Базовые понятия дисциплины «Базы данных»
Информационная модель (или модель данных) отображает сведения, содержащие как данные, так и взаимосвязи между ними.
Модель данных – это некоторая абстракция, которая, будучи приложенной к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.
Архитектура ANSI/SPARC включает три уровня:
внешний (пользовательский),
концептуальный,
внутренний (физический).
Уровни моделирования, выделяемые при разработке базы данных. Используются для перехода от предметной области к конкретной реализации базы данных.
Инфологическое (концептуальное) проектирование – построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции - это сбор, анализ и редактирование требований к данным.
Логическое (даталогическое) проектирование – создание схемы базы данных на основе конкретной модели данных, например, реляционной модели данных, т.е. преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получается СУБД-ориентированная структура БД и спецификации прикладных программ. Даталогические модели данных отражают три аспекта работы с данными – задание структуры данных, правила обеспечения целостности данных, правила манипулирования данными.
Физическое проектирование – определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д. Физические модели БД определяют способы размещения данных в среде хранения и способы доступа к этим данным, которые поддерживаются на физическом уровне и описываются средствами конкретной СУБД.
База данных обеспечивает хранение информации и представляет собой поименованную совокупность данных, организованных по определенным правилам, включающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными.
Метаинформация содержит описание базы данных (в буквальном смысле метаинформация – это информации об информации). Описание баз данных часто называют схемой. Кроме описания баз данных в состав метаинформации, хранимой в БнД, может включаться информация о предметной области, необходимая для проектирования автоматизированной информационной системы, о пользователях БнД, о проектных решениях, описания отдельных частей базы данных с точки зрения конкретных пользователей и т.д.
Централизованное хранилище метаинформации называется словарем данных (репозиторием).
Программное обеспечение, которое управляет доступом к базе данных, называется системой управления базами данных (СУБД).
Система управления базами данных представляет собой пакет прикладных программ и совокупность языковых средств, предназначенных для создания, сопровождения и использования баз данных.
Основными функциями СУБД являются:
непосредственное управление данными во внешней памяти и поддержание логически согласованного набора файлов;
обеспечения языка манипулирования данными; для работы с базами данных используются специальные языки, называемые языками баз данных, содержащие все необходимые средства для работы с базой данных и обеспечивающие базовый пользовательский интерфейс;
восстановление информации после разного рода сбоев; для этого необходимо хранить дополнительную информацию в журнале изменений базы данных, он ведется автоматически без участия пользователя СУБД;
возможность параллельной работы нескольких пользователей; эта возможность осуществляется с помощью транзакций. Данная функция обеспечивается за счет механизма, который гарантирует выполнение либо всех операций обновления данных, либо ни одной из них.
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.
При проектировании базы данных решаются две основные проблемы.
Каким образом отобразить объекты предметной области в абстрактные объекты модели данных, чтобы это отображение не противоречило семантике предметной области и было, по возможности, лучшим (эффективным, удобным и т.д.)? Часто эту проблему называют проблемой логического проектирования баз данных.
Как обеспечить эффективность выполнения запросов к базе данных, т.е. каким образом, имея в виду особенности конкретной СУБД, расположить данные во внешней памяти, создания каких дополнительных структур (например, индексов) потребовать и т.д.? Эту проблему обычно называют проблемой физического проектирования баз данных.
Нормализация отношений – это процесс построения оптимальной структуры таблиц и связей в реляционной базе данных.
В теории реляционных баз данных обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:
первая нормальная форма (1NF);
вторая нормальная форма (2NF);
третья нормальная форма (3NF);
нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF);
четвертая нормальная форма (4NF);
пятая нормальная форма, или нормальная форма проекции-соединения (5NF или PJ/NF);
доменно-ключевая нормальная форма (DKNF);
шестая нормальная форма (6NF).
Основные свойства нормальных форм:
каждая следующая нормальная форма в некотором смысле лучше предыдущей;
при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных форм сохраняются.
Таблица в 1 нормальной форме должна соответствовать следующим требованиям:
Таблица не должна иметь повторяющихся записей.
В таблице должны отсутствовать повторяющиеся группы полей.
Все столбцы содержат только неделимые значения.
Таблица представлена во 2НФ тогда и только тогда, когда:
Таблица представлена в 1НФ.
Любой неключевой атрибут полностью определен первичным ключом.
О таблице говорят, что она находится в 3НФ, если:
Она удовлетворяет условиям 2НФ.
Ни одно из неключевых полей не идентифицируется с помощью другого неключевого поля (любой не ключевой атрибут нетранзитивно функционально зависит только от первичного ключа).