Лекции "Базе данным"

    Выбор ключевых полей не всегда является простой и очевидной задачей, особенно для таблиц с большим  количеством полей. Удобным вариантом  создания ключа является использование для него поля соответствующего типа (ключ, автоматически устанавливаемый СУБД и обеспечивающий поддержку уникальности значений ключевого поля). При определении ключа следует придерживаться следующих правил:

• ключ должен быть уникальным (значение ключевого поля никогда не повторяются). У составного ключа значения отдельных полей (но не всех одновременно) могут повторяться;
• ключ должен быть достаточным и неизбыточным, т. е. не содержать поля, которые можно удалить без нарушения уникальности ключа;
• в состав ключа не могут входить поля некоторых типов, например, графическое поле или поле комментария.

    Индекс, как и ключ, строится по полям  таблицы, однако он может допускать повторение значений составляющих его полей. Поля, по которым построен индекс, называют индексными. Простой индекс состоит из одного поля, а составной (сложный) — из нескольких полей.

    Использование индекса обеспечивает:

• увеличение скорости доступа (поиска) к данным;
• сортировку записей;
• установление связи между таблицами БД;
• использование ограничений ссылочной целостности.

    Использование индекса повышает скорость доступа  к данным в таблице на основе того, что доступ выполняется не последовательным, а индексно-последовательным методом.

    Сортировка  представляет собой упорядочивание записей по полю или группе полей  в порядке возрастания или  убывания их значений. Индекс служит ля сортировки таблиц по индексным полям.

    12. Связь между таблицами

    В частном случае БД может состоять из одной таблицы. Однако обычно реляционная  БД состоит из взаимосвязанных таблиц. Организация связи (отношений) между таблицами называется связыванием или соединением таблиц. Связи между таблицами могут устанавливаться в следующих вариантах:

• при формировании схемы базы данных путем связывания таблиц создаваемой БД;
• при построении запросов к созданной БД;
• путем связывания таблицы создаваемой БД с таблицей другой базы данных.

    Связывать можно две или несколько таблиц. В реляционных БД могут быть и  отдельные таблицы, не связанные  ни с одной другой таблицей.

    Для связывания таблиц используются поля связи (иногда используется термин совпадающие  поля). Поля связи должны быть индексированными. Связь между таблицами определяет отношение подчиненности, при котором  одна таблица является главной, а  вторая — подчиненной.

    В подчиненной таблице для связи  с главной таблицей берется индекс, который также называется внешним  ключом. Состав полей этого индекса  должен полностью или частично совпадать  с составом полей индекса главной т аблицы.

    Работа  со связанными таблицами имеет следующие  особенности:

• при изменении (редактировании) поля связи записи главной таблицы нужно соответственно изменять и значения поля связи всех подчиненных таблиц;
• при удалении записи главной таблицы нужно удалять и соответствующие ей записи в подчиненной таблице (каскадное удаление);
• при добавлении записи в подчиненную таблицу значение ее поля связи должно быть установлено равным значению поля связи главной таблицы.

    Ограничения по установке, изменению полей связи  и каскадному удалению записей могут быть наложены на таблицы при их создании. Эти ограничения входят в структуру таблицы и действуют для всех приложений, которые выполняют операции с БД.

13. .Проектирование баз данных

    Проектирование  БД заключается в ее многоступенчатом описании с различной степенью детализации и формализации, в ходе которого производится уточнение и оптимизация структуры БД. Проектирование начинается с описания предметной области и задач ИС, идет к более абстрактному уровню логического описания данных и далее — к схеме физической (внутренней) модели БД. Трем основным уровням моделирования системы — концептуальному, логическому и физическому соответствуют три последовательных этапа детализации описания объектов БД и их взаимосвязей.

    . На концептуальном уровне проектирования  производится смысловое описание информации предметной области, определяются 6е границы, производится абстрагирование от несущественных деталей. В результате определяются моделируемые объекты, их свойства и связи. Выполняется структуризация знаний о предметной области, стандартизируется терминология. Затем строится концептуальная модель, описываемая на естественном языке. Для описания свойств и связей объектов применяют различные диаграммы.

    На  следующем шаге принимается решение  о том, в какой конкретно СУБД будет реализована БД. Выбор СУБД является сложной задачей и должен основываться на потребностях с точки зрения ИС и пользователей. Определяющими здесь являются вид программного продукта и категория пользователей (профессиональные программисты или конечные пользователи).

    Другими показателями, влияющими на выбор  СУБД, являются:

• удобство и простота использования;
• качество средств разработки, защиты и контроля БД;
• уровень коммуникационных средств (в случае применения ее в сетях);
• фирма-разработчик;
• стоимость.

    Каждая  конкретная СУБД работает с определенной моделью данных. Под моделью данных понимается способ их взаимосвязи: в  виде иерархического дерева, сложной сетевой структуры или связанных таблиц. В настоящее время большинство СУБД использует табличную модель данных, называемую реляционной.

    На  логическом уровне производится отображение  данных концептуальной модели в логическую модель в рамках той структуры данных, которая поддерживается выбранной СУБД. Логическая модель не зависит от конкретной СУБД и может быть реализована на любой СУБД реляционного типа.

    На  физическом уровне производится выбор  рациональной структуры хранения данных и методов доступа к ним, которые обеспечивает выбранная СУБД. На этом уровне решаются вопросы эффективного выполнения запросов к БД, для чего строятся дополнительные структуры, например индексы. В физической модели содержится информация обо всех объектах БД (таблицах, индексах, процедурах и др.) и используемых типах данных. Физическая модель зависит от конкретной СУБД. Одной и той же логической модели может соответствовать несколько разных физических моделей. Физическое Проектирование является начальным этапом реализации БД. 

14.   Проектирование реляционных БД на основе принципов нормализации

    Проект реляционной базы данных - это набор взаимосвязанных таблиц, в которых определены все атрибуты, заданы первичные ключи отношений и заданы еще некоторые дополнительные свойства отношений, которые относятся к принципам поддержки целостности. Этапы жизненного цикла базы данных:

    Процесс проектирования БД представляет собой  последовательность переходов от неформального словесного описания информационной структуры предметной области к формализованному описанию объектов предметной области в терминах некоторой модели. В общем случае можно выделить следующие этапы проектирования:

1. Системный анализ и словесное описание информационных объектов предметной области.
2. Проектирование инфологической модели предметной области — частично формализованное описание объектов предметной области в терминах некоторой семантической модели, например, в терминах ЕR-модели.
3. Даталогическое или логическое проектирование БД, то есть описание БД в терминах принятой модели данных.
4. Физическое проектирование БД, то есть выбор эффективного размещения БД на внешних носителях для обеспечения наиболее эффективной работы приложения.

    Условно процесс проектирования БД можно представить последовательностью выполнения пяти соответствующих этапов

15.   Проектирование БД

    В реляционных БД проектирование приводит к разработке схемы БД, то есть совокупности схем отношений, которые адекватно  моделируют абстрактные объекты предметной области и семантические связи между этими объектами. Некоторые зависимости между атрибутами отношений являются нежелательными из-за побочных эффектов и аномалий, которые они вызывают при модификации БД.

    Классическая  технология проектирования реляционных  баз данных связана с теорией нормализации, основанной на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Функциональные зависимости определяют устойчивые отношения между объектами и их свойствами в рассматриваемой предметной области.

    Процесс проектирования с использованием нормализации представляет собой процесс последовательной декомпозиции схем отношений, при этом каждая последующая итерация соответствует нормальной форме более высокого уровня и обладает лучшими свойствами по сравнению с предыдущей.

    Каждой  нормальной форме соответствует  некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой  нормальной форме, если удовлетворяет  свойственному ей набору ограничений.

    В теории реляционных БД обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:

• первая нормальная форма (1NF);
• вторая нормальная форма (2NF);
• третья нормальная форма (3NF) и нормальные формы более высоких порядков.

    Основные  свойства нормальных форм:

• каждая следующая нормальная форма в некотором смысле улучшает свойства предыдущей;
• при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных форм сохраняются.

    Функциональные  зависимости определяют не текущее  состояние БД, а все возможные  ее состояния, то есть они отражают те связи между атрибутами, которые присущи реальному объекту, который моделируется с помощью БД.

    В большинстве случаев достижение третьей нормальной считается достаточным для реальных проектов баз данных.

16.   Обзор 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 создаются 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.