Класифікація баз даних

За технологією обробки дані бази даних підрозділяються на централізовані і розподілені.

Централізована база даних зберігається в пам'яті однієї обчислювальної системи. Якщо ця обчислювальна система є компонентом мережі ЕОМ, можливий розподілений доступ до такої бази. Такий спосіб використання баз даних часто застосовують у локальних мережах ПК.

Розподілена база даних складається з декількох, можливо пересічних чи навіть дублюючих один одного частин, збережених у різних ЕОМ обчислювальній мережі. Робота з такою базою здійснюється за допомогою системи керування розподіленою базою даних (СКРБД).

По способі доступу до даних бази даних розділяються на бази даних з локальним доступом і бази даних з мережевим доступом.

Системи централізованих баз даних з мережевим доступом припускають різні архітектури подібних систем:

• файл-сервер;

• клієнт-сервер.

Файл-сервер. Архітектура систем БД із мережевим доступом припускає виділення однієї з машин мережі в якості центральної (сервер файлів). На такій машині зберігається спільно використовувана централізована БД. Всі інші машини мережі виконують функції робочих станцій, за допомогою яких підтримується доступ користувальницької системи до централізованої бази даних. Файли бази даних відповідно до користувальницьких запитів передаються на робочі станції, де в основному і виробляється обробка. При великій інтенсивності доступу до тих самим даних продуктивність інформаційної системи падає. Користувачі можуть створювати також на робочих станціях локальні БД, що використовуються ними монопольно.

Клієнт-сервер. У цій концепції мається на увазі, що крім збереження централізованої бази даних центральна машина (сервер бази даних) повинна забезпечувати виконання основного обсягу обробки даних. Запит на дані, видаваний клієнтом (робочою станцією), здійснює пошук і вибір даних на сервері. Визначені дані (але не файли) транспортуються по мережі від сервера до клієнта. Специфікою архітектури клієнт-сервер є використання мови запитів SQL.

Робочі станції

Структурні елементи бази даних

Поняття бази даних тісно зв'язано з такими поняттями структурних елементів, як поле, запис, файл (таблиця)

Поле — елементарна одиниця логічної організації даних, що відповідає неподільній одиниці інформації — реквізиту. Для опису поля використовуються наступні характеристики:

ім'я, наприклад. Прізвище, Ім'я, По батькові, Дата народження;

тип, наприклад, символьний, числовий, календарний;

довжина, наприклад, 15 байт, причому буде визначатися максимально можливою кількістю символів;

точність для числових даних, наприклад два десяткових знаки для відображення дробової частини числа.

Запис — сукупність логічно зв'язаних полів. Екземпляр запису -окрема реалізація запису, що містить конкретні значення ее полів.

Файл (таблиця) — сукупність екземплярів записів однієї структури.

В структурі запису файлу вказуються поля, значення яких є ключами:

первинними (ПК), що ідентифікують екземпляр запису, і вторинними (ВК), що виконують роль пошукових чи групуючих ознак (за значенням вторинного ключа можна знайти декілька записів).

ВИДИ МОДЕЛЕЙ ДАНИХ

Загальні положення

Ядром будь-якої бази даних є модель даних. Модель даних являє собою безліч структур даних, обмежень цілісності й операцій маніпулювання даними. За допомогою моделі даних можуть бути представлені об'єкти предметної області і взаємозв'язку між ними.

Модель даних — сукупність структур даних і операцій їх обробки.

СКБД ґрунтується на використанні ієрархічної, мережевої чи реляційної моделі, на комбінації цих чи моделей на деякій їхній підмножині .

Розглянемо три основних типи моделей даних: ієрархічну, мережну і реляционную.

Ієрархічна модель даних

Ієрархічна структура представляє сукупність елементів, зв'язаних між собою за визначеними правилами. Об'єкти, зв'язані ієрархічними відношеннями, утворять орієнтований граф (перевернуте дерево).

До основних понять ієрархічної структури відносяться: рівень, елемент (вузол), зв'язок.

Вузол — це сукупність атрибутів даних, що описують деякий об'єкт. На схемі ієрархічного дерева вузли представляються вершинами графа. Кожен вузол на більш низькому рівні зв'язаний тільки з одним вузлом, що знаходиться на більш високому рівні. Ієрархічне дерево має тільки одну вершину (корінь дерева), не підлеглу ніякій іншій вершині і знаходиться на самому верхньому (першому) рівні. Залежні (підлеглі) вузли знаходяться на другому, третьому і т.д. рівнях. Кількість дерев у базі даних визначається числом кореневих записів.

До кожного запису бази даних існує тільки один (ієрархічний) шлях від кореневого запису.

Рис. Графічне зображення ієрархічної структури БД

Мережева модель даних

У мережевій структурі при тих же основних поняттях (рівень, вузол, зв'язок) кожен елемент може бути зв'язаний з будь-яким іншим елементом.

Рис. Приклад ієрархічної структури БД

Рис. Графічне зображення мережевої структури

Рис. Приклад мережевої структури БД

Реляційна модель даних

Поняття реляційна (англ. relation — відношення) зв'язано з розробками відомого американського фахівця в області систем баз даних Е. Кодда.

Ці моделі характеризуються простотою структури даних, зручним для користувача табличним представленням і можливістю використання формального апарата алгебри відношень і реляційного числення для обробки даних.

Реляційна модель орієнтована на організацію даних у вигляді двовимірних таблиць. Кожна реляційна таблиця являє собою двовимірний масив і має наступні властивості:

• кожен елемент таблиці — один елемент даних;

• усі стовпці в таблиці однорідні, тобто всі елементи в стовпці мають однаковий тип (числовий, символьний і т.д.) і довжину;

• кожен стовпчик має унікальне ім'я;

• однакові рядки в таблиці відсутні;

• порядок проходження рядків і стовпців може бути довільним.

Приклад . Реляційною таблицею можна представити інформацію про студентів, що навчаються у вузі

№ особистої справи	Прізвище	Ім'я	По батькові	Дата народження	Група
16493	Сергєєв	Петро	Михайлович	01.01.76	111
16593	Петрова	Ганна	Володимирівна	15.03.75	112
16693	Анохін	Андрій	Борисович	14.04.76	111

Рис. Приклад реляційної таблиці

Поле, кожне значення якого однозначно визначає відповідний запис, називається простим ключем (ключовим полем). Якщо записи однозначно визначаються значеннями декількох полів, то така таблиця бази даних має складений ключ. У прикладі, показаному на мал., ключовим полем таблиці є "№ особистої справи".

Щоб зв'язати дві реляційні таблиці, необхідно ключ першої таблиці ввести до складу ключа другої таблиці (можливий збіг ключів); в іншому випадку потрібно ввести в структуру першої таблиці зовнішній ключ — ключ другої таблиці.

Приклад . На мал. показаний приклад реляційної моделі, побудованої на основі відношення: СТУДЕНТ, СЕСІЯ, СТИПЕНДІЯ.

Рис. Приклад реляційної моделі

СТУДЕНТ (Номер, Прізвище, Ім'я, По батькові, Підлога, Дата народження. Група);

СЕСІЯ (Номер, Оцінка1, Оцінка2, ОцінкаЗ, Оцінка4, Результат);

СТИПЕНДІЯ (Результат, Відсоток).

Таблиці СТУДЕНТ І СЕСІЯ мають співпадаючі ключі (Номер), что дає можливість легко організувати зв'язок між ними. Таблиця СЕСІЯ має первинний ключ Номер і містить зовнішній ключ Результат, що забезпечує її зв'язок з таблицею СТИПЕНДІЯ.

НОРМАЛІЗАЦІЯ ВІДНОШЕНЬ

Поняття нормалізації відношень

Ті ж самі дані можуть групуватися в таблиці різними способами, тобто можлива організація різних наборів відносин взаємозалежних інформаційних об'єктів. Групування атрибутів у відносинах повинні бути раціональнї, тобто дублювання даних повинне бути мінімальним і процедури їх обробки повинні бути найпростішими.

Визначений набір відношень має кращі властивості при включенні, модифікації, видаленні даних, чим всі інші можливі набори відношень, якщо він відповідає вимогам нормалізації відношень.

Нормалізація відношень— формальний апарат обмежень на формування відношень (таблиць), що дозволяє усунути дублювання, забезпечує несуперечність збережених у базі даних, зменшує затрати праці на ведення (введення, корегування) бази даних.

Е.Коддом виділені три нормальні форми відношень і запропонований механізм, що дозволяє будь-яке відношення перетворити до третього (самої досконалої) нормальної форми.

Перша нормальна форма

Відношення називається нормалізованим чи приведеним до першої нормальної форми, якщо всі його атрибути прості (далі неподільні). Перетворення відношення до першої нормальної форми може привести до збільшення кількості полів відношення і зміні ключа.

Наприклад, відношення Студент = (Номер, Прізвище, Ім'я, По батькові, Дата, Група) знаходиться в першій нормальній формі.

Друга нормальна форма

Щоб розглянути питання приведення відношень до другої нормальної форми, необхідно дати пояснення до таких понять, як функціональна залежність і повна функціональна залежність.

Описові поля інформаційного об'єкта логічно зв'язані з загальним для них ключем, цей зв'язок носить характер функціональної залежності полів.

Функціональна залежність полів — залежність, при якій екземпляру інформаційного об'єкта визначеному ключовим відповідає тільки одне значення описового реквізиту.

Таке визначення функціональної залежності дозволяє при аналізі всіх взаємозв'язків реквізитів предметної області виділити самостійні інформаційні об'єкти.