Лекция по Базам данных на тему "Системы управления базами данных"

Тема урока: Системы управления базами данных Цели урока: 1. изучить основные понятия: база данных, системы управления базами данных  (СУБД); информационно­поисковая система, познакомить учащихся с основными типами  (моделями) СУБД и их назначением;  2. развивать мировоззрение, то есть способствовать формированию взглядов на  окружающий мир, на вклад человека в структурирование информации; воспитывать устойчивый познавательный интерес к предмету. 3. Тип урока: урок изучения нового материала. Оборудование: компьютер, мультимедиапроектор, экран, персональные  компьютеры, презентация, раздаточный материал. Этапы работы 1. Организационный момент (3­5 мин) Приветствие учащихся…. Ребята, а скажите мне, у кого из вас есть сотовый? ….ага, конечно у всех….А кто из вас сталкивался с тем, чтобы пополнить баланс телефона через мобильное приложение или  просто терминал? А как вы думаете где хранятся данные о вашем счете? Просто в  текстовых фалах, где написана ваша фамилия и счет или всё­таки, в другом виде? Или всё  это хранится в вашем сотовом телефоне? …..Так значит нужно какое­то хранилище  данных…..Такое место и называется Базой данных. А когда вы проверяете свой баланс как быстро вам приходит ответ? Буквально в  считанные секунды, всё верно. Но для этого мало одной базы данных, верно?  Значит нам  нужна какая­то программа, которая поможет нам узнать баланс мобильного телефона… Такая программа должна обратится к базе данных и найти данные пользователя, затем  узнать его баланс и выдать нам его на экран... Это и есть система управления базами  данных. Темой нашего сегодняшнего урока является «Системы управления базами данных» Но важно помнить, что СУБД существуют только в связке с базами данных.  Например, вы покупаете ЖД билет в кассе…. Или заказываете билет в интернете….  И вам тут же дается информация о наличие свободных мест, о времени рейса и так далее..  Так значит, все эти данные хранятся где? (В БД). А помогает нам осуществить поиск и  выборку нужного нам билета какая система? (СУБД). Где ещё вы сталкиваетесь с БД?  А можно назвать телефонный справочник или классный журнал базой данных? Да, конечно…. Например, в учебном заведении есть базы данных студентов, преподавателей и  других работников…. И всё это ­ ЖД и авиакассы, библиотеки и данные предприятия или вуза являются  предметными областями БД. Скажите, так что из себя представляет база данных?...(совокупность данных) А для чего людям нужны базы данных?.....(для хранения информации) Цель базы данных — помочь людям и организациям вести учет определенных вещей. До 80% людей, использующих компьютер в своей профессиональной деятельности имеют дело именно с базами данных.  Представьте себе, что вы руководитель или бухгалтер большого предприятия, где работают сотни сотрудников… Кто   из   вас   знает,   а   как   раньше   хранились   данные   о   сотрудниках   некоторого коллектива? (В картотеках: в виде выдвижных ящиков, где в алфавитном порядке стояли личные дела сотрудников.). Найти нужный документ в картотеке было довольно долго и трудоёмко.. А как вы думаете где впервые начали задумываться над созданием системы  быстрого поиска документов? Конечно же в библиотеке, ведь там на полках пылятся сотни книг и быстро найти библиотекарю нужную вам литературу было практически невозможно. Таким образом задумались над созданием СУБД. Наиболее распространёнными  являются БД, информация в которых хранится в виде таблиц. Сегодня вы познакомитесь с основными понятиями, которые вы видите на экране,  такими как: база данных, системы управления базами данных (СУБД); информационно­ поисковая система, узнаете основные типы СУБД, их классификации и структуру. 3. Объяснение нового материала (30 минут) Современные базы данных оперируют информацией, представленной в самом  разном формате, ­ от обычных чисел и текста до графических и видеоданных. А как вы думаете это должна быть совокупность данных или отдельно взятые её  характеристики? (совокупность). А где эти данные должны хранится? В памяти  компьютера или это не имеет значения? (в памяти компьютера). А эти данные должны быть связаны между собой? Данные должны содержать только краткое название объекта или  могут содержать и его характеристику? (и характеристику). Хорошо, таким образом дадим определение БД База данных представляет собой совокупность специальным образом  организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и, отображающих  состояние объектов, и их взаимосвязей с рассматриваемой предметной областью. (Своими словами, БД ­ это большая, специально организованная совокупность  данных) База данных помогает систематизировать и хранить информацию из определенной  предметной области, облегчает доступ к данным, поиск и предоставление необходимых  сведений. А напомните мне что такое предметная область? Какие они бывают? Таким образом Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению в целях  организации управления и в конечном счете автоматизации.  Первые БД появились уже в начале развития 1­го поколения ЭВМ (50е годы XX  века) и представляли собой отдельные файлы данных или их простые совокупности. Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по  различным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием этих  признаков. Сделать это возможно, только если данные структурированы. Структурирование – это размещение структурных данных в определенном  порядке. Неструктурированными называют данные, записанные, например, в текстовом  файле. Привести примеры на картинке (таблица, иерархия для структурированных,  текстовый файл для неструктурированных) Хорошо, мы вами разобрались что такое БД и для чего нужны СУБД… Теперь, скажите, кто может пользоваться БД? Только разработчик базы данных, все  пользователи или может быть специализированные программы? Итак, Пользователями базы данных могут быть различные прикладные программы,  программные комплексы, а также и сами люди, т.е. специалисты предметной области,  выступающие в роли потребителей или источников данных, называемые конечными  пользователями. Для корректной работы база данных должна обладать определёнными свойствами  (на слайде):  независимостью данных от использующих их прикладных программ (т.е. изменения  в данных не приводят к изменению программ обработки). целостностью (БД содержит полную и непротиворечивую информацию) восстанавливаемостью (возможность восстановления БД после сбоя системы) безопасностью (защита данных от преднамеренного и непреднамеренного доступа,  модификации или разрушения)      эффективностью (минимальное время реакции и выполнение запроса пользователя,  а также минимальные потребности в памяти) предельными размерами эксплуатационными ограничениями (оказывают влияние на  выбор архитектуры, информационной системы, СУБД, программных и технических  средств поддержки и сопровождения. Итак, мы определи, что без специального программного обеспечения поиск данных  будет затруднен и для решения этой проблемы были разработаны специализированные  системы. Они получили название – информационно­поисковые системы. Сейчас они применяются во всех отраслях человеческой деятельности: в банках, магазинах, аптеках, библиотеках и так далее. А кто из вас может привести пример ИПС? (например, Яндекс, Гугл, и т.д.) Скажите, когда вы покупаете себе одежду и, например, в магазине нет нужного вам размера, что вы делаете? Обращаетесь к продавцу, чтоб он узнал есть ли ваш размер, да? Но   продавец   не   бежит   на   склад   или   бежит?   Нет   крупном   магазине,   продавец   не отправляется   на   склад,   а   подходит   к   компьютеру   и   проверяет   наличие   необходимого размера в базе данных. Мы не представляем себе современные авиа­ и железнодорожные кассы без компьютерных баз данных, которые работают в режиме реального времени. Итак, Информационно­поисковая система – это программная система для  хранения, поиска и выдачи интересующей пользователя информации. Информационно­поисковая система состоит из двух частей: База данных и программа, позволяющая оперировать этими данными… Ещё разок, как называется такая программа? СУБД Сама по себе БД содержит только информацию, а СУБД обслуживает запросы  пользователя на поиск и обработку информации.  СУБД – это комплекс программно­аппаратных средств, обеспечивающих создание  и поддержку БД, доступ к информации и управление данными. СУБД создает на экране компьютера определенную среду для работы пользователя  (интерфейс), и имеет определенные режимы работы и систему команд. Именно на основе  СУБД создаются и функционируют информационно­поисковые системы(WWW). Первые СУБД, поддерживающие организацию и ведение БД, появились в конце 60­х годов XX века. Использование СУБД обеспечивает лучшее управление данными, более  совершенную организацию файлов и более простое обращение к ним по сравнению с  обычными способами хранения информации.  Мы с вами выяснили, что СУБД весьма помогли работникам библиотеки. А в каких  ещё сферах деятельности СУБД помогают людям работать с большим объемом данных?  Например, на производстве, верно? Или в аптеках? Основные функции СУБД: управление данными во внешней памяти (на дисках); управление данными в оперативной памяти;    журнализация изменений, резервное копирование и восстановление БД после сбоев;  поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулировании данными);  управление транзакциями. Что значит транзакция? Допустим вы обращаетесь к БД с телефона для пополнения счета,  а кто­то другой в это же самое время хочет положить денег вам на счет с терминала.  Чтобы не произошло сбоя система должна сначала обработать запрос одного пользователя  (тем самым блокируя действия другого на доли секунд), а затем переходит к запросу  другого пользователя и работает с ним, блокируя первого. Такой порядок действий и  называется транзакцией. Это происходит очень быстро и создается иллюзия, что операция  по зачислению денег на счет производится одновременно.  Под транзакцией понимается неделимая последовательность операторов  манипулирования данными (чтения, удаления, вставки, модификации), приводящая к  одному из двух возможных результатов: либо последовательность выполняется (если все  операторы правильные), либо вся транзакция откатывается (если хотя бы один оператор не  может быть успешно выполнен. Обычно в структуре современной СУБД можно выделить следующие  компоненты: (показать схему на слайде и объяснить её) ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и  журнализацию,     процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на  извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно­независимого  исполняемого внутреннего кода, подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы  манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд  дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы. Для работы с хранящейся в БД информацией СУБД предоставляет программам и  пользователям следующие два вида языков:   язык описания данных (ЯОД) – это высокоуровневый непроцедурный язык,  предназначенный для описания логической структуры данных.  язык манипулирования данными (ЯМД) – это совокупность инструкций,  обеспечивающих выполнение основных операций с данными: ввод, удаление, модификацию и выборку данных.  Кто скажет мне почему словарь БД и набор данных на схеме обозначены  цилиндрами? (Потому что в схемах БД всегда обозначаются цилиндрами) База данных и словарь данных – это своего рода каталоги, хранящие в себе данные.  Такие данные обычно хранятся на внешних носителях.  Операции доступа к данным контролируются ядром БД. Ядро БД ответственно за поддержку безопасности и целостности БД Интерпретатор ЯОД обрабатывает инструкции и сохраняет результаты в системном  каталоге. Запросы от пользователей интерпретируются ЯМД и обрабатываются ядром БД.  Так как зачастую запросы формируются через высокоразвитый интерфейс и могут  представлять собой нечто достаточно абстрактное, то они проходят предварительную  предкомпиляцию в инструкции ЯМД.  Операции управления и администрирования выполняются непосредственно ядром  БД и промежуточной обработки не требуют. Итак, мы разобрались с вами с функциями и структурой баз данных. За долгое время развития баз данных появилось множество их классификаций. Итак, классификация БД: 1. по структуре организации данных (модели данных) 1.1. иерархические 1.2. сетевые 1.3. реляционные 1.4. объектно­реляционные 1.5. объектно­ориентированные. 1.1. Иерархические СУБД поддерживают иерархическую модель базы данных,  которая основана на древовидной структуре хранения информации. Существует строгая  подчиненность элементов: один главный, остальные подчиненные.  Например, система каталогов на диске, файловая система компьютера или  родословное древо. Типичные представители иерархических СУБД: Information  Management System (IMS), Time­Shared Date Management System (TDMS), Mark IV Multi­ Access Retrival System. 1.2. Сетевая СУБД более гибкая: нет явно выраженного главного элемента и в  ней существует возможность установления горизонтальных связей. В сетевой структуре  каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. Сетевые базы данных  подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих  направлениях, которые соединяют родственную информацию.  Например, организация информации в Интернете (WWW). В качестве примеров  сетевых СУБД можно привести Integrated Database Management System (IDMS), Total и  СУБД Adabas. 1.3. Реляционная СУБД (от английского «relation»­ отношение). Это СУБД,  управляющая реляционными базами данных. Реляционной называется БД, которая  содержит информацию, организованную в виде прямоугольной таблицы. Такие СУБД  являются наиболее распространенными и могут оперировать данными различных типов. Например, системы Paradox, MS Access, FoxPro, Oracle.  Каждая таблица состоит из строк и столбцов. В компьютерных БД каждый столбец  называется полем, а строка – записью БД. Например, информация о студентах может включать данные о фамилии, имени, отчестве,  дате рождения, номере зачетной книжки и группе. В такой таблице ­ 6 полей. Количество  записей определяется числом студентов. (На слайде) 1.4. Объектно­реляционная СУБД – реляционная СУБД, поддерживающая  некоторые технологии, реализующие объектно­ориентированный подход. Разница между  объектно­реляционными и объектными СУБД заключается в том, что первые являют собой надстройку над реляционной схемой, вторые же изначально объектно­ориентированы.  Объектно­реляционными СУБД являются, к примеру, Informix, Oracle Database, MS SQL Server 2005. 1.5. Объектно­ориентированная СУБД реализует объектно­ориентированный  подход. Эта система управления обрабатывает данные как абстрактные объекты,  наделенные свойствами, в виде неструктурированных данных, и использующие методы  взаимодействия с другими объектами окружающего мира.  Объектно­ориентированные СУБД: Itaska, Jasmine, Matisse, Object Store, Jntos, O2. 2. по способу хранения данных 2.1. централизованные (вся информация хранится на одном компьютере – на  сервере) 2.2. распределенные (информация хранится на двух и более компьютерах ­ в  локальной или глобальной сети) 3. по способу доступа к БД 3.1. Файл­серверные (файлы данных хранятся на файл­сервере. Доступ СУБД к  данным осуществляется через локальную сеть. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети. На  данный момент файл­серверные СУБД считаются устаревшими. Они могут применяться  для обучения работе с базами данных (чаще всего для этого используется MS Access) или  для хранения информации в небольших информационных системах. Примеры: Microsoft  Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro. 3.2. Клиент­серверные (СУБД располагается на сервере вместе с базой данных и  осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме (это и есть  транзакция). Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент­ серверной СУБД централизованно. Клиент­серверные СУБД предоставляют больше  возможностей для профессиональной работы с данными, поэтому они чаще всего  используются в крупных предприятиях и организациях. Примеры: Oracle, Firebird,  Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise,  PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР. 3.3. Встраиваемые (СУБД, которая может поставляться как составная часть  программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например,  геоинформационные системы) Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird  Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР. 4. по характеру хранимой информации 4.1. 4.2. т. д.: архив) фактографические (краткая информация в одном формате: картотека) документальные (всевозможные документы – тексты, графика, видео, звук и  4. Закрепление изученного материала (10 мин) Возьмите листочки, лежащие у каждого на парте, проведите стрелочки от понятия к определению, которому оно соответствует. По завершению работы обменяйтесь своими ответами с соседом по парте для  проверки.  А теперь посмотрите на экран. Кто допустил одну ошибку? Кто допустил 2 ошибки? Кто более? 5. Рефлексия. «Букет настроения». Если вам понравился урок, и вы узнали что­то новое, то прикрепите цветок к вазе с  фразой «Я доволен», если не понравился – к вазе с фразой «Нет».  5. Домашнее задание (5 мин) Выучить определения: БД, СУБД, ИПС, классификации БД . Подготовить таблицу в MS Word, состоящую из следующих столбцов: №п/п, Ф.И.О.  студента, группа, дата рождения, год поступления. Таблица должна содержать минимум 10 строк.