Основные понятия реляционных баз данных реферат

Обновлено: 06.07.2024

Все системы управления базами данных предназначены для хранения и обработки информации. Реляционный подход к управлению базами данных основан на математической модели, использующей методы реляционной алгебры и реляционного исчисления. Тем не менее большинство действительно необходимых определений из области управления базами данных скорее относятся к практической, чем к теоретической стороне этого вопроса.

С. Дейт дает следующее неформальное определение системе управления реляционными базами данных (СУБД).

Вся информация в базе данных представлена в виде таблиц.

Она поддерживает три реляционных оператора—выбора, проектирования и объединения, с помощью которых вы получаете необходимые вам данные (и можете выполнять эти операции, не требуя от системы физической записи получаемых с их помощью данных в каком-то определенном виде).

Чтобы считаться реляционной, система управления базами данных должна:

представлять всю информацию в виде таблиц,

поддерживать логическую структуру данных, независимо от их физического представления,

использовать язык высокого уровня для структурирования, выполнения запросов и изменения информации в базах данных (теоретически это может быть любой язык баз данных, практически для этого используется язык SQL),

поддерживать основные реляционные операции (выбор, проектирование и объединение), а также теоретико-множественные операции, такие как объединение, пересечение и дополнение,

поддерживать виртуальные таблицы, обеспечивая пользователям альтернативный способ просмотра данных в таблицах,

различать в таблицах неизвестные значения (nulls), нулевые значения и пропуски в данных,

обеспечивать механизмы для поддержки целостности, авторизации, транзакций и восстановления данных.

Далее проведем аналитический обзор этих пунктов, ко многим из них будем обращаться в дальнейшем.

2.1.1. Реляционная модель: одни таблицы

Первое правило Кодда гласит, что вся информация в реляционных базах данных представляется значениями в таблицах (tables). В реляционных системах таблицы состоят из горизонтальных строк (row) и вертикальных столбцов (column). Все данные представляются в табличном формате — другого способа просмотреть информацию в базе данных не существует. Несколько замечаний по терминологии. Поскольку такие понятия как таблица, строка и столбец являются общепринятыми в коммерческих системах управления реляционными базами данных, будем стараться использовать их в этом дипломном проекте. Однако иногда можно встретиться и с такими понятиями, как отношение (relations), кортеж (tuple) и атрибут (attributes). Это соответственно синонимы понятий таблица, строка и столбец, так же, как и файл (file), запись (record) и поле (field). Первые три считаются академическими терминами, последние—взяты из общего лексикона, используемого в области обработки данных. Набор связанных таблиц образует базу данных (database). Таблицы в реляционной базе разделены, но полностью равноправны. Между ними не существует никакой иерархии и, вообще говоря, они не обязательно даже физически связаны друг с другом.

Каждая таблица состоит из строк и столбцов. Каждая строка описывает отдельный объект или сущность (entity) человека, компанию, торговую сделку или что-нибудь другое. Каждый столбец описывает одну характеристику объекта—имя человека или его адрес, телефонный номер компании или ее президента, лоты распродажи или дату. Каждый элемент данных, или значение (value), определяется пересечением строки и столбца таблицы. Чтобы найти требуемый элемент данных, необходимо знать имя содержащей его таблицы, столбец и значение его первичного ключа (primary key), или уникального идентификатора (каждая строка должна единственным образом идентифицироваться по одному из своих значений.)

В реляционных базах данных существует два типа таблиц — пользовательские таблицы (user tables) и системные таблицы (system tables). Пользовательские таблицы содержат информацию, для поддержки которой собственно и создавались системы реляционных баз данных—данные по сделкам, заказам, персоналу и т.д. Системные таблицы, известные также под названием системные каталоги (system catalog), содержат описание базы данных. Системные таблицы обычно поддерживаются самой СУБД, однако доступ к ним можно получить так же, как и к любым другим таблицам. Возможность получения доступа к системным таблицам, по аналогии с любыми другими таблицами, составляет основу другого правила Кодда для реляционных систем.

Независимость данных — критический аспект при управлении любой системой баз данных. Она позволяет изменять приложения, не изменяя для этого структуру базы данных, и изменять конструкцию базы данных, не оказывая при этом влияния на работу приложений. Система управления базами данных не должна вынуждать выносить окончательные решения о том, какие данные должны сохраняться, как получать к ним доступ и что будет нужно пользователям. Система не должна становиться бесполезной при изменении потребностей.

Реляционная модель обеспечивает независимость данных на двух уровнях — физическом и логическом. Физическая независимость данных (physical data independents) означает с точки зрения пользователя, что представление данных абсолютно не зависит от способа их физического хранения. Как следствие этого, физическое перемещение данных никоим образом не может повлиять на логическую структуру базы данных и ваше восприятие данных. Такие изменения обычно становятся просто необходимыми, особенно в больших многопользовательских системах. Например, при недостатке места для хранения информации может потребоваться установка дополнительных физических носителей. Когда устройство выходит из строя,—увы, его приходится быстро заменять. Иногда может потребоваться увеличить производительность системы или упростить ее использование, изменив для этого методы доступа к физическим данным. (Эти методы связаны с созданием стратегии доступа (access strategies) и применением индексов (index).)

Другой тип независимости, обеспечиваемый реляционными системами—логическая независимость (logical independents) означает, что изменение взаимосвязей между таблицами, столбцами и строками не влияет на правильное функционирование программных приложений и текущих запросов. Можно разбивать таблицы по строкам или столбцам, а приложения и запросы все равно будут выполняться, как и раньше. Несмотря на изменение логической структуры базы данных, всегда можно воспользоваться старыми запросами. Требование логической и физической независимости данных составляет основу двух других правил Кодда.

2.1.3. Язык высокого уровня

Определение реляционной системы, так же, как и правила Кодда, требует, чтобы весь диалог с базой данных велся на едином языке — иногда его называют общим подъязыком данных (comprehensive data sublanguage). В мире коммерческих систем управления базами данных такой язык получил название SQL. SQL используется для манипуляций с данными (data manipulation) выборки и модификации, определения данных (data definition) и администрирования данных (data administration). Любая операция по выборке, модификации, определению или администрированию выполняется с помощью оператора (statement) или команды (command) SQL.

Имеется две разновидности операций по манипуляции с данными — выборка данных (data retrieval) и модификация данных (data modification). Выборка — это поиск необходимых вам данных, а модификация означает добавление, удаление или изменение данных. Операции по выборке (чаше называемые запросами (query)) осуществляют поиск в базе данных, наиболее эффективно извлекают затребованную вами информацию и отображают ее. Другие команды SQL предназначены для создания и удаления таблиц, индексов и других объектов.

Последняя категория операторов SQL—операторы администрирования, или команды управления данными (data control). Они позволяют вам координировать совместное использование базы данных и поддерживать ее в наиболее эффективном состоянии.

Одним из наиболее важных аспектов администрирования многопользовательских систем управления базами данных является управление доступом к данным.

2.1.4. Реляционные операции

В определении системы управления реляционными базами данных упоминаются три операции по выборке данных — проектирование, выбор (иногда называемый ограничением (restrictions)) и объединение, которые позволяют строго указать системе, какие данные вы хотите увидеть. Операция проектирования выбирает столбцы, операция выбора — строки, а операция объединения собирает вместе данные из связанных таблиц.

Логическая и физическая независимость, о которой мы упоминали выше, означает, что вам не нужно беспокоиться о физическом расположении данных и о том, как их искать — это проблемы исключительно систем управления базами данных.

Проектирование. Операция проектирования позволяет указать системе, какие

столбцы таблицы должны просматриваться. С концептуальной точки зрения: операция проектирования определяет подмножество столбцов в таблице. Обратите внимание, что результаты выполнения проектирования (как и любой другой реляционной операции) также отображаются в форме таблицы. Результирующие таблицы иногда называют производными таблицами (derived tables), чтобы отличать их от базовых таблиц (base tables), содержащих исходные строки данных.

Выбор. Операция выбора позволяет вам получать из таблицы подмножества ее строк. Чтобы указать, какие строки нужны, соответствующие условия нужно разместить в предложении WHERE. В предложении WHERE оператора SELECT определяется критерий, которому должны соответствовать выбираемые строки. Можно комбинировать в запросе операции проектирования и выбора, чтобы получить требуемую информацию.

2.1.5. Альтернативный способ просмотра данных

С точки зрения другого эксперта по реляционным системам, Дейта, нули не являются полноценным решением проблемы пропусков информации. Тем не менее, они являются составной частью большинства официальных стандартов SQL и de facto промышленных стандартов.

Понятие безопасности связано с необходимостью управления доступом к информации. Определенные команды позволяют некоторым привилегированным пользователям устанавливать права других пользователей на просмотр и модификацию информации в базе данных. В большинстве реализаций реляционных баз данных правами на доступ и модификацию данных (permission) можно управлять на уровне таблиц и столбцов. Эти права устанавливают владельцы (owner) баз данных или объектов баз данных. Некоторые системы разрешают передавать права владения от создателя базы другому пользователю.

В многопользовательских системах обычно имеется пользователь с правами даже более высокими, чем у владельца базы данных—системный администратор (system administrator), или администратор базы данных (database administrator). Этот пользователь обычно обладает широкими правами на наделение полномочий, а также выполняет целый ряд других задач, связанных с поддержкой и администрированием базы данных.

В качестве дополнительного механизма обеспечения безопасности могут выступать и виртуальные таблицы. Пользователи могут разрешать доступ только к определенному подмножеству своих данных, включенному в виртуальную таблицу.

Целостность (integrity) - очень сложный и серьезный вопрос при управлении реляционными базами данных. Несогласованность между данными может возникать по целому ряду причин. Несогласованность или противоречивость данных может возникать вследствие сбоя системы—проблемы с аппаратным обеспечением, ошибки в программном обеспечении или логические ошибки в приложениях. Реляционные системы управления базами данных защищают данные от такого типа несогласованности, гарантируя, что команда либо будет исполнена до конца, либо будет полностью отменена. Этот процесс обычно называют управлением транзакциями (transaction management).

определяться на языке высокого уровня, используемом системой для всех других целей;

храниться в словаре данных, а не в программных приложениях.

Раздел: Информатика, программирование
Количество знаков с пробелами: 177562
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 14

Основные идеи современной информационной технологии базируются на концепции, согласно которой данные должны быть организованы в базы данных с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей. Эти базы данных создаются и функционируют под управлением специальных программных комплексов, называемых системами управления базами данных (СУБД).

Увеличение объема и структурной сложности хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем привели к широкому распространению наиболее удобных и сравнительно простых для понимания реляционных (табличных) СУБД. Для обеспечения одновременного доступа к данным множества пользователей, нередко расположенных достаточно далеко друг от друга и от места хранения баз данных, созданы сетевые мультипользовательские версии БД основанных на реляционной структуре. В них тем или иным путем решаются специфические проблемы параллельных процессов, целостности (правильности) и безопасности данных, а также санкционирования доступа.

Задачами данной работы являются:

- дать основные понятия баз данных, описать архитектуру СУБД, модели данных;

-раскрыть модель сущность-связь, описать характеристику связей, классификацию сущностей, структуру первичных и внешних ключей, определить понятие целостности данных;

- описать реляционную структуру данных, реляционные базы данных и способы манипулирования ими.

1.Освновные понятия бд и субд

1.1 Данные и эвм

Восприятие реального мира можно соотнести с последовательностью разных, хотя иногда и взаимосвязанных, явлений. С давних времен люди пытались описать эти явления (даже тогда, когда не могли их понять). Такое описание называют данными .

Традиционно фиксация данных осуществляется с помощью конкретного средства общения (например, с помощью естественного языка или изображений) на конкретном носителе (например, камне или бумаге). Обычно данные (факты, явления, события, идеи или предметы) и их интерпретация (семантика) фиксируются совместно, так как естественный язык достаточно гибок для представления того и другого. Примером может служить утверждение "Стоимость авиабилета 128". Здесь "128" – данное, а "Стоимость авиабилета" – его семантика.

Нередко данные и интерпретация разделены. Например, "Расписание движения самолетов" может быть представлено в виде таблицы , в верхней части которой (отдельно от данных) приводится их интерпретация. Такое разделение затрудняет работу с данными (трудно быстро получить сведения из нижней части таблицы).

Применение ЭВМ для ведения и обработки данных обычно приводит к еще большему разделению данных и интерпретации. ЭВМ имеет дело главным образом с данными как таковыми. Большая часть интерпретирующей информации вообще не фиксируется в явной форме (ЭВМ не "знает", является ли "21.50" стоимостью авиабилета или временем вылета). Почему же это произошло?

Существует по крайней мере две исторические причины, по которым применение ЭВМ привело к отделению данных от интерпретации. Во-первых, ЭВМ не обладали достаточными возможностями для обработки текстов на естественном языке – основном языке интерпретации данных. Во-вторых, стоимость памяти ЭВМ была первоначально весьма велика. Память использовалась для хранения самих данных, а интерпретация традиционно возлагалась на пользователя. Пользователь закладывал интерпретацию данных в свою программу, которая "знала", например, что шестое вводимое значение связано с временем прибытия самолета, а четвертое – с временем его вылета. Это существенно повышало роль программы, так как вне интерпретации данные представляют собой не более чем совокупность битов на запоминающем устройстве.

Жесткая зависимость между данными и использующими их программами создает серьезные проблемы в ведении данных и делает использования их менее гибкими.

Нередки случаи, когда пользователи одной и той же ЭВМ создают и используют в своих программах разные наборы данных, содержащие сходную информацию. Иногда это связано с тем, что пользователь не знает (либо не захотел узнать), что в соседней комнате или за соседним столом сидит сотрудник, который уже давно ввел в ЭВМ нужные данные. Чаще потому, что при совместном использовании одних и тех же данных возникает масса проблем.

Разработчики прикладных программ (написанных, например, на Бейсике, Паскале или Си) размещают нужные им данные в файлах, организуя их наиболее удобным для себя образом. При этом одни и те же данные могут иметь в разных приложениях совершенно разную организацию (разную последовательность размещения в записи, разные форматы одних и тех же полей и т.п.). Обобществить такие данные чрезвычайно трудно: например, любое изменение структуры записи файла, производимое одним из разработчиков, приводит к необходимости изменения другими разработчиками тех программ, которые используют записи этого файла.

Основные идеи современной информационной технологии базируются на концепции баз данных (БД). Согласно данной концепции основой информационной технологии являются данные, организованные в БД, адекватно отражающие реалии действительности в той или иной предметной области и обеспечивающие пользователя актуальной информацией в соответствующей предметной области. В широком смысле слова база данных — это совокупность описаний объектов реального мира и связей между ними, актуальных для конкретной прикладной области.

Как сущности, атрибуты и связи отображаются на структуры данных - определяется моделью данных.

Традиционно все СУБД классифицируются в зависимости от модели данных, которая лежит в их основе. Принято выделять иерархическую, сетевую и реляционную модели данных. Иногда к ним добавляют модель данных на основе инвертированных списков. Соответственно говорят об иерархических, сетевых, реляционных СУБД или о СУБД на базе инвертированных списков.

По распространенности и популярности реляционные СУБД сегодня — вне конкуренции. Они стали фактическим промышленным стандартом, и поэтому отечественному пользователю придется столкнуться в своей практике именно с реляционной СУБД.

Основы реляционной модели данных были впервые изложены в статье Е.Кодда в 1970 г. Эта работа послужила стимулом для большого количества статей и книг, в которых реляционная модель получила дальнейшее развитие. Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит К.Дейту. Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей:

Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n-арные отношения. Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей. Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление.

Цель данной работы рассмотреть структурную и целостную часть реляционной модели базы данных.

Глава 1. Основные понятия БД и СУБД

1.1 Данные и ЭВМ

1.2 Архитектура СУБД

СУБД должна предоставлять доступ к данным любым пользователям, включая и тех, которые практически не имеют и (или) не хотят иметь представления о:

физическом размещении в памяти данных и их описаний;
механизмах поиска запрашиваемых данных;
проблемах, возникающих при одновременном запросе одних и тех же данных многими пользователями (прикладными программами);
способах обеспечения защиты данных от некорректных обновлений и (или) несанкционированного доступа;
поддержании баз данных в актуальном состоянии

и множестве других функций СУБД.

При выполнении основных из этих функций СУБД должна использовать различные описания данных. А как создавать эти описания?

Естественно, что проект базы данных надо начинать с анализа предметной области и выявления требований к ней отдельных пользователей (сотрудников организации, для которых создается база данных). Подробнее этот процесс будет рассмотрен ниже, а здесь отметим, что проектирование обычно поручается человеку (группе лиц) – администратору базы данных (АБД). Им может быть как специально выделенный сотрудник организации, так и будущий пользователь базы данных, достаточно хорошо знакомый с машинной обработкой данных.

Объединяя частные представления о содержимом базы данных, полученные в результате опроса пользователей, и свои представления о данных, которые могут потребоваться в будущих приложениях, АБД сначала создает обобщенное неформальное описание создаваемой базы данных. Это описание, выполненное с использованием естественного языка, математических формул, таблиц, графиков и других средств, понятных всем людям, работающих над проектированием базы данных, называют инфологической моделью данных (рис. 1).

Такая человеко-ориентированная модель полностью независима от физических параметров среды хранения данных. В конце концов этой средой может быть память человека, а не ЭВМ. Поэтому инфологическая модель не должна изменяться до тех пор, пока какие-то изменения в реальном мире не потребуют изменения в ней некоторого определения, чтобы эта модель продолжала отражать предметную область.

Остальные модели, показанные на рис. 1, являются компьютеро-ориентированными. С их помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ к хранимым данным лишь по их именам, не заботясь о физическом расположении этих данных. Нужные данные отыскиваются СУБД на внешних запоминающих устройствах по физической модели данных.

Так как указанный доступ осуществляется с помощью конкретной СУБД, то модели должны быть описаны на языке описания данных этой СУБД. Такое описание, создаваемое АБД по инфологической модели данных, называют даталогической моделью данных.

Трехуровневая архитектура (инфологический, даталогический и физический уровни) позволяет обеспечить независимость хранимых данных от использующих их программ. АБД может при необходимости переписать хранимые данные на другие носители информации и (или) реорганизовать их физическую структуру, изменив лишь физическую модель данных. АБД может подключить к системе любое число новых пользователей (новых приложений), дополнив, если надо, даталогическую модель. Указанные изменения физической и даталогической моделей не будут замечены существующими пользователями системы (окажутся "прозрачными" для них), так же как не будут замечены и новые пользователи. Следовательно, независимость данных обеспечивает возможность развития системы баз данных без разрушения существующих приложений.

1.3Модели данных

Инфологическая модель отображает реальный мир в некоторые понятные человеку концепции, полностью независимые от параметров среды хранения данных. Существует множество подходов к построению таких моделей: графовые модели, семантические сети, модель "сущность-связь" и т.д. Наиболее популярной из них оказалась модель "сущность-связь".

Инфологическая модель должна быть отображена в компьютеро-ориентированную даталогическую модель, "понятную" СУБД. В процессе развития теории и практического использования баз данных, а также средств вычислительной техники создавались СУБД, поддерживающие различные даталогические модели.

Сначала стали использовать иерархические даталогические модели. Простота организации, наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяли добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных ЭВМ с весьма ограниченными объемами памяти. Но, если данные не имели древовидной структуры, то возникала масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.

Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из "наборов" – поименованных двухуровневых деревьев. "Наборы" соединяются с помощью "записей-связок", образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество "маленьких хитростей", позволяющих увеличить производительность СУБД, но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал "Сетевая база – это самый верный способ потерять данные".

Сложность практического использования иерархических и сетевых СУБД заставляла искать иные способы представления данных. В конце 60-х годов появились СУБД на основе инвертированных файлов, отличающиеся простотой организации и наличием весьма удобных языков манипулирования данными. Однако такие СУБД обладают рядом ограничений на количество файлов для хранения данных, количество связей между ними, длину записи и количество ее полей.

Физическая организация данных оказывает основное влияние на эксплуатационные характеристики БД. Разработчики СУБД пытаются создать наиболее производительные физические модели данных, предлагая пользователям тот или иной инструментарий для поднастройки модели под конкретную БД. Разнообразие способов корректировки физических моделей современных промышленных СУБД не позволяет рассмотреть их в этом разделе.

Глава 2. Реляционный подход.

2.1 Реляционная структура данных

В конце 60-х годов появились работы, в которых обсуждались возможности применения различных табличных даталогических моделей данных, т.е. возможности использования привычных и естественных способов представления данных. Наиболее значительной из них была статья сотрудника фирмы IBM д-ра Э.Кодда (Codd E.F., A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks. CACM 13: 6, June 1970), где, вероятно, впервые был применен термин "реляционная модель данных".

Будучи математиком по образованию Э.Кодд предложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, декартово произведение). Он показал, что любое представление данных сводится к совокупности двумерных таблиц особого вида, известного в математике как отношение – relation (англ.).

Наименьшая единица данных реляционной модели – это отдельное атомарное (неразложимое) для данной модели значение данных. Так, в одной предметной области фамилия, имя и отчество могут рассматриваться как единое значение, а в другой – как три различных значения.

Доменом называется множество атомарных значений одного и того же типа. Смысл доменов состоит в следующем. Если значения двух атрибутов берутся из одного и того же домена, то, вероятно, имеют смысл сравнения, использующие эти два атрибута (например, для организации транзитного рейса можно дать запрос "Выдать рейсы, в которых время вылета из Москвы в Сочи больше времени прибытия из Архангельска в Москву"). Если же значения двух атрибутов берутся из различных доменов, то их сравнение, вероятно, лишено смысла: стоит ли сравнивать номер рейса со стоимостью билета? Отношение на доменах D1, D2, . Dn (не обязательно, чтобы все они были различны) состоит из заголовка и тела. На рис. 3 приведен пример отношения для расписания движения самолетов.

Заголовок состоит из такого фиксированного множества атрибутов A1, A2, . An, что существует взаимно однозначное соответствие между этими атрибутами Ai и определяющими их доменами Di (i=1,2. n).

Рисунок 3. Отношение с математической точки зрения (Ai - атрибуты, Vi - значения атрибутов)

Тело состоит из меняющегося во времени множества кортежей, где каждый кортеж состоит в свою очередь из множества пар атрибут-значение (Ai:Vi), (i=1,2. n), по одной такой паре для каждого атрибута Ai в заголовке. Для любой заданной пары атрибут-значение (Ai:Vi) Vi является значением из единственного домена Di, который связан с атрибутом Ai.

Степень отношения – это число его атрибутов. Отношение степени один называют унарным, степени два – бинарным, степени три – тернарным, . а степени n – n-арным.

Кардинальное число или мощность отношения – это число его кортежей. Кардинальное число отношения изменяется во времени в отличие от его степени.

Поскольку отношение – это множество, а множества по определению не содержат совпадающих элементов, то никакие два кортежа отношения не могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно-заданный момент времени. Пусть R – отношение с атрибутами A1, A2, . An. Говорят, что множество атрибутов K=(Ai, Aj, . Ak) отношения R является возможным ключом R тогда и только тогда, когда удовлетворяются два независимых от времени условия:

Уникальность: в произвольный заданный момент времени никакие два различных кортежа R не имеют одного и того же значения для Ai, Aj, . Ak.
Минимальность: ни один из атрибутов Ai, Aj, . Ak не может быть исключен из K без нарушения уникальности.

Каждое отношение обладает хотя бы одним возможным ключом, поскольку по меньшей мере комбинация всех его атрибутов удовлетворяет условию уникальности. Один из возможных ключей (выбранный произвольным образом) принимается за его первичный ключ. Остальные возможные ключи, если они есть, называются альтернативными ключами.

Вышеупомянутые и некоторые другие математические понятия явились теоретической базой для создания реляционных СУБД, разработки соответствующих языковых средств и программных систем, обеспечивающих их высокую производительность, и создания основ теории проектирования баз данных. Однако для массового пользователя реляционных СУБД можно с успехом использовать неформальные эквиваленты этих понятий:

Отношение – Таблица (иногда Файл),
Кортеж – Строка (иногда Запись),
Атрибут – Столбец, Поле.

2.2 Реляционная база данных

Реляционная база данных – это совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна храниться в БД. Однако пользователи могут воспринимать такую базу данных как совокупность таблиц.

1. Каждая таблица состоит из однотипных строк и имеет уникальное имя.

2. Строки имеют фиксированное число полей (столбцов) и значений (множественные поля и повторяющиеся группы недопустимы). Иначе говоря, в каждой позиции таотличаются друг от друга хотя бы единственным значением, что позблицы на пересечении строки и столбца всегда имеется в точности одно значение или ничего.

3. Строки таблицы обязательно воляет однозначно идентифицировать любую строку такой таблицы.

4. Столбцам таблицы однозначно присваиваются имена, и в каждом из них размещаются однородные значения данных (даты, фамилии, целые числа или денежные суммы).

5. Полное информационное содержание базы данных представляется в виде явных значений данных и такой метод представления является единственным. В частности, не существует каких-либо специальных "связей" или указателей, соединяющих одну таблицу с другой. Так, связи между строкой с БЛ = 2 таблицы "Блюда" на рис. 4 и строкой с ПР = 7 таблицы продукты (для приготовления Харчо нужен Рис), представляется не с помощью указателей, а благодаря существованию в таблице "Состав" строки, в которой номер блюда равен 2, а номер продукта – 7.

6. При выполнении операций с таблицей ее строки и столбцы можно обрабатывать в любом порядке безотносительно к их информационному содержанию. Этому способствует наличие имен таблиц и их столбцов, а также возможность выделения любой их строки или любого набора строк с указанными признаками.

База данных (БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области и предназначенных для хранения, накопления и обработки с помощью ЭВМ.

Реляционная База Данных (РБД) - это набор отношений, имена которых совпадают с именами схемотношений в схеме БД.

Основные понятия реляционных баз данных:

· Домен (domain) – множество всех допустимых значений атрибута.

· Атрибут (attribute) – заголовок столбца таблицы, характеризующий поименованное свойство объекта, например, фамилия студента, дата оформления заказа, пол сотрудника и т.п.

· Кортеж – строка таблицы, представляющая собой совокупность значений логически связанных атрибутов.

· Отношение (relation) – таблица, отражающая информацию об объектах реального мира, например, о студентах, заказах, сотрудниках, жителях и т.д.

· Первичный ключ (primary key) – поле (или набор полей) таблицы, однозначно идентифицирующий каждую из ее записей.

· Альтернативный ключ – это поле (или набор полей), несовпадающее с первичным ключом и уникально идентифицирующий экземпляр записи.

· Внешний ключ – это поле (или набор полей), чьи значения совпадают с имеющимися значениями первичного ключа другой таблицы. При связи двух таблиц с первичным ключом первой таблицы связывается внешний ключ второй таблицы.

· Реляционная модель данных (РМД)- организация данных в виде двумерных таблиц.

Каждая реляционная таблица должна обладать следующими свойствами:

1. Каждая запись таблицы уникальна, т.е. совокупность значений по полям не повторяется.

2. Каждое значение, записывается на пересечении строки и столбца - является атомарным (неразделимым).

3. Значения каждого поля должны быть одного типа.

4. Каждое поле имеет уникальное имя.

5. Порядок расположения записей несущественен.

Основные элементы БД:

Поле - элементарная единица логической организации данных. Для описания поля используются следующие характеристики:

· имя, например, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения;

· тип, например, строковый, символьный, числовой, датовый;

· длина, например, в байтах;

· точность для числовых данных, например, два десятичных знака для отображения дробной части числа.

Запись - совокупность значений логически связанных полей.

Индекс – средство ускорения операции поиска записей, использующееся для установки связей между таблицами. Таблица, для которой используется индекс, называют индексированной. При работе с индексами необходимо обращать внимание на организацию индексов, являющуюся основой для классификации. Простой индекс представлен одним полем или логическим выражением, обрабатывающим одно поле. Составной индекс представлен несколькими полями с возможностью использования различных функций. Индексы таблицы хранятся в индексном файле.

Целостность данных – это средство защиты данных по полям связи, позволяющее поддерживать таблицы в согласованном (непротиворечивом) состоянии (то есть не допускающее существование в подчиненной таблице записей, не имеющих соответствующих записей в родительской таблице).

Запрос – сформулированный вопрос к одной или нескольким взаимосвязанным таблицам, содержащий критерии выборки данных. Запрос осуществляется с помощью структурированного языка запросов SQL (Srtructured Query Language). В результате выборки данных из одной или нескольких таблиц может быть получено множество записей, называемое представлением.

Представление данных – сохраняемый в базе данных именованный запрос на выборку данных (из одной или нескольких таблиц).

Представление, по существу, является временной таблицей, формируемой в результате выполнения запроса. Сам запрос может быть направлен в отдельный файл, отчет, временную таблицу, таблицу на диске и т.п.

Отчет – компонент системы, основное назначение которого – описание и вывод на печать документов на основе информации из БД.

Общая характеристика работы с РБД:

Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных, по-видимому, принадлежит Дейту, который воспроизводит ее (с различными уточнениями) практически во всех своих книгах. Согласно Дейту реляционная модель состоит из трех частей, описывающих разные аспекты реляционного подхода: структурной части, манипуляционной части и целостной части.

В структурной части модели фиксируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционных БД, является нормализованное n-арное отношение.

В манипуляционной части модели утверждаются два фундаментальных механизма манипулирования реляционными БД - реляционная алгебра и реляционное исчисление. Первый механизм базируется в основном на классической теории множеств (с некоторыми уточнениями), а второй - на классическом логическом аппарате исчисления предикатов первого порядка. Заметим, что основной функцией манипуляционной части реляционной модели является обеспечение меры реляционности любого конкретного языка реляционных БД: язык называется реляционным, если он обладает не меньшей выразительностью и мощностью, чем реляционная алгебра или реляционное исчисление.

28. АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ЯЗЫКИ. ТРАНСЛЯТОРЫ (ИНТЕРПРЕТАТОРЫ И КОМПИЛЯТОРЫ). АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ ЯЗЫК БЕЙСИК. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ. ИДЕНТИФИКАТОРЫ. ПЕРЕМЕННЫЕ. ОПЕРАТОРЫ. ОБРАБОТКА ОДНОМЕРНЫХ И ДВУХМЕРНЫХ МАССИВОВ. ФУНКЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. ПОДПРОГРАММЫ. РАБОТА С ФАЙЛАМИ ДАННЫХ.[15]

Язык высокого уровня - язык программирования, понятия и структура которого удобны для восприятия человеком.

Алгоритмический язык (Algorithmic language) - язык программирования - искусственный (формальный) язык, предназначенный для записи алгоритмов. Язык программирования задается своим описанием и реализуется в виде специальной программы: компилятора или интерпретатора. Примерами алгоритмических языков служат – Borland Pascal, C++, Basic и т.д.

Основные понятия алгоритмического языка:

Состав языка:

Обычный разговорный язык состоит из четырех основных элементов: символов, слов, словосочетаний и предложений. Алгоритмический язык содержит подобные элементы, только слова называют элементарными конструкциями, словосочетания - выражениями, предложения - операторами.

Символы , элементарные конструкции, выражения и операторы составляют иерархическую структуру, поскольку элементарные конструкции образуются из последовательности символов.

Выражения - это последовательность элементарных конструкций и символов,

Оператор - последовательность выражений, элементарных конструкций и символов.

Описание языка:

Описание символов заключается в перечислении допустимых символов языка. Под описанием элементарных конструкций понимают правила их образования. Описание выражений - это правила образования любых выражений, имеющих смысл в данном языке. Описание операторов состоит из рассмотрения всех типов операторов, допустимых в языке. Описание каждого элемента языка задается его СИНТАКСИСОМ и СЕМАНТИКОЙ.

Синтаксические определения устанавливают правила построения элементов языка.

Семантика определяет смысл и правила использования тех элементов языка, для которых были даны синтаксические определения.

Символы языка - это основные неделимые знаки, в терминах которых пишутся все тексты на языке.

Элементарные конструкции - это минимальные единицы языка, имеющие самостоятельный смысл. Они образуются из основных символов языка.

Выражение в алгоритмическом языке состоит из элементарных конструкций и символов, оно задает правило вычисления некоторого значения.

Оператор задает полное описание некоторого действия, которое необходимо выполнить. Для описания сложного действия может потребоваться группа операторов.

В этом случае операторы объединяются в Составной оператор или Блок. Действия , заданные операторами, выполняются над данными. Предложения алгоритмического языка, в которых даются сведения о типах данных, называются описаниями или неисполняемыми операторами. Объединенная единым алгоритмом совокупность описаний и операторов образует программу на алгоритмическом языке. В процессе изучения алгоритмического языка необходимо отличать алгоритмический язык от того языка, с помощью которого осуществляется описание изучаемого алгоритмического языка. Обычно изучаемый язык называют просто языком, а язык, в терминах которого дается описание изучаемого языка - Метаязыком.

Трансляторы - (англ. translator — переводчик) — это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.

Программа, написанная на каком-либо алгоритмическом языке высокого уровня, не может быть непосредственно выполнена на ЭВМ. ЭВМ понимает только язык машинных команд. Следовательно, программа на алгоритмическом языке должна быть переведена (транслирована) на язык команд конкретной ЭВМ. Такой перевод осуществляется автоматически специальными программами-трансляторами, создаваемыми для каждого алгоритмического языка и для каждого типа компьютеров.

Существуют два основных способа трансляции — компиляция и интерпретация.

1. Компиляция: Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.

При компиляции вся исходная программа сразу превращается в последовательность машинных команд. После этого полученная результирующая программа выполняется ЭВМ с имеющимися исходными данными. Достоинство такого способа состоит в том, что трансляция выполняется один раз, а (многократное) выполнение результирующей программы может осуществляться с большой скоростью. Вместе с тем результирующая программа может занять в памяти ЭВМ очень много места, так как один оператор языка при трансляции заменяется сотнями или даже тысячами команд. Кроме того, отладка и видоизменения транслированной программы весьма затруднены.

2. Интерпретация: Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.

При интерпретации исходная программа хранится в памяти ЭВМ почти в неизменном виде. Программа-интерпретатор декодирует операторы исходной программы по одному и тут же обеспечивает их выполнение с имеющимися данными. Интерпретируемая программа занимает в памяти компьютера мало места, ее легко отлаживать и видоизменять. Зато выполнение программы происходит достаточно медленно, поскольку при каждом исполнении заново осуществляется поочередная интерпретация всех операторов.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять

Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию — в зависимости от того, для каких целей он создавался. Например, Паскаль обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ. Поэтому данный язык обычно реализуется с помощью компилятора.

С другой стороны, Бейсик создавался как язык для начинающих программистов, для которых построчное выполнение программы имеет неоспоримые преимущества.

Иногда для одного языка имеется и компилятор, и интерпретатор. В этом случае для разработки и тестирования программы можно воспользоваться интерпретатором, а затем откомпилировать отлаженную программу, чтобы повысить скорость ее выполнения.

Читайте также: