Основные требования, предъявляемые к базам данных

База данных может быть организована различными способами, но она долж­на максимально удовлетворять следующим требованиям.

1. Минимальная избыточность. Данные, хранимые в базе данных, могут содержать как «полезную», так и «вредную» избыточность. Последняя всегда имеет место при отсутствии концептуального представления данных, когда каждый пользователь создает для своих приложений отдельный набор дан­ных. В этом случае, если нескольким пользователям требуются одни и те же данные, то они должны быть повторены в каждом наборе. Такая избыточность является неконтролируемой, поскольку об ее существовании пользователи могут и не подозревать. Интеграция пользова­тельских представлений в единое концептуальное представление, как правило, устраняет эту избыточность данных. К «полезной» избыточности можно от­нести периодические копии данных, хранящихся в базе данных. Эта избыточ­ность легко контролируется. Более того, она является необходимой, например, для восстановления данных, разрушенных при случайных сбоях и в катастро­фических ситуациях.

Таким образом, требование минимальной избыточности следует понимать как устранение «вредной» (неконтролируемой) и сведение к минимуму «полез­ной» (контролируемой) избыточности данных.

2. Целостность данных. Состоит в поддержании «правильности» и актуаль­ности данных. Обеспечивается восстановлением данных после разрушения, а также устранением противоречивости данных, которая заключается в появле­нии различных экземпляров для одних и тех же атрибутов. Противоречивость может появиться при обновлении избыточных данных в том случае, если оно будет выполнено только на части данных.

Существует также понятие ссылочной целостности данных, которую легче все­го проиллюстрировать на простой реляционной базе данных (набор взаимосвя­занных таблиц), реализованной в среде Microsoft Access и содержащей две сущности с типом связи 1 : М («один ко многим»).

Таблицы со стороны связи «один» называются родительскими, а со стороны «много» – дочерними.

Ссылочная целостность данных в среде Access обеспечивается установкой в окне связи соответствующих флажков.

Если установлен только один флажок «Обеспечение целостности данных», то это означает, что допускаются такие манипуляции с данными, чтобы не оста­валось записей-«сирот», а «бездетные родители» допускаются. Тогда в дочернюю таблицу можно добавлять только такие записи (строки), у которых значение внешнего ключа совпадает с одним из значений первичного ключа в роди­тельской таблице, иначе добавляемые записи окажутся «сиротами».

Удалять из дочерней таблицы можно любые записи. В этом случае могут остаться «бездетными» записи-«родители», что допустимо.

В родительские таблицы можно добавлять записи с любыми значениями первичных клю­чей, лишь бы не нарушались условия уникальности. Это может привести только к появлению «бездетных» родителей.

Удалять из родительских таблиц можно лишь такие записи, для которых от­сутствуют «дети» в дочерних таблицах. Иначе могут появиться записи-«сироты».

Ссылочную целостность данных можно усилить установкой еще и флаж­ка «Каскадное обновление связанных полей». В этом случае изменение значения ключевого поля в родительских таблицах (при этом не должно нарушаться ус­ловие уникальности первичных ключей) повлечет за собой соответствующие изменения значений полей связи в дочерней таблице. Изменение же значений полей связи (внешних ключей) в дочерней таблице не приведет к автоматическому изменению значений связанных с ними полей в родительских таблицах, а может привести только к нарушению ссылочной целостности данных. Если дочерних таблиц, связанных с родительской по этим же полям несколько, то изменения коснутся всех дочерних таблиц (кас­кадное изменение).

Если еще установить и флажок «Каскадное удаление связанных записей», то при удалении какой-либо записи из родительской таблицы, автоматически удалятся ее «дети» из всех дочерних таблиц.

Многие среды (Access, Microsoft SQL Server, Visual FoxPro и др.) допускают установку ссылочной целостности данных подобным образом. Однако это можно сделать также и из программы.

3. Безопасность и секретность. Обеспечиваются защитой данных от аппа­ратных и программных сбоев, от катастрофических и криминальных ситуаций (регулярное копирование данных), а также от некомпетентного или несанкци­онированного (неразрешенного) доступа к данным (например, использование паролей).

4. Независимость данных. Подразумевает возможность изменения структу­ры базы данных без изменения прикладных программ пользователей. Понима­ется в двух аспектах, а именно, как логическая и физическая независимость.

Логическая независимость предполагает возможность изменения концеп­туальной схемы базы данных без изменения прикладных программ пользо­вателей.

Физическая независимость подразумевает возможность изменения способа размещения данных на физических носителях и (или) методов доступа к дан­ным без изменения приложений пользователей.

5. Производительность. Характеризуется временем, затраченным на выпол­нение приложений пользователей. Во многом это время зависит от времени получения ответов на запросы пользователей. Поэтому задача оптимизации запросов стоит достаточно остро в современных информационных системах с базами данных. Однако решение этой задачи выходит за рамки работы. Здесь можно дать только такую рекомендацию разработчикам: время отклика систе­мы на запросы пользователей не должно превышать 3 секунды (эргономическая рекомендация). Если же это ограничение недостижимо, то надо выдавать поль­зователю информационные сообщения типа «Ждите ответа» и пр.

6. Гибкость и способность к расширению. Понимаются как способность базы данных к наращиванию данных, а также увеличению количества возможных приложений и расширению функций в пределах каждого приложения. Очевидно, что предусмотреть все невозможно, но думать о дальнейшем раз­витии проектируемой базы данных все же следует.

Лекция 2. Классификация СУБД, аспекты классификации. Общие характеристики структур данных и моделей данных. Основные компоненты среды СУБД, объекты СУБД, функции СУБД. Уровни представления баз данных; понятия схемы и подсхемы.

Классификация БД.

1) по характеру использования :

- однопользовательские, персональные

- многопользовательские

2) по масштабу :

- однопользовательские

- групповые (офисные)

- корпоративные (к примеру, Oracle, Microsoft SQL Server и т.п.)

3) по характеру представления (по содержанию):

- документальные (хранится символьная и текстовая информация)

- фактографические (хранится цифровая информация)

- мультимедийные

4) по виду программного обеспечения :

- полнофункциональные

- сервер

- клиент

5) по модели представления данных :

Исторически сложились3 классические модели:

- иерархическая модель

- сетевая

- реляционная (с 1970 г. Oracle).

Позже появились:

- объектно-ориентированные СУБД

- объектно-реляционные СУБД (постреляционные…)

- многомерные БД

6) по назначению:

- транзакционные базы данных (OLTP) – их большинство…

- хранилища данных (DW (Data Warehouse) – исключены операции удаления и модификации данных. (Для того чтобы заполнять DW, надо делать фильтрацию данных).