Основные структуры данных

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

на тему «Основные структуры данных»

                                                                Исполнитель:

Смоленск - 2011

Оглавление

Оглавление………………………………………………………………………..2

Введение…..……………………………………………………….……………...3

1. Основные структуры данных ……….………………………………………4

     1.1. Классификация баз данных…………………………………….………...8

     1.2 Структурные элементы базы данных…………………………………..10

2. Виды моделей данных………………………………………………….…….12

     2.1. Иерархическая модель данных………………………………….…...13

     2.2. Сетевая модель данных…………………………………………………15

     2.3. Реляционная модель данных…………………………………………...17

Практическая часть ………………………...…………………………….……..20

Заключение……………………………………………………………………….25

Список использованной литературы……………………………………….......26

Введение

Современные информационные системы, основанные на концепции интеграции данных, характеризуются огромными объемами хранимых данных, сложной организацией, необходи­мостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей.

В современных базах данных хранятся отнюдь не только данные, но и информация.

Это утверждение легко пояснить, если, например, рассмотреть базу данных круп­ного банка. В ней есть все необходимые сведения о клиентах, об их адресах, кре­дитной истории, состоянии расчетных счетов, финансовых операциях и т. д. Доступ к этой базе имеется у достаточно большого количества сотрудников банка, но среди них вряд ли найдется такое лицо, которое имеет доступ ко всей базе полностью и при этом способно единолично вносить в нее произвольные изменения. Кроме дан­ных, база содержит методы и средства, позволяющие каждому из сотрудников оперировать только с теми данными, которые входят в его компетенцию. В результате взаимодействия данных, содержащихся в базе, с методами, доступными конкрет­ным сотрудникам, образуется информация, которую они потребляют и на основа­нии которой в пределах собственной компетенции производят ввод и редактиро­вание данных.

Теоретическая часть работы направлена на формирование представления о базах данных (БД) и их основных видах.

В практической части данной работы будет показана взаимосвязь таблиц, выполнение расчетов на основе табличных данных, графическое построение полученных данных.

1. Основные структуры данных

Цель любой информационной системы — обработка данных об объектах реального мира. В широком смысле слова база данных (БД) — это поименованная совокупность структурированных и взаимосвязанных сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и, в конечном счете, автоматизации, например, предприятие, вуз и т.д.

Для поиска данных в базе данных применяется общий управляемый способ. Данные запоминаются так, чтобы они были независимы от программ, использующих эти дан­ные; открыты для добавления новых или модификации существу­ющих данных.

Основные требования к организации баз данных.

1.  База данных - это основа для будущего наращивания при­кладных программ. Базы данных должны обеспечивать возмож­ность разработки приложений легче, быстрее, дешевле.

2. Многократное использование данных. Пользователи, кото­рые по-разному понимают одни и те же данные, могут использо­вать их различным образом.

3. Сохранение затрат умственного труда. Существующие про­граммы и логические структуры данных не переделываются при внесении изменений в базу данных.

4.  Простота. Пользователи могут легко узнать и понять, ка­кие данные имеются в их распоряжении.

5. Легкость использования. Пользователи имеют простой до­ступ к данным; сложный доступ к данным осуществляет СУБД.

6.  Гибкость использования. Обращение к данным или их по­иск осуществляется с помощью различных методов доступа.

7.  Быстрая обработка незапланированных запросов на дан­ные. Случайные запросы на данные могут обрабатываться с по­мощью высокоуровневого языка запросов или языка генерации отчетов, а не прикладными программами.

8. Простота внесения изменений. База данных может увеличи­ваться и изменяться без нарушения имеющихся способов исполь­зования данных.

9. Небольшие затраты. Низкая стоимость хранения и исполь­зования данных и минимизация затрат на внесение изменений.

10. Уменьшение избыточности данных. Требования новых при­ложений удовлетворяются за счет существующих данных, а не путем создания новых файлов.

11. Производительность. Запросы на данные удовлетворяются с такой скоростью, которая требуется для использования данных.

12. Достоверность данных и соответствие одному уровню об­новления. Необходимо использовать контроль за достоверностью данных. Система предотвращает наличие различных версий од­них и тех же элементов данных, доступных пользователям, на раз­ных стадиях обновления.

13. Секретность. Несанкционированный доступ к данным не­возможен. Ограничение доступа к одним и тем же данным для различного их использования может осуществляться разными способами.

14. Защита от искажения и уничтожения. Данные должны быть защищены от сбоев, катастрофических и криминальных ситуаций, некомпетентного или злонамеренного обращения к ним лиц, ко­торые могут ошибочно обновить их.

15.  Готовность. Пользователь быстро получает данные вся­кий раз, когда это ему необходимо.

Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различ­ным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сделать это возможно, только если данные структурированы.

Структурирование — это введение соглашений о способах представления данных.

Неструктурированными называют данные, записанные, например, в текстовом файле.

Пример неструктурированных данных:

Личное дело № 16493, Сергеев Петр Михайлович, дата рождения 1 января 1976 г.; Л/д № 16593, Петрова Анна Владимировна, дата рожд. 15 марта 1975 г.; № личн. дела 16693, др. 14.04.76, Анохин Андрей Борисович.

Чтобы автоматизировать поиск и систематизировать эти данные, необходимо вырабо­тать определенные соглашения о способах представления данных, т.е. дату рождения нужно записывать одинаково для каждого студента, она должна иметь одинаковую длину и определенное место среди остальной информации. Эти же замечания спра­ведливы и для остальных данных (номер личного дела, фамилия, имя, отчество).

После проведения несложной структуризации с информацией, указан­ной в примере, она будет выглядеть так:

Таблица 1  Пример структурированных данных

Пользователями базы данных могут быть различные прикладные программы, программные комплексы, а также специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей или источников данных, называемые конечными пользователями.

В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются централизованно с помощью специального программного инструментария — системы управления базами данных.

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

1.1.           Классификация баз данных

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования баз данных часто приме­няют в локальных сетях ПК.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекаю­щихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычисли­тельной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры  подобных систем:

-     файл-сервер;

-     клиент-сервер.

Файл-сервер. Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функ­ции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользова­тельскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обра­ботка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает. Пользователи могут создавать также на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно. Концепция файл-сервер условно отображена на рисунке 1:

Рис.1  Схема обработки информации в БД по принципу файл-сервер

Клиент-сервер. В этой концепции подразумевается, что помимо хранения централи­зованной базы данных центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать вы­полнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SQL. Концепция клиент-сервер ус­ловно изображена на рисунке 2:

Рис.2  Схема обработки информации в БД по принципу клиент-сервер

1.2.Структурные элементы базы данных

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица).