Классификация по архитектуре: -
файл-серверные – архитектура БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве сервера файлов. На такой машине и хранится совместно используемая пользователями сети централизованная база данных. Все другие компьютеры сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых осуществляется доступ пользователей к базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где и производится их обработка. То есть поиск нужной информации в общей совокупности данных осуществляется на пользовательских компьютерах. При большой интенсивности доступа к данным производительность системы резко падает за счет передачи по сети больших объемов информации;
-
клиент-серверные – в этой концепции подразумевается, что помимо хранения централизованной базы данных центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объема обработки информации. Запрос на данные, поступающий от клиента, инициирует поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные передаются по сети от сервера к рабочей станции пользователя. В этом случае объем передаваемой по сети информации существенно уменьшается, так как передаются на рабочие станции не полные наборы данных, а только результаты поиска. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SQL.
Классификация по способу доступа к данным: -
с локальным доступом;
-
с сетевым доступом.
3. Реляционная модель данных3.1. Базовые понятия реляционной модели данныхРеляционная модель представляет собой совокупность данных, состоящую из набора двумерных таблиц. В теории множеств таблице соответствует термин отношение (
relation), физическим представлением которого является таблица, отсюда и название модели –
реляционная. Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных.При табличной организации данных отсутствует иерархия элементов. Строки и столбцы могут быть просмотрены в любом порядке, поэтому высока гибкость выбора любого подмножества элементов в строках и столбцах.Любая таблица в реляционной базе состоит из строк, которые называют
записями, и столбцов, которые называют
полями. На пересечении строк и столбцов находятся
конкретные значения данных. Для каждого поля определяется множество его значений, например, поле «
Месяц» может иметь двенадцать значений.Структура таблицы в реляционной базе характеризуется следующим:
-
она состоит из совокупности столбцов;
-
каждый столбец имеет уникальное, то есть не повторяющееся в других столбцах, имя;
-
последовательность столбцов в таблице не существенна;
-
все строки таблицы организованы по одинаковой структуре, то есть имеют одно и то же количество реквизитов и имеют одинаковую длину;
-
в таблице нет одинаковых строк;
-
количество строк в таблице практически не ограничено;
-
последовательность строк в таблице не существенна;
-
при выполнении манипуляций с таблицей все строки и столбцы могут просматриваться в произвольном порядке безотносительно к их содержанию и смыслу.
Для этого типа модели имеется развитый математический аппарат –
реляционная алгебра. В реляционной алгебре поименованный столбец отношения называется
атрибутом, а множество всех возможных значений конкретного атрибута –
доменом. Строки таблицы со значениями разных атрибутов называют
кортежами. Количество атрибутов, содержащихся в отношении, определяет его
степень, а количество кортежей –
кардинальность отношения.Один или несколько атрибутов, значения которых однозначно определяют кортеж отношения, называется его
ключом, или
первичным ключом, или ключевым полем. То есть ключевое поле – это такое поле, значения которого в данной таблице не повторяется. Записи в таблице хранятся упорядоченными по ключу. Ключ может быть простым, состоящим из одного поля, и сложным, состоящим из нескольких полей. Сложный ключ выбирается в тех случаях, когда ни одно поле таблицы однозначно не определяет запись.Кроме первичного ключа в таблице могут быть вторичные ключи, называемые еще внешними ключами, или индексами.
Индекс – это поле или совокупность полей, чьи значения имеются в нескольких таблицах и которое является первичным ключом в одной из них. Значения индекса могут повторяться в некоторой таблице. Индекс обеспечивает логическую последовательность записей в таблице, а также прямой доступ к записи.По первичному ключу всегда отыскивается только одна строка, а по вторичному – может отыскиваться группа строк с одинаковыми значениями первичного ключа. Ключи нужны для однозначной идентификации и упорядочения записей таблицы, а индексы для упорядочения и ускорения поиска.
Индексы можно создавать и удалять, оставляя неизменным содержание записей реляционной таблицы. Количество индексов, имена индексов, соответствие индексов полям таблицы определяется при создании схемы таблицы.Индексы позволяют эффективно реализовать поиск и обработку данных, формирую дополнительные индексные файлы. При корректировке данных автоматически упорядочиваются индексы, изменяется местоположение каждого индекса согласно принятому условию (возрастанию или убыванию значений). Сами же записи реляционной таблицы не перемещаются при удалении или включении новых экземпляров записей, изменении значений их ключевых полей.С помощью индексов и ключей устанавливаются связи между таблицами. Связь устанавливается путем присвоения значений внешнего ключа одной таблицы значениям первичного ключа другой. Группа связанных таблиц называется схемой данных. Информация о таблицах, их полях, ключах и т.п. называется метаданными.Первичный ключ любой таблицы должен содержать уникальные (не повторяющиеся) непустые значения для данной таблицы. Система управления базой данных должна контролировать уникальность первичных ключей. При попытке присвоить первичному ключу значение, уже имеющееся в другой записи таблицы, выдается сообщение об ошибке первичного ключа.С появлением ПЭВМ реляционные системы стали доминировать среди систем баз данных. Быстрому распространению реляционных моделей способствовало три фактора.Во-первых, в реляционной системе данные представляются в виде таблиц (отношений), встречающихся в повседневной практике. Поиск и обработка данных в этих таблицах не зависит от их организации и хранения в памяти машины.Во-вторых, с математической точки зрения реляционная база – это конечный набор отношений. Таким образом, теория реляционных баз данных становится областью математической логики и реляционной алгебры.В-третьих, множество объектов реляционной модели данных однородно – структура данных определяется только в терминах отношений. Основная единица обработки в операциях реляционной модели данных не запись (как в сетевых и иерархических моделях данных), а множество записей, то есть отношение.В нереляционных базах данных сложно передать все имеющиеся зависимости, то есть связать друг с другом данные из различных таблиц. Реляционная база данных выполняет все эти действия достаточно просто. Благодаря имеющимся связям в реляционных базах удается избежать дублирования информации, что облегчает работу и позволяет избежать ошибок. В реляционных базах данных также удается легко избежать установления ошибочных связей между различными таблицами данных.
В реляционных базах данных легко производить изменения. Например, если в таблице клиентов изменить адрес конкретного клиента, то соответствующая информация автоматически поступит в другие таблицы, связанные с таблицей клиентов.Таким образом, достоинства реляционных баз данных можно сформулировать так:
-
упрощенная схема представления данных – в виде таблицы;
-
простота инструментальных средств поддержки реляционной модели;
-
оптимизация доступа к базе данных, поскольку системы сами выбирают наиболее эффективную последовательность действий;
-
улучшение целостности и защиты, поскольку реляционная модель позволяет улучшить выражение требований целостности путем использования языка высокого уровня;
-
возможности различных применений, в том числе и рассчитанных на не специалистов в области программирования;
-
обеспечение пользователя языками высокого уровня при работе с базой данных;
-
обеспечение методологического подхода, поскольку главной целью модели базы данных является возможность описания реального мира, что проще всего осуществляется в реляционной модели.
В качестве недостатка реляционной модели можно отметить жесткость структуры данных, например, невозможно задать строку таблицы произвольной длины, а также сложность описания иерархических и сетевых связей.
3.2. Типы связей между даннымиВсе информационные объекты предметной области связаны между собой. Различаются
связи нескольких типов, для которых введены следующие обозначения:
-
один к одному (1 : 1);
-
один ко многим (1 : М);
-
многие ко многим (М : М).
Связь
один к одному (1 : 1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот. При связи
один ко многим (1 : М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А. Связь
многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот.
3.3. Понятие нормализации отношенийОдни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.
Определенный набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.
Нормализация отношений — формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных. Е. Коддом выделены три
нормальные формы отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.
3.4. Обзор и возможности систем управления базами данных (СУБД)Системой управления базами данных называют программную систему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных, используемой для решения множества задач. Подобные системы служат для поддержания базы данных в актуальном состоянии и обеспечивают эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных пользователям полномочий. СУБД предназначена для централизованного управления базой данных в интересах всех работающих в этой системе.
По степени универсальности различают два класса СУБД: -
системы общего назначения;
-
специализированные системы.
СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных. Использование СУБД общего назначения в качестве инструментального средства для создания автоматизированных информационных систем, основанных на технологии баз данных, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить трудовые ресурсы. Этим СУБД присущи развитые функциональные возможности, и даже определенная функциональная избыточность.Специализированные СУБД используются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.
СУБД общего назначения — это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией базы данных информационной системы.