9. Базы данных: данные, модель данных, база данных, система управления базами данных, информационная система. Модели данных. Реляционная модель данных.

При наличии большого объема перерабатываемой с помощью компьютера информации возникают задачи обеспечения наилучшего хранения данных (без дублирования) и манипулирования данными (поиска, сортировки, добавления, изменения, обработки). Следовательно, нужно наилучшим образом организовать данные и обеспечить наилучшее управление данными.
Данные – информация, представленная в определенной форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи.
Предметная область – часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и последующей автоматизации. ПО определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения.
Модель данных – представление о предметной области в виде данных и связей между ними. То есть, модель данных – это совокупность взаимосвязанных структур данных и операций над этими структурами.
Понятие “Модель данных” включает три компонента:
1) организацию данных (количество и типы объектов модели данных, ограничения на структуру данных);
2) множество допустимых операций над данными: операции выборки (поиск), операции модификации (включить, удалить, изменить данные);
3) средства обеспечения логической целостности и достоверности данных (ограничения на значения данных и связи), с помощью которых достигается непротиворечивость хранимой информации.
Выбор модели данных зависит от объема информации, сложности решаемых задач и имеющегося технического и программного обеспечения.
База данных – совокупность данных конкретной предметной области. Они организованы по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования, и не зависят от программ обработки.
Система управления базами данных – набор программных средств (программная система или пакет), обеспечивающих создание и обслуживание баз данных и выполнение операций над данными БД (доступ к ним и обработку).
СУБД поддерживает один из типов моделей данных – сетевую, иерархическую или реляционную. Реляционная модель ориентирована на табличное представление данных, т.е. организацию данных в виде двумерных таблиц.
В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation), который дал название модели. Реляционная база данных – база данных, логически организованная как набор отношений (прямоугольных таблиц) конкретной предметной области. Таблица соответствует объекту ПО; строка (кортеж) – запись об одном экземпляре объекта. Размещение в одной строке таблицы определенных элементов данных означает установление между ними связи или отношения (relation). Значения в столбце (поле) таблицы определяют характеристику или свойство объекта (атрибут отношения). Таблица имеет фиксированное число столбцов, их порядок фиксирован; число строк – произвольное, их порядок безразличен.
Таблица обладает следующими свойствами:

• столбцам (полям) присвоены уникальные имена;
• элементы каждого столбца имеют одинаковую природу, т.е. столбцы однородные;
• в таблице нет одинаковых строк (записей), т.е. любые две строки отличаются хотя бы одним элементом (полем записи);
• строки и столбцы могут обрабатываться в любой последовательности.

Реляционная БД обычно включает несколько таблиц. Связи между таблицами осуществляется с использованием ключей. Ключ – атрибут (поле) или совокупность атрибутов, значения которых однозначно определяют запись в таблице.
Преимущества хранения данных в РБД :

• каждый элемент данных хранится только в одной таблице (экономия места);
• внесение изменений упрощается, уменьшается риск ошибки (например, в написании фамилий);
• наличие связей между таблицами ускоряет обработку взаимосвязанной информации;
• ошибочные записи (с некорректными ссылками) должны автоматически исключаться.

Техническим возможностям персональных компьютеров в настоящее время лучше всего соответствуют реляционные СУБД.
Информационная система представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче и обработке информации о заданной предметной области, снабжающую всех своих пользователей необходимой информацией.
Информационную систему определяют как систему информационных, математических, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоаспектного использования данных для получения необходимой информации.
Основными компонентами ИС являются :

• собственно база данных, содержащая необходимую информацию и описание структуры хранимых данных;
• система управления базой данных, выполняющая типовые процедуры управления данными;

прикладная программа (приложение пользователя), реализующая требуемый алгоритм ведения диалога пользователя с информационной системой для обслуживания БД и решения всего комплекса задач обработки данных.