Структура базы данных кратко

Обновлено: 30.06.2024

SQL – это язык структурированных запросов. СУРБД – система управления реляционными базами данных. Существуют следующие разновидности баз данных:

Система управления файлами
Иерархические
Сетевые
Реляционные
Объектно-ориентированные
Гибридные

1) Иерархические – первые базы данных. Иерархическая база данных основана на древовидной структуре хранения информации и напоминает файловую систему компьютера. С точки зрения организации хранения информации, иерархическая база данных состоит из упорядоченного набора деревьев одного типа – каждая
запись в базе данных реализована в виде отношений предок-потомок. Основной недостаток иерархической структуры базы данных –невозможность реализовать отношения многие ко многим. Иерархические базы данных наиболее пригодны для моделирования структур, являющихся иерархическими по своей природе. Иерархия подразумевает только одного родителя.

2) Сетевые базы данных – являются расширением иерархических баз данных. Иерархические базы данных из-за большого количества недостатков просуществовали недолго и были заменены на сетевые базы данных.Сетевые базы данных представляют собой организацию данных в виде железнодорожных путей, где каждая крупная станция имеет связи с несколькими другими станциями. В сетевых базах данных имеется связь многие ко многим. Недостатком сетевых баз данных является сложность разработки больших приложений.

3) Реляционные базы данных – произвели настоящий прорыв в развитии теории баз данных. Основная задача реляционной модели была упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении
которых расположены данные.Особенности реляционной базы данных:

Данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов и строк
На пересечении каждого столбца и строки находится только одно значение
У каждого столбца есть свое имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип.
Столбцы располагаются в определенном порядке, который задается при создании таблицы, в отличие от строк, которые располагаются в произвольном порядке.
В таблице может не быть ни одной строчки, но должен быть хотя бы один столбец.
Запросы к базе данных возвращают результат в виде таблиц, которые тоже могут выступать как объект запросов.

Первичные ключи

Строки в реляционной базе данных неупорядоченные. Для выбора в таблице конкретной строки создается один или несколько столбцов, значения которых во всех строках уникальны. Такой столбец называется первичным ключом.
Первичный ключ (primary key) – является уникальным значением в столбце. Никакие из двух записей таблицы не могут иметь одинаковых значений первичного ключа.
По способу задания первичных ключей различают логические (естественные) ключи и суррогатные (искусственные).
Логический ключ – представляет собой значение, определяющее запись естественным образом.
Суррогатный ключ – представляет собой дополнительное поле в базе данных, предназначенное для обеспечения записей первичным ключом.

Нормализация базы данных

Нормализацией схемы базы данных – называется процедура, производимая над базой данных с целью удаления в ней избыточности.

Централизованная архитектура

При централизованной архитектуре и приложение, СУБД и база данных размещаются на одном центральном мэйнфрейме – базовой универсальной вычислительной машине. Пользователи подключаются к нему посредством терминалов. Терминал представлял собой клавиатуру, монитор и сетевую карту, посредством которой происходит обмен данных терминала с мэйнфреймом. Роль приложения состоит в принятии вводимых данных с пользовательского терминала по сети и передаче их на обработку СУБД с последующей передачей полученного от СУБД ответа на монитор терминала.

Архитектура клиент-сервер

В клиент-серверной архитектуре персональные компьютеры объединены в локальную сеть, в этой же сети находится и сервер баз данных, на котором содержатся общие для всех клиентом базы данные и СУБД. Вычислительные возможности сервера полностью сосредоточены на обслуживании СУБД.

Трехуровневая архитектура интернета

Трехуровневая модель позволяет отделить клиентское программное обеспечение от серверной части, а на серверной стороне отделить веб-сервер от сервера базы данных.
Несколько серверов, работающих над одной и той же задачей, функционируют надежнее и обходятся дешевле, чем один сервер высокой производительности.

Кластерная модель

Кластеры часто называют дешевыми супер ЭВМ. Ряд маломощных машин объединяют в локальную сеть. Специальное программное обеспечение распределяет вычисления между отдельными хостами сети. Выход из строя одного из хостов никак не отражается на работе все сети, а сам кластер легко расширяется за счет ввода дополнительных машин.

Как работают базы данных.

По сути, база данных – это набор файлов, в которых хранится информация. СУБД – система управления базами данных, управляет данными, берет на себя все низкоуровневые операции по работе с файлами, благодаря чему программист при работе с базой данных может оперировать лишь логическими конструкциями при помощи
языка программирования, не прибегая к низкоуровневым операциям.

Язык структурированных запросов SQL позволяет производить следующие операции:

Выборку данных – извлечение из базы данных содержащейся в ней информации.
Организацию данных – определение структуры базы данных и установления отношений между ее элементами.
Обработку данных – добавление, изменение, удаление.
Управление доступом – ограничение возможностей ряда пользователей на доступ к некоторым категориям данных, защита данных от несанкционированного доступа.
Обеспечение целостности данных – защита базы данных от разрушения.
Управление состоянием СУБД.

Достоинства системы управления базами данных MySQL:

Скорость выполнения запросов.
СУБД MySQL разработана с использованием языков C/C++ и оттестирована более чем на 23 платформах.
Открытый код доступен для просмотра и модернизации всем желающим.
Высокое качество и устойчивость работы.
Поддержка API для различных языков программирования
Наличие встроенного сервера. СУБД MySQL может быть использован как с внешним сервером, поддерживающим соединение с локальной машиной и с удаленным хостом, так и в качестве встроенного сервера.
Широкий выбор типов таблиц позволяет реализовать оптимальную для решаемой задачи производительность и функциональность.
Локализация выполнена корректна.
Совместимость с другими базами данных и полностью удовлетворяет стандарту SQL.

Индексы

Индексы – основной способ ускорения работы баз данных. Чтобы найти нужную запись, необходимо сканировать всю таблицу, на что уходит большое количество времени.
Идея индексов состоит в том, чтобы создать для столбца копию, которая постоянно будет поддерживаться в отсортированном состоянии. Это позволяет очень быстро осуществлять поиск по такому столбцу, так, как заранее известно, где необходимо искать значение.
Добавление или удаление записи требует дополнительного времени на сортировку столбца, кроме того, создание копии увеличивает объем памяти, необходимый для размещения таблицы на жестком диске.

Существует несколько видов индексов:

Первичный ключ – главный индекс таблицы. В таблице может быть только один первичный ключ, и все значения такого индекса должны отличаться друг от друга, являться уникальными в пределах одного столбца.
Обычный индекс – таких индексов может быть несколько.
Уникальный индекс – уникальных индексов также может быть несколько, на значения индекса не должны повторяться.
Полнотекстовый индекс – специальный вид индекса для столбцов типа TEXT, позволяющий производить полнотекстовый поиск.

Типы и структура таблиц

СУБД MySQL поддерживает несколько видов таблиц, каждая из которых имеет свои возможности и ограничения.

MyISAM

MyISAM – является родным типом таблиц для базы СУБД MySQL. База данных в MySQL организуется как каталог. Таблицы базы данных организуются как файлы данного каталога. Каждая MyISAM таблица хранится на диске в трех файлах, имена которых совпадают с названием таблицы, а расширение может принимать одно из следующих значений:

Frm – содержит структуру таблицы, в файле данного типа хранится информация об именах и типах столбцов и индексов.
Myd – файл, в котором содержатся данные таблицы.
Myi – файл, котором содержатся индексы таблицы.

Особенности типа таблиц MyISAM:

Данные хранятся в кросс-платформенном формате, это позволяет переносить базы данных с сервера непосредственным копированием файлов, минуя промежуточные форматы.
Максимальное число индексов в таблице составляет 64. Каждый индекс может состоять максимум из 16 столбцов.
Для каждого из текстовых столбцов может быть назначена своя кодировка.
Допускается индексирования текстовых столбцов, в том числе и переменной длины.
Поддерживается полнотекстовый поиск.
Каждая таблица имеет специальный флаг, указывающий правильность закрытия таблиц. Если сервер останавливается аварийно, то при его повторном старте незакрытые флаги сигнализируют о возможных сбойных таблицах, сервер автоматически проверяет их и пытается восстановить.

MERGE

Тип таблиц MERGE позволяет сгруппировать несколько таблиц типа MyISAM в одну. Такой тип таблиц применяется для снятия ограничения на объем таблиц MyISAM. Таблицы MyISAM, которые подвергаются объединению в одну таблицу MERGE, должны иметь одинаковую структуру, то есть, одинаковые столбцы и индексы, а также порядок их следования.
При создании таблицы типа MERGE будут образованы файлы структуры таблицы с расширением frm и файлы с расширением mrg. Файл mrgсодержит список индексных файлов, работа с которыми должна осуществляться как с единым файлом.

MEMORY (HEAP)

Тип таблиц MEMORY хранится в оперативной памяти, поэтому все запросы к такой таблице выполняются очень быстро. Недостатком является полная потеря данных в случае сбоя работы сервера, поэтому в таблице данного типа хранят только временную информацию, которую можно легко восстановить заново.
При создании таблицы типа MEMORY она ассоциируется с одним-единственным файлом, имеющим расширение frm, в котором определяется структура таблицы.
При остановке или перезапуске сервера данный файл остается в текущей азе данных, но содержимое таблицы, которое хранится в оперативной памяти, теряется.

Ограничения MEMORY таблиц:

Автор

Программист с образованием в области IT и опытом разработки на разных языках. Автор статей по программированию. Общий опыт работы в сфере IT и интернета более 5 лет.

База данных (БД) — это структурированная упорядоченная совокупность данных, которыми управляют централизованно.

Набор средств, необходимых для создания, изменения данных и обеспечения доступа к ним, называется системой управления базами данных (СУБД).

База данных рассчитана именно на поиск данных и выдачу их пользователю.

К одной базе данных возможен доступ сразу нескольких пользователей одновременно.

Существуют три вида баз данных: сетевые, иерархические и реляционные. Они различаются способом реализации связей между данными.

Ø Сетевые БД реализуют связи посредством отношений, в результате данные в базе связаны между собой подобно сети.

Ø Иерархические БД являются некоторой разновидностью сетевых БД, связи направлены строго «сверху вниз.

Ø Реляционные БД реализуют связи между данными посредством ссылок (или реляций), т. е. одни данные хранят ссылки на другие данные. Такие БД имеют жесткую структуру и могут быть представлены в виде таблиц.

В настоящее время наиболее широко распространены реляционные базы данных, базы данных в Мicrosoft Асcess являются реляционными.

Важным требованием, предъявляемым к таблицам реляционной базы данных, является минимизация количества повторяющихся данных. Если в одной таблице существуют повторяющиеся данные, то их следует поместить в другую таблицу, которая включает в себя первичный ключ первой таблицы.

СУБД “Access” входит в состав пакета Office ХР, содержит набор средств, реализующих все функции, связанные с управлением базой данных. Достоинством Мicrosoft Асcess является и то, что всей базе данных соответствует только один файл на диске, содержащий все ее объекты.

Окно программы ACCESS.

Элементы окна:

· главное меню, содержит Файл, Правка, Вид, Сервис …;

Стандартная панель инструментов Асcеss содержит набор значков, соответствующих наиболее часто используемым командам,

Панель инструментов окна базы данных может содержать и другие значки, поскольку некоторые из них добавляются на панель инструментов в процессе работы Асееве в зависимости от типа активного объекта.

· Раздел Объекты содержит вертикальный ряд кнопок, представляющих все объекты ACCESS (таблицы, запросы, формы и т.д.);

· Раздел Группы содержит созданные пользователем группы объектов.

Документы Ассеss.

Документом Асcеss является база данных. Файл имеет расширение .mdb.

Любому объекту в базе данных — таблице, запросу, форме, отчету, макросу, модулю — соответствует определенное окно. Ассеss позволяет открывать на экране несколько окон. Однако они могут соответствовать только различным объектам открытой базы данных.

Особенность Асcеss при работе с документами состоит в том, что в отличие от других программ пакета Microsoft Officce он работает только с одной базой данных одновременно.

Объекты Access.

Таблица—элемент данных, представляющий собой набор записей одного типа. Таблица всегда имеет имя и может быть пустой, т. е. не содержать записей.

Запрос— объект, задающий правило выбора нужных данных из базы. Его результатом является набор записей, т. е. некоторая временная таблица.

Форма— объект, позволяющий отображать и редактировать данные в удобном для пользователя виде. Кроме данных форма может содержать и другие элементы, например рамки, линии, геометрические элементы (дуги, окружности). Можно также располагать в форме текст, метки и даже кнопки, позволяющие запускать команды (например, команды перехода в другую форму или расчета некоторых значений).

Отчет— объект, позволяющий получать данные в пригодном для вывода на принтер виде. Он может содержать различные элементы оформления.

Макрос — объект, дающий возможность с помощью одной операции выполнять некоторую последовательность команд;Макросы - это макрокоманды. Если какие-то операции с БД проводятся часто.

Модуль— объект, представляющий собой программу на каком-либо языке программирования, реализующую некоторый алгоритм обработки данных в базе.

Таблицы.

Особенности таблиц БД:

Таблицы БД не являются самостоятельными документами (файлами).Структура таблиц входит в состав общего файла наряду с запросами, формами и другими объектами. При изменении структуры таблицы система выдает запрос на сохранение изменений. Но содержание таблиц нельзя сохранить принудительной командой или, наоборот, отказаться от его сохранения. Все изменения в таблицах сохраняются автоматически в режиме реального времени. Пока мы работаем с таблицей, происходит ее непрерывное сохранение. Как только заканчивается ввод данных в одно поле и происходит переход к следующему полю, данные немедленно записываются на жесткий диск

Создание таблицы:

Ø Запустите Access;

Ø Новая база данных;

Ø введите имя файла новой базы данных;

Ø нажмите кнопку Создать;

Ø в появившемся окне перейдите на вкладку Таблицы;

Ø нажмите кнопку Создать;

Ø выберите способ создания таблицы.

Способы создания таблиц:

Ø Режим таблицы — в виде таблицы (наполнять таблицу данными);

Ø Конструктор — вручную, в Конструкторе таблиц (изменять структуру: удалять, добавлять поля, изменять их свойства);

Ø Мастер таблиц — пошаговое создание;

Ø Импорт таблиц — копирование из другой базы данных;

Ø Связь с таблицами — установление связи с таблицей из другой базы данных. При этом сама таблица не копируется, но ее структура и данные становятся доступными в текущей базе данных.

Элементы таблиц:

Поле— это наименьший элемент данных, имеющий имя и значение.

Запись— элемент данных, состоящий из значений нескольких полей. В отличие от поля запись не имеет имени, но имеет номер.

Для того чтобы найти нужную запись в таблице, используется метод ключей поиска. Он состоит в нахождении записи с помощью значения одного из ее полей. Это поле называется ключевымили просто ключом. Если один из ключей уникален, т. е. его значения не повторяются среди всех записей в таблице, то он называется первичным ключом. Этот ключ всегда указывает только на одну запись в отличие от остальных ключей, которые указывают на определенное множество записей (возможно, вообще ни на какие записи) и значения которых могут повторяться. Обычно в роли первичного ключа выступает специальное числовое поле, значение которого автоматически увеличивается СУБД при добавлении записей в таблицу. Такое поле называется идентификатором.

Поле.

Имя поля — это строка длиной не более 64 символов включая пробелы.

Тип поля указывает, какие значения может содержать поле. В СУБД Ассеss определены следующие типы полей:

Ø Текстовый — строка текста длиной не более 255 символов;

Ø Поле МЕМО — текст объемом до 64 000 символов;

Ø Числовой — для записи чисел;

Ø Дата/Время — для записи даты и времени;

Ø Денежный — числовой тип для записи денежных сумм; при просмотре его значений выводится символ валюты;

Ø Счетчик — числовой тип, значения которого изменяются системой автоматически;

Ø Логический — логический тип, значения которого Да или Нет, Истина или Ложь, Вкл или Выкл;

Ø Поле объекта OLE – объект, созданный другим приложением;

Ø Гиперссылка адрес гиперссылки – путь к объекту, документу или Web-страницы;

Ø Мастер подстановок позволяет создавать поле со списком для выбора значений из какой-то таблицы БД.

(Необязательно)! Дополнительные свойства полей.

Структура базы данных.

Структуру базы данных составляют таблицы и связи между ними — схема данных.

Связь (отношение) устанавливается между двумя полями таблиц, причем эти поля должны быть одного типа и одного размера.

Перед заданием связей необходимо закрыть таблицы, так как невозможно установить связи между открытыми (редактируемыми) таблицами.

Две записи связаны, если значения связанных полей у них полностью совпадают.

Создание связей между таблицами осуществляется через специальное диалоговое окно, которое называется Схема данных. Это окно открывается щелчком на одноименной кнопке панели инструментов или через меню Сервис. Затем добавляют все таблицы, которые надо связать. Связь между полями устанавливают путем перетаскивания имени поля из одной таблицы в другую на соответствующее ему связанное поле. При этом открывается возможность задать свойства образующейся связи:

обеспечение целостности данных – т.е.

1. в подчиненную таблицу не может быть добавлена запись с несуществующим в главной таблице значением ключа связи;

2. в главной таблице нельзя удалить запись, если не удалены связанные с ней записи в подчиненной таблице;

3. в главной таблице нельзя изменить значение ключа связи, если в подчиненной таблице имеются связанные с ней записи.

Если для выбранной связи активизируется Обеспечение целостности данных, то можно задать следующие режимы:

каскадное обновление связанных полей и каскадное удаление связанных записейобеспечивают одновременной обновление или удаление данных во всех подчиненных таблицах при их изменении в главной таблице. (Например, если изменилась фамилия какой-то клиентки, то вносятся изменения только в одну таблицу, а в связанные с ней изменения вносятся автоматически.)

Запросы.

Для одной и той же базы данных можно создать множество различных запросов, каждый из которых будет извлекать из базы ту часть информации, которая необходима пользователю в данный момент. В результате работы запроса из общей БД формируется результирующая таблица.

Запросы можно создавать автоматически с помощью мастера или вручную с помощью Конструктора.

Виды запросов.

Запросы на выборку. Цель запросов такого вида состоит в создании результирующей таблицы, в которой отображаются только нужные по условию запроса данные из базовых таблиц.

Условие отбора представляют собой выражения, включающие конкретные значения, имена полей, константы, операторы, функции и т.д., и задает критерий для отбора записей.

Операнды.

Операторы.

Поле.

Имя поля — это строка длиной не более 64 символов включая пробелы.

Тип поля указывает, какие значения может содержать поле. В СУБД Ассеss определены следующие типы полей:

Ø Текстовый — строка текста длиной не более 255 символов;

Ø Поле МЕМО — текст объемом до 64 000 символов;

Ø Числовой — для записи чисел;

Ø Дата/Время — для записи даты и времени;

Ø Денежный — числовой тип для записи денежных сумм; при просмотре его значений выводится символ валюты;

Ø Счетчик — числовой тип, значения которого изменяются системой автоматически;

Ø Логический — логический тип, значения которого Да или Нет, Истина или Ложь, Вкл или Выкл;

Ø Поле объекта OLE – объект, созданный другим приложением;

Ø Гиперссылка адрес гиперссылки – путь к объекту, документу или Web-страницы;

Ø Мастер подстановок позволяет создавать поле со списком для выбора значений из какой-то таблицы БД.

(Необязательно)! Дополнительные свойства полей.

Структура базы данных.

Структуру базы данных составляют таблицы и связи между ними — схема данных.

Две записи связаны, если значения связанных полей у них полностью совпадают.

обеспечение целостности данных – т.е.

2. в главной таблице нельзя удалить запись, если не удалены связанные с ней записи в подчиненной таблице;

Если для выбранной связи активизируется Обеспечение целостности данных, то можно задать следующие режимы:

Запросы.

Запросы можно создавать автоматически с помощью мастера или вручную с помощью Конструктора.

Виды запросов.

Создавая базу данных, мы стремимся упорядочить информацию по различным признакам для того, чтобы потом извлекать из нее необходимые нам данные в любом сочетании. Сделать это возможно, только если данные структурированы. Структурирование - это набор соглашений о способах представления данных. Понятно, что структурировать информацию можно по-разному. В зависимости от структуры различают иерархическую, сетевую, реляционную, объектно-ориентированную и гибридную модели баз данных. Самой популярной на сегодняшний день является реляционная структура, поэтому об остальных упомянем лишь вскользь.

Иерархическая структура базы данных

Это древовидная структура представления информации. Ее особенность в том, что каждый узел на более низком уровне имеет связь только с одним узлом на более высоком уровне. Посмотрим, например, на фрагмент иерархической структуры базы данных "Институт":

Из структуры понятно, что на одной кафедре может работать несколько преподавателей. Такая связь называется "один ко многим" (одна кафедра - много преподавателей). Но если мы попытаемся добавить в эту структуру группы студентов, то нам понадобится связь "многие ко многим":

(один преподаватель может работать со многими группами, а одна группа может учиться у многих преподавателей), а такой связи в иерархической структуре быть не может (т.к. связь может быть только с одним узлом на более высоком уровне). Это основной недостаток подобной структуры базы данных.

Сетевая структура базы данных

По сути, это расширение иерархической структуры. Все то же самое, но существует связь "многие ко многим". Сетевая структура базы данных позволяет нам добавить группы в наш пример. Недостатком сетевой модели является сложность разработки серьезных приложений.

Реляционная структура базы данных

Все данные представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении которых расположены данные. Подробно об этом мы будем говорить в следующих уроках, здесь же хочется отметить, что эта структура стала настоящим прорывом в развитии баз данных.

Объектно-ориентированные и гибридные базы данных

В объектно-ориентированных базах данных данные хранятся в виде объектов, что очень удобно. Но на сегодняшний день такие БД еще распространенны, т.к. уступают в производительности реляционным.

Гибридные БД совмещают в себе возможности реляционных и объектно-ориентированных, поэтому их часто называют объектно-реляционными. Примером такой СУБД является Oracle, начиная с восьмой версии.

Несомненно, такие БД будут развиваться в будущем, но пока первенство остается за реляционными структурами. Поэтому именно их мы и будем изучать в последующих уроках.

Видеоуроки php + mysql

Если этот сайт оказался вам полезен, пожалуйста, посмотрите другие наши статьи и разделы.

Табличный процессор Excel позволяет обрабатывать табличные данные. Существуют специальные системы или приложения, которые решают иные классы задач. К ним относят программы, предназначенные для хранения информации и выдачи данных в соответствии с запросом пользователя.

Основным понятием для данного спектра задач является база данных в виде файла или группы файлов со стандартной структурой. С их помощью обеспечивается хранение данных.

База данных представляет собой комплекс массивов и файлов данных, организованный согласно определенным правилам, который предполагает применение стандартных принципов для описания, хранения и обработки данных любого типа.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

База данных является совокупностью организованной информации, имеющей отношение к конкретной предметной области. Информация хранится во внешней системной памяти компьютера и рассчитана на постоянное применение. Ключевое свойство базы данных заключается в независимости данных от программы, которая эту информацию использует. Стандартные задачи, требующие решения при работе с базой данных:

формирование базы;
запись информации в базу;
корректировка данных;
выборка данных из базы в соответствии с запросом пользователя.

Необходимость в применении баз данных возникла по причине накопления больших объемов информации одного типа, которую требовалось оперативно использовать. Главное требование к базам данных заключается в обеспечении удобного доступа к информации, возможности получать ответ по запросу в течение короткого времени, умения оперативно использовать данные. Принципы формирования информации в базах данных:

непротиворечивость;
не избыточность;
целостность.

Реляционную модель баз данных предложил Эдгар Кодд в конце 70-х годов. Она являлась набором таблиц, которые были связаны друг с другом отношениями. Такая модель отличалась простотой, гибкостью, обладала возможностями для описания сложно структурированных данных.

Основные понятия

Важным понятием, которое связано с базой данных, является программа для работы с ней. Программа для работы с базой данных должна быть способной обеспечить решение необходимого спектра задач из стандартного перечня.

Реляционные базы данных состоят из связанных таблиц.

Таблица является двумерным массивом, необходимым для хранения данных.

В таблице столбцы представляют собой поля, а строки – записи. Число полей строго определено, а количество записей может быть любым. Таблица является нефиксированным массивом записей, которые имеют одинаковую структуру полей в каждой записи. Добавление новой записи выполняется оперативно. Создание нового поля сопровождается реструктуризацией всех таблицы и сопровождается определенными трудностями.

Примеры значений полей:

Местом хранения таблиц является жесткий диск. Одной таблице соответствуют, как правило, несколько файлов, один из которых является основным, а другие – вспомогательными. Особенности организации таблиц определяются используемым форматом, например:

dBase;
Paradox;
InterBase;
Microsoft Access.

Ключом называют поле или комбинацию полей таблицы, значения которых однозначно определяют запись.

При наличии значений ключевых полей представляется возможным однозначно получить доступ к необходимой записи. Сохраняя значения ключа в выбранные поля подчиненной таблицы и создавая ссылку, пользователь обеспечивает связь двух записей:

запись в ключевой таблице;
запись в подчиненной таблице.

Одна запись подчиненной таблицы допускает наличие нескольких ссылок на записи ключевой таблицы. Помимо связывания, ключи обеспечивают прямой доступ к записям, ускоряют работу с таблицей.

Индекс представляет собой поле, специально определенное в таблице, с данными, которые могут повторяться.

С помощью индексов ускоряют доступ к данным. Кроме того, с их помощью сортируют выборки.

Нормальными называют формы, предназначенные для автоматизации процесса создания баз данных.

При разработке баз вручную, проектировщику необходимо составить структуру, спланировать необходимые таблицы. С помощью нормальных форм можно фактически формализовать интуитивно понятные требования к организации данных, что позволяет исключить избыточное дублирование информации.

Первая нормальная форма:

неделимая информация в полях;
отсутствие повторений групп полей в таблице.

Вторая нормальная форма:

выполнение первой формы;
однозначная идентификация любого неключевого поля с помощью ключевых полей.

Третья нормальная форма:

выполнение второй формы;
однозначная идентификация неключевых полей исключительно ключевыми полями.

Способы доступа определяют, каким образом с технической точки зрения выполняются операции с записями.

Способы доступа определяет программист, разрабатывая приложения. В основе навигационного метода лежит обработка необходимых записей по одной. Как правило, такой способ применяют в случае работы с небольшими локальными таблицами. Реляционные метод базируется на одновременной обработке набора записей с помощью SQL-запросов. Такой способ целесообразно применять для больших удаленных баз данных.

Транзакции – определяют степень надежности реализации операций относительно сбоев.

Транзакция объединяет в себе последовательность действий, которая либо выполняется целиком, либо не выполняется вовсе. При возникновении сбоя результаты всех операций, включенных в транзакцию, будут отменены. Такой подход гарантирует корректность базы данных во время технических сбоев.

Бизнес-правила – такие правила, которыми определено проведение операций, являются механизмами управления базами данных.

Заданные определенные ограничения в значениях полей способствуют поддержанию корректности базы.

Признаки БД, чем отличаются от электронных таблиц

Любая база данных обладает набором стандартных признаков. Основными из них являются:

хранение и обработка в вычислительной системе;
логическая структура;
наличие схемы или метаданных, которые описывают логическую структуру базы в формальном виде.

Первый признак соблюдается строго, остальные могут трактоваться по-разному и иметь неодинаковые степени оценки. Согласно общепринятой практике, к базам данных не относят файловые архивы, интернет-порталы или электронные таблицы.

Рассмотреть базу данных целесообразно на примере Access. Это специальное приложение, в котором хранятся упорядоченные данные, что допускает применение и других приложений (к примеру, Excel). В обоих случаях информация представлена в табличном виде.

Excel включает особые средства, позволяющие работать с упорядоченными данными, позволяет формировать простые базы данных. При внешнем сходстве приложения обладают рядом отличий:

Вывод: Excel целесообразно использовать для создания компактных баз данных, которые могут поместиться на одном рабочем листе. Excel обладает рядом значительных ограничений для ведения полноценной базы данных, но может успешно использоваться для анализа данных благодаря достаточному математическому аппарату.

Виды баз данных и их структура, примеры

Выделяют несколько видов баз данных. Основными из них являются:

Фактографическая, с краткой информацией об объектах какой-то системы, формат которой строго фиксирован.
Документальная, включает документы разного вида, в том числе текстовые, графические, звуковые, мультимедийные.
Распределенная, является базой данных с разными частями, которые хранятся на различных компьютерах, объединенных в сеть.
Централизованная, представляет собой базу данных, местом хранения которой является один компьютер.
Реляционная, имеет табличную организацию данных.
Неструктурированная (NoSQL), является базой данных, в которой делается попытка решить проблемы масштабируемости и доступности с помощью атомарности и согласованности данных без четкой структуры.

Базы данных разных систем обладают неодинаковой структурой. Для ПЭВМ характерно использование реляционных баз данных с файлами в виде таблиц, в которых столбцы являются полями, а строки – записями. В базе данных находятся данные определенного множества объектов. Для каждой записи характерна информация по одному объекту. Такую базу определяют:

имя файла;
список полей;
ширина полей.

Запрос к базе данных – предписание с указанием на данные, которые необходимы пользователю.

В случае некоторых запросов требуется составление сложной программы. К примеру, для выполнения запроса к базе в виде автобусного расписания необходимо вычислить разницу в среднем интервале отправления транспорта из одного города во второй и из второго пункта в третий.

Существует три звена для создания приложения, с помощью которого можно просматривать и редактировать базы данных:

набор данных;
источник информации;
визуальные компоненты управления.

В случае Access роль таких звеньев выполняют:

Приложения базы данных является нитью, которая связывает базу и пользователя:

БД => набор данных –=> источник данных => визуальные компоненты => пользователь

Table, в виде таблицы, навигационного доступа;
Query, включая запрос, реляционный доступ.

Визуальными компонентами являются:

Сетки DBGrid, DBCtrlGrid.
Навигатор DBNavigator.
Разные аналоги Lable, Edit.
Компоненты подстановки.

Access характеризуется наличием следующих типов полей:

Благодаря связи с обеспечением целостности таблиц осуществляется контроль удаления и модификации данных. С помощью монопольного доступа к базам данных в них производят фундаментальные изменения.

Что такое СУБД и язык структурированных запросов SQL

Системы управления базами данных СУБД – специальные средства, включающие определенный язык программирования, предназначены для разработки программ или их систем, работающих с базами данных.

Oracle Database;
MS SQL Server;
MySQL (MariaDB);
ACCESS в составе профессионального пакета Microsoft Office.

Современные системы обладают большими возможностями, а также способствуют разработке сложных программных комплексов.

SQL (SQL, Structured Query Language) — язык программирования структурированных запросов, применяемый в качестве эффективного способа сохранения данных, поиска их частей, обновления, извлечения из базы и удаления.

SQL представляет собой ключевой инструмент оптимизации и обслуживания базы данных. Возможности обработки охватывают:

команды определения представлений;
указания прав доступа, схем отношений;
взаимодействие с другими языками программирования;
проверку целостности;
задание начала и завершения транзакций.

SQL отличается простотой и легкостью в изучении. Его применяют:

разработчики баз данных, для обеспечения функциональности приложений;
тестировщики, в ручном и автоматическом режиме;
администраторы, с целью поддержки рабочих параметров среды.

Язык отличается универсальностью. Его структура четко определена благодаря устоявшимся стандартам. Даже в случае больших объемов данных (Big Data) обеспечивается оперативное взаимодействие с базами.

Любые данные где-то хранятся. Будь это интернет вещей или пароли в *nix. Показываем схемы основных типов баз данных, чтобы наглядно представить различия между ними.

Типы баз данных, называемых также моделями БД или семействами БД, представляют собой шаблоны и структуры, используемые для организации данных в системе управления базами данных (СУБД). Выбор типа повлияет на то, какие операции сможет выполнять приложение, как будут представлены данные, на функции СУБД для разработки и рантайма.

Начнём с трёх типов БД, которые всё ещё могут встречаться в специализированных средах, но в основном заменены надежными и производительными альтернативами.

1. Простые структуры данных

Первый и простейший способ хранения данных – текстовые файлы. Метод применяется и сегодня для работы с небольшими объёмами информации. Для разделения полей используется специальный символ: запятая или точка с запятой в csv-файлах датасетов, двоеточие или пробел в *nix-подобных системах:

/etc/passwd в *nix системе

ограничен тип и уровень сложности хранимой информации;
трудно установить связи между компонентами данных;
отсутствие функций параллелизма;
практичны только для систем с небольшими требованиями к чтению и записи;
используются для хранения конфигурационных данных;
нет необходимости в стороннем программном обеспечении.

/etc/passwd и /etc/fstab в *nix-системах
csv-файлы

2. Иерархические базы данных

Пример построения иерархических связей

3. Сетевые базы данных

Сетевые базы данных расширяют функциональность иерархических: записи могут иметь более одного родителя. А значит, можно моделировать сложные отношения.

Пример связей в сетевой базе данных

сетевые базы данных представляются не деревом, а общим графом
ограничены теми же шаблонами доступа, что иерархические БД

4. SQL базы данных

Реляционные базы данных – старейший тип до сих пор широко используемых БД общего назначения. Данные и связи между данными организованы с помощью таблиц. Каждый столбец в таблице имеет имя и тип. Каждая строка представляет отдельную запись или элемент данных в таблице, который содержит значения для каждого из столбцов.

поле в таблице, называемое внешним ключом, может содержать ссылки на столбцы в других таблицах, что позволяет их соединять;
высокоорганизованная структура и гибкость делает реляционные БД мощными и адаптируемыми ко различным типам данных;
для доступа к данным используется язык структурированных запросов (SQL);
надёжный выбор для многих приложений.

хранилища обеспечивают быстрый и малозатратный доступ;
часто хранят данные конфигураций и информацию о состоянии данных, представленных словарями или хэшем;
нет жёсткой схемы отношения между данными, поэтому в таких БД часто хранят одновременно различные типы данных;
разработчик отвечает за определение схемы именования ключей и за то, чтобы значение имело соответствующий тип/формат.

6. Документная база данных

база данных не предписывает опредёленный формат или схему;
каждый документ может иметь свою внутреннюю структуру;
документные БД являются хорошим выбором для быстрой разработки;
в любой момент можно менять свойства данных, не изменяя структуру или сами данные.

7. Графовая база данных

Вместо сопоставления связей с таблицами и внешними ключами, графовые базы данных устанавливают связи, используя узлы, рёбра и свойства.

Графовые базы представляют данные в виде отдельных узлов, которые могут иметь любое количество связанных с ними свойств.

выглядят аналогично сетевым;
фокусируются на связях между элементами;
явно отображает связи между типами данных;
не требуют пошагового обхода для перемещения между элементами;
нет ограничений в типах представляемых связей.

8. Колоночные базы данных

Колоночные базы данных (также нереляционные колоночные хранилища или базы данных с широкими столбцами) принадлежат к семейству NoSQL БД, но внешне похож на реляционные БД. Как и реляционные, колоночные БД хранят данные, используя строки и столбцы, но с иной связью между элементами.

БД удобны при работе с приложениями, требующими высокой производительности;
данные и метаданные записи доступны по одному идентификатору;
гарантировано размещение всех данных из строки в одном кластере, что упрощает сегментацию и масштабирование данных.

9. Базы данных временных рядов

Базы данных временны́х рядов созданы для сбора и управления элементами, меняющимися с течением времени. Большинство таких БД организованы в структуры, которые записывают значения для одного элемента. Например, можно создать таблицу для отслеживания температуры процессора. Внутри каждое значение будет состоять из временной метки и показателя температуры. В таблице может быть несколько метрик.

ориентированы на запись;
предназначены для обработки постоянного потока входных данных;
производительность зависит от количества отслеживаемых элементов, интервала опроса между записью новых значений и фактической полезной нагрузки данных.

NewSQL и многомодельные БД являются разными типами баз данных, но решают одну группу проблем, вызванных полярными подходами SQL или NoSQL-стратегии. Почему бы не объединить преимущества обеих групп?

10. NewSQL базы данных

NewSQL базы данных наследуют реляционную структуру и семантику, но построены с использованием более современных, масштабируемых конструкций. Цель – обеспечить большую масштабируемость, нежели реляционные БД, и более высокие гарантии согласованности, чем в NoSQL. Компромисс между согласованностью и доступностью является фундаментальной проблемой распределённых баз данных, описываемой теоремой CAP.

возможность горизонтального масштабирования;
высокая доступность;
большая производительность и репликация;
небольшой функционал и гибкость;
немалое потребление ресурсов и необходимость специализированных знаний для работы с базой данных.

11. Многомодельные базы данных

Многомодельные базы данных – базы, объединяющие функциональные возможности нескольких видов БД. Преимущества такого подхода очевидны – одна и та же система может использовать различные представления для разных типов данных.

Совместное размещение данных из нескольких типов БД в одной системе позволяет выполнять новые операции, которые в противном случае были бы затруднены или невозможны. Например, многомодельные базы могут позволить юзерам получить доступ к данным, хранящимся в разных типах БД, и управлять ими в рамках одного запроса, а также поддерживают согласованность данных при выполнении операций, изменяющих информацию сразу в нескольких системах.

помогают уменьшить нагрузку на СУБД;
позволяют расширяться до новых моделей по мере изменения потребностей без внесения изменений в базовую инфраструктуру;
обеспечивают непрерывный доступ и простое распределение данных;
имеют линейную масштабируемость и просты для разработки.

Заключение

Изменение типов хранимых данных, требования к скорости и производительности привели и к продолжающемуся расширению типов баз данных. При этом каждый из них продолжает быть нужным в своей нише, где взаимосвязи между данными ассоциируются с определенной схемой строения базы данных.

Читайте также: