи.

При связи двух таблиц с первичным ключом первой таблицы связывается внешний ключ второй таблицы.

Внешний ключ – это поле (или набор полей), чьи значения совпадают с имеющимися значениями первичного ключа другой таблицы.

Говоря о первичном ключе, необходимо заметить, что он не должен обладать признаком избыточности. Нет смысла задавать в качестве первичного ключа набор из двух или более полей, если для идентификации записей достаточно одного поля (например, поля «Порядковый номер»).

Как было сказано ранее, задание ключа для таблицы означает автоматическую сортировку записей и контроль отсутствия повторяющихся значений в ключевых полях. Данные функции необходимы для того, что осуществлялось так называемое индексирование. Понятия «ключ» и «индекс» тесно связаны друг с другом, но не означают одно и то же.

Индекс – средство ускорения операции поиска записей, использующееся для установки связей между таблицами.

Таблица, для которой используется индекс, называют индексированной.

При работе с индексами необходимо обращать внимание на организацию индексов, являющуюся основой для классификации.

Различают простые и составные индексы. Простой индекс представлен одним полем или логическим выражением, обрабатывающим одно поле. Составной индекс представлен несколькими полями с возможностью использования различных функций.

Индексы таблицы хранятся в индексном файле.

Если составной индексный файл имеет то же самое имя, что и БД, он называется структурированным составным индексом и автоматически открывается вместе с базой данных. Когда составной индексный файл имеет имя, не совпадающее с именем БД, он называется независимым составным индексом (неструктурированным).

Реальная БД в масштабных системах состоит из двух и более таблиц, связанных между собой определенными отношениями.

Между таблицами можно установить бинарные (между двумя таблицами), тернарные (между тремя таблицами) и любые другие n-арные связи. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся бинарные связи.

Различают четыре основных вида связи:

«один-к-одному» (1:1);

«один-ко-многим» (1:М);

«много-к-одному» (М:1);

«много-ко-многим» (М:М или М:N).

Логическое связывание таблиц производится с помощью индекса. Необходимо заметить, что поле (поля) одной из двух таблиц может быть первичным ключом в случае, если он характеризует в отношении связь «1». Таким образом, первичный ключ может стать основой для первичного индекса.

При связывании двух таблиц отношением 1:М выделяют основную (родительскую) и дополнительную (дочернюю) таблицы соответственно.

Для корректности и взаимной непротиворечивости данных на БД накладываются некоторые ограничения, которые называют ограничениями целостности. Существует несколько типов ограничений целостности, связанные с основными операциями над данными: вводом новых записей, модификацией и удалением существующих записей.

Целостность данных – это средство защиты данных по полям связи, позволяющее поддерживать таблицы в согласованном (непротиворечивом) состоянии (то есть не допускающее существование в подчиненной таблице записей, не имеющих соответствующих записей в родительской таблице).

Любое приложение должно состоять из определенных типов компонентов. Так, в любом ИС основными элементами приложения могут являться формы, запросы, представления, отчеты, меню и другие дополнительные файлы.

Запрос – сформулированный вопрос к одной или нескольким взаимосвязанным таблицам, содержащий критерии выборки данных.

Запрос осуществляется с помощью структурированного языка запросов SQL (Srtructured Query Language). В результате выборки данных из одной или нескольких таблиц может быть получено множество записей, называемое представлением.

Представление данных – сохраняемый в базе данных именованный запрос на выборку данных (из одной или нескольких таблиц).

Представление, по существу, является временной таблицей, формируемой в результате выполнения запроса. Сам запрос может быть направлен в отдельный файл, отчет, временную таблицу, таблицу на диске и т.п. Работа с запросами представляется более свободной и простой, чем с представлениями, так как последние сложно редактировать после их создания.

Для подведения каких-либо итогов СУБД имеет возможность создавать отчет.

Отчет – компонент системы, основное назначение которого – описание и вывод на печать документов на основе информации из БД.

К элементам приложения можно также отнести такие компоненты, как командные файлы, графические файлы, библиотеки с классами и т.п.

1.2. Компоненты базы данных Access

Основу любой базы данных составляют хранящиеся в ней данные. Любые компоненты БД называют объектами, с которыми выполняются различные операции. В состав Access входят следующие компоненты:

таблицы, содержащие данные;

запросы, позволяющие осуществлять выборку данных;

формы, позволяющие просматривать и модифицировать данные;

отчеты, позволяющие обобщать и распечатывать информацию;

макросы, выполняющие последовательность нескольких команд нажатием одной пиктограммы или клавиши;

Web-страницы, позволяющие просматривать данные БД Access с помощью броузеров.

1.3. Типы данных СУБД Access

В Access имеется множество типов данных. Их обозначение и описание дано в таблице 1.1.

Таблица 1.1

2.1. Запуск СУБД Access

Для запуска СУБД Access необходимо воспользоваться командой Пуск->Программы->Microsoft Access.

2.2. Окно СУБД Access

Окно СУБД Access является стандартным окном Windows; в его правой части открывается дополнительное окно «Создание файла», которое активизируется также после выполнения команды Файл->Создать.

Структура окна Access представлена на рис.2.1.

Рис.2.1. Структура окна СУБД Access

2.3. Создание базы данных

Для создания базы данных необходимо в окне «Создание файла» выбрать группу команд «Создание» и произвести «щелчок» на пункте «Новая база данных». В окне запроса имени файла ввести – ­­­­library.mdb.

Расширение файла БД указывать необязательно.

После сохранения файла на диске на экране появляется менеджер базы данных, в котором необходимо создать таблицу.

Создание базы данных осуществляется с помощью Мастера (визарда) базы данных.

Мастер (Wizard – визард) - специальное средство СУБД, позволяющее быстро создать объект (компонент) базы данных по шаблону.

Примечание. С помощью мастера (визарда) можно создать большинство компонентов БД.

2.4. Создание таблицы с помощью конструктора

Создать таблицу возможно несколькими способами. Для этого используются следующие средства:

визард (мастер) баз данных (The Database Wizard);

визард таблиц (The Table Wizard);

режим дизайнера (конструктора) (Design view);

режим таблицы (Datasheet view);

визарды импорта (The Import Wizards).

Создание таблицы включает в себя два этапа:

создание структуры таблицы;

ввод записей таблицы.

Современные версии СУБД Access позволяют сразу осуществлять ввод записей. Система, анализируя вводимые данные, самостоятельно разрабатывает структуру таблицы, устанавливая определенные типы полей (см.п.2.8).

После перехода в окно менеджера базы данных необходимо выполнить следующие действия по созданию таблицы с помощью дизайнера (конструктора):

В открывшемся окне (рис.2.2) убедиться, что активизированы объект «Таблицы» и выбран способ создания таблицы с помощью дизайнера (конструктора).

Примечание. Необходимо заметить, что менеджер базы данных содержит в своем составе следующие элементы: объекты (таблицы, запросы, отчеты и др.), пиктограммы действий (открыть компонент, создать компонент, работать с компонентом в режиме конструктора), а также пиктограммы, отвечающие за вид представленной в окне информации (таблица, крупные значки и т.п.).

Рис. 2.2 Структура окна менеджера базы данных

Произвести «щелчок» на пиктограмме «Создать». На экране появится диалоговое окно «Новая таблица» (рис.2.3).

Выбрать пункт «Конструктор» и нажать кнопку [Ok].

Рис. 2.3. Окно выбора способа создания таблицы

Примечание. В левой части окна «Новая таблица» отображается визуальная подсказка для выбора способа создания.

В открывшемся окне (рис.2.4) ознакомиться с элементами окна.

Рис.2.4. Окно конструктора таблицы

Примечание. В верхней части данного окна расположены столбцы, характеризующие параметры вводимого поля структуры таблицы: название поля (не более 64 символов), тип данных в данном поле и описание (комментарий). В нижней части окна расположены две вкладки, которые хранят общие сведения о поле (вкладка «Общие») и информацию о подстановках (вкладка «Подстановка»).

Ввести в первой строке первого столбца название поля – КодКниги. При этом пробелов желательно не допускать (рис.2.5).

Произвести «щелчок» в данной строке в столбце «Тип данных», после чего активизируется комбинированный (раскрывающийся) список. Данный список будет содержать все имеющиеся в Access типы данных.

Выбрать из списка тип данных Числовой.

Проанализировать информацию, появившуюся во вкладке «Общие». Обратить внимание на то, что данное поле не является индексированным.

В столбце «Описание» прокомментировать назначение данного поля в таблице.

Ввести поля Автор, НазваниеКниги, ГодИздания, ДатаПоставки, Страницы (полностью таблица описана в приложении А), учитывая описание каждого поля и установив соответствующие значения во вкладке «Общие» в пункты «Размер поля», «Формат поля», «Подпись» (заголовки полей в режиме просмотра таблицы). Названия столбцов отображены на рис.2.6.

Закрыть окно дизайнера таблицы и на запрос о сохранении файла ввести имя таблицы – КНИГА.

Примечание. Если при выходе система предлагает установить ключевое поле для связи с другими таблицами, необходимо отказаться от установки ключа.

Рис.2.5. Структура таблицы КНИГА

Примечание. Название таблицы задается после создания (а не модификации) структуры таблицы, то есть после первоначального выхода из режима дизайнера (конструктора). На рис.2.5 название таблицы уже указано, а это означает, что пользователь вошел в конструктор таблицы для модификации полей, то есть структура таблицы была создана и сохранена на диске.

Убедиться, что новая таблица, как объект, находится в менеджере базы данных БИБЛИОТЕКА.

С помощью пиктограммы «Открыть» или «двойным щелчком» на имени таблицы войти в режим просмотра и редактирования данных таблицы КНИГА (рис.2.6).

Рис.2.6. Режим просмотра и редактирования таблицы

Ввести все необходимые данные согласно приложению А (п.1).

Примечание. При необходимости ширину полей можно изменить с помощью указателя мыши, «транспортируя» границу заголовка поля.

Для возврата в менеджер базы данных достаточно закрыть окно просмотра данных и сохранить на диске изменения таблицы, подтвердив запрос системы.

Перемещение по таблице может осуществляться с помощью различных средств, часть из которых представлены на рис.2.6.

В любой таблице существует так называемый табличный указатель, который показывает активную запись. Он расположен в левом поле, не имеющем названия, и имеет форму черного треугольника. Данное поле будет называться столбцом табличного указателя.

В нижней части окна расположены кнопки перехода к конкретным записям (рис.2.7).

Рис.2.7. Описание кнопок перемещения по записям таблицы

Существуют также полосы прокрутки, как вертикальные, так и горизонтальные, позволяющие просматривать информацию таблицы.

В режиме просмотра данных можно осуществлять следующие операции:

выделить строки или столбцы («щелчком» на заголовке строки или столбца; при выделении нескольких объектов необходимо использовать «транспортировку»);

изменить ширину столбца («перетаскивание» границы заголовка столбца влево или вправо для уменьшения или увеличения ширины);

изменить высоту строки («перетаскивание» границы заголовка столбца вниз или вверх для уменьшения или увеличения высоты);

переместить столбцы (выделение строки или столбца, «щелчок» на выделенной области и «перетаскивание в новую позицию);

закрепить столбцы (выделение последовательности столбцов, выполнение команды Формат->Закрепить столбцы);

освободить закрепленные столбцы (выполнение команды Формат->Освободить все столбцы);

скрыть столбцы (выделение столбцов, выполнение команды Формат->Скрыть столбцы);

отобразить скрытые столбцы (выполнение команды Формат->Отобразить столбцы, активизация флажков, отвечающих за столбцы);

сортировать данные (выполнение команды Записи -> Сортировка -> Сортировка по возрастанию/убыванию; при этом курсор должен находиться в конкретном поле).

В случае сортировки нескольких столбцов необходимо переместить столбцы так, чтобы они располагались в той последовательности, в какой нужно производить сортировку; затем выделить данные столбцы и выполнить команду сортировки. Обычно в критериях сортировки используются одно, два или три поля.

2.7. Создание таблицы с помощью мастера

Мастер таблиц позволяет осуществить следующие шаги:

выбрать таблицу из множества существующих;

выбрать необходимые поля;

переименовать поля и модифицировать параметры (при необходимости);

выбрать ключевое поле (для сортировки или связи с другой таблицей);

установить отношения между данной таблицей и другими таблицами текущей базы данных.

Для создания таблицы, по структуре одинаковой с таблицей КНИГА, необходимо выполнить следующие действия:

В менеджере базы данных активизировать компонент «Таблицы».

Выбрать пункт создания таблицы «Создание таблицы с помощью мастера» и произвести на нем «двойной щелчок» мыши. На экране появится окно создания таблицы с помощью мастера (рис.2.8).

Рис.2.8. Структура окна создания таблицы с помощью мастера

Выбрать категорию таблицы – «Личные».

В списке «Образцы таблиц» выбрать таблицу «Книги». При этом в списке «Образцы полей» поочередно выбрать указанные на рисунке поля и перенести их в поле «Поля новой таблицы» кнопкой перемещения или «двойным щелчком» на имени поля. Перейти к следующему шагу кнопкой [Далее].

Задать в открывшемся окне имя «Книги1» и активизировать опцию «Пользователь определяет ключ самостоятельно». Перейти к следующему шагу кнопкой [Далее].

Убедиться, что поле КодКниги выбрано в качестве поля с уникальными данными, а также выбрать среднюю опцию, характеризующую ввод числовых значений в данное поле. Перейти к следующему шагу кнопкой [Далее].

Убедиться, что в открывшемся окне не указана связь таблицы Книга1 с другими таблицами текущей базы данных. Перейти к следующему шагу кнопкой [Далее].

В открывшемся окне выбрать опцию «Ввести данные непосредственно в таблицу».

Нажать кнопку [Готово].

После выхода из режима мастера система выводит на экран таблицу в режиме просмотра данных с возможностью ввода и модификации данных.

2.8. Создание таблицы путем ввода данных

Еще один способ создания таблицы связан с тем, что по введенным данным система самостоятельно анализирует тип значений и определяет, какой тип будет хранить тот или иной столбец таблицы.

Рассмотрим создание таблицы Книга2 методом ввода данных.

В менеджере базы данных БИБЛИОТЕКА выбрать пункт «Создание таблицы с помощью ввода данных».

В открывшемся окне просмотра записей ввести данные согласно рис.2.9.

Рис.2.9. Ввод данных в режиме просмотра таблицы

Закрыть окно таблицы и сохранить под именем Книга2. Проверить ярлык данной таблицы в менеджере базы данных.

Перейти в конструктор таблицы Книга2 (рис.2.10).

Рис.2.10. Режим конструктора таблицы Книга2

При необходимости изменить названия полей, типы полей и сделать комментарии.

Примечание. Изменить заголовки столбцов можно и в режиме просмотра записей, произведя «двойной щелчок» на заголовке поля.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема «Создание таблицы в Microsoft Access»

Цель работы: познакомиться со средой СУБД Access и научиться создавать таблицу базы данных различными способами.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Создать папки для работы с базами данных.

Создать на рабочем диске каталог USERS (если его не существует).

Создать в каталоге USERS собственный каталог, например, IVANOVA. При этом желательно не допускать пробелов и записать имя папки латинскими буквами.

Создать в собственном каталоге две папки: рабочую WORK, в которой будет реализовываться база данных Библиотека, и вариативную, например, INDIVID, в которой будут храниться все файлы вариативного задания студента.

Задание 2. Создать и заполнить таблицу Книга в базе данных Библиотека.

Запустить на выполнение Microsoft Access.

Создать новую базу данных, сохранив ее под именем LIBRARY.MDB в собственном каталоге, в папке WORK.

В менеджере базы данных создать новую таблицу с помощью конструктора.

Создать структуру таблицы КНИГА (п.2.4). При этом задать только те поля, которые описаны на рис.2.5. Закрыть окно конструктора и ввести название таблицы - КНИГА.

Находясь в менеджере базы данных, перейти в окно просмотра записей пиктограммой «Открыть».

Выйти из режима просмотра данных таблицы и вновь просмотреть записи.

Закрыть менеджер базы данных БИБЛИОТЕКА.

Задание 3. Создать базу данных и первую таблицу БД согласно варианту задания.

Создать новую базу данных согласно варианту задания и сохранить ее в вариативной папке.

Создать с помощью конструктора первую таблицу (см. варианты заданий) индивидуальной базы данных (в дальнейшем будет использоваться название ИНДИВИД), задав структуру таблицы и введя необходимые записи. Записей должно быть не менее 7. Учесть все требования, предъявляемые к оформлению таблицы (заголовки, типы данных и прочее).

Выйти из режима просмотра таблицы.

Просмотреть записи таблицы.

Закрыть вариативную базу данных.

*