Лекция 1.

Системы управления базами данных

База данных (БД) - совокупность данных, объединенных одной системой управления, используемой многими пользователями. Хорошо спроектированная база данных содержит совокупность неизбыточных непротиворечивых данных, защищенных от несанкционированного использования.

Для управления базой данных служит система управления. Cистема управления базой данных (СУБД) - программные средства, обеспечивающие доступ к данным и изменение как самих данных, так и структур, в которые они объединены.

1.1. Технические параметры баз данных

Технические параметры баз данных - это предельные параметры, обеспечиваемые СУБД.

Информационные технические параметры включают:

- максимальный объем информации, причем либо прямо, либо в форме максимального количества записей и их размера;

- предельное число и возможно предельный размер файлов.

К техническим параметрам баз данных относят и требования к инструментальным ЭВМ:

- необходимый объем оперативной памяти;

- необходимое пространство на магнитных дисках;

- требования к установленной на ЭВМ операционной системе.

Для характеристики быстродействия используют среднее время доступа для типичных запросов.

1.2. Организация субд

Современные базы данных состоят из большого числа разнообразных данных со сложными взаимосвязями между собой. Поэтому СУБД также содержат разнообразные средства, о существовании большинства из которых не нужно знать конечному пользователю.

В настояшее время СУБД часто описывается как иерархическая трехуровневая структура. На нижнем, физическом, уровне находятся файлы с данными, вспомогательные указатели, таблицы индексов, списки и другие объекты для связи данных в единое целое. На среднем, так называемом концептуальном, уровне располагаются базовые программы для обработки запросов к базе данных. Верхний уровень образуют прикладные программы, взаимодействующие с пользователем.

Концептуальной схемой называют краткое описание требуемой структуры данных.

Подсхема - представление о базе данных, складывающееся у пользователя.

Подсхема находит отражение в интерфейсе пользователя.

Опыт эксплуатации баз данных говорит о том, что базы данных подвержены частым изменениям и такие изменения часто сопровождаются появлением ошибок.

С целью сокращения труда по изменению программных средств уже при проектировании СУБД стремятся к предельно-возможной независимости программ.

Говорят о физической и логической независимостях данных.

Под физической независимостью имеют в виду, что в случае изменений на физическом уровне (например, для повышения быстродействия) изменяют только базовые программы обработки запросов, а концептуальная схема и программы приложений остаются неизменными.

Под логической независимостью понимают то, что при изменении концептуальной схемы и программ приложений не требуется вносить изменений на физическом уровне.

1.3. Концептуальная схема базы данных

Концептуальная схема базы данных играет большую роль в проектировании СУБД, особенно в проектировании программ приложений (прикладных программ).

Используют три вида концептуальных схем (моделей):

- реляционную (табличную);

- сетевую;

- иерархическую (древовидную).

1.4. Реляционная модель

В основе реляционной схемы (модели) находится отношение, которому в последующем сопоставляется таблица.

Отношение определяется как подмножество декартового произведения двух или более множеств.

Множество, участвующее в отношении, называют доменом.

Имя множества называют атрибутом в связи с тем, что отношению обычно сопоставляется некоторый объект, а атрибуту - свойство этого объекта. Значения атрибута берутся из домена.

Элементы отношения - это k-арные кортежи из элементов доменов. Пусть D1, D2, .... , Dk домены, тогда (d1, d2, ... , dk) - k-арный кортеж, причем d1 <- D1, d2 <-D2 и т.п.

Часто отношение представляют в форме таблицы, строки которой соответствуют кортежам, а столбцы - атрибутам.

Схемой отношения называют перечень атрибутов отношения.

Совокупность схем отношений - схема реляционной базы данных, а текущие значения отношений - реляционная база данных.

Следует обратить внимание на то, что порядок перечисления атрибутов (порядок в кортеже) не имеет значения. Также неважно, в каком порядке перечисляются элементы отношения (кортежи).

Отношение по определению не может иметь одинаковых элементов (кортежей). Однако во многих коммерческих реляционных базах данных допускается ввод и хранение одинаковых строк в таблицах.

Несколько атрибутов можно объединять в группу. Такую группу называют агрегатом. Агрегат или отдельный атрибут, значение которого позволяет однозначно идентифицировать элемент отношения, называют ключом.

В реляционной базе данных таблицы хранятся в виде записей определенного формата. Ключам часто сопоставляют индексы, по значению которых быстро находят соответствующую запись.

Каждое отношение часто хранят в отдельном файле.

В концептуальную модель реляционной базы данных включают сведения о необходимых полях записей, сопоставляемых атрибутам.

Пример. Концептуальная схема некоторой реляционной базы данных имеет следующий вид. Здесь символом (*) помечены ключи отношений.

Название БД: Поставщики компьютеров

Атрибуты и тип:

фирма симв(10)

улица симв(25)

дом симв(10)

телефон симв(8)

обозначение симв(30)

цена целый

Отношения и ключи:

МАГАЗИН (фирма, *улица, *дом, телефон)

КОМЬЮТЕР (*обозначение)

СТОИМОСТЬ (улица, дом, обозначение, *цена)

В реляционной базе данных и в ее описании наблюдается следующее соответствие:

Отношение | Таблица | Файл

=============================================

Ключ | Ключ | Ключ для файла

Схема отношения | Головик | Формат записи

Кортеж | Строка | Запись

Элемент отношения | Атрибут | Поле (элемент данных) Агрегат | Группа столбцов | Группа элементов