Основные понятия теории баз данных

Основные понятия теории баз данных.

С развитием экономики возрастает объем взаимосвязанных данных, необходимых для решения коммерческих и административных задач. Взаимосвязанные данные называют информационной системой. Такая система в первую очередь призвана облегчить труд человека, но для этого она должна как можно лучше соответствовать очень сложной модели реального мира. Ядром информационной системы являются хранимые в ней данные. На любом предприятии данные различных отделов, как правило, пересекаются, то есть используются в нескольких подразделениях или вообще являются общими.

Например, для целей управления часто нужна информация по всему предприятию. Заказ комплектующих невозможен без наличия информации о запасах. Хранящиеся в информационной системе данные должны быть легко доступны в том виде, в каком они нужны для конкретной производственной деятельности предприятия. При этом не имеет существенного значения способ хранения данных. Сегодня на предприятии мы можем встретить систему обработки данных традиционного типа, в которой служащий вручную помещает данные в скоросшиватель, и рядом с ней - современную систему с применением самой быстродействующей ЭВМ, сложнейшего оборудования и программного обеспечения.

Несмотря на поразительную несхожесть, обе эти системы обязаны предоставлять достоверную информацию в определенное время, определенному лицу, в определенном месте и с ограниченными затратами. Построение информационных систем основывается на понятиях теории баз данных.

Предметная область. Предметной областью называется часть реальной системы, представляющая интерес для данного исследования. При проектировании автоматизированных информационных систем предметная область отображается моделями данных нескольких уровней. Число используемых уровней зависит от сложности системы, но в любом случае включает логический и физический уровни. Предметная область может относиться к любому типу организации например, банк, университет, малое предприятие или завод. Необходимо различать полную предметную область предприятие и организационную единицу этой предметной области.

Организационная единица в свою очередь может представлять свою предметную область отделы. Информация, необходимая для описания предметной области, зависит от реальной модели и может включать сведения о персонале, заработной плате, товарах, накладных, счетах, отчетах по сбыту, то есть сведения о людях, местах, предметах, событиях и понятиях. Объект. Объектом называется элемент информационной системы, информацию о котором мы сохраняем.

В реляционной теории баз данных объект называется сущностью. Объект может быть реальным например, человек, какой-либо предмет или населенный пункт и абстрактным например, событие, счет покупателя или изучаемый студентами курс. Так, для складского учета примерами объектов могут служить ПОСТАВЩИК, ТОВАР, ПОЛУЧЕНИЕ и т. д. Каждый объект обладает набором определенных свойств, которые запоминаются в информационной системе.

При обработке данных часто приходится иметь дело с совокупностью однородных объектов, например служащие, и записывать информацию об одних и тех же свойствах для каждого из них. Класс объектов. Классом объектов называют совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств. Таким образом, для объектов одного класса набор свойств будет одинаков, хотя значения этих свойств для каждого объекта, конечно, могут быть разными. Объекты и их свойства являются понятиями реального мира. Для информационного пространства употребляется понятие атрибута объекта.

Атрибут. Атрибут - это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект характеризуется рядом основных атрибутов. Например, сотрудник предприятия имеет такие атрибуты, как фамилию, имя, отчество, адрес и возможно идентификационный номер. Каждый атрибут в модели должен иметь уникальное имя - идентификатор. Атрибут при реализации информационной модели на каком-либо носителе информации часто называют элементом данных, полем данных или просто полем.

Взаимосвязь между перечисленными выше понятиями проиллюстрирована схемой Таблица. Таблица - это некоторая регулярная структура, состоящая из конечного набора однотипных записей. Каждая запись одной таблицы состоит из конечного числа полей, причем конкретное поле каждой записи одной таблицы может содержать данные только одного типа. Значение данных. Значение данных представляет собой действительные данные, содержащиеся в каждом элементе данных.

В зависимости от того, как элементы данных описывают объект, их значения могут быть количественными, качественными или описательными. Информацию о некоторой предметной области можно представить с помощью нескольких объектов, каждый из которых описывается несколькими элементами данных. Принимаемые элементами данных значения называются данными. Единичный набор принимаемых элементами данных значений называется экземпляром объекта. Объекты связываются между собой определенным образом. Соответствующая модель объектов с составляющими их элементами данных и взаимосвязями называется концептуальной моделью.

Концептуальная модель дает общее представление о потоке данных в предметной области. Некоторые элементы данных обладают важным для построения информационной модели свойством. Если известно значение, которое принимает такой элемент данных объекта, мы можем идентифицировать значения, которые принимают другие элементы данных этого же объекта. Ключевой элемент данных. Ключевым элементом данных называется такой элемент, по которому можно определить значения других элементов данных.

Однозначно идентифицировать объект могут два и более элемента данных. В этом случае их называют кандидатами в ключевые элементы данных. Вопрос о том, какой из кандидатов использовать для доступа к объекту, решается разработчиком системы. Выбирать ключевые элементы данных следует тщательно, поскольку правильный выбор способствует созданию достоверной концептуальной модели данных. Первичный ключ. Первичные ключ - это атрибут или группа атрибутов, которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице.

Понятие первичного ключа является исключительно важным в связи с понятием целостности баз данных. Альтернативный ключ. Альтернативный ключ - это атрибут или группа атрибутов, несовпадающий с первичным ключом и уникально идентифицирующий экземпляр объекта. Например для объекта служащий, который имеет атрибуты ИДЕНТИФИКАТОР , ФАМИЛИЯ , ИМЯ , ОТЧЕСТВО , группа атрибутов ФАМИЛИЯ , ИМЯ , ОТЧЕСТВО может являться альтернативным ключом по отношению к атрибуту ИДЕНТИФИКАТОР . Запись данных.

Запись данных - это совокупность значений связанных элементов данных. Записи хранятся на некотором носителе, в качестве которого может выступать человеческий мозг, лист бумаги, память ЭВМ, внешнее запоминающее устройство и т.д. Тип данных. Тип данных характеризует вид хранящихся данных. В современных базах данных допускается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированных числовых данных например, суммы в денежных единицах, а также данных специального формата дата, время, временной интервал и т.д В любом случае при выборе типа данных необходимо учитывать возможности системы управления базами данных СУБД , с помощью которой реализуется физическая модель информационной системы. Домен. Доменом называется набор значений элементов данных одного типа, отвечающий поставленным условиям.

В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных, который забраковывает недопустимые значения.

Если вычисление этого логического выражения дает результат истина, то элемент данных является элементом домена. Понятие домена может также характеризоваться как потенциальное множество допустимых значений одного типа. Необходимо также помнить о том, что в данном случае данные являются сравнимыми, если они относятся к одному домену.

ТИПЫ ДАННЫХ ДОМЕНЫ Представление. Представление - это сохраненяемый в базе данных именованный запрос на выборку данных из одной или нескольких таблиц. Результатом выполнения любого запроса на выборку данных является таблица, и поэтому концептуально можно относиться к любому представлению как к таблице. Связь. Связь - это функциональная зависимость между сущностями. Если между некоторыми сущностями существует связь, то факты из одной сущности ссылаются или некоторым образом связаны с фактами из другой сущности.

Поддержание непротиворечивости функциональных зависимостей между сущностями называется ссылочной целостностью. Поскольку связи содержатся внутри реляционной модели, реализация ссылочной целостности может выполняться как приложением, так и самой системой управления базами данных СУБД с помощью механизмов декларативной ссылочной целостности и триггеров. Связи могут быть представлены пятью основными характеристиками тип связи идентифицирующая, не идентифицирующая, полная неполная категория, неспецифическая связь родительская сущность дочерняя зависимая сущность мощность связи допустимость пустых значений.

Связь называется идентифицирующей, если экземпляр дочерней сущности идентифицируется однозначно определяется через ее связь с родительской сущностью. Атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности, при этом входят в первичный ключ дочерней сущности. Дочерняя сущность при идентифицирующей связи всегда является зависимой.

Связь называется не идентифицирующей, если экземпляр дочерней сущности идентифицируется иначе, чем через связь с родительской сущностью. Атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности, при этом входят в состав не ключевых атрибутов дочерней сущности. Мощность связи представляет собой отношение количества экземпляров родительской сущности к соответствующему количеству экземпляров дочерней сущности. Для любой связи, кроме неспецифической, эта связь записывается как 1 n. Хранимые процедуры.

Хранимые процедуры - это приложение программа, объединяющее запросы и процедурную логику операторы присваивания, логического ветвления и т.д. и хранящиеся в базе данных. Хранимые процедуры позволяют содержать вместе с базой данных достаточно сложные программы, выполняющие большой объем работы без передачи данных по сети и взаимодействия с клиентом. Как правило, программы, записываемые в хранимых процедурах, связаны с обработкой данных. Тем самым база данных может представлять собой функционально самостоятельный уровень приложения, который может взаимодействовать с другими уровнями для получения запросов или обновления данных.

Правила. Правила позволяют вызывать выполнение заданных действий при изменении или добавлении данных в базу данных и тем самым контролировать истинность помещаемых в нее данных. Обычно действие - это вызов определенной процедуры или функции. Правила могут ассоциироваться с полем или записью и, соответственно, срабатывать при изменении данных в конкретном поле или записи таблицы.

Нельзя использовать правила при удалении данных. В отличие от ограничений, которые являются лишь средством контроля относительно простых условий корректности ввода данных, правила позволяют проверять и поддерживать сколь угодно сложные отношения между элементами данных в базе данных. Триггеры. Триггеры - это предварительно определенное действие или последовательность действий, автоматически осуществляемых при выполнении операций обновления, добавления или удаления данных. Триггер является мощным инструментом контроля за изменением данных в базе данных, а также помогает программисту автоматизировать операции, которые должны выполняться в этом случае.

Триггер выполняется после проверки правил обновления данных. Ни пользователь, ни приложение не могут активизировать триггер, он выполняется автоматически, когда пользователь или приложение выполняют с базой данных определенные действия. Триггер включает в себя следующие компоненты Ограничения, для реализации которых собственно и создается триггер.

Событие, которое будет характеризовать возникновение ситуации, требующей проверки ограничений. События чаще всего связанны с изменением состояния баз данных например, добавление записи в какую-либо таблицу, но могут учитываться и дополнительные условия например, добавление записи только с отрицательным значением. Предусмотренное действие выполняется за счет выполнения процедуры или последовательности процедур, с помощью которых реализуется логика, требуемая для реализации ограничений.

Использование триггеров при проектировании баз данных позволяет получить при разработке приложения следующие преимущества Триггеры всегда выполняются при совершении соответствующих действий. Разработчик продумывает использование триггеров при проектировании базы данных и может больше не вспоминать о них при разработке приложения для доступа к данным. Если для работы с этой же базой данных вы решите создать новое приложение, триггеры и там будут отрабатывать заданные ограничения.

При необходимости триггеры можно изменять централизованно непосредственно в базе данных. Пользовательские программы, использующие данные из этой базы данных, не требуют модернизации. Система обработки данных, использующая триггеры, обладает лучшей переносимостью в архитектуру клиент-сервер за счет меньшего объема требуемых модификаций. Ссылочная целостность. Ссылочная целостность - это обеспечение соответствия значения внешнего ключа экземпляра дочерней сущности значениям первичного ключа в родительской сущности.

Ссылочная целостность может контролироваться при всех операциях, изменяющих данные. Для каждой связи на логическом уровне могут быть заданы требования по обработке операций добавления, обновления или удаления данных для родительской и дочерней сущности. Могут использоваться следующие варианты обработки этих событий отсутствие проверки проверка допустимости запрет операции каскадное выполнение операции обновления или удаления данных сразу в нескольких связанных таблицах установка пустого NULL значения или заданного значения по умолчанию.

Нормализация отношений. Нормализация отношений - это процесс построения оптимальной структуры таблиц и связей в реляционной базе данных. В процессе нормализации элементы данных группируются в таблицы, представляющие объекты и их взаимосвязи. Теория нормализации основана на том, что определенный набор таблиц обладает лучшими свойствами при включении, модификации и удалении данных, чем все остальные наборы таблиц, с помощью которых могут быть представлены те же самые данные.

Словарь данных. Словарь данных - это централизованное хранилище сведений об объектах, составляющих их элементах данных, взаимосвязях между объектами, их источниках, значениях, использовании и форматах представления.