Основные понятия баз данных база данных, свойства базы данных, система базы данных, основные функции базы данных

• Название: Основные понятия баз данных база данных, свойства базы данных, система базы данных, основные функции базы данных
• Дата: 15.06.2022
• Размер: 0.95 Mb.
• Имя файла: 1-3.docx
• Тип: Документы; #592401
• страница: 2 из 4

Иерархическая база данных - пример

Будем считать, что в рамках данной статьи примером иерархической базы данных является организация, хранящая информацию о своём работнике: имя, номер сотрудника, отдел и зарплату. Организация также может хранить информацию о его детях, их имена и даты рождения.

Данные о сотруднике и его детях формируют иерархическую структуру, где информация о сотруднике – это родительский элемент, а информация о детях - дочерний элемент. Если у сотрудника три ребёнка, то с родительским элементом будут связаны три дочерних. Иерархическая база данных подразумевает, что отношение «родитель-потомок» — это отношение «один ко многим». То есть у дочернего элемента не может быть больше одного предка.

Иерархические БД были популярны, начиная с конца 1960-х годов, когда компания IBM представила свою СУБД «Система управления информацией. Иерархическая схема состоит из типов записей и типов «родитель-потомок»:

• 
  Запись — это набор значений полей.
  
• 
  Записи одного типа группируются в типы записей.
  
• 
  Отношения «родитель-потомок» — это отношения вида 1:N между двумя типами записей.
  
• 
  Иерархическая база данных данных состоит из нескольких иерархических схем.
  

Сетевая модель базы данных

Сетевая модель базы данных подразумевает, что у родительского элемента может быть несколько потомков, а у дочернего элемента — несколько предков. Записи в такой модели связаны списками с указателями. IDMS («Интегрированная система управления данными») от компании Computer Associates international Inc. — пример сетевой СУБД.

Иерархическая модель данных структурирует данные в виде древа записей, где есть один родительский элемент и несколько дочерних. Сетевая модель позволяет иметь несколько предков и потомков, формирующих решётчатую структуру.

Сетевая модель позволяет более естественно моделировать отношения между элементами. И хотя эта модель широко применялась на практике, она так и не стала доминантной по двум основным причинам. Во-первых, компания IBM решила не отказываться от иерархической модели в расширениях для своих продуктов, таких как IMS и DL/I. Во-вторых, через некоторое время её сменила реляционная модель, предлагавшая более высокоуровневый, декларативный интерфейс.

Популярность сетевой модели совпала с популярностью иерархической модели. Некоторые данные намного естественнее моделировать с несколькими предками для одного дочернего элемента. Сетевая модель как раз и позволяла моделировать отношения «многие ко многим». Её стандарты были формально определены в 1971 году на конференции по языкам систем обработки данных (CODASYL).

Основной элемент сетевой модели данных — набор, который состоит из типа «запись-владелец», имени набора и типа «запись-член». Запись подчинённого уровня («запись-член») может выполнять свою роль в нескольких наборах. Соответственно, поддерживается концепция нескольких родительских элементов.

Запись старшего уровня («запись-владелец») также может быть «членом» или «владельцем» в других наборах. Модель данных - это простая сеть, связи, типы пересечения записей (в IDMS они называются junction records, то есть «перекрёстные записи). А также наборы, которые могут их объединять. Таким образом, полная сеть представлена несколькими парными наборами.

В каждом из них один тип записи является «владельцем» (от него отходит «стрелка» связи), и один или более типов записи являются «членами» (на них указывает «стрелка»). Обычно в наборе существует отношение 1:М, но разрешено и отношение 1:1. Сетевая модель данных CODASYL основана на математической теории множеств.

Известные сетевые базы данных:

• 
  TurboIMAGE;
  
• 
  IDMS;
  
• 
  Встроенная RDM;
  
• 
  Серверная RDM.
  

Реляционная модель базы данных

В реляционной модели, в отличие от иерархической или сетевой, не существует физических отношений. Вся информация хранится в виде таблиц (отношений), состоящих из рядов и столбцов. А данные двух таблиц связаны общими столбцами, а не физическими ссылками или указателями. Для манипуляций с рядами данных существуют специальные операторы.

В отличие от двух других типов СУБД, в реляционных моделях данных нет необходимости просматривать все указатели, что облегчает выполнение запросов на выборку информации по сравнению с сетевыми и иерархическими СУБД. Это одна из основных причин, почему реляционная модель оказалась более удобна. Распространённые реляционные СУБД: Oracle, Sybase, DB2, Ingres, Informix и MS-SQL Server.

«В реляционной модели, как объекты, так и их отношения представлены только таблицами, и ничем более».

РСУБД — реляционная система управления базами данных, основанная на реляционной модели Э. Ф. Кодда. Она позволяет определять структурные аспекты данных, обработки отношений и их целостности. В такой базе информационное наполнение и отношения внутри него представлены в виде таблиц — наборов записей с общими полями.

Реляционные таблицы обладают следующими свойствами:

• 
  Все значения атомарны.
  
• 
  Каждый ряд уникален.
  
• 
  Порядок столбцов не важен.
  
• 
  Порядок рядов не важен.
  
• 
  У каждого столбца есть своё уникальное имя.
  

Некоторые поля могут быть определены как ключевые. Это значит, что для ускорения поиска конкретных значений будет использоваться индексация. Когда поля двух различных таблиц получают данные из одного набора, можно использовать оператор JOIN для выбора связанных записей двух таблиц, сопоставив значения полей.

Часто у полей будет одно и то же имя в обеих таблицах. Например, таблица «Заказы» может содержать пары «ID-покупателя» и «код-товара». А в таблице «Товар» могут быть пары «код-товара» и «цена». Поэтому чтобы рассчитать чек для определённого покупателя, необходимо суммировать цену всех купленных им товаров, использовав JOIN в полях «код-товара» этих двух таблиц. Такие действия можно расширить до объединения нескольких полей в нескольких таблицах.

Поскольку отношения здесь определяются только временем поиска, реляционные базы данных классифицируются как динамические системы.

Типы данных

Любые данные, используемые в программировании, имеют свои типы данных.

Важно! Реляционная модель требует, чтобы типы используемых данных были простыми.

Для уточнения этого утверждения рассмотрим, какие вообще типы данных обычно рассматриваются в программировании. Как правило, типы данных делятся на три группы:

Простые типы данных

Простые, или атомарные, типы данных не обладают внутренней структурой. Данные такого типа называют скалярами. К простым типам данных относятся следующие типы:

• 
  Логический.
  
• 
  Строковый.
  
• 
  Численный.
  

Различные языки программирования могут расширять и уточнять этот список, добавляя такие типы как:

• 
  Целый.
  
• 
  Вещественный.
  
• 
  Дата.
  
• 
  Время.
  
• 
  Денежный.
  
• 
  Перечислимый.
  
• 
  Интервальный.
  
• 
  И т.д.…
  

Структурированные типы данных

Структурированные типы данных предназначены для задания сложных структур данных. Структурированные типы данных конструируются из составляющих элементов, называемых компонентами, которые, в свою очередь, могут обладать структурой. В качестве структурированных типов данных можно привести следующие типы данных:

• 
  Массивы
  
• 
  Записи (Структуры)
  

Ссылочные типы данных

Ссылочный тип данных (указатели) предназначен для обеспечения возможности указания на другие данные. Указатели характерны для языков процедурного типа, в которых есть понятие области памяти для хранения данных. Ссылочный тип данных предназначен для обработки сложных изменяющихся структур, например деревьев, графов, рекурсивных структур.

Типы данных, используемые в реляционной модели

Собственно, для реляционной модели данных тип используемых данных не важен. Требование, чтобы тип данных был простым, нужно понимать так, что в реляционных операциях не должна учитываться внутренняя структура данных. Конечно, должны быть описаны действия, которые можно производить с данными как с единым целым, например, данные числового типа можно складывать, для строк возможна операция конкатенации и т.д.

6. Реляционная модель. Составные части реляционной модели. Характеристика структурной части модели

Общая характеристика реляционной модели данных

Основы реляционной модели данных были впервые изложены в статье Е.Кодда [43] в 1970 г. Эта работа послужила стимулом для большого количества статей и книг, в которых реляционная модель получила дальнейшее развитие. Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит К.Дейту [11]. Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей:

• 
  Структурной части.
  
• 
  Целостной части.
  
• 
  Манипуляционной части.
  

Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n-арные отношения.

Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей.

Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление.

7. Реляционная модель. Составные части реляционной модели. Характеристика целостной части модели.

Общая характеристика реляционной модели данных

Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей:

• 
  Структурной части.
  
• 
  Целостной части.
  
• 
  Манипуляционной части.
  

Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n-арные отношения.

Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей.

Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление.

В любой БД должны выполняться два ограничения:

• 
  Целостность сущностей.
  
• 
  Целостность внешних ключей
  

Для того чтобы обойти проблему неполных или неизвестных данных, в базах данных могут использоваться типы данных, пополненные null-значением - некий маркер, показывающий, что значение неизвестно.

Правило целостности сущностей.

Атрибуты, входящие в состав некоторого потенциального ключа, не могут принимать null-значений.

Правило целостности внешних ключей.

Внешние ключи не должны быть несогласованными, т.е. для каждого значения внешнего ключа должно существовать соответствующее значение первичного ключа в родительском отношении

Ссылочная целостность может быть нарушена при выполнении одной из четырех операций:

1. 
   Обновление кортежа в родительском отношении.
   
2. 
   Удаление кортежа в родительском отношении.
   
3. 
   Вставка кортежа в дочернее отношение.
   
4. 
   Обновление кортежа в дочернем отношении.
   

8-9. Реляционная алгебра. Традиционные операции реляционной алгебры. Примитивные и выражаемые традиционные операторы

Реляционная алгебра – формальная система манипулирования отношениями в реляционной модели данных.

 Реляционная алгебра представляет собой набор операторов, использующих отношения в качестве аргументов и возвращающих отношение в качестве результата.

 Реляционный оператор f выглядит как функция с отношениями в качестве аргументов: R = f(R1 , R2 , …, Rn ).  Реляционная алгебра является замкнутой, так как в качестве аргументов в реляционные операторы можно подставлять другие реляционные операторы, имеющие подходящий тип:

 В реляционных выражениях можно использовать вложенные выражения сколь угодно сложной структуры.



10. Язык запросов SQL: общие характеристики, составные части SQL, основные операторы.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЗЫКА

SQL (Structured Query Language -- Структурированный язык запросов) -- язык управления базами данных для реляционных баз данных. Сам по себе SQL не является Тьюринг-полным языком программирования, но его стандарт позволяет создавать для него процедурные расширения, которые расширяют его функциональность до полноценного языка программирования.

SQL состоит из четырех отдельных частей:

• 
  язык определения данных (DDL) используется для определения структур данных, хранящихся в базе данных. Операторы DDL позволяют создавать, изменять и удалять отдельные объекты в БД. Допустимые типы объектов зависят от используемой СУБД и обычно включают базы данных, пользователей, таблицы и ряд более мелких вспомогательных объектов, например, роли и индексы.
  
• 
  язык манипуляции данными (DML) используется для извлечения и изменения данных в БД. Операторы DML позволяют извлекать, вставлять, изменять и удалять данные в таблицах. Иногда операторы select извлечения данных не рассматриваются как часть DML, поскольку они не изменяют состояние данных. Все операторы DML носят декларативный характер.
  
• 
  язык определения доступа к данным (DCL) используется для контроля доступа к данным в БД. Операторы DCL применяются к привилегиям и позволяют выдавать и отбирать права на применение определенных операторов DDL и DML к определенным объектам БД.
  
• 
  язык управления транзакциями (TCL) используется для контроля обработки транзакций в БД. Обычно операторы TCL включают commit для подтверждения изменений, сделанных в ходе транзакции, rollback для их отмены иsavepoint для разбиения транзакции на несколько меньших частей.
  

Следует отметить, что SQL реализует декларативную парадигму программирования: каждый оператор описывает только необходимое действие, а СУБД принимает решение о том, как его выполнить, т.е. планирует элементарные операции, необходимые для выполнения действия и выполняет их. Тем не менее, для эффективного использования возможностей SQL разработчику необходимо понимать то, как СУБД анализирует каждый оператор и создает его план выполнения.

ОБЩИЕ ДАННЫЕ ОБ ОСНОВНЫХ ОПЕРАТОРАХ ЯЗЫКА SQL

Все операторы языка SQL разделяются на три составные части: DDL - язык определения данных, DCL - язык управления данными, DML - язык обработки данных.

Приведем примеры основных операторов из вышеуказанных частей (без описания синтаксиса). Описание синтаксиса операторов SQL можно посмотреть в многочисленных книгах по языку SQL, в меню "Справка" конкретных СУБД.

• 
  Операторы разграничения доступа пользователей к объектам базы данных (DCL).
  

GRANT - создание в системе безопасности записи, разрешающей пользователю работать с данными или выполнять определенные операции SQL.

DENY - создание в системе безопасности записи, запрещающей доступ для определенной учетной записи.

• 
  Операторы определения данных (язык DDL).
  

Соответствующие операторы предназначены для создания, удаления, изменения основных объектов модели данных реляционных СУБД: таблиц, представлений, индексов.

CREATE TABLE <имя> - создание новой таблицы в базе данных.

DROP TABLE <имя> - удаление таблицы из базы данных.

ALTER TABLE <имя> - изменение структуры существующей таблицы или ограничений целостности, задаваемых для данной таблицы.

При выполнении аналогичных операций с представлениями или индексами в указанных операторах вместо служебного слова TABLE записывается слово VIEW (представление) или слово INDEX (индекс)

• 
  Операторы манипулирования данными (язык DML).
  

Операторы DML работают с базой данных и используются для изменения данных и получения необходимых сведений.

SELECT - выборка строк, удовлетворяющих заданным условиям. Оператор реализует, в частности, такие операции реляционной алгебры как "селекция" и "проекция".

UPDATE - изменение значений определенных полей в строках таблицы, удовлетворяющих заданным условиям.

INSERT - вставка новых строк в таблицу.

DELETE - удаление строк таблицы, удовлетворяющих заданным условиям. Применение этого оператора учитывает принципы поддержки целостности, поэтому он не всегда может быть выполнен корректно.

11. Метод сущность-связь: понятие семантического моделирования; элементы ER-модели; модель данных "сущность-связь"; диаграммы "сущность-связь показать на конкретных примерах.

Диаграммы - это компоненты БД, которые блокируют удаление записей из первичных таблиц если существуют связанные с ними записи во вторичных таблицах. Следовательно, диаграммы предотвращают нарушение целостности данных. В SQL Server диаграммы создаются при помощи мастера диаграмм, его описание представлено в лабораторной работе.