Структурные элементы баз данных

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица) (рисунок 5).

 

Рисунок 5 – Основные структурные элементы БД

 

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.

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 покатано на рисунке 6.

 

Рисунок 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).

 

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.

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 рисунке 7.

 

Рисунок 7 – Графическое изображение иерархической структуры БД

 

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 рисунке 8, для записи С4 путь проходит через записи А и В3.

 

Сетевая модель данных

 

Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического.

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

На Рисунке 8 изображена сетевая структура базы данных в виде графа.

 

Рисунок 8 – Графическое изображение сетевой структуры

 

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 – одни 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 3. Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе (рисунок 9).

 

№ личного дела	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения	Группа
	Иванов	Иван	Иванович	01.01.80
	Петрова	Мария	Васильевна	08.04.75
	Сидоров	Василий	Петрович	14.02.77

 

Рисунок 9 – 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 рисунке 10, ключевые полем таблицы может быть «№ 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 4. На рисунке 10 показан пример реляционной модели, построенной на основе отношений: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

 

Рисунок 10 – Пример реляционной модели

 

 

Язык запросов SQL

 

Сами по себе данные в компьютерной форме не представляют интерес для пользователя, если отсутствуют средства доступа к ним. Доступ к данным осуществляется в виде запросов к базе данных, которые формулируются на стандартном языке запросов. Сегодня для большинства СУБД таким языком является SQL.

Появление и развитие этого языка как средства описания доступа к базе данных связано с созданием теории реляционных баз данных. Язык SQL имеет официальный стандарт – ANSI/ISO. Большинство разработчиков СУБД придерживаются этого стандарта, однако часто расширяют его для реализации новых возможностей обработки данных.

SQL не является языком программирования в традиционном представлении. На нем пишутся не программы, а запросы к базе данных. Поэтому SQL – декларативный язык. Это означает, что с его помощью можно сформулировать, что необходимо получить, но нельзя указать, как это следует сделать.

В таблице 1 перечислены наиболее важные операторы, которые входят в стандарт ANSI/ISO SQL.

Таблица 1 – Основные операторы языка SQL

Синтаксис оператора	Выполняемое действие	Комментарий
SELECT	Выбрать данные из базы данных	ВЫБРАТЬ
INSERT	Добавить данные в базу данных	ВКЛЮЧИТЬ
UPDATE	Обновить данные в базе данных	ОБНОВИТЬ
DELETE	Удалить данные из базы данных	УДАЛИТЬ
GRANT	Предоставить привилегии пользователю	РАЗРЕШИТЬ
REVOKE	Отменить привилегии пользователю	ОТМЕНИТЬ
COMMIT	Зафиксировать текущую транзакцию	ЗАФИКСИРОВАТЬ

 

Завершая обсуждение языка SQL, подчеркнем, что это – язык запросов. На нем нельзя написать сколько-нибудь сложную прикладную программу, которая работает с базой данных. Для этой цели в современных СУБД используется язык четвертого поколения (Forth Generation Language – 4GL), обладающий как основными возможностями процедурных языков третьего поколения (3GL), таких как Си, Паскаль, Ада, так и возможностью встроить в текст программы операторы SQL, а также средствами управления интерфейсом пользователя (меню, формами, вводом пользователя и т.д.). Сегодня язык 4GL – это один из фактических стандартов средств разработки приложений, работающих с базами данных.