Классификация БД

По модели представления данных БД классифицируются как:

• картотеки;

• сетевые БД;

• иерархические БД;

• реляционные БД;

• многомерные БД;

• объектно-ориентированные БД;

• дедуктивные БД.

Тема 1.2. Ранние подходы к организации СУБД

Рассматриваемые вопросы: Системы, основанные на инвертированных списках, иерар­хические и сетевые СУБД. Сравнительный анализ. Достоинства. Недостатки.

Известные иерархические СУБД:

• Иерархической базой данных является файловая система.

• Типичным представителем (наиболее известным и распространённым) является Information Management System (IMS) фирмы IBM. Первая версия появилась в 1968 г.

• Time-Shared Date Management System (TDMS) компании Development Corporation.

• Mark IV Multi - Access Retrieval System компании Control Data Corporation.

• System - 2000 разработки SAS-Institute.

• Серверы каталогов, такие, как LDAP и Active Directory (допускают чёткое представление в виде дерева).

• По принципу иерархической БД построен и реестр Windows.

Реляционная БД – БД, основанная на реляционной модели. Теория реляционных баз данных была разработана доктором Коддом из компании IBM в 1970 году.

В реляционных БД все данные представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении которых расположены данные.

Запросы к таким таблицам возвращают таблицы, которые сами могут становиться предметом дальнейших запросов. Каждая база данных может включать несколько таблиц.

Кратко особенности реляционных БД можно сформулировать следующим образом:

• Данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов («атрибутов») и строк («записей», «кортежей»).

• На пересечении каждого столбца и строчки стоит в точности одно значение.

• У каждого столбца есть своё имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип.

• Запросы к базе данных возвращают результат в виде таблиц, которые тоже могут выступать как объект запросов.

• Строки в реляционной базе данных неупорядочены – упорядочивание производится в момент формирования ответа на запрос.

Общепринятым стандартом языка работы с реляционными базами данных является язык SQL.

Тема 1.3. Общие понятия реляционного подхода к организации БД. Основные концепции и термины

Рассматриваемые вопросы: Общая характеристика. Базовые понятия реляционных БД. Домен. Схема отношения, схема БД. Кортеж, отношение. Пер­вичный и внешний ключи.

Реляционная БД (relational database) – БД, основанная на реляционной модели.

Реляционная модель данных (relational data model) – логическая модель данных, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в реляционных базах данных.

Структурный аспект (structure aspect) – данные в базе данных представляют собой набор отношений.

Аспект целостности (integrity aspect) – отношения отвечают определённым условиям целостности. РМД поддерживает декларативные ограничения целостности уровня домена (типа данных), уровня отношения и уровня базы данных.

Аспект обработки (манипулирования) (manipulation aspect) – РМД поддерживает операторы манипулирования отношениями (реляционная алгебра, реляционное исчисление).

Кроме того, в состав реляционной модели данных обычно включают теорию нормализации.

Реляционная модель данных является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики как теория множеств и формальная логика.

Термин «реляционный» означает, что теория основана на математическом понятии отношение (relation).

Для лучшего понимания РМД следует отметить следующие факты:

• модель является логической, т.е. отношения являются логическими (абстрактными), а не физическими (хранимыми) структурами;

• для реляционных баз данных верен информационный принцип «всё информационное наполнение базы данных представлено одним и только одним способом», а именно – явным заданием значений атрибутов в кортежах отношений (в частности, нет никаких указателей (адресов), связывающих одно значение с другим);

• наличие реляционной алгебры позволяет реализовать декларативное программирование и декларативное описаний ограничений целостности, в дополнение к навигационному (процедурному) программированию и процедурной проверке условий.

Достоинства реляционной модели

• Простота и доступность понимания конечным пользователем, т.к. единственной информационной конструкцией является отношение.

• При проектировании реляционной БД применяются строгие правила, базирующие на математическом аппарате.

• РМД обеспечивает полную независимость данных, т.е. при изменении структуры реляционной БД изменения, которые требуется произвести в прикладных программах, – минимальны.

• При построении запросов и написании прикладных программ отсутствует необходимость в знании конкретной организации БД во внешней памяти.

Недостатки реляционной модели

• Относительно низкая скорость доступа к данным и использование большого объёма внешней памяти.

• Трудность понимания структуры данных из-за появления большого количества таблиц в результате логического проектирования.

• Невозможность или крайне высокая сложность представления в виде таблиц некоторых предметных областей.

Кортеж (tuple) – элемент отношения («строка таблицы»).

Заголовок (схема) отношения r (Hr) – конечное множество упорядоченных пар вида <A, T>, где A называется именем атрибута, а T обозначает имя некоторого базового типа или ранее определённого домена, то есть множества допустимых значений.

SQL-пример: uid int(11)

По определению требуется, чтобы все имена атрибутов в заголовке отношения были различны.

Кортеж tr, соответствующий заголовку Hr – множество упорядоченных триплетов вида <A, T, v>, по одному такому триплету для каждого атрибута в Hr.

Третий элемент – v – триплета <A, T, v> должен являться допустимым значением типа данных или домена T.

Т.к. имена атрибутов уникальны, в кортеже не указываются домены (типы данных).

Тема 1.4. Базисные средства манипулирования реляционными данными

Рассматриваемые вопросы: Реляционная алгебра. Основные операции реляционной ал­гебры: объединение, пересечение, разность, произведение, вы­бор, создание проекций, соединение, присвоение, деление. Реля­ционное исчисление.

Основная идея реляционной алгебры состоит в том, что коль скоро отношения являются множествами, то средства манипулирования отношениями могут базироваться на традиционных теоретико-множественных операциях, дополненных некоторыми специальными операциями, специфичными для баз данных.

Существует много подходов к определению реляционной алгебры, которые различаются набором операций и способами их интерпретации, но в принципе, более или менее равносильны. Мы опишем немного расширенный начальный вариант алгебры, который был предложен Коддом. В этом варианте набор основных алгебраических операций состоит из восьми операций, которые делятся на два класса - теоретико-множественные операции и специальные реляционные операции. В состав теоретико-множественных операций входят операции:

• объединения отношений;
• пересечения отношений;
• взятия разности отношений;
• прямого произведения отношений.

Специальные реляционные операции включают:

• ограничение отношения;
• проекцию отношения;
• соединение отношений;
• деление отношений.

Кроме того, в состав алгебры включается операция присваивания, позволяющая сохранить в базе данных результаты вычисления алгебраических выражений, и операция переименования атрибутов, дающая возможность корректно сформировать заголовок (схему) результирующего отношения.