Операційна система

БД

Масиви нормативно-довідковох інформації

Масиви оперативної інформації

СУБД

Допоміжні масиви

Робочі масиви

Службові масиви

Вихідні масиви

Рис.1. Схема автоматизованого банку даних

Внутрiшня структура АБД складається з наступних складових частин.

Поле - найменша складова частина пам`ятi, на якiй вiдображена iнформацiя. Викликається по iдентифiкатору. Має один або декiлька байт.

Сегмент - одиниця органiзацiї пам'ятi. Включає декiлька полiв. Викликається по iдентифiкатору.

Запис - одиниця органiзацiї пам'ятi. Мiстить сегменти. Має самостiйний змiст.

Зона - одиниця органiзацiї пам'ятi. Сукупнiсть записiв певного семантичного змiсту.

Масив - одиниця органiзацiї пам'ятi. Має зони.

Том - сукупнiсть постійних даних. Може розглядатися як структурна одиниця.

База АБД - сукупнiсть масивiв, об'єднаних семантичним змiстом i вiдображених в одному чи декiлькох томах.

13.5. Теорія нормалізації відношень

Нормалізація відношень — це ітераційний зворотний процес декомпозиції початкового відношення на кілька простіших відношень меншої розмірності. Під зворотністю процесу розуміють те, що опереація об’єднання відношень, здобутих у результаті декомпозиції, має дати початкове відношення. У результаті нормалізації склад атрибутів відношень БД має відповідати таким вимогам:

між атрибутами мають викючатися небажані фукціональні залежності;

групування атрибутів не повинно мати надлишкового дублювання даних;

забезпечувати обробку і поновлення атрибутів без ускладнень.

Апарат нормалізації був розроблений Е.Ф. Коддом. Кожна нормальна форма обмежує тип допустимих залежностей між атрибутами. Код виділив три нормальні форми (скорочена назва 1НФ, 2НФ і 3НФ). Найдосконаліша з них — це 3НФ. Тепер уже відомі і визначені 4НФ, 5НФ.

Нормалізація відношень виконується за кілька кроків. 1-й крок (1-ша ітерація) — зведення відношень до першої нормальної форми (1НФ). Відношення в 1НФ мають відповідати таким вимогам:

усі атрибути відношення мають бути атомарними, тобто неподільними;

усі рядки таблиці мають бути однакової структури, тобто мати одну й ту саму кількість атрибутів з іменами, що відповідно збігаються;

імена стовпців мають бути різними, а значення однорідними (мати однаковий формат);

порядок рядків у таблиці не істотний.

Кожне відношення БД містить як структурну, так і семантичну інформацію. Структурна інформація задається схемою відношення, а семантична виражає функціональні зв’язки між атрибутами. На 2-му кроці (2-га ітерація) нормалізації виявляються ключі відношення та аналізуються відповідні залежності з метою вилучення неповних функціональних залежностей.

Означення 1. Атрибут Б залежить від А у відношенні R тоді, коли в кожний момент часу одному й тому самому значенню А відповідає не більш як одне значення Б. Функціональній залежності відповідає відношення 1:1 між атрибутами.

Означення 2. Атрибут перебуває у повній функціональній залежності, якщо він залежить від усього ключа і не залежить від його складових. Якщо відношення має неповні функціональні залежності, то виконують його декомпозиції на два чи більше інших відношень, які не мають неповних функціональних залежностей і об’єднання яких дасть початкове відношення.

Переваги 2НФ: зручність модифікацій.

Трудомісткість внесення змін до БД, яка міститься в 2НФ, значно менша, ніж у разі ненормалізованої БД.

3-й крок (3-тя ітерація) нормалізації — це вилучення транзитивних залежностей. Відношення в 2НФ має аналізуватися на присутність транзитивних залежностей.

Транзитивна залежність — це залежність між неключовими атрибутами.

Транзитивні залежності вилучаються також за допомогою декомпозиції відношення на інші два чи більше відношень, які не містять транзитивних відношень і об’єднання яких дасть початкове відношення.

На 4-му кроці (4-та ітерація) нормалізації виконується аналіз на присутність незалежних багатозначних залежностей у відно­шенні. Якщо вони є, то виконується декомпозиція відношення.

Багатозначна залежність — це різновид функціональної залежності. Їй відповідає відношення 1:Б між атрибутами.

Атрибут А багатозначно визначає атрибут В у відношенні R (A, B, C), якщо В залежить лише від А при будь-яких його комбінаціях з іншими атрибутами відношення.

Означення 3. Відношення R міститься в 4НФ, коли в структурі багатозначної залежності, яка визначена на множині атрибутів, є лише тривіальні чи такі нетривіальні багатозначні залежності, що ліва частина будь-якої з них є ключем.

Декомпозиція початкового відношення на кілька інших має гарантувати його оборотність, тобто забезпечувати отримання початкового відношення шляхом об’єднання відношень, знайдених у результаті декомпозиції.

Проте не завжди декомпозиція гарантує оборотність. Відношення, яке містить більш як три багатозначні залежності, потребує спеціальних заходів щодо забезпечення оборотності декомпозиції. Для цього існує 5НФ. При декомпозиції з 4НФ дістають такі проекції, щоб кожна з них містила не менш як один можливий ключ і щонайменше один неключовий атрибут початкового відношення.

5НФ усуває надлишковість і водночас аномалії поповнення БД. Як підсумок ще раз зазначимо, що нормалізація відношень усуває між атрибутами такі залежності: неповні функціональні, транзитивні, нетривіальні (незалежні) багатозначні. Усуваючи ці залежності, виключаємо дублювання даних і можливість виникнення аномалій при виконанні операцій поповнення, заміни та вилучення даних з БД.