Структурные элементы базы данных

 

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица) (рис. 15.5).

Поле – элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики:

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

тип, например, символьный, числовой, календарный;

длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным количеством символов;

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

 

Рис. 15.5. Основные структурные элементы БД

Запись – совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи – отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей. Файл (таблица) – совокупность экземпляров записей одной структуры.

 

Описание логической структуры записи файла содержит последовательность расположения полей записи и их основные характеристики, как это показано на рис. 15.6.

 

Имя файла
Поле	Признак ключа	Формат поля
Имя (обозначение)	Полное наименование		Тип	Длина	Точность (для чисел)
имя 1
...
имя n

Рис. 15.6. Описание логической структуры записи файла

 

В структуре записи файла указываются поля, значения которых являются ключами: первичными (ПК), которые идентифицируют экземпляр записи, и вторичными (ВК), которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков (по значению вторичного ключа можно найти несколько записей).

Пример 15.3. На рис. 15.7 приведен пример описания логической структуры записи файла (таблицы) СТУДЕНТ, содержимое которого приводится на рис 15.2. Структура записи файла СТУДЕНТ линейная, она содержит записи фиксированной длины. Повторяющиеся группы значений полей в записи отсутствуют. Обращение к значению поля производится по его номеру.

 

Имя файла: СТУДЕНТ
Поле	Признак ключа	Формат поля
Обозначение	Наименование		Тип	Длина	Точность
Номер	№ личного дела	*	Симв
Фамилия	Фамилия студента		Симв
Имя	Имя студента		Симв
Отчество	Отчество студента		Симв
Дата	Дата рождения		Дата

Рис. 15.7. Описание логической структуры записи файла СТУДЕНТ

ВИДЫ МОДЕЛЕЙ ДАННЫХ

Общие положения

 

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки.

 

СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве [1].

Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных

 

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен на рис. 15.8.

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. Например, как видно из рис. 15.8, для записи С4 путь проходит через записи А и В3.

 

Рис. 15.8. Графическое изображение иерархической структуры БД

Пример 15.4. Пример, представленный на рис. 15.9, иллюстрирует использование иерархической модели базы данных.

Для рассматриваемого примера иерархическая структура правомерна, так как каждый студент учится в определенной (только одной) группе, которая относится к определенному (только одному) институту.

Сетевая модель данных

 

В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

На рис. 15.10 изображена сетевая структура базы данных в виде графа.

Пример 15.5. Примером сложной сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно-исследовательских работах (НИРС). Возможно участие одного студента в нескольких НИРС, а также участие нескольких студентов в разработке одной НИРС. Графическое изображение описанной в примере сетевой структуры, состоящей только из двух типов записей, показано на рис. 15.11. Единственное отношение представляет собой сложную связь между записями в обоих направлениях.

Рис. 15.9. Пример иерархической структуры БД

Рис. 15.10. Графическое изображение сетевой структуры

 

Рис. 15.11. Пример сетевой структуры БД

Реляционная модель данных

Понятие реляционный (англ. relation – отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

"каждый элемент таблицы – один элемент данных;

все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

каждый столбец имеет уникальное имя;

одинаковые строки в таблице отсутствуют;

порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Пример 15.6. Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе (рис. 15.12).

 

№ личного дела	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения	Группа
	Сергеев	Петр	Михайлович	01.01.76
	Петрова	Анна	Владимировна	15.03.75
	Анохин	Андрей	Борисович	14.04.76

Рис. 15.12. Пример реляционной таблицы

 

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы – атрибутам отношений, доменам, полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ. В примере, показанном на рис. 15.12, ключевым полем таблицы является "№ личного дела".

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ – ключ второй таблицы.

Пример 15.7. На рис. 15.13 показан пример реляционной модели, построенной на основе отношений: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

 

Рис. 15.13. Пример реляционной модели

 

СТУДЕНТ (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Пол, Дата рождения, Группа); СЕССИЯ (Номер, Оценка1, Оценка2, Оценка3, Оценка4, Результат); СТИПЕНДИЯ (Результат, Процент).

 

Таблицы СТУДЕНТ И СЕССИЯ имеют совпадающие ключи (Номер), что дает возможность легко организовать связь между ними. Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ Номер и содержит внешний ключ Результат, который обеспечивает ее связь с таблицей СТИПЕНДИЯ.