1 Классификация субд

СУБД ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ не ориентированы на какую-либо конкретную предметную область или конкретного пользователя, являются универсальными, реализуют функционально избыточное множество операций над данными, имеют в своем составе средства настройки на конкретную предметную область, условия эксплуатации и требования к пользователю.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СУБД создаются в случае, если СУБД общего назначения не удовлетворяют по каким-либо параметрам. Необходимые параметры специальных СУБД достигаются:

1)  за счет знания особенностей конкретной предметной области.

2) путем сокращения функциональной полноты системы.

2. Архитектура субд.

В архитектуре современных СУБД выделяют три уровня описания элементов хранимых данных. Эти уровни составляют трехуровневую архитектуру, которая охватывает внешний, концептуальный и внутренний уровни.

 

Внешний уровень – представление базы данных с точки зрения конкретных пользователей.

Указанный уровень может включать несколько различных представлений БД со стороны различных групп пользователей. При этом каждый пользователь имеет дело с представлением предметной области, выраженным в наиболее понятной и удобной для него форме. Такое представление содержит только те сущности, атрибуты и связи, которые интересны ему при решении профессиональных задач.

На внешнем уровне создается инфологическая модель БД (внешняя схема), полностью независимая от платформы (т.е. вычислительной системы, на которой будет использоваться). Инфологическая модель является человеко-ориентированной: средой ее хранения может быть память человека, а не ЭВМ.

Концептуальный уровень – обобщающее представление базы данных, описывающее то, какие данные хранятся в БД, а также связи, существующие между ними.

Концептуальный уровень содержит логическую структуру всей БД. На концептуальном уровне необходимо выделить:

1. сущности, их атрибуты и связи;

2. ограничения, накладываемые на данные;

3. семантическую информацию о данных (смысловое содержание);

4. информацию о мерах обеспечения безопасности.

На концептуальном уровне создается даталогическая модель (концептуальная схема БД), представляющая собой описание инфологической модели (внешней схемы) на языке определения данных конкретной СУБД. Эта модель является компьютеро-ориентированной (зависит от применяемой на компьютере СУБД).

Внутренний уровень – описывает физическую реализацию базы данных и предназначен для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономного использования дискового пространства. Содержит описания структур данных и отдельных файлов, используемых для хранения данных в запоминающих устройствах.

На внутреннем уровне создается физическая модель БД, является компьютеро-ориент. С ее помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ .

3. Этапы проектрирования бд

Основная цель проектирования БД - это сокращение избыточности хранимых данных, то есть "Каждый факт в одном месте". Проектирование БД - это процесс проектирования отображения: "Описание ПО" <--> "Схема внутренней модели БД"

Этапы проектирования базы данных.

Задача инфологического проектирования БД – получение семантических (смысловых) моделей, отражающих информационное содержание конкретной предметной области.

Задача логического этапа проектирования – организация данных, выделенных на предыдущем этапе проектирования в форму, принятую в выбранной конкретной СУБД.

Задача физического этапа проектирования – выбор рациональной структуры хранения данных и методов доступа к ним, исходя из арсенала методов и средств, который предоставляется разработчику системой управления базами данных.

4. Иерархическая модель организации данных (ИМД).

В ИМД объекты сущностей и отношения предметной области представляются набором данных, которые имеют строго древовидную структуру.

Достоинства ИМД: позволяют описать структуру, как на логическом, так и на физическом уровнях.

Недостатки.

1. Жесткая фиксация связей между элементами данных;

2. Быстрота доступа достигается за счет потери информационной гибкости;

3. В ИМД устанавливается строгий порядок обхода дерева (сверху - вниз, слева – направо) и следующие операции над данными:

а) найти указанное дерево;

б) перейти от одного дерева к другому;

в) перейти от одной записи к другой;

г) перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии;

д) удалить текущую запись.

Основное внимание в ограничении целостности в ИМД уделяется целостности ссылок между предками и потомками. С учетом основного правила, никакой потомок не может существовать без родителей.

5. Сетевая модель данных (СМД).

СМД является расширением иерархической, но в отличие от ИМД здесь объект потомок может иметь не одного, а любое количество предков, то есть допускаются любые связи отношений, в том числе и одноуровневые, поэтому сетевая модель может быть представлена графом любого типа. СМД состоит из одного или нескольких типов записей и набора связей между ними, то есть каждый тип записи представлен в базе данных набором экземпляров записей данного типа. Аналогично, каждый тип связи представлен набором экземпляров связей данного типа между конкретными экземплярами типов записей. Для данного типа связей «L», между типом записи предка «Р» и типом записи потомка «С» выполняются следующие условия:

1) каждый экземпляр типа «Р» является предком не более, чем в одном экземпляре «L».

2) каждый экземпляр «С» является потомком не более, чем в одном экземпляре «L».

Над данными выполняются следующие операции:

1) найти конкретную запись (экземпляр) в наборе однотипных записей;

2) перейти от предка к первому потомку по некоторой связи;

3) перейти к следующему потомку по некоторой связи;

4) создать новую запись;

5) уничтожить запись;

6) модифицировать запись;

7) включить в связь;

8) исключить из связи;

9) переставить в другую связь.

Достоинства СМД.

1. навигация по связанным данным, что является отличительной особенностью СМД.

2. использование множественных типов данных для описания атрибута информационных объектов, что позволяет создавать информационные структуры табличной формы.

3. адекватность отражает инфологические схемы сложных предметных областей.

Недостаток: невозможно использовать различные прикладные информационные системы для одинакового описания данных в сетевой организации.

6. Реляционная модель организации данных (РМД).

В РМД объекты сущности инфологической схемы предметной области представляются плоскими таблицами данных. Столбцы таблицы, называемые полями соответствуют атрибутам объектов сущностей. Множество атомарных значений атрибута называется доменом. Строки таблиц представляют собой различное сочетание значений полей из доменов и называются кортежами (записями) и соответствуют экземплярам объектов сущностей.

В случае РМД слово «отношение» выражает не взаимосвязь между таблицами-сущностями, а определение самой таблицы как математического отношения доменов. Ключевому атрибуту объекта сущности, который идентифицирует (определяет) конкретный экземпляр объекта в таблице соответствует ключевое поле, когда конкретную запись таблицы идентифицирует значение не одного поля, а нескольких. Тогда, все эти поля называются ключевыми, а ключ составным. Ключевое поле для созданной записи впоследствии обновиться не может.

В некоторых таблицах роль ключа могут играть сразу несколько полей или группа полей. В этом случае один из ключей объявляется первичным. Непервичные ключи называются возможными, и в отличии от первичных могут обновляться. Отношения связей объектов сущностей в РМД устанавливаются через введение в таблицах дополнительных полей, и называются внешними ключами. Значения первичных ключей уникальны, то есть не могут повторяться. Значения внешнего ключа могут повторяться, что автоматически обеспечивает связь «один ко многим». Следовательно, связи типа «один к одному» в РМД автоматически обеспечиваются при одинаковых первичных ключах и РМД не может непосредственно отражать связь типа «многие ко многим», что снижает возможности реляционных баз при отображении сложных предметных областей.

Таким образом структура РМД определяется следующим набором базовых понятий:

1) таблица – отношение 2) схема таблицы отношения 3) домен 4) поле – атрибут 5) кортеж – запись(строка) 6) ключ 7) первичный ключ 8) вторичный ключ 9) внешний ключ (ссылка).

Ограничение целостности РМД разделяют на 2 группы:

1) требования целостности сущностей 2) целостность ссылок.

Первое заключается в уникальности экземпляров объектов, что соответствует уникальности каждого кортежа. Следовательно, существуют ограничения:

1. отсутствие кортежей-дубликатов (не должны совпадать первичные ключи).

2. отсутствие полей с множественным характером значений атрибутов.

Второе заключается в том, что целостность ссылок для любого кортежа с конкретным значением внешнего ключа должен соответствовать кортеж связанной таблицы с соответствующим значением первичного ключа. С целью создания условий для быстрого нахождения нужной записи при любых изменениях данных вводят индексирование полей.