Телекоммуникаций и информатики»

Телекоммуникаций и информатики»

___________________________________________

Кафедра электронной коммерции

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

WEB ПРОГРАММИРОВАНИЕ

по направлениям подготовки:

09.03.02 – Информационные системы и технологии

Составитель:

к.э.н., доцент

Никульников Н.В.

Самара

УДК ____________

Никульников Н.В. WEB программирование. Конспект лекций. – Самара.: ФГБОУ ВО ПГУТИ, 2017. – 62 с.

Целью дисциплины «WEB программирование» является изучение вопросов, охватывающих основные теоретические и прикладные аспекты технологий проектирования структуры web-сайта как информационной системы, технологий создания web-сайта средствами программирования на стороне клиента и сервера, технологий размещения, поддержки и сопровождения web-сайта на сервере.

Конспект лекций является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «WEB программирование», наилучшие результаты будут получены при использовании конспекта совместно с другими материалами комплекса.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

© Никульников Н.В., 2017

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЛЕКЦИЯ 1
Основы World Wide Web (WWW)
ЛЕКЦИЯ 2
Основы HTML
ЛЕКЦИЯ 3
Динамический HTML. DOM и клиентские скрипты
ЛЕКЦИЯ 4
Основы MySql
ЛЕКЦИЯ 5
Основы языка JavaScript
ЛЕКЦИЯ 6
CMS. Основные понятия
ЛЕКЦИЯ 7
Работа с компонентами CMS 1С-Битрикс
ЛЕКЦИЯ 8
Добавление динамической информации в компонентах CMS 1C-Битрикс
ЛЕКЦИЯ 9
Развитие WEB технологий: основные тенденции и перспективы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПО – программное обеспечение;

БД – база данных;

CMS – Content Management System;

HTML – HyperText Markup Language;

URL/URI – унифицированный способ адресации и идентификации сетевых ресурсов;

HTTP – протокол передачи гипертекста;

CGI – общий шлюзовый интерфейс, представляющий доступ к серверным приложениям.

ЛЕКЦИЯ 1

Основы World Wide Web (WWW)

Интернет — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая сотни миллионов компьютеров в общее информационное пространство. Интернет представляет свою инфраструктуру для прикладных сервисов различного назначения, самым популярным из которых является Всемирная Паутина – World Wide Web (www).

World Wide Web (www, web, рус.: веб, Всемирная Паутина) — распределенная информационная система, предоставляющая доступ к гипертекстовым документам по протоколу HTTP.

WWW — сетевая технология прикладного уровня стека TCP/IP, построенная наклиент-серверной архитектуре и использующая инфраструктуру Интернет для взаимодействия между сервером и клиентом.

Серверы www (веб-серверы) — это хранилища гипертекстовой (в общем случае) информации, управляемые специальным программным обеспечением.

Документы, представленные в виде гипертекста называются веб-страницами. Несколько веб-страниц, объединенных общей тематикой, оформлением, связанных гипертекстовыми ссылками и обычно находящихся на одном и том же веб-сервере, называются веб-сайтом.

Для загрузки и просмотра информации с веб-сайтов используются специальные программы — браузеры, способные обрабатывать гипертектовую разметку и отображать содержимое веб-страниц.

В основе www — взаимодействие между веб-сервером и браузерами по протоколу HTTP (HyperText Transfer Protocol). Веб-сервер — это программа, запущенная на сетевом компьютере и ожидающая клиентские запросы по протоколу HTTP. Браузер может обратиться к веб-серверу по доменному имени или по ip-адресу, передавая в запросе идентификатор требуемого ресурса. Получив запрос от клиента, сервер находит соответствующий ресурс на локальном устройстве хранения и отправляет его как ответ. Браузер принимает ответ и обрабатывает его соответствующим образом, в зависимости от типа ресурса (отображает гипертекст, показывает изображения, сохраняет полученные файлы и т.п.).

Основной тип ресурсов Всемирной паутины — гипертекстовые страницы. Гипертекст — это обычный текст, размеченный специальными управляющими конструкциями — тегами. Браузер считывает теги и интерпретирует их как команды форматирования при выводе информации. Теги описывают структуру документа, а специальные теги, якоря и гиперссылки, позволяют установить связи между веб-страницами и перемещаться как внутри веб-сайта, так и между сайтами.

Для доступа к любым сетевым ресурсам необходимо знать где они размещены и как к ним можно обратиться. Во Всемирной паутине для обращения к веб-документам изначально используется стандартизованная схема адресации и идентификации, учитывающую опыт адресации и идентификации таких сетевых сервисов, как e-mail, telnet, ftp и т.п. — URL, Uniform Resource Locator.

URL — унифицированный локатор (указатель) ресурсов, стандартизированный способ записи адреса ресурса в www и сети Интернет. Адрес URL имеет гибкую и расширяемую структуру для максимально естественного указания местонахождения ресурсов в сети. Для записи адреса используется ограниченный набор символов ASCII.

Общий вид адреса можно представить так:

<схема>://<логин>:<пароль>@<хост>:<порт>/<полный-путь-к-ресурсу>

Где:

схема

схема обращения к ресурсу: http, ftp, gopher, mailto, news, telnet, file, man, info, whatis, ldap, wais и т.п.

логин:пароль

имя пользователя и его пароль, используемые для доступа к ресурсу

хост

доменное имя хоста или его IP-адрес.

порт

порт хоста для подключения

полный-путь-к-ресурсу

уточняющая информация о месте нахождения ресурса (зависит от протокола).

Язык гипертекстовой разметки HTML

HTML — стандартный язык разметки документов во Всемирной паутине. Большинство веб-страниц созданы при помощи языка HTML. Язык HTML интерпретируется браузером и отображается в виде документа, в удобной для человека форме. HTML является приложением SGML (стандартного обобщённого языка разметки) и соответствует международному стандарту ISO 8879.

HTML создавался как язык для обмена научной и технической документацией, пригодный для использования людьми, не являющимися специалистами в области вёрстки. Для этого он представляет небольшой (сравнительно) набор структурных и семантических элементов — тегов. С помощью HTML можно легко создать относительно простой, но красиво оформленный документ. Изначально язык HTML был задуман и создан как средство структурирования и форматирования документов без их привязки к средствам воспроизведения (отображения). В идеале, текст с разметкой HTML должен единообразно воспроизводиться на различном оборудовании (монитор ПК, экран органайзера, ограниченный по размерам экран мобильного телефона, медиа-проектор). Однако современное применение HTML очень далеко от его изначальной задачи. Со временем основная идея платформонезависимости языка HTML стала жертвой коммерциализации www и потребностей в мультимедийном и графическом оформлении.

Протокол HTTP

HTTP — протокол передачи гипертекста, текущая версия HTTP/1.1. Этот протокол изначально был предназначен для обмена гипертекстовыми документами, сейчас его возможности существенно расширены в сторону передачи двоичной информации.

HTTP — типичный клиент-серверный протокол, обмен сообщениями идёт по схеме «запрос-ответ» в виде ASCII-команд. Особенностью протокола HTTP является возможность указать в запросе и ответе способ представления одного и того же ресурса по различным параметрам: формату, кодировке, языку и т. д. Именно благодаря возможности указания способа кодирования сообщения клиент и сервер могут обмениваться двоичными данными, хотя данный протокол является символьно-ориентированным.

HTTP — протокол прикладного уровня, но используется также в качестве «транспорта» для других прикладных протоколов, в первую очередь, основанных наязыке XML (SOAP, XML-RPC, SiteMap, RSS и проч.).

Общий шлюзовый интерфейс CGI

CGI — механизм доступа к программам на стороне веб-сервера. Спецификация CGI была разработана для расширения возможностей сервиса www за счет подключения различного внешнего программного обеспечения. При использовании CGI веб-сервер представляет браузеру доступ к исполнимым программам, запускаемым на его (серверной) стороне через стандартные потоки ввода и вывода.

Интерфейс CGI применяется для создания динамических веб-сайтов, например, когда веб-страницы формируются из результатов запроса к базе данных. Сейчас популярность CGI снизилась, т.к. появились более совершенные альтернативные решения (например, модульные расширения веб-серверов).

Программное обеспечение сервиса www

Веб-серверы

Веб-сервер — это сетевое приложение, обслуживающее HTTP-запросы от клиентов, обычно веб-браузеров. Веб-сервер принимает запросы и возвращает ответы, обычно вместе с HTML-страницей, изображением, файлом, медиа-потоком или другими данными. Веб-серверы — основа Всемирной паутины. С расширением спектра сетевых сервисов веб-серверы все чаще используются в качестве шлюзов длясерверов приложений или сами представляют такие функции.

Созданием программного обеспечения веб-серверов занимаются многие разработчики, но наибольшую популярность (по статистике http://netcraft.com) имеют такие программные продукты, как Apache , IIS, Google Web Server (GWS, Google Inc.) и nginx.

Apache — свободное программное обеспечение, распространяется под совместимой с GPL лицензией. Apache уже многие годы является лидером по распространенности во Всемирной паутине в силу своей надежности, гибкости, масштабируемости и безопасности.

IIS (Internet Information Services) — проприетарный набор серверов для нескольких служб Интернета, разработанный Майкрософт и распространяемый с серверными операционными системами семейства Windows. Основным компонентом IIS является веб-сервер, также поддерживаются протоколы FTP, POP3, SMTP, NNTP.

Google Web Server (GWS) — разработка компании Google на основе веб-сервера Apache. GWS оптимизирован для выполнения приложений сервиса Google Applications.

nginx [engine x] — это HTTP-сервер, совмещенный с кэширующим прокси-сервером. Разработан И. Сысоевым для компании Рамблер. Осенью 2004 года вышел первый публично доступный релиз, сейчас nginx используется на 9-12% веб-серверов.

Браузеры

Браузер, веб-обозреватель (web-browser) — клиентское приложение для доступа к веб-серверам по протоколу HTTP и просмотра веб-страниц. Как правило браузеры дополнительно поддерживают и ряд других протоколов (например ftp, file, mms, pop3).

Первые HTTP-клиенты были консольными и работали в текстовом режиме, позволяя читать гипертекст и перемещаться по ссылкам. Сейчас консольные браузеры (такие, как lynx, w3m или links) практически не используются рядовыми посетителями веб-сайтов. Тем не менее такие браузеры весьма полезны для веб-разработчиков, так как позволяют «увидеть» веб-страницу «глазами» поискового робота.

Исторически первым браузером в современном понимании (т.е. с графическим интерфейсом и т.д.) была программа NCSA Mosaic, разработанная Марком Андерисеном и Эриком Бина. Mosaic имел довольно ограниченные возможности, но его открытый исходный код стал основой для многих последующих разработок.

Существует множество различных программ-браузеров, но наибольшей популярностью пользуются следующие:

• Internet Explorer / (Edge с версии 11) (IE) — браузер, разработанный компанией Майкрософт и тесно интегрированный c ОС Windows.
• Firefox — свободный кроссплатформенный браузер, разрабатываемый Mozilla Foundation и распространяемый под тройной лицензией GPL/LGPL/MPL.
• Safari — проприетарный браузер, разработаный корпорацией Apple и входящий в состав операционной системы Mac OS X.
• Opera — кроссплатформенный многофункциональный веб-браузер, впервые представленный в 1994 году группой исследователей из норвежской компании Telenor. Дальнейшая разработка ведется Opera Software ASA.

Роботы-«пауки»

Наряду с браузерами, ориентированными на пользователя, существуют и специализированные клиенты-роботы («пауки», «боты»), подключающиеся к веб-серверам и выполняющие различные задачи автоматической обработки гипертекстовой информации. Сюда относятся, в первую очередь, роботы поисковых систем, таких как google.com, yandex.ru, yahoo.com и т.п., выполняющие обход веб-сайтов для последующего построения поискового индекса.

ЛЕКЦИЯ 2

Основы HTML

HTML - это язык разметки, который представляет простые правила оформления и компактный набор структурных и семантических элементов разметки (тегов). HTML позволяет описывать способ представления логических частей документа (заголовки, абзацы, списки и т.д.) и создавать веб-страницы разной сложности.

Изначально язык HTML (HyperText Markup Language) был задуман и создан как средство структурирования и форматирования документов без привязки к средствам отображения. В идеале, гипертекстовый документ должен одинаково выглядеть на различных устройствах (монитор ПЭВМ, экран ПДА или мобильного телефона, принтер, медиа-проектор и т.п.).

Разработкой спецификаций языка HTML и утверждением их в качестве официальных стандартов занимается Консорциум всемирной паутины (W3C). Помимо W3C, в развитии языка участвуют IT-компании и сообщество разработчиков.

• Официальной спецификации HTML 1.0 не существует. До 1995 года существовало множество неофициальных спецификаций HTML, появившихся в ходе браузерных войн.
• RFC 1866 — HTML 2.0, одобренный как официальный стандарт 22 сентября 1995 года;
• HTML 3 (март 1996) - не нашла поддержки у разработчиков
• HTML 3.2 — 14 января 1997 года;
• HTML 4.0 — 18 декабря 1997 года (многие унаследованные элементы были отмечены как устаревшие и нерекомендованные к использованию (англ. deprecated).);
• HTML 4.01 — 24 декабря 1999 года (версия включала малозаметные, но существенные изменения по сравнению с предыдущей);
• ISO/IEC 15445:2000 (ISO HTML, основан на HTML 4.01 Strict) — 15 мая 2000 года.
• HTML 5 — разработан и принят W3C совместно с сообществом WHATWG.

HTML не является языком программирования, но веб-страницы могут содержать встроенные или загружаемые программы на скриптовых языках (в первую очередьJavascript) и программы-апплеты на языке Java.

Элементы гипертекста

Структура HTML-документа

HTML-документ состоит из текста, который представляет собой информационное содержимое и специальных средств языка HTML — тегов разметки, которые определяют структуру и внешний вид документа при его отображении браузером. Структура HTML-документа довольно проста:

Описание документа начинается с указания его типа (секция DOCTYPE).

Текст документа заключается в тег <html>. Текст документа состоит из заголовка и тела, которые выделяются соответственно тегами <head> и <body>.

В заголовке (<head>) указывают название HTML-документа и другие параметры, которые браузер будет использовать при отображении документа.

Тело документа (<body>) — это та часть, в которую помещается собственно содержимое HTML-документа. Тело включает предназначенный для отображения текст и управляющую разметку документа (теги), которые используются браузером.

Наличие секции DOCTYPE позволяет указать браузеру, какой тип документа ему предстоит разбирать, т.е, какие требования нужно выполнять при обработке гипертекста.

Заголовок предназначен для размещения метаинформации, описывающей веб-документ как таковой.

Блок <body> содержит то, что нужно показать пользователю: текст, изображения, внедренные объекты и пр.

DOCTYPE

Секция DOCTYPE указывает браузеру тип документа и версию использованного языка разметки. Здесь также указывается название и область видимости описания этого языка и адрес файла dtd (document type definition).

Примеры DOCTYPE:

• <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Frameset//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/frameset.dtd">
  Гипертекстовый документ в формате HTML 4.01, содержащий фреймы.
• <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
  Гипертекстовый документ в формате HTML 4.01 со строгим синтаксисом (т.е. не использованы устаревшие и не рекомендованные теги).
• <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
  Гипертекстовый документ в формате HTML 4.01 с нестрогим («переходным») синтаксисом (т.е. использованы устаревшие или не рекомендованные теги и атрибуты).

<!DOCTYPE HTML>

Пока не стандартизованное объявление для документов HTML5.

Стандарт требует, чтобы секция DOCTYPE присутствовала в документе, т.к. это позволяет ускорить и улучшить обработку гипертекста. Это достигается за счет того, что браузер может не делать предположений о том, как интерпретировать теги, а свериться со стандартным определением (файлом .dtd).

Мета-теги

Мета-тег HTML — это элемент разметки html, описывающий свойства документа как такового (метаданные). Назначение мета-тега определяется набором его атрибутов, которые задаются в теге <meta>.

Мета-теги размещают в блоке <head>...</head> веб-страницы. Они не являются обязательными элементами, но могут быть весьма полезны.

Теги

Тег (html-тег, тег разметки) — управляющая символьная последовательность, которая задает способ отображения гипертекстовой информации.

HTML-тег состоит из имени, за которым может следовать необязательный список атрибутов. Весь тег (вместе с атрибутами) заключается в угловые скобки <>:

<имя_тега [атрибуты]>

Как правило, теги являются парными и состоят из начального и конечного тегов, между которыми и помещается информация. Имя конечного тега совпадает с именем начального, но перед именем конечного тега ставится косая черта / (<html>...</html>). Конечные теги никогда не содержат атрибутов. Некоторые теги не имеют конечного элемента, например тег <img>. Регистр символов для тегов не имеет значения.

Теги могут быть вложены, при этом форматирование внутреннего тега имеет преимущество перед внешним. При использовании вложенных тегов их нужно закрывать, начиная с самого последнего и двигаясь к первому:

<!-- Список как пример использования вложенных тегов -->

<ol>

<li>Элемент списка</li>

<li>Второй элемент списка</li>

</ol>

<div>

<h2>Заголовок второго уровня</h2>

<p>и основной текст</p>

внутри логического блока

</div>

Примечание: Браузеры обычно лояльно относятся к отсутствию конечных тегов у парных элементов и более-менее правильно отображают парные элементы уровня блока (p, li и т.п.), особенно в простых веб-документах. Тем не менее, рекомендуется следить за наличием закрывающих тегов и использовать их, чтобы избежать ошибок при воспроизведении документа.

Атрибуты

Атрибуты — это пары вида «свойство = значение», уточняющие представление соответствующего тега:

<тег атрибут="значение">...</тег>

Атрибуты указывают в начальном теге, несколько атрибутов разделяют одним или несколькими пробелами, табуляцией или символами конца строки. Значение атрибута, если таковое имеется, следует за знаком равенства, стоящим после имени атрибута. Порядок записи атрибутов в теге не важен. Если значение атрибута — одно слово или число, то его можно просто указать после знака равенства, не выделяя дополнительно. Все остальные значения необходимо заключать в кавычки, особенно если они содержат несколько разделенных пробелами слов.

Примечание: Несмотря на необязательность кавычек, их все же стоит всегда использовать.

Атрибуты могут быть обязательными и не обязательными. Необязательные атрибуты могут быть опущены, тогда для тега применяется значение этого атрибута по умолчанию. Если не указан обязательный атрибут, то содержимое тега скорее всего будет отображено неправильно.

Гиперссылки

Гиперссылка - это особым образом помеченный фрагмент веб-страницы (текст, изображение и др.), который связан с другим документом. Для указания гиперссылок используется тег <a>. Гиперссылки позволяют перемещаться между связанными веб-страницами.

Ссылки могут быть абсолютными и относительными.

Абсолютные ссылки указывают, как правило, на внешний ресурс. Для них нужно указывать полный путь:

<a href="http://example.com/page.html">Абсолютная ссылка</a>

<a href="http://example.com/images/figure1.gif">Ссылка на страницу в каталоге</a>

Относительные ссылки, напротив, используют для перехода на внутренние страницы сайта. Для них нужно указывать путь относительно ссылающейся страницы:

<a href="/index.html">Ссылка на страницу в корневом каталоге</a>

<a href="page.html#seg1">Ссылка на фрагмент страницы в текущем каталоге</a>

<a href="images/figure1.gif">Ссылка на страницу в подкаталоге текущего каталога</a>

Специальные символы

Кроме тегов, в HTML-документах могут присутствовать и специальные символы.

Например, © — знак авторского права. Для отображения специальных символов используется мнемонический или числовой код вида &имя; или &#NNNN;, где NNNN — код символа в Юникоде в десятеричной системе счисления. Например: &amp; (числовой код &#169;) — амперсанд (&), &lt; — символ «меньше» (<) и &gt; — символ «больше» (>), &laquo; — левая типографская кавычка («) и т.д.

Кросс-браузерность

Гипертекстовые документы обрабатываются специальными приложениями, которые читают код разметки и выводят документ в отформатированном виде. Такие приложения, называемые «браузерами» (в терминах спецификации HTML - «пользовательскими агентами», USER-AGENT), обычно предоставляют пользователю удобный интерфейс для запроса веб-страниц, их просмотра (и вывода на иные внешние устройства) и, при необходимости, отправки введённых пользователем данных на сервер. Наиболее популярными на сегодняшний день браузерами являются Internet Explorer, Mozilla Firefox, Apple Safari, Google Chrome и Opera. Наряду с этими существует масса других браузеров, которые используют их системные библиотеки (т.н. «движок») или работают на собственном коде.

Разнообразие браузеров и различия в их функциональности, а также изначальная ориентация HTML на поддержку различных устройств вывода, приводит разработчиков веб-сайтов к необходимости решения вопроса о кросс-браузерности.

Кросс-браузерность — свойство сайта отображаться и работать во всех популярных браузерах идентично. Под идентичностью понимается отсутствие развалов верстки и способность отображать материал с одинаковой степенью читабельности.

Термин «кросс-браузерность» начали использовать во время браузерных войн, начавшихся с серидины 90-х годов XX в. В этом контексте термин относился к сайтам, которые одинаково работают как в Internet Explorer, так и в Netscape Navigator. В то время производители стали внедрять собственные функции для браузеров, что привело к существенным отличиям отображения веб-содержимого и концептуальным различиям в разработке веб-сайтов. В настоящее время ситуация смягчилась (отчасти из-за ухода с рынка Netscape), но не настолько, чтобы можно было говорить о близком окончании браузерных войн.

ЛЕКЦИЯ 3

Основы MySql

Компьютерные системы хранения

В наши дни люди часто говорят о базах данных. Компьютеры составляют неотъемлемую часть современного общества, поэтому нередко можно услышать фразы вроде "Я поищу твою запись в базе данных". И речь идет не о больших ящиках, где хранятся груды папок, а о компьютерных системах, предназначенных для ускоренного поиска информации.

Компьютеры так прочно вошли в нашу жизнь, потому что их можно запрограммировать на выполнение утомительных, повторяющихся операций и решение задач, которые нам самим было бы не под силу решить без их вычислительной скорости и емкости информационных носителей. Помещение информации на бумагу и разработка схемы хранения бумаг в папках и картотеках — достаточно четко отработанный процесс, но многие вздохнули с облегчением, когда задача свелась к перемещению электронных документов в папки на жестком диске.

Одной из функций баз данных является упорядочение и индексация информации. Как и в библиотечной картотеке, не нужно просматривать половину архива, чтобы найти нужную запись. Все выполняется гораздо быстрее.

Не все базы данных создаются на основе одних и тех же принципов, но традиционно в них применяется идея организации данных в виде записей. Каждая запись имеет фиксированный набор полей. Записи помещаются в таблицы, а совокупность таблиц формирует базу данных.

Для работы с базой данных необходима СУБД (система управления базами данных), т.е. программа, которая берет на себя все заботы, связанные с доступом к данным. Она содержит команды, позволяющие создавать таблицы, вставлять в них записи, искать и даже удалять таблицы.

MySQL - это быстрая, надежная, открыто распространяемая СУБД. MySQL, как и многие другие СУБД, функционирует по модели "клиент/сервер". Под этим подразумевается сетевая архитектура, в которой компьютеры играют роли клиентов либо серверов.

СУБД управляет одной или несколькими базами данных. База данных представляет собой совокупность информации, организованной в виде множеств. Каждое множество содержит записи унифицированного вида. Сами записи состоят из полей. Обычно множества называют таблицами, а записи — строками таблиц.

Такова логическая модель данных. На жестком диске вся база данных может находиться в одном файле. В MySQL для каждой базы данных создается отдельный каталог, а каждой таблице соответствуют три файла. В других СУБДмогут использоваться иные принципы физического хранения данных.

Строки таблиц могут быть связаны друг с другом одним из трех способов. Простейшее отношение — "один к одному". В этом случае строка первой таблицы соответствует одной единственной строке второй таблицы. На диаграммах такое отношение выражается записью 1:1.

Отношение "один ко многим" означает ситуацию, когда строка одной таблицы соответствует нескольким строкам другой таблицы. Это наиболее распространенный тип отношений. На диаграммах он выражается записью 1:N.

Наконец, при отношении "многие ко многим" строки первой таблицы могут быть связаны с произвольным числом строк во второй таблице.

Такое отношение записывается как N:M.

СУБД

Программист, работающий с базой данных, не заботится о том, как эти данные хранятся, и приложения, взаимодействующие с СУБД, не знают о способе записи данных на диск. "Снаружи" виден лишь логический образ данных, и это позволяет менять код СУБД, не затрагивая код самих приложений.

Подобная обработка данных осуществляется посредством языка четвертого поколения (4GL), который поддерживает запросы, записываемые и исполняемые немедленно. Данные быстро утрачивают свою актуальность, поэтому скорость доступа к ним важна. Кроме того, программист должен иметь возможность формулировать новые запросы. Они называются нерегламентированными (ad hoc), поскольку не хранятся в самой базе данных и служат узкоспециализированным целям.

Язык четвертого поколения позволяет создавать схемы — точные определения данных и отношений между ними. Схема хранится как часть базы данных и может быть изменена без ущерба для данных.

Схема предназначена для контроля целостности данных. Если, к примеру, объявлено, что поле содержит целочисленные значения, то СУБД откажется записывать в него числа с плавающей запятой или строки. Отношения между записями тоже четко контролируются, и несогласованные данные не допускаются. Операцииможно группировать в транзакции, выполняемые по принципу "все или ничего".

СУБД обеспечивает безопасность данных. Пользователям предоставляются определенные права доступа к информации. Некоторым пользователям разрешено лишь просматривать данные, тогда как другие пользователи могут менять содержимое таблиц.

СУБД поддерживает параллельный доступ к базе данных. Приложения могут обращаться к базе данных одновременно, что повышает общую производительность системы. Кроме того, отдельные операции могут "распараллеливаться" для еще большего улучшения производительности.

Наконец, СУБД помогает восстанавливать информацию в случае непредвиденного сбоя, незаметно для пользователей создавая резервные копии данных. Все изменения, вносимые в базу данных, регистрируются, поэтому многие операции можно отменять и выполнять повторно.

Простейшая база данных организована в виде набора обычных файлов. Эта модель напоминает картотечную организацию документов, при которой папки хранятся в ящиках, а в каждой папке подшито некоторое число страниц.

Системы управления файлами нельзя классифицировать как СУБД, так как обычно они являются частью операционной системы и ничего не знают о внутреннем содержимом файлов. Это знание заложено в прикладных программах, работающих с файлами. В качестве примера можно привести таблицу пользователей UNIX, хранящуюся в файле /etc/passwd. Программы, обращающиеся к этому файлу, знают, что в его первом поле находится имя пользователя, оканчивающееся двоеточием. Если приложению нужно отредактировать эту информацию, оно должно непосредственно открыть файл и позаботиться о правильном форматировании полей.

Такая модель базы данных очень неудобна, поскольку она требует использовать язык третьего поколения (3GL). В результате время программирования запросов увеличивается, а программист должен обладать более высокой квалификацией, так как ему нужно продумать не только логическую, но и физическую структуру хранения данных. Это приводит к тому, что между приложением и файлом образуется тесная связь. Вся информация о полях таблиц закодирована в приложении. Другое приложение, обращающееся к тому же файлу, вынуждено дублировать существующий код.

По мере увеличения числа приложений растет сложность управления базой данных. Изменения схемы данных приводят к необходимости изменения каждого программного компонента, для которого это актуально. Формирование новых запросов занимает столько времени, что зачастую теряет всякий смысл.

Системы управления файлами не могут помешать дублированию информации. Хуже того, не существует механизмов, предотвращающих несогласованность данных. Представьте себе файл, содержащий сведения обо всех служащих компании. В каждой строке есть поле, где записано имя начальника. Под руководством одного начальника работает много служащих, поэтому его имя будет неизбежно повторяться. Если где-то это имя будет записано неправильно, формально получится, что у служащего другой начальник. При замене начальника его имя придется "вылавливать" по всей базе данных.

Безопасность обычных файлов контролируется операционной системой. Отдельный файл может быть заблокирован для просмотра или модификации со стороны того или иного пользователя, но это выполняется только на уровне операционной системы. В конкретный момент времени лишь одно приложение может осуществлять запись в файл, что снижает общую производительность.

Иерархические базы данных

Иерархические базы данных поддерживают древовидную организацию информации. Связи между записями выражаются в виде отношений предок/потомок, а у каждой записи есть ровно одна родительская запись. Это помогает поддерживать ссылочную целостность. Когда запись удаляется из дерева, все ее потомки также должны быть удалены.

Иерархические базы данных имеют централизованную структуру, т.е. безопасность данных легко контролировать. К сожалению, определенные знания о физическом порядке хранения записей все же необходимы, так как отношения предок/потомок реализуются в виде физических указателей из одной записи на другую.

Это означает, что поиск записи осуществляется методом прямого обхода дерева. Записи, расположенные в одной половине дерева, ищутся быстрее, чем в другой. Отсюда следует необходимость правильно упорядочивать записи, чтобы время их поиска было минимальным. Это трудно, так как не все отношения, существующие в реальном мире, можно выразить в иерархической базе данных. Отношения "один ко многим" являются естественными, но практически невозможно описать отношения "многие ко многим" или ситуации, когда запись имеет несколько предков. До тех пор пока в приложениях будут кодироваться сведения о физической структуре данных, любые изменения этой структуры будут грозить перекомпиляцией.

Сетевые базы данных

Сетевая модель расширяет иерархическую модель, позволяя группировать связи между записями в множества. С логической точки зрения связь — это не сама запись. Связи лишь выражают отношения между записями. Как и в иерархической модели, связи ведут от родительской записи к дочерней, но на этот раз поддерживается множественное наследование.

Следуя спецификации CODASYL, сетевая модель поддерживает DDL (Data Definition Language — язык определения данных) и DML (Data Manipulation Language — язык обработки данных). Это специальные языки, предназначенные для определения структуры базы данных и составления запросов. Несмотря на их наличие, программист по-прежнему должен знать структуру базы данных.

В сетевой модели допускаются отношения "многие ко многим", а записи не зависят друг от друга. При удалении записи удаляются и все ее связи, но не сами связанные записи.

В сетевой модели требуется, чтобы связи устанавливались между существующими записями во избежание дублирования и искажения целостности. Данные можно изолировать в соответствующих таблицах и связать с записями в других таблицах.

Программисту не нужно заботиться о том, как организуется физическое хранение данных на диске. Это ослабляет зависимость приложений и данных. Но в сетевой модели требуется, чтобы программист помнил структуру данных при формировании запросов.

Оптимальную структуру базы данных сложно сформировать, а готовую структуру трудно менять. Если вид таблицы претерпевает изменения, все отношения с другими таблицами должны быть установлены заново, чтобы не нарушилась целостность данных. Сложность подобной задачи приводит к тому, что программисты зачастую отменяют некоторые ограничения целостности ради упрощения приложений.

Реляционные базы данных

В сравнении с рассмотренными выше моделями реляционная модель требует от СУБД гораздо более высокого уровня сложности. В ней делается попытка избавить программиста от выполнения рутинных операций по управлению данными, столь характерных для иерархической и сетевой моделей.

В реляционной модели база данных представляет собой централизованное хранилище таблиц, обеспечивающее безопасный одновременный доступ к информации со стороны многих пользователей. В строках таблиц часть полей содержит данные, относящиеся непосредственно к записи, а часть — ссылки на записи других таблиц. Таким образом, связи между записями являются неотъемлемым свойством реляционной модели.

Каждая запись таблицы имеет о