Наукова розробка "Реляційні бази даних: проектування та експлуатація"

РЕЛЯЦІЙНІ БАЗИ ДАНИХ: ПРОЕКТУВАННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ

 

1. Загальне поняття про РБД.
2. Принципи проектування та експлуатації РБД.
3. Етапи побудови РБД.
4. Приклади операційної реляційної алгебри.
5. Використання РБД у фаховій діяльності.
6. Складові системи «банку» БД.
7. Призначення БД в сучасному суспільстві.
8. Поняття «модель даних»?
9. Характеристика реляційної моделі даних.
10. Типи відношень при побудові РБД.

 

1. Реляційна база даних - це набір відносин, імена яких збігаються з іменами схем відносин в схемі БД.

Як видно, основні структурні поняття реляційної моделі даних (якщо не вважати поняття домену) мають дуже просту інтуїтивне інтерпретацію, хоча в теорії реляційних БД всі вони визначаються абсолютно формально і точно

Загальна характеристика реляційної моделі даних

Основи реляційної моделі даних були вперше викладені у статті Є. Кодда в 1970 р. Ця робота послужила стимулом для великої кількості статей і книг, в яких реляційна модель отримала подальший розвиток. Найбільш поширене трактування реляційної моделі даних належить К. Дейту. Згідно Дейту, реляційна модель складається з трьох частин:

Структурної частини

Цілісної частини

Маніпуляційної частини

Структурна частина описує, які об'єкти розглядаються реляційної моделлю. Постулюється, що єдиною структурою даних, що використовується в реляційної моделі, є нормалізовані n-арні відносини.

Цілісна частина описує обмеження спеціального виду, які повинні виконуватися для будь-яких відносин у будь-яких реляційних базах даних. Це цілісність сутностей і цілісність зовнішніх ключів.

Маніпуляційна частина описує два еквівалентних способу маніпулювання реляційними даними – реляційну алгебру і реляційне числення.

 

2.  Для проектування реляційної бази даних потрібно:

1. Визначити об’єкти, які містяться в базі даних.

2. Визначити зв’язки між об’єктами.

3. Визначити основні властивості об’єктів.

4. Визначити зв’язки між властивостями об’єктів.

5. Створити робочий словник даних для визначення таблиць, що входять до бази даних.

6. Визначити відношення між таблицями баз даних, засновуючись на зв’язках між об’єктами даних, що містяться в таблиці, і включити цю інформацію до словника даних.

7. Продумати операції, що виконуються при створенні та зміні інформації таблиць, включаючи забезпечення цілісності даних.

8. Визначити, як використовувати індекси для прискорення виконання запитів, щоб уникнути сильного уповільнення роботи при додаванні даних до таблиці і надмірного збільшення об’єму дискового простору, що займається базою.

9. Визначити користувачів, яким дозволений доступ до даних, їх редагування, а також зміна при необхідності структури таблиць.

10. Описати структуру бази даних в цілому, завершити створення словників даних для своєї бази та для кожної таблиці, що міститься в ній, розробити процедури для операцій з базою даних, включаючи створення резервних копій і відновлення вихідних файлів.

 

3. Етапи розробки бази даних

При розробці БД можна виділити такі етапи:

1. перший етап (постановка проблеми) — формується завдання щодо створення БД, у якому описується склад БД, призначення та цілі її створення, а також перелічуються види роботи, які передбачається виконувати в цій БД;

2. другий етап (аналіз об’єктів) — визначається склад об’єктів БД, їхні властивості (параметри, якими будуть описані вибрані об’єкти, а також тип кожного з параметрів);

3. третій етап (синтез моделі) — вибір певної моделі бази даних та створення схеми вибраної моделі із зазначенням зв’язків між таблицями та вузлами;

4. четвертий етап (способи подання інформації, програмний інструментарій) — вибір програми СУБД і форми подання інформації;

5. п’ятий етап (синтез комп’ютерної моделі об’єкта і технологія його створення) поділяється на стадії:

Стадія 1. Запуск СУБД, створення нового файла БД або відкриття створеної раніше бази.

Стадія 2. Створення таблиці або декількох таблиць.

Для створення таблиць можна використовувати режим Конструктор або Мастер. Створену таблицю потрібно зберегти, надавши їй унікального в межах створеної бази імені.

Майстер — програмний модуль для виконання певних операцій.

Конструктор — режим, у якому здійснюється створення таблиці або форми.

Стадія 3. Створення екранних форм.

Форма — створений користувачем графічний інтерфейс із використанням елементів управління для наочного введення даних у базу.

Створену форму можна редагувати, змінювати місцерозташування, розмір і формат полів; змінювати розмір, колір шрифту, спосіб рівняння тексту у вікні поля.

Стадія 4. Заповнення БД.

 

4. Ефективність реляційної моделі бази даних визначається здатністю виконувати над відношеннями наступні операції алгебри відношень: об’єднання, перетин, різниця, декартовий добуток, ділення, проекція, вибір, з’єднання. Степінь відношення - це кількість атрибутів, які в нього входять (або кількість стовпців у таблиці). Потужність відношення - кількість записів у таблиці відношень (або кількість рядків без заголовку в таблиці).

Операція об’єднання.

Операція об’єднання проводиться над двома відношеннями. Результуюче відношення включає всі записи першого відношення і ті записи другого відношення, яких немає в першому.

Операція перетину.

Перетин виконується над двома відношеннями. Результуюче відношення містять тільки ті записи, які є одночасно в першому і другому відношеннях.

Операція різниці.

Операція різниці проводиться над двома відношеннями. Результуюче відношення містять ті записи першого відношення, яких немає в другому відношенні

Операція декартового добутку.

Декартовий добуток виконується над двома відношеннями, степінь результуючого відношення дорівнює сумі степенів первинних відношень, а потужність рівна добутку їх потужностей. Результуюче відношення містять всі можливі комбінації в записі первинних відношень.

Операція ділення.

Операція ділення - відношення дільника повинно містити підмножину атрибутів відношення діленого. Результуюче відношення включає тільки ті записи декартового добутку результуючого відношення з дільником, які містяться в діленому. Крім того, результуюче відношення містить тільки ті відношення діленого, яких немає в дільнику.

Операція проекції.

Операція проекції виконується над одним відношенням. Результуюче відношення включає частину атрибутів вихідного, на які виконується проекція.

Операція вибору.

Операція вибору відбувається над одним відношенням. Результуючі відношення містять тільки ті записи, які відповідають певній умові з даного атрибуту

 

5.Основні операції, які можна виконати за допомогою СКБД:

1. створити новий файл бази даних у вигляді таблиці;
2. створити структуру таблиці (тобто структуру запису);
3. увести дані в таблицю;
4. зберегти таблицю на диску;
5. у разі потреби модифікувати (змінити)   структуру;
6. доповнити базу даних записами;
7. вилучити зайві записи;
8. впорядкувати записи за зростанням чи спаданням значень у деякому полі;
9. відшукати записи, що задовольняють деякому критерію за допо­могою фільтра чи звернувшись до бази даних із запитом;

10. виконати обчислення;
11. подати потрібні дані у вигляді форми чи звіту.

У фактографічних БД фіксуються дані про події, явища, процеси, і їх характеристики.

У документальних БД  зберігається інформація про стан деякої предметної області.

 

6. Системи управління базами даних (СУБД ) — це програми призначені для створення баз даних і пошуку інформації в них. Сукупність СУБД та БД називається банком даних. На сучасному етапі найвідоміші наступні СУБД: реляційні -MS Access, Clipper, dBase, Oracle, Paradox; сіткові - Fox Base\ FoxPro; ієрархічні - IMS/VS.

 

7. База даних — це розміщена на носіях велика кількість даних однакової структури з конкретної галузі. Наприклад БД може бути: телефонний довід­ник, каталог книг у бібліотеці, розклад  руху транспорту,  анкетні дані про співробітників фірми, облік випущеної продук­ції, матеріалів на складах тощо.

Бази даних використовуються в інформаційно-пошукових систе­мах, наприклад, електронних довідниках, картотеках, каталогах. В аеропорту або на залізничному вокзалі можна отримати на дисплеї інформацію про вільні місця, розклад руху літаків чи поїздів у потрібному напрямку. Сьогодні за допомогою комп'ютера можна зробити покупку, не виходячи з дому. Переглядаючи ілюстровану базу даних — електрон­ний каталог, можна вибрати продукти, одяг чи модель автомобіля й організувати через Internet відповідне замовлення, оплату і доставку.

Дані у базі повинні бути повними, розумно організованими, зруч­ними у користуванні. Даних може бути дуже багато. їх регулярно по­трібно оновлювати. Тому їх зберігають у зовнішній пам'яті у файлах даних, з розширенням .mbd.

 

8. Моделі баз даних :

- База даних може бути заснована на одній моделі або на сукупності декількох.

Існує три основні типи моделей даних: реляційна, ієрархічна та мережева.

Термін «реляційний» (від латин. relatio — відношення) указує передусім на те, що така модель зберігання даних побудована на взаємовідношенні частин, що її складають. У найпростішому випадку реляційна модель являє собою двовимірний масив або двовимірну таблицю, а при створенні складних інформаційних моделей складає сукупність взаємопов’язаних таблиць. Кожний рядок такої таблиці називається записом, кожний стовпець — полем.

Реляційна модель бази даних має такі властивості:

1. кожний елемент таблиці — один елемент даних;

2. усі стовпці в таблиці є однорідними, тобто мають однаковий тип;

3. кожний стовпець (поле) має унікальне ім’я;

4. однакові рядки в таблиці відсутні;

5. порядок слідування рядків у таблиці може бути довільним і може характеризуватися кількістю полів, кількістю записів, типом даних.

Над цією моделлю бази даних зручно виконувати такі дії:

1. сортування даних (наприклад за алфавітом);

2. вибірка даних за групами (наприклад класами);

3. пошук записів (наприклад за прізвищами) і т. д.

Реляційна модель даних, як правило, складається з декількох таблиць, які зв’язуються між собою ключами. Ключ — поле, яке однозначно визначає відповідний запис. Необхідно зазначити, що зараз реляційна модель даних є найбільш зручною і застосовною моделлю зберігання даних.

Ієрархічна модель бази даних являє собою сукупність елементів, які розташовані у порядку їх підкорення від загального до часткового і створюють обернене дерево (граф). Ця модель характеризується такими параметрами, як рівні, вузли, зв’язки. Вузол — це інформаційна модель елемента, що міститься на даному рівні ієрархії.

Мережева модель даних схожа на ієрархічну. Вона має ті самі основні складові (вузол, рівень, зв’язок), однак характер їх відносин принципово інший. У мережевій моделі прийнятий вільний зв’язок між елементами різних рівнів.

 

9. Реляцíйна модéль дáних — розроблена Едгаром Коддом в 1970 логічна модель даних, що описує:

структури даних у вигляді наборів відношень, що, можливо, змінюються в часі;

теоретико-множинні операції над даними: об'єднання, перетин, різниця і декартів добуток;

спеціальні реляційні операції: селекція, проекція, з'єднання і розподіл;

а також спеціальні правила, що забезпечують цілісність даних.

Обробка даних в реляційній моделі ґрунтується на принципах реляційної алгебри.

 

10. Відношення реляційних баз даних.

Відношення реляційної бази даних діляться на два класи: об’єктні та зв’язні. Об’єктне відношення зберігає дані про об’єкти (екземпляри сутності). В об’єктному відношенні один (або декілька) з атрибутів однозначно ідентифікують об’єкт. Такий ключовий атрибут називається (одиничним чи множинним) ключем відношень або первинним атрибутом. Ключ, як правило, знаходиться у першому стовпці. Інші атрибути функціонально залежать від даного ключа. Ключ може включати кілька атрибутів (складний ключ). В об’єктному відношенні атрибути не повинні дублюватися. Це основне обмеження в реляційній базі даних для збереження цілісності даних. Зв’язне відношення зберігає ключі двох чи більше об’єктних відношень, тобто по ключах встановлюються зв’язки між об’єктами відношень. Зв’язне відношення може мати і інші атрибути, які функціонально залежать від цього зв’язку. Ключі в зв’язних відношеннях називаються зовнішніми (сторонніми) ключами, оскільки вони є первинними ключами інших відношень.

Умови і обмеження, які накладаються на відношення реляційних баз даних на табличному рівні представлення, можна сформулювати наступним чином:

· не може бути однакових первинних ключів, тобто всі рядки (записи) повинні бути унікальними;

· всі рядки повинні мати однакову типову структуру;

· імена стовпців в таблиці повинні бути різними, а значення стовпців повинні бути однотиповими;

· значення стовпців повинні бути атомарними, тобто не можуть бути компонентами інших відношень;

· повинна зберігатися цілісність для зовнішніх ключів;

· порядок розміщення рядків у таблиці неістотний - він впливає лише на швидкість доступу до потрібного рядка.