Реляционные базы данных

Системы управления базами данных

Основные понятия

Современные информационные системы характеризуются большими объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей. Цель любой информационной системы - обработка данных о реальных объектах, подлежащих изучению для организации и автоматизации управления, например, данных о предприятиях, вузах и т.п. Это возможно, если выполнено структурирование данных - введение соглашений о способах представления данных. Простейший пример структурирования - преобразование данных, записанных в виде текста, в таблицу. Таким образом, при создании хранилищ (баз) данных информация упорядочивается по различным признакам.

В целом, базу данных можно определить как поименованную совокупность структурированных данных, относящихся к некоторой практической области (предметной области).

В современных технологиях создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются централизованно с помощью специального программного обеспечения – системы управления базами данных (СУБД). СУБД – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для разработки баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Примеры СУБД, представленных на современном рынке программных продуктов: Lotus Approach, Data Ease, Paradox, MS Access, FoxPro, Clarion. Примеры приложений для создания приложений клиент-сервер: MS SQL Server, Sybase SQL Server, Informix, Oracle, PowerBuilder, Delphi, Visual Basic.

При работе приложения клиент-сервер база данных располагается на мощном компьютере - сервере, который принимает от программ, выполняемых на других компьютерах, - клиентов - запросы на получение той или иной информации из базы данных или осуществление тех или иных манипуляций с данными, обрабатывает полученные запросы и передает клиентам результаты.

Современные СУБД характеризуются многообразием функциональных возможностей, режимов работы, технологий обработки данных и сфер использования.

По степени универсальности различают два класса СУБД: системы общего назначения; специализированные системы. СУБД общего назначения (например, dBASE, MS Access, FoxPro, Paradox) не ориентированы на какую-либо предметную область. Каждая такая система – программный продукт, работающий на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляемый многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных, развитыми функциональными возможностями. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

По технологии обработки данных базы 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 данных. Такой способ использования баз данных часто применяется в локальных сетях ПЭВМ. Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно, пересекающихся или даже дублирующих друг друга, частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети.

Централизованные базы данных и соответствующие им СУБД по способу доступа к данным делятся на базы с локальным доступом и базы с удаленным (сетевым) доступом.

Базы данных имеют следующие структурные элементы: поле, запись, файл (таблица), отраженные на рис. 1.

Имя поля 1	Имя поля 2	Имя поля 3

Рис. 1. Основные структурные элементы базы данных (элемент "запись" выделен черным цветом, значения полей содержатся в столбцах таблицы).

Поле - это элементарная единица логической организации данных, соответствующая неделимой единице информации - реквизиту.

Для описания поля используют следующие основные характеристики:

· имя (например, Фамилия, Имя, Дата рождения);

· тип (например, символьный, числовой, календарный);

· длина (определяется максимально возможным количеством символов, например, 15 байт);

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

Запись - это совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения её полей.

Файл (таблица) - это совокупность экземпляров записей одной структуры.

Описание логической структуры записи файла содержит последовательность расположения полей записи и основные характеристики, как это показано на рис. 2.

Имя файла
Поле	Признак ключа	Формат поля
Имя (обозна-чение)	Полное наимено-вание	Тип	Длина	Точность (для чисел)
имя 1
…
имя n

Рис. 2. Описание логической структуры файла базы данных.

В структуре записи файла указываются поля, значения которых являются ключами: первичными, которые идентифицируют (однозначно определяют) экземпляр записи (первичные ключи разных экземпляров записей различны), и вторичными, которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков (по одному значению вторичного ключа можно найти несколько записей).

На рис. 3 приведен пример описания логической структуры записи файла (таблицы) Студент.

В таблице на рис. 3 первичным ключом является отмеченное звездочкой значение поля Номер (эти значения разные для разных записей, так как номера личных дел студентов не повторяются), вторичными ключами - значения полей: Фамилия, Имя, Дата (разные записи, характеризующие разных студентов, могут иметь одинаковые значения этих полей, например, у студентов - однофамильцев).

Имя файла: Студент
Поле	Признак ключа	Формат поля
Обозначение	Наимено-вание	Тип	Длина	Точность
Номер	Номер личного дела	*	Символь-ный
Фамилия	Фамилия студента		Символь-ный
Имя	Имя студента		Символь-ный
Дата	Дата рождения		Дата

Рис. 3. Описание логической структуры записи файла (таблицы) Студент.

Реляционные базы данных

Ядром любой базы данных является модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки. Далее мы будем рассматривать базы данных на основе одной из наиболее распространенных моделей - реляционной модели данных. В такой модели данные организованы в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

· каждый элемент таблицы - один элемент данных;

· все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

· каждый столбец имеет уникальное имя;

· порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

На рис. 4 дан пример реляционной таблицы, содержащей информацию о студентах.

Номер личного дела	Фамилия	Имя	Дата рождения	Группа

Рис. 4. Пример реляционной таблицы.

Строки реляционной таблицы соответствуют записям, а столбцы - полям. Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица имеет составной ключ. В таблице на рис. 4 ключевым полем является поле «Номер личного дела».

Введём понятие информационного объекта - описания некоторого реального объекта, явления, процесса в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Например, информационный объект Студент имеет реквизиты: Номер личного дела, Фамилия, Имя, Дата рождения и т.д. Информационный объект имеет множество реализаций - экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и определяется значением ключа (простого - один реквизит или составного - несколько реквизитов). Информационный объект может иметь несколько ключей.

Все информационные объекты из некоторой области связаны между собой. Различают связи трёх типов:

· один к одному (1:1);

· один ко многим (1:¥);

· многие ко многим (¥:¥).

Связь 1:1 предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот. При этом каждая запись в таблице, характеризующей объект А, соответствует только одной записи в таблице, характеризующей объект В. Пример: связь между информационными объектами Студент и Сессия, когда каждый студент имеет определённый набор экзаменационных оценок в сессию.

При связи 1:¥ одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с одним экземпляром объекта А. При этом каждая запись в таблице, описывающей объект А, соответствует многим записям в таблице, описывающей объект В. Примером связи 1:¥ служит связь между информационными объектами Стипендия и Сессия, когда установленный размер стипендии может повторяться многократно для различных студентов.

Связь ¥:¥ предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта B и наоборот. Пример такой связи - связь между информационными объектами Студент и Преподаватель, когда один студент обучается у многих преподавателей, а один преподаватель обучает многих студентов.

Связи между реляционными таблицами устанавливаются при помощи совпадающих значений полей. Например, можно связать таблицу Староста, содержащую поля Группа, Староста, с таблицей Студент, приведенной на рис. 4 (связь по полю Группа). При этом получим связь 1:¥, так как один староста относится к группе студентов, и одной записи в таблице Староста будет соответствовать много записей в таблице Студент.

Дата добавления: 2015-08-18