Δομή ενός σύγχρονου υποδ. Αρχιτεκτονική βάσης δεδομένων: έννοια, ορισμός, επίπεδα
Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική τους, τα ΣΔΒΔ χωρίζονται σε ένα, δύο και τριών επιπέδων [ 191. Σε μια αρχιτεκτονική ενός επιπέδου (Εικ. 1.11, α) χρησιμοποιείται ένας ενιαίος σύνδεσμος (πελάτης), ο οποίος παρέχει την απαραίτητη λογική για τα δεδομένα διαχείριση και οπτικοποίηση τους. Σε μια αρχιτεκτονική δύο επιπέδων (Εικ. 1.11, 6) Ένα σημαντικό μέρος της λογικής διαχείρισης δεδομένων υλοποιείται από τον διακομιστή βάσης δεδομένων (DB server), ενώ ο σύνδεσμος πελάτη ασχολείται κυρίως με την εμφάνιση δεδομένων σε φιλική προς το χρήστη μορφή. Σε DBMS τριών επιπέδων (Εικ. 1.11, V)χρησιμοποιείται ένας ενδιάμεσος σύνδεσμος - ένας διακομιστής εφαρμογών,
Ρύζι. 1.11.
ΕΝΑ -μονής σύνδεσης? 6 - δύο συνδέσμων? V -τριών επιπέδων, που είναι ενδιάμεσος μεταξύ του πελάτη και του διακομιστή βάσης δεδομένων. Ο διακομιστής εφαρμογών σάς επιτρέπει να απαλλάσσετε πλήρως τον πελάτη από τις λειτουργίες διαχείρισης δεδομένων και επικοινωνίας με τον διακομιστή βάσης δεδομένων.
Ανάλογα με τη θέση των επιμέρους τμημάτων του DBMS, διακρίνονται τα τοπικά και τα δικτυακά DBMS. Όλα τα μέρη ενός τοπικού DBMS βρίσκονται στον υπολογιστή του χρήστη που έχει πρόσβαση στη βάση δεδομένων. Για να μπορούν πολλοί χρήστες να εργάζονται με την ίδια βάση δεδομένων ταυτόχρονα, κάθε υπολογιστής χρήστη πρέπει να έχει πρόσβαση στο δικό του αντίγραφο της τοπικής βάσης δεδομένων. Ένα σημαντικό πρόβλημα με ένα DBMS αυτού του τύπου είναι ο συγχρονισμός των περιεχομένων των αντιγράφων δεδομένων (data replication), γι' αυτό και τα τοπικά DBMS δεν είναι κατάλληλα για την επίλυση προβλημάτων που απαιτούν τη συνεργασία πολλών χρηστών.
Τα δίκτυα DBMS περιλαμβάνουν διακομιστή αρχείων, πελάτη-διακομιστή και κατανεμημένα DBMS. Ένα απαραίτητο χαρακτηριστικό αυτών των συστημάτων είναι ένα δίκτυο που παρέχει επικοινωνία υλικού μεταξύ των υπολογιστών και το καθιστά δυνατό Δουλεύοντας μαζίπολλαπλούς χρήστες με την ίδια βάση δεδομένων.
Στα DBMS διακομιστών αρχείων, ολόκληρη η βάση δεδομένων βρίσκεται συνήθως σε μία ή περισσότερες συσκευές αποθήκευσης. ισχυρό αυτοκίνητο, ειδικά σχεδιασμένο για αυτούς τους σκοπούς και μόνιμα συνδεδεμένο στο δίκτυο. Ένας τέτοιος υπολογιστής ονομάζεται διακομιστής αρχείων. Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημα ενός DBMS αυτού του τύπου είναι η σχετική απλότητα της δημιουργίας και της συντήρησής του, αφού στην πραγματικότητα όλα καταλήγουν στην οργάνωση ενός τοπικού δικτύου και στην εγκατάσταση λειτουργικών συστημάτων δικτύου στους υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι σε αυτό. Δεν υπάρχουν ιδιαίτερες διαφορές μεταξύ της τοπικής έκδοσης και της έκδοσης διακομιστή αρχείων του DBMS, καθώς σε αυτές όλα τα μέρη του DBMS συγκεντρώνονται στον υπολογιστή του χρήστη. Συνήθως είναι μονοβάθμιας αρχιτεκτονικής, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιούν διακομιστή εφαρμογών. Το μειονέκτημα των συστημάτων διακομιστή αρχείων είναι το σημαντικό φορτίο στο δίκτυο. Για παράδειγμα, εάν ένας χρήστης εργάζεται σε υπολογιστή πελάτη, πρέπει να βρείτε πληροφορίες για ένα από τα βιβλία που είναι διαθέσιμα στη βιβλιοθήκη και, στη συνέχεια, ολόκληρο το αρχείο που περιέχει πληροφορίες για όλα τα βιβλία μεταδίδεται πρώτα μέσω του δικτύου και μόνο στη συνέχεια σε αυτό που δημιουργήθηκε με αυτόν τον τρόπο τοπικό αντίγραφοδεδομένα, βρίσκονται οι απαραίτητες πληροφορίες. Στο εντατική εργασίαμε δεδομένα από πολλές δεκάδες χρήστες διακίνησητο δίκτυο μπορεί να μην επαρκεί και ο χρήστης θα ενοχληθεί από σημαντικές καθυστερήσεις στην απόκριση του DBMS στα αιτήματά του. Τα DBMS διακομιστή αρχείων μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία σε σχετικά μικρούς οργανισμούς με έως και αρκετές δεκάδες τοποθεσίες πελατών.
Τα συστήματα πελάτη-διακομιστή (δύο επιπέδων) μειώνουν σημαντικά το φορτίο στο δίκτυο, καθώς ο πελάτης επικοινωνεί με δεδομένα μέσω ενός εξειδικευμένου μεσάζοντα - ενός διακομιστή βάσης δεδομένων, ο οποίος βρίσκεται στο μηχάνημα με τη βάση δεδομένων. Ο διακομιστής βάσης δεδομένων λαμβάνει ένα αίτημα από τον πελάτη, βρίσκει την απαιτούμενη εγγραφή στα δεδομένα και τη μεταδίδει στον πελάτη. Έτσι, αλλά τα δίκτυα μεταδίδονται σχετικά σύντομο αίτημακαι ο μοναδικός απαιτούμενη είσοδος, ακόμα κι αν η βάση δεδομένων περιέχει εκατοντάδες χιλιάδες εγγραφές. Κατά κανόνα, ένα αίτημα προς τον διακομιστή σχηματίζεται σε ειδική γλώσσα Ερωτήματα SQL, γι' αυτό οι διακομιστές βάσεων δεδομένων ονομάζονται συχνά διακομιστές SQL. Οι διακομιστές βάσεων δεδομένων είναι σχετικά πολύπλοκα προγράμματα που αναπτύχθηκαν από διάφορες εταιρείες, για παράδειγμα: Microsoft SQLΔιακομιστής ( SQL Server) που παράγεται από τη Microsoft Corporation, το Sybase Adaptive Server από την Sybase Corporation, την Oracle που παράγεται από την ομώνυμη εταιρεία, το DB2 από την IBM Corporation, την InterBase από την Borland Corporation κ.λπ. DBMS πελάτη-διακομιστήπαρέχει λειτουργία ή κλίμακα σε εκατοντάδες και χιλιάδες τοποθεσίες πελατών.
Τα κατανεμημένα DBMS μπορούν να περιέχουν αρκετές δεκάδες ή εκατοντάδες διακομιστές βάσεων δεδομένων. Ο αριθμός των θέσεων πελατών σε αυτά μπορεί να φτάσει τις δεκάδες και τις εκατοντάδες χιλιάδες. Τυπικά, τέτοια DBMS υποστηρίζουν το έργο οργανισμών σε κρατικό επίπεδο (για παράδειγμα, την Κεντρική Εκλογική Επιτροπή της Ρωσικής Ομοσπονδίας), μεμονωμένα τμήματα των οποίων είναι διασκορπισμένα σε μια μεγάλη περιοχή. Σε κατανεμημένα DBMS, ορισμένοι διακομιστές μπορούν να αντιγράψουν ο ένας τον άλλον προκειμένου να επιτύχουν εξαιρετικά χαμηλή πιθανότητα αστοχιών και αστοχιών που μπορούν να παραμορφώσουν ζωτικές πληροφορίες.
Η συνάφεια των κατανεμημένων DBMS έχει αυξηθεί λόγω γρήγορη ανάπτυξηΔιαδίκτυο. Με βάση τη δύναμη του Διαδικτύου, κατανεμημένα συστήματαΔημιουργούν όχι μόνο οργανισμούς σε κρατικό επίπεδο, αλλά και σχετικά μικρές εμπορικές επιχειρήσεις, παρέχοντας στους υπαλλήλους τους εργασία με εταιρικά δεδομένα στο σπίτι και σε επαγγελματικά ταξίδια.
Εννοια. Ένα σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (DBMS) είναι ένα σύνολο γλωσσών και εργαλείων λογισμικού που έχουν σχεδιαστεί για τη δημιουργία, τη συντήρηση και την κοινή χρήση μιας βάσης δεδομένων με πολλούς χρήστες.
Ένα σύγχρονο DBMS περιέχει λογισμικόδημιουργία βάσεων δεδομένων (γλώσσα για την περιγραφή και τον χειρισμό δεδομένων, οπτικά βοηθήματα, προγράμματα εντοπισμού σφαλμάτων), εργαλεία χειρισμού δεδομένων και εργαλεία εξυπηρέτησης. Λειτουργίες στοιχείων DBMS: - η γλώσσα περιγραφής χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του λογικού μοντέλου σε φυσικό. - η γλώσσα χειρισμού υλοποιεί λειτουργίες σε δεδομένα. - τα οπτικά μέσα εμπλέκονται στη διαδικασία σχεδιασμού γραφικών αντικειμένων. - Τα προγράμματα εντοπισμού σφαλμάτων συνδέονται και δοκιμάζουν μπλοκ του προγράμματος ελέγχου που δημιουργήθηκε από τη βάση δεδομένων. - τα εργαλεία για την εργασία με τη βάση δεδομένων παρέχουν μια βολική διεπαφή χρήστη. Τα εργαλεία υπηρεσίας περιλαμβάνουν άλλα προγράμματα (Excel) για εργασία με τη βάση δεδομένων.
Αρχιτεκτονική. Στο περιβάλλον DBMS, διακρίνονται τα ακόλουθα. πέντε βασικά συστατικά:
Σκεύη, εξαρτήματα. Ορισμένα DBMS έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν μόνο με συγκεκριμένους τύπους λειτουργικού συστήματος ή υλικού, ενώ άλλα μπορούν να λειτουργούν με ένα ευρύ φάσμα σκεύη, εξαρτήματακαι διάφορα ΛΣ. Ένα DBMS απαιτεί συνήθως ένα ορισμένο ελάχιστο RAM και μνήμη δίσκου για να λειτουργήσει, αλλά αυτό μπορεί να μην είναι αρκετό για την επίτευξη αποδεκτών επιδόσεων του συστήματος.
Λογισμικό. Αυτό το στοιχείο περιλαμβάνει το λειτουργικό σύστημα, το λογισμικό του ίδιου του DBMS, προγράμματα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένου του λογισμικού δικτύου εάν το DBMS χρησιμοποιείται σε δίκτυο. Οι εφαρμογές συνήθως γράφονται σε γλώσσες τρίτης γενιάς όπως C, COBOL, Fortran, Ada ή Pascal ή σε γλώσσες τέταρτης γενιάς όπως η SQL, οι δηλώσεις της οποίας είναι ενσωματωμένες σε προγράμματα γλώσσας τρίτης γενιάς.
Τα δεδομένα είναι τα περισσότερα σημαντικό συστατικόαπό άποψη τελικούς χρήστες. Η βάση δεδομένων περιέχει τόσο λειτουργικά δεδομένα όσο και μεταδεδομένα, δηλ. "στοιχεία για δεδομένα".
Διαδικασίες, οι οποίες περιλαμβάνουν οδηγίες και κανόνες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό και τη χρήση μιας βάσης δεδομένων: εγγραφή στο DBMS. χρήση ξεχωριστού εργαλείου ή εφαρμογής DBMS· εκκίνηση και διακοπή του DBMS. δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας DBMS. Χειρισμός αστοχιών υλικού και λογισμικού, συμπεριλαμβανομένων διαδικασιών για τον εντοπισμό του αποτυχημένου στοιχείου, τη διόρθωση του αποτυχημένου στοιχείου (για παράδειγμα, καλώντας έναν τεχνικό επισκευής υλικού) και την επαναφορά της βάσης δεδομένων μετά την επίλυση της βλάβης. αλλαγή της δομής του πίνακα, αναδιοργάνωση μιας βάσης δεδομένων που βρίσκεται σε πολλούς δίσκους, τρόποι βελτίωσης της απόδοσης και μέθοδοι αρχειοθέτησης δεδομένων σε δευτερεύουσες συσκευές αποθήκευσης.
Χρήστες: πελάτες βάσης δεδομένων, διαχειριστής βάσης δεδομένων, προγραμματιστές εφαρμογών. Αυτό το στοιχείο συζητείται λεπτομερέστερα στη διάλεξη Νο. 9 (Διαχείριση βάσης δεδομένων)
Το υποσύστημα εργαλείων σχεδίασης είναι ένα σύνολο εργαλείων που απλοποιούν το σχεδιασμό και την υλοποίηση βάσεων δεδομένων και των εφαρμογών τους. Συνήθως, αυτό το σύνολο περιλαμβάνει εργαλεία για τη δημιουργία πινάκων, φορμών, ερωτημάτων και αναφορών.
Το υποσύστημα επεξεργασίας παρέχει επεξεργασία των στοιχείων της εφαρμογής που δημιουργούνται χρησιμοποιώντας εργαλεία σχεδίασης. Για παράδειγμα, η Access 2003 έχει ένα στοιχείο που δημιουργεί μια φόρμα και συνδέει στοιχεία φόρμας με δεδομένα πίνακα.
Το τρίτο συστατικό του DBMS, ο πυρήνας του (DBMS Engine), δρα ως ενδιάμεσος μεταξύ του υποσυστήματος σχεδιασμού και επεξεργασίας εργαλείων και δεδομένων. Η μηχανή βάσης δεδομένων λαμβάνει ερωτήματα από τα άλλα δύο στοιχεία, εκφρασμένα σε πίνακες, σειρές και στήλες και μετατρέπει αυτά τα ερωτήματα σε εντολές λειτουργικό σύστημα, το οποίο γράφει και διαβάζει δεδομένα από μια φυσική συσκευή.
Η Microsoft παρουσιάζει δύο διαφορετικές μηχανές για την Access 2003: Jet Engine και SQL Server. Το Jet Engine χρησιμοποιείται για μικρές προσωπικές και συλλογικές βάσεις δεδομένων. Η μηχανή SQL Server έχει σχεδιαστεί για μεγάλες βάσεις δεδομένων.
35. Ευκαιρίες που παρέχονται από το ΣΔΒΔ στους χρήστες. Απόδοση DBMS.
Οι κύριες λειτουργίες του DBMS περιλαμβάνουν: Διατήρηση καταλόγου συστήματος, Κατάλογος συστήματος, ή λεξικό δεδομένων, είναι μια αποθήκη πληροφοριών που περιγράφει τα δεδομένα στη βάση δεδομένων (στην ουσία, είναι "δεδομένα σχετικά με δεδομένα" ή μεταδεδομένα). Συνήθως, ο κατάλογος του συστήματος αποθηκεύει τις ακόλουθες πληροφορίες: ονόματα, τύποι και μεγέθη στοιχείων δεδομένων. ονόματα συνδέσεων? περιορισμοί υποστήριξης ακεραιότητας που επιβάλλονται στα δεδομένα· ονόματα εξουσιοδοτημένων χρηστών στους οποίους παρέχεται πρόσβαση στα δεδομένα· εξωτερικά, εννοιολογικά και εσωτερικά σχήματα και αντιστοιχίσεις μεταξύ τους· Στατιστικά όπως τα ποσοστά συναλλαγών και οι μετρήσεις πρόσβασης σε αντικείμενα βάσης δεδομένων.
¨ Υποστήριξη συναλλαγών. Μια συναλλαγή είναι ένα σύνολο ενεργειών που εκτελούνται από έναν μεμονωμένο χρήστη ή πρόγραμμα εφαρμογής για πρόσβαση ή αλλαγή των περιεχομένων μιας βάσης δεδομένων. Παραδείγματα συναλλαγών περιλαμβάνουν την προσθήκη στη βάση δεδομένων, την ενημέρωση ή τη διαγραφή οποιασδήποτε πληροφορίας.
¨ Υποστηρίζει παράλληλη λειτουργία.
¨ Ανάκτηση βάσης δεδομένων μετά από αποτυχίες. Το περιοδικό είναι ένα ειδικό μέρος της βάσης δεδομένων, δεν είναι διαθέσιμο στους χρήστες DBMS και διατηρείται με ιδιαίτερη προσοχή (μερικές φορές υποστηρίζονται δύο αντίγραφα του αρχείου καταγραφής, που βρίσκονται σε διαφορετικά φυσικούς δίσκους), το οποίο λαμβάνει εγγραφές όλων των αλλαγών στο κύριο μέρος της βάσης δεδομένων.
¨ Έλεγχος πρόσβασης δεδομένων. Το DBMS πρέπει να διαθέτει μηχανισμό που να διασφαλίζει ότι μόνο εξουσιοδοτημένοι χρήστες μπορούν να έχουν πρόσβαση στη βάση δεδομένων.
¨ Υποστηρίζει την ανταλλαγή δεδομένων. Τα DBMS πρέπει να υποστηρίζουν εργασία σε τοπικό δίκτυο, έτσι ώστε αντί για πολλές ξεχωριστές βάσεις δεδομένων για κάθε μεμονωμένο χρήστη, να μπορεί να εγκατασταθεί και να χρησιμοποιηθεί μια κεντρική βάση δεδομένων ως κοινόχρηστος πόροςγια όλα υπάρχοντες χρήστες. Αυτή η τοπολογία ονομάζεται κατανεμημένη επεξεργασία.
¨ Υποστήριξη ακεραιότητας δεδομένων. Ακεραιότητα βάσης δεδομένων σημαίνει την ορθότητα και τη συνέπεια των αποθηκευμένων δεδομένων. Μπορεί να θεωρηθεί ως ένας άλλος τύπος ασφάλειας βάσης δεδομένων.
¨ Υποστηρίζει την ανεξαρτησία δεδομένων. Η ανεξαρτησία δεδομένων συνήθως επιτυγχάνεται με την εφαρμογή ενός μηχανισμού υποστήριξης προβολής ή υποσχημάτων. Η ανεξαρτησία των φυσικών δεδομένων επιτυγχάνεται πολύ απλά επειδή συνήθως υπάρχουν διάφοροι τύποι επιτρεπόμενων αλλαγών στα φυσικά χαρακτηριστικά της βάσης δεδομένων που δεν επηρεάζουν με κανέναν τρόπο τις προβολές.
Δευτερεύουσες λειτουργίες. σχεδιασμένο για διαχείριση βάσεων δεδομένων, εισαγωγή και εξαγωγή βάσεων δεδομένων, παρακολούθηση χαρακτηριστικών απόδοσης και χρήσης βάσης δεδομένων, στατιστική ανάλυση, αναδιοργάνωση ευρετηρίου, ανακατανομή μνήμης.
Οι εφαρμογές εκτελούν πέντε κύριες λειτουργίες: 1. Δημιουργία, ανάγνωση, ενημέρωση και διαγραφή προβολών. 2. Μορφοποίηση προβολών. 3. Εφαρμογή περιορισμών. 4. Παροχή μηχανισμών ασφάλειας και ελέγχου. 5. Εφαρμογή λογικής επεξεργασίας πληροφοριών. Η απόδοση του DBMS αξιολογείται:
Χρόνος εκτέλεσης αιτήματος. ταχύτητα αναζήτησης πληροφοριών σε μη ευρετηριασμένα πεδία. χρόνος εκτέλεσης των πράξεων εισαγωγής βάσης δεδομένων από άλλες μορφές. ταχύτητα δημιουργίας ευρετηρίων και εκτέλεσης μαζικών λειτουργιών όπως ενημέρωση, εισαγωγή, διαγραφή δεδομένων. ο μέγιστος αριθμός παράλληλων προσβάσεων σε δεδομένα σε λειτουργία πολλών χρηστών· χρόνος δημιουργίας αναφοράς. Η απόδοση ενός DBMS επηρεάζεται από δύο παράγοντες: Τα DBMS που παρακολουθούν την ακεραιότητα των δεδομένων φέρουν πρόσθετο φορτίο που δεν αντιμετωπίζουν άλλα προγράμματα. απόδοση των δικών προγράμματα εφαρμογήςεξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον σωστό σχεδιασμό και κατασκευή βάσης δεδομένων.
Το κύριο ενδιαφέρον της χρήσης ενός ΣΔΒΔ είναι να προσφέρει στον χρήστη (ή τις διαδικασίες εφαρμογής) μια αφηρημένη αναπαράσταση δεδομένων, αποκρύπτοντας τις δυνατότητες αποθήκευσης και διαχείρισής τους. Το DBMS πρέπει να παρέχει πρόσβαση στα δεδομένα μέσω διαδικασιών εφαρμογής σε οποιονδήποτε χρήστη, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που δεν έχουν ιδέα:
Σχετικά με τη φυσική τοποθέτηση των δεδομένων και τις περιγραφές τους στη μνήμη.
Σχετικά με τον μηχανισμό αναζήτησης για τα ζητούμενα δεδομένα.
Σχετικά με τα προβλήματα που προκύπτουν όταν ένας μεγάλος αριθμός χρηστών (προγράμματα εφαρμογών) ζητούν ταυτόχρονα τα ίδια δεδομένα.
Σχετικά με τους τρόπους προστασίας των δεδομένων από εσφαλμένες ενημερώσεις και (ή) μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση.
Σχετικά με τη διατήρηση της βάσης δεδομένων ενημερωμένη.
Η γενικευμένη δομή των συνδέσεων μεταξύ προγραμμάτων και δεδομένων κατά τη χρήση ενός DBMS φαίνεται στο Σχήμα 6.6.
Κατά την εκτέλεση της κύριας από αυτές τις λειτουργίες, το DBMS πρέπει να χρησιμοποιεί διάφορες περιγραφέςδεδομένα που πρέπει να ληφθούν υπόψη:
Η ουσία της θεματικής περιοχής ενδιαφέροντος.
Χαρακτηριστικά που χαρακτηρίζουν τις εγγενείς ιδιότητες κάθε οντότητας.
Σχέσεις που συνδέουν επιλεγμένες οντότητες.
Ρύζι. 6.6. Γενικευμένη δομή των συνδέσεων μεταξύ προγραμμάτων και δεδομένων σε ένα DBMS
Η προσέγγιση της αρχιτεκτονικής και της περιγραφής δεδομένων προτάθηκε από την επιτροπή ANSISPARC (Επιτροπή Σχεδιασμού Προτύπων και Κωδικών
Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων των ΗΠΑ) και στοχεύει να διαχωρίσει την άποψη του χρήστη για τη βάση δεδομένων από αυτήν φυσική οργάνωση. Σύμφωνα με αυτήν την πρόταση, η αρχιτεκτονική του ΣΔΒΔ θα πρέπει να είναι τριών επιπέδων και να περιλαμβάνει εξωτερικά, εννοιολογικά και εσωτερικά επίπεδα (Εικ. 6.7).
Ρύζι. 6.7. Αρχιτεκτονική ANSI-SPARC τριών επιπέδων
Αυτός ο διαχωρισμός σε επίπεδα διασφαλίζει την ανεξαρτησία των αποθηκευμένων δεδομένων, η οποία είναι απαραίτητη για τους ακόλουθους λόγους:
1. Κάθε χρήστης θα πρέπει να μπορεί να έχει πρόσβαση στα δεδομένα χρησιμοποιώντας τη δική του άποψη για αυτά, να αλλάζει την άποψή του για τα δεδομένα χωρίς να επηρεάζει την άποψη άλλων χρηστών.
2. Οι χρήστες δεν χρειάζεται να ασχοληθούν με τις λεπτομέρειες της φυσικής οργάνωσης των δεδομένων, π.χ. δεν πρέπει να εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της φυσικής αποθήκευσης δεδομένων.
3. Ο διαχειριστής της βάσης δεδομένων πρέπει να μπορεί να αλλάξει τη δομή αποθήκευσης δεδομένων έτσι ώστε αυτές οι αλλαγές να παραμένουν διαφανείς για άλλους χρήστες.
4. Η δομή της βάσης δεδομένων δεν πρέπει να εξαρτάται από τις φυσικές πτυχές της αποθήκευσης, για παράδειγμα, κατά τη μετάβαση σε μια νέα εξωτερική συσκευήμνήμη.
Το εξωτερικό επίπεδο είναι μια αναπαράσταση της βάσης δεδομένων από τη σκοπιά συγκεκριμένων χρηστών. Αυτό το επίπεδο μπορεί να περιλαμβάνει πολλές διαφορετικές προβολές της βάσης δεδομένων από διαφορετικές ομάδες χρηστών. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε χρήστης ασχολείται με μια αναπαράσταση θεματική ενότητα, που εκφράζεται με την πιο κατανοητή και βολική γι' αυτόν μορφή. Μια τέτοια αναπαράσταση περιέχει μόνο εκείνες τις οντότητες, τα χαρακτηριστικά και τις συνδέσεις που τον ενδιαφέρουν κατά την επίλυση επαγγελματικών προβλημάτων. Διαφορετικές αναπαραστάσεις σε εξωτερικό επίπεδο μπορεί να επικαλύπτονται, π.χ. χρήση γενικές περιγραφέςαφαιρέσεις τομέα. Σε εξωτερικό επίπεδο, δημιουργείται ένα μοντέλο βάσης δεδομένων πληθωρισμού, εντελώς ανεξάρτητο από την πλατφόρμα ( υπολογιστικό σύστημαστο οποίο θα χρησιμοποιηθεί).
Το μοντέλο πληροφοριών είναι προσανατολισμένο στον άνθρωπο: το αποθηκευτικό του μέσο μπορεί να είναι η ανθρώπινη μνήμη και όχι ένας υπολογιστής. Το μοντέλο πληροφοριών δεν αλλάζει μέχρις ότου ορισμένες αλλαγές στον πραγματικό κόσμο απαιτούν αλλαγές σε ορισμένους ορισμούς, έτσι ώστε αυτό το μοντέλο να συνεχίσει να αντικατοπτρίζει τη θεματική περιοχή.
Το εννοιολογικό επίπεδο είναι μια γενική αναπαράσταση της βάσης δεδομένων που περιγράφει ποια δεδομένα είναι αποθηκευμένα στη βάση δεδομένων, καθώς και τις σχέσεις που υπάρχουν μεταξύ τους. Το εννοιολογικό επίπεδο είναι ενδιάμεσο στην αρχιτεκτονική τριών επιπέδων. Περιέχει τη λογική δομή ολόκληρης της βάσης δεδομένων. Στην πραγματικότητα, είναι μια πλήρης αναπαράσταση των απαιτήσεων δεδομένων του οργανισμού, ανεξάρτητα από εκτιμήσεις σχετικά με τον τρόπο αποθήκευσής τους. Σε εννοιολογικό επίπεδο, είναι απαραίτητο να επισημανθούν:
1) οντότητες, τα χαρακτηριστικά και τις συνδέσεις τους.
2) περιορισμοί που επιβάλλονται στα δεδομένα.
3) σημασιολογικές πληροφορίες σχετικά με τα δεδομένα.
4) πληροφορίες σχετικά με τα μέτρα ασφαλείας.
Το εννοιολογικό επίπεδο υποστηρίζει κάθε εξωτερική αναπαράσταση. Επομένως, αυτό το επίπεδο περιέχει οποιαδήποτε διαθέσιμα στον χρήστηδεδομένα, με εξαίρεση τις πληροφορίες σχετικά με τις μεθόδους αποθήκευσης αυτών των δεδομένων. Σε εννοιολογικό επίπεδο δημιουργείται ένα datalogical model.
Ένα datalogical μοντέλο είναι μια περιγραφή ενός μοντέλου πληροφοριών στη γλώσσα ορισμού δεδομένων ενός συγκεκριμένου DBMS. Αυτό το μοντέλο είναι προσανατολισμένο στον υπολογιστή (ανάλογα με το DBMS και το λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιείται στον υπολογιστή).
Το εσωτερικό επίπεδο είναι η φυσική αναπαράσταση της βάσης δεδομένων, που περιγράφει τις μεθόδους αποθήκευσης της στο υπολογιστικό σύστημα. Αυτό το επίπεδο περιγράφει τη φυσική υλοποίηση της βάσης δεδομένων και αποσκοπεί στην επίτευξη βέλτιστης απόδοσης και στην εξασφάλιση οικονομικής χρήσης χώρος στο δισκο.
Περιέχει μια περιγραφή δομών δεδομένων και μεμονωμένων αρχείων που χρησιμοποιούνται για αποθήκευση σε συσκευές αποθήκευσης.
Σε εσωτερικό επίπεδο, το DBMS αλληλεπιδρά με τις μεθόδους πρόσβασης του λειτουργικού συστήματος με σκοπό την αποτελεσματική τοποθέτηση δεδομένων σε μέσα, τη δημιουργία ευρετηρίων κ.λπ. Σε αυτό το επίπεδο χρησιμοποιούνται τα εξής:
Χάρτης κατανομής χώρου στο δίσκο για αποθήκευση δεδομένων και ευρετήρια.
Περιγραφή των λεπτομερειών αποθήκευσης εγγραφών (που υποδεικνύει τα πραγματικά μεγέθη των στοιχείων δεδομένων που αποθηκεύονται).
Πληροφορίες σχετικά με την απόσπαση εγγραφών.
Πληροφορίες για τη δυνατότητα συμπίεσης δεδομένων και τις επιλεγμένες μεθόδους κρυπτογράφησης.
Η εφαρμογή των αναγραφόμενων πληροφοριών πραγματοποιείται στις σωματικό επίπεδουπολογιστικό σύστημα που ελέγχεται από το λειτουργικό σύστημα. Επί του παρόντος, οι λειτουργίες του DBMS και του λειτουργικού συστήματος δεν διακρίνονται αυστηρά. Υπάρχουν DBMS που χρησιμοποιούν όλες τις μεθόδους πρόσβασης που παρέχονται σε ένα δεδομένο λειτουργικό σύστημα, ενώ άλλα χρησιμοποιούν μόνο ορισμένες από τις μεθόδους ή υλοποιούν το δικό τους σύστημα αρχείων.
Σε εσωτερικό επίπεδο δημιουργείται ένα φυσικό μοντέλο.
Το φυσικό μοντέλο επιτρέπει στο DBMS να παρέχει στα προγράμματα και στους χρήστες πρόσβαση στα αποθηκευμένα δεδομένα ονομαστικά, χωρίς να ανησυχεί για το φυσική τοποθεσία. Είναι προσανατολισμένο στον υπολογιστή (ανάλογα με το DBMS και το λειτουργικό σύστημα). Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το DBMS αναζητά δεδομένα σε εξωτερικές συσκευές αποθήκευσης.
Σύμφωνα με τις προτάσεις ANSI-SPARC, μπορεί να αναπαρασταθεί ένα αντίστοιχο μοντέλο δεδομένων τριών επιπέδων (Εικόνα 6.8):
Ρύζι. 6.8. Επίπεδα μοντέλου δεδομένων
Το DBMS είναι χτισμένο σε μια αρθρωτή αρχή, επειδή είναι αρκετά περίπλοκο λογισμικό. Η σύνθεση και η διασύνδεση των μονάδων των πραγματικών DBMS ποικίλλουν πολύ, αλλά μπορεί να αναγνωριστεί ένας αριθμός γενικευμένων στοιχείων (Εικ. 6.9):
Ρύζι. 6.9. Κύρια στοιχεία ενός ΣΔΒΔ
Ας δούμε τα κύρια στοιχεία του DBMS.
Επεξεργαστής ερωτημάτων - το κύριο στοιχείο του DBMS που μετατρέπει τα ερωτήματα σε μια ακολουθία οδηγίες χαμηλού επιπέδουγια τον ελεγκτή βάσης δεδομένων.
Ο ελεγκτής βάσης δεδομένων αλληλεπιδρά με προγράμματα και ερωτήματα χρήστη που εκτελούνται. Ο ελεγκτής βάσης δεδομένων δέχεται ερωτήματα και εξετάζει εξωτερικά και εννοιολογικά σχήματα για να προσδιορίσει εκείνες τις εννοιολογικές εγγραφές που απαιτούνται για την ικανοποίηση των απαιτήσεων του ερωτήματος. Ο ελεγκτής βάσης δεδομένων καλεί τον ελεγκτή αρχείων για να εκπληρώσει το εισερχόμενο αίτημα.
Ο ελεγκτής αρχείων χειρίζεται αρχεία που προορίζονται για την αποθήκευση δεδομένων και είναι υπεύθυνος για την κατανομή του διαθέσιμου χώρου στο δίσκο. Δημιουργεί και διατηρεί μια λίστα δομών και ευρετηρίων που ορίζονται στο εσωτερικό κύκλωμα. (Ο ελεγκτής αρχείων δεν διαχειρίζεται τη φυσική είσοδο - αυτό είναι συνάρτηση του λειτουργικού συστήματος).
Ο προεπεξεργαστής DML μετατρέπει τις δηλώσεις DML που είναι ενσωματωμένες σε προγράμματα εφαρμογών σε κλήσεις τυποποιημένα χαρακτηριστικά βασική γλώσσα. Για να δημιουργήσει τον κατάλληλο κώδικα, ο προεπεξεργαστής DML πρέπει να επικοινωνήσει με τον επεξεργαστή ερωτημάτων. Η γλώσσα χειρισμού δεδομένων (DML) είναι ένα σύνολο γλωσσικών εργαλείων για την οργάνωση της πρόσβασης σε δεδομένα σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο δεδομένων και στο αντίστοιχο DBMS.
Ο μεταγλωττιστής γλώσσας DDL μετατρέπει τις εντολές DDL σε ένα σύνολο πινάκων που περιέχουν μεταδεδομένα. Στη συνέχεια, αυτοί οι πίνακες αποθηκεύονται στον κατάλογο του συστήματος και πληροφορίες ελέγχου- στις κεφαλίδες των αρχείων δεδομένων. Η γλώσσα ορισμού δεδομένων (DDL) είναι ένας επίσημος νόμος που χρησιμοποιείται σε ορισμένα μοντέλα δεδομένων για να ορίσει τη δομή των δεδομένων.
Ο ελεγκτής λεξικού ελέγχει την πρόσβαση και τη λειτουργία του καταλόγου συστήματος. Ο κατάλογος συστήματος είναι προσβάσιμος στα περισσότερα στοιχεία του DBMS.
Ο ελεγκτής βάσης δεδομένων, όπως και άλλα στοιχεία του DBMS, περιέχει ένας μεγάλος αριθμός απόενότητες προγράμματος. Για παράδειγμα, ο ελεγκτής βάσης δεδομένων περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία λογισμικού (Εικόνα 6.10):
1. Έλεγχος δικαιωμάτων πρόσβασης (ο χρήστης έχει ή δεν έχει δικαίωμα στην αιτούμενη λειτουργία).
2. Επεξεργαστής εντολών (για την εκτέλεση της αίτησης, ο έλεγχος μεταφέρεται στον επεξεργαστή εντολών).
3. Στοιχεία ελέγχου ακεραιότητας (κατά την εκτέλεση εργασιών που σχετίζονται με την αλλαγή των περιεχομένων της βάσης δεδομένων, ελέγχεται η ακεραιότητα των κλειδιών).
4. Το ερώτημα βελτιστοποίησης καθορίζει η καλύτερη στρατηγικήεκπληρώσει το αίτημα.
5. Ο υπεύθυνος επεξεργασίας συναλλαγών διενεργεί την απαιτούμενη επεξεργασία των πράξεων που λαμβάνονται κατά την εκτέλεση των συναλλαγών.
6. Ο προγραμματιστής είναι υπεύθυνος για την εκτέλεση παράλληλων λειτουργιών βάσης δεδομένων χωρίς συγκρούσεις.
7. Ο ελεγκτής ανάκτησης διασφαλίζει ότι τα δεδομένα επαναφέρονται σε σταθερή κατάσταση μετά από αποτυχία.
8. Ο ελεγκτής buffer είναι υπεύθυνος για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ RAM και εξωτερικού μέσου.
Ρύζι. 6.10. Στοιχεία ελεγκτή βάσης δεδομένων
Μέσω της οργάνωσης της αλληλεπίδρασης με τη βάση δεδομένων μέσω του δικτύου, τα ΣΔΒΔ χωρίζονται σε:
DBMS με κεντρική αρχιτεκτονική.
DBMS με αρχιτεκτονική διακομιστή αρχείων.
DBMS με αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή.
DBMS με αρχιτεκτονική τριών επιπέδων: "thin client" - application server - database server.
Σε ένα DBMS με κεντρική αρχιτεκτονική, το DBMS και η ίδια η βάση δεδομένων βρίσκονται και λειτουργούν σε έναν κεντρικό μικροϋπολογιστή (mainframe) και οι χρήστες έχουν πρόσβαση στη βάση δεδομένων χρησιμοποιώντας συνηθισμένα τερματικά - ο υπολογιστής θεωρείται απλώς ως συσκευή εισαγωγής και εμφάνισης πληροφοριών: πληκτρολογήσεις μεταδίδονται στον κεντρικό υπολογιστή, δεδομένα μεταδίδεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, εμφανίζεται απευθείας στην οθόνη του χρήστη. Παραδείγματα DBMS με κεντρική αρχιτεκτονική είναι πρώιμες εκδόσεις DB2 DBMS, πρώιμες εκδόσεις Oracle και Ingres DBMS.
ΣΤΟ DBMS με αρχιτεκτονική διακομιστή αρχείωνη βάση δεδομένων αποθηκεύεται στον διακομιστή και αντίγραφα του DBMS εγκαθίστανται σε υπολογιστές χρηστών. Το αρχείο της βάσης δεδομένων που βρίσκεται στον διακομιστή μοιράζεται από όλους τους χρήστες ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας λογισμικό δικτύου και το ίδιο το λειτουργικό σύστημα. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα μιας τέτοιας αρχιτεκτονικής είναι το MS Access DBMS: αντίγραφα του DBMS εγκαθίστανται στον υπολογιστή κάθε χρήστη και το ίδιο το αρχείο βάσης δεδομένων βρίσκεται στο διακομιστή σε έναν φάκελο δικτύου.
Η αρχιτεκτονική του διακομιστή αρχείων σάς επιτρέπει να επιτύχετε αποδεκτές επιδόσεις, επειδή... Κάθε αντίγραφο του DBMS έχει στη διάθεσή του όλους τους πόρους του υπολογιστή του χρήστη. Από την άλλη πλευρά, η απόδοση ενός τέτοιου σχήματος για κάθε χρήστη εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά του υπολογιστή του χρήστη. Επιπλέον, αυτό το σχήμα λειτουργίας φορτώνει σημαντικά το δίκτυο.
Ας πούμε ότι ο χρήστης πρέπει να επιλέξει σειρές πίνακα με προϊόντα για τα οποία ο όγκος πωλήσεων δεν υπερβαίνει τα 100 χιλιάδες ρούβλια. Δεδομένου ότι οι σειρές στον πίνακα δεν είναι ταξινομημένες, πιθανότατα θα μεταδοθούν μέσω του δικτύου Ολασειρές πίνακα, από τις οποίες το DBMS θα επιλέξει τις απαραίτητες ήδη «επιτόπου» (στον υπολογιστή του χρήστη).
Προφανώς, ένα τέτοιο σχήμα είναι παράλογο όταν μεγάλους όγκουςεπεξεργασμένες πληροφορίες ή περισσότεροχρήστες βάσης δεδομένων. Επομένως, για τέτοιες βάσεις δεδομένων είναι πιο σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί μια αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή.
Στο αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστήη βάση δεδομένων αποθηκεύεται στον διακομιστή και το DBMS χωρίζεται σε δύο μέρη: πελάτηςΚαι δωμάτιο διακομιστή. Το τμήμα πελάτη του DBMS εκτελείται στην πλευρά του πελάτη και παρέχει διαδραστική αλληλεπίδραση με τον χρήστη και δημιουργία ερωτημάτων στη βάση δεδομένων (στη γλώσσα SQL).
Το τμήμα διακομιστή εκτελείται στον διακομιστή και αλληλεπιδρά με τη βάση δεδομένων, διασφαλίζοντας την εκτέλεση αιτημάτων από το τμήμα πελάτη, π.χ. αν σχεδιάσουμε μια αναλογία με το παράδειγμα που συζητήθηκε παραπάνω, το τμήμα πελάτη θα δημιουργήσει και θα στείλει στο τμήμα διακομιστή το αίτημα "Επιλέξτε με για μια σειρά πίνακα με προϊόντα για τα οποία ο όγκος πωλήσεων δεν υπερβαίνει τα 100 χιλιάδες ρούβλια", το τμήμα διακομιστή που εκτελείται αυτό το αίτημακαι θα στείλει στο τμήμα πελάτη εκείνες τις γραμμές που είναι απαραίτητες, χωρίς να μεταδώσει όλες τις γραμμές μέσω του δικτύου.
Τα περισσότερα σύγχρονα DBMS υλοποιούνται χρησιμοποιώντας μια αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή: Oracle, MS SQL Server, PostgreSQL, MySQL, Informix, DB2, κ.λπ.
Ωστόσο, η αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα.
Εάν αλλάξει η επιχειρησιακή λογική αλληλεπίδρασης με τη βάση δεδομένων (η λογική που καθορίζει τη σειρά της επιχείρησης: ποιοι πίνακες πρέπει να συμπληρωθούν και με ποια σειρά, τι να κάνετε κατά την προσθήκη νέου υπαλλήλου κ.λπ.), τότε τα προγράμματα-πελάτες έχουν να ξαναγραφεί (δημιουργήστε νέες φόρμες, αλλάξτε τη σειρά συμπλήρωσής τους κ.λπ.).
Εάν οι αλλαγές συμβαίνουν πολύ συχνά και ο αριθμός των εργασιών είναι μεγάλος, τότε η συνεχής επανεγκατάσταση του λογισμικού (η οποία, παρεμπιπτόντως, θα πρέπει να γίνει αρκετά γρήγορα) γίνεται σοβαρό πρόβλημα.
Σε τέτοιες περιπτώσεις, θα πρέπει να μετακινηθείτε σε μια αρχιτεκτονική τριών επιπέδων: "thin client" - application server - database server.
Στο αρχιτεκτονική τριών επιπέδωνΟι λειτουργίες του τμήματος πελάτη ("thin client") περιλαμβάνουν μόνο διαδραστική αλληλεπίδραση με τον χρήστη και όλη η επιχειρηματική λογική μεταφέρεται στον διακομιστή εφαρμογών, ο οποίος στην πραγματικότητα διασφαλίζει τη δημιουργία ερωτημάτων στη βάση δεδομένων, τα οποία μεταφέρονται για εκτέλεση στη βάση δεδομένων υπηρέτης.
« Λεπτός πελάτης" βρίσκεται στον υπολογιστή του χρήστη και τις περισσότερες φορές αντιπροσωπεύει ένα πρόγραμμα περιήγησης Ιστού (για παράδειγμα, Internet Explorer) που χρησιμοποιεί τις αντίστοιχες μικροεφαρμογές Java σελίδας HTML ή στοιχεία ActiveX.
Ο διακομιστής εφαρμογής βρίσκεται στον διακομιστή και μπορεί να είναι εξειδικευμένο πρόγραμμα(για παράδειγμα, Oracle Forms Server) ή ένας κανονικός διακομιστής Web που καλεί για την επεξεργασία ενός αιτήματος HTTP εξωτερικό πρόγραμμαμέσω της διεπαφής CGI (Εικ. 33).
Ρύζι. 33. Αρχιτεκτονική βάσης γνώσεων τριών επιπέδων.
Τα πλεονεκτήματα μιας αρχιτεκτονικής τριών επιπέδων είναι προφανή: εάν απαιτούνται αλλαγές στην επιχειρηματική λογική, οι αλλαγές γίνονται μόνο μία φορά - στον διακομιστή εφαρμογών. Δεν χρειάζεται να αλλάξετε ή να επανεγκαταστήσετε προγράμματα-πελάτες.
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ ΔΙΑΛΕΞΗΣ
Για φοιτητές ειδικότητας
T1002 «Λογισμικό τεχνολογίας πληροφοριών»
(L.V. Rudikova, Ph.D., Αναπληρώτρια Καθηγήτρια)
Ερώτηση 31. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ DBMS. ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΧΕΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ
1. Η έννοια της βάσης δεδομένων.
2. Αρχιτεκτονική βάσης δεδομένων τριών επιπέδων.
3. Κύκλος ζωής της βάσης δεδομένων.
4. Αρχιτεκτονική DBMS.
5. Μοντέλο σχεσιακών δεδομένων.
6. Σχέδιο σχεσιακές βάσεις δεδομένωνδεδομένα.
7. Κανονικές μορφέςσχέσεις.
8. Σχεσιακή άλγεβρα.
1. Η έννοια της βάσης δεδομένων.
Ένα σύστημα βάσης δεδομένων είναι οποιοδήποτε πληροφοριακό σύστημα που βασίζεται σε υπολογιστή στο οποίο τα δεδομένα μπορούν να μοιραστούν μεταξύ πολλών εφαρμογών.
Σύστημα πληροφορίων – ένα αυτόματο σύστημα που οργανώνει δεδομένα και παρέχει πληροφορίες.
Σύστημα πληροφοριών και διαχείρισης – ένα σύστημα που παρέχει υποστήριξη πληροφοριώνδιαχείριση.
Δεδομένα – σκόρπια γεγονότα.
Πληροφορίες – οργανωμένα και επεξεργασμένα δεδομένα.
Κάτω από βάση δεδομένων αναφέρεται σε ένα σύνολο διασυνδεδεμένων στοιχειωδών ομάδων δεδομένων (πληροφοριών) που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία από ένα ή περισσότερα συστήματα εφαρμογών. Σύστημα βάσης δεδομένων αποτελείται από μια βάση δεδομένων· ονομάζεται λογισμικό γενικής χρήσης σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (DBMS) , και χρησιμεύει για τη διαχείριση της βάσης δεδομένων. κατάλληλο εξοπλισμό και άτομα.
Κάθε DBMS πρέπει να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:
· παρέχουν στον χρήστη τη δυνατότητα να δημιουργήσει νέες βάσεις δεδομένων και να τις ορίσει σχήμα (λογική δομή δεδομένων)με τη χρήση ειδική γλώσσα - γλώσσα ορισμού δεδομένων; υποστήριξη πολλαπλών προβολών των ίδιων δεδομένων.
· ας" αίτηση» δεδομένα και αλλάξτε τα χρησιμοποιώντας γλώσσα ερωτήματος, ή γλώσσα χειρισμού δεδομένων; επιτρέπουν την ενσωμάτωση και μοιρασιάδεδομένα από διάφορες εφαρμογές·
· υποστηρίζει την αποθήκευση πολύ μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων, μετρούμενων σε gigabyte ή περισσότερο, για μεγάλο χρονικό διάστημα, προστατεύοντάς τα από τυχαία ζημιά και μη εξουσιοδοτημένη χρήση, και παρέχει επίσης τροποποίηση της βάσης δεδομένων και πρόσβαση σε δεδομένα μέσω ερωτημάτων, π.χ. εγγυάται την ασφάλεια και την ακεραιότητα των δεδομένων·
· έλεγχος της πρόσβασης σε δεδομένα ταυτόχρονα για πολλούς χρήστες· να αποκλείσει την επιρροή του αιτήματος ενός χρήστη στο αίτημα ενός άλλου και να αποτρέψει την ταυτόχρονη πρόσβαση, η οποία θα μπορούσε να καταστρέψει τα δεδομένα, π.χ. εξασφάλιση ταυτόχρονου ελέγχου της πρόσβασης στα δεδομένα.
Το σύστημα βάσης δεδομένων αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:
· Χρήστες, δηλ. άτομα που χρησιμοποιούν δεδομένα.
· Εφαρμογές, δηλ. προγράμματα χρηστών που απαιτούν δεδομένα από το σύστημα.
· Το DBMS είναι λογισμικό που διαχειρίζεται την πρόσβαση σε δεδομένα και παρέχει την καθορισμένη λειτουργικότητα ενός συστήματος βάσης δεδομένων.
· Δεδομένα, δηλ. συμβολοσειρές που είναι αποθηκευμένες σε αρχεία.
· Το κεντρικό σύστημα είναι το σύστημα υπολογιστή στο οποίο αποθηκεύονται τα αρχεία. Οι σειρές δεδομένων είναι προσβάσιμες από το κεντρικό σύστημα. Ο ρόλος του DBMS είναι να δημιουργεί ερωτήματα που επιτρέπουν τη χρήση της λειτουργικότητας του συστήματος διαχείρισης αρχείων του κεντρικού συστήματος για την εξυπηρέτηση διάφορες εφαρμογές. Ένα DBMS είναι ένα πρόσθετο επίπεδο λογισμικού που είναι χτισμένο πάνω από το λογισμικό του συστήματος υποδοχής.
Έτσι, ένα σύστημα με βάση δεδομένων μπορεί να αναπαρασταθεί ως η ακόλουθη σειρά επιπέδων:
Στο χαμηλότερο επίπεδο υπάρχουν δεδομένα αποθηκευμένα σε φυσικά αρχεία (φυσική μνήμη βάσης δεδομένων). Επί ανώτερο επίπεδο– εφαρμογές με τις δικές τους αναπαραστάσεις των ίδιων φυσικών δεδομένων. Κάθε προβολή βάσης δεδομένων έχει μια συγκεκριμένη λογική δομή, που κατασκευάστηκε από τα υποκείμενα φυσικά δεδομένα. Για να παρέχει μια διεπαφή μεταξύ φυσική μνήμηΗ βάση δεδομένων και οι διάφορες λογικές εκδόσεις της (πολλές υποστηριζόμενες προβολές) Το DBMS, με τη σειρά του, πρέπει να αποτελείται από πολλά επίπεδα.
2. Αρχιτεκτονική βάσης δεδομένων τριών επιπέδων.
Η διάκριση μεταξύ λογικής και φυσικής αναπαράστασης δεδομένων αναγνωρίστηκε επίσημα το 1978 όταν η επιτροπή ANSI/SPARC πρότεινε μια γενικευμένη δομή συστημάτων βάσεων δεδομένων. Αυτή η δομή ονομάζεται αρχιτεκτονική τριών επιπέδων. Τα τρία επίπεδα αρχιτεκτονικής είναι: εσωτερικό, εννοιολογικό και εξωτερικό.
Εσωτερικό επίπεδο – αυτό είναι το επίπεδο που καθορίζει τη φυσική εμφάνιση της βάσης δεδομένων, πιο κοντά στη φυσική αποθήκευση και σχετίζεται με μεθόδους αποθήκευσης πληροφοριών σε φυσικές συσκευές αποθήκευσης. Με αυτό το επίπεδο συσχετίζονται μονάδες δίσκου, φυσικές διευθύνσεις, ευρετήρια, δείκτες κ.λπ. Αυτό το επίπεδο είναι ευθύνη των σχεδιαστών φυσικών βάσεων δεδομένων που αποφασίζουν ποιες φυσικές συσκευές θα αποθηκεύουν δεδομένα, ποιες μεθόδους πρόσβασης θα χρησιμοποιηθούν για την ανάκτηση και ενημέρωση δεδομένων και ποια μέτρα πρέπει να ληφθούν για τη διατήρηση ή τη βελτίωση της απόδοσης του συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Οι χρήστες δεν αγγίζουν αυτό το επίπεδο.
Εννοιολογικό επίπεδο – δομικό επίπεδο που καθορίζει τον λογικό σχεδιασμό της βάσης δεδομένων. Επί αυτό το επίπεδοπραγματοποιείται εννοιολογικός σχεδιασμός της βάσης δεδομένων, ο οποίος περιλαμβάνει ανάλυση των αναγκών πληροφοριών των χρηστών και εντοπισμό των στοιχείων δεδομένων που χρειάζονται. Το αποτέλεσμα του εννοιολογικού σχεδιασμού είναι ένα εννοιολογικό διάγραμμα, μια λογική περιγραφή όλων των στοιχείων δεδομένων και των σχέσεων μεταξύ τους.
Εξωτερικό επίπεδο – το δομικό επίπεδο της βάσης δεδομένων, το οποίο καθορίζει τις απόψεις των χρηστών των δεδομένων. Κάθε ομάδα χρηστών λαμβάνει τη δική της προβολή των δεδομένων στη βάση δεδομένων. Κάθε τέτοια προβολή δεδομένων παρέχει μια περιγραφή με επίκεντρο τον χρήστη των στοιχείων δεδομένων που συνθέτουν την προβολή δεδομένων και τις σχέσεις μεταξύ τους. Μπορεί να προκύψει άμεσα από το εννοιολογικό πλαίσιο. Η συλλογή τέτοιων προβολών δεδομένων χρήστη παρέχει το εξωτερικό επίπεδο.
|
Προβολές χρήστη και εφαρμογών |
Εξωτερικό επίπεδο |
|
Οθόνες |
|
|
Εννοιολογικό διάγραμμα |
Εννοιολογικό επίπεδο |
|
Απεικόνιση |
Εσωτερικό επίπεδο |
|
Σύστημα κεντρικού υπολογιστή |
|
|
Αποθηκευμένα δεδομένα |
Ρύζι. Επίπεδα DBMS
3. Κύκλος ζωής της βάσης δεδομένων.
Η διαδικασία σχεδιασμού, υλοποίησης και διατήρησης συστήματος βάσης δεδομένων ονομάζεται κύκλος ζωής της βάσης δεδομένων (LDC). Η διαδικασία για τη δημιουργία ενός συστήματος ονομάζεται κύκλος ζωής συστήματος (SLC).
Κατανόηση και η σωστή προσέγγισηστο LCBD είναι πολύ σημαντικό και απαιτεί λεπτομερής εξέταση, αφού βασίζεται στην προσέγγιση δεδομένα-κεντρικά. Τα στοιχεία δεδομένων είναι πιο σταθερά από τις λειτουργίες του συστήματος που εκτελούνται. Δημιουργία σωστή δομήΤα δεδομένα απαιτούν σύνθετη ανάλυση των κατηγοριών μονάδων δεδομένων και των σχέσεων μεταξύ τους. Εάν δημιουργήσετε ένα λογικό σχήμα βάσης δεδομένων, τότε στο μέλλον μπορείτε να δημιουργήσετε οποιονδήποτε αριθμό λειτουργικών συστημάτων που χρησιμοποιούν αυτό το σχήμα. Η προσέγγιση προσανατολισμένη στη λειτουργία μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για τη δημιουργία προσωρινών συστημάτων που έχουν σχεδιαστεί για σύντομη περίοδο λειτουργίας.
Το LCBD αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια:
1. Προσχεδιασμός – σχεδιασμός βάσεων δεδομένων, που πραγματοποιείται κατά τη διαδικασία ανάπτυξης στρατηγικού σχεδίου βάσης δεδομένων. Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού, συλλέγονται οι ακόλουθες πληροφορίες:
· ποια προγράμματα εφαρμογών χρησιμοποιούνται και ποιες λειτουργίες εκτελούν.
· ποια αρχεία σχετίζονται με καθεμία από αυτές τις εφαρμογές.
· ποιες νέες εφαρμογές και αρχεία βρίσκονται στα σκαριά.
Αυτές οι πληροφορίες βοηθούν στον προσδιορισμό του τρόπου χρήσης των πληροφοριών εφαρμογής και στον προσδιορισμό των μελλοντικών απαιτήσεων για το σύστημα βάσης δεδομένων.
Οι πληροφορίες από αυτό το στάδιο τεκμηριώνονται με τη μορφή ενός γενικευμένου μοντέλου δεδομένων.
2. Έλεγχος σκοπιμότητας . Εδώ καθορίζεται η τεχνολογική, λειτουργική και οικονομική σκοπιμότητα του σχεδίου δημιουργίας βάσης δεδομένων, δηλαδή:
· τεχνολογική σκοπιμότητα – είναι διαθέσιμη η τεχνολογία για την υλοποίηση της προγραμματισμένης βάσης δεδομένων;
· λειτουργική σκοπιμότητα – υπάρχουν τα κεφάλαια και οι ειδικοί που απαιτούνται για την επιτυχή εφαρμογή του σχεδίου βάσης δεδομένων;
· οικονομική σκοπιμότητα – μπορούν να καθοριστούν τα συμπεράσματα; Θα πληρώσει το σχεδιαζόμενο σύστημα; Είναι δυνατόν να εκτιμηθεί το κόστος και τα οφέλη;
3. Καθορισμός Απαιτήσεων περιλαμβάνει την επιλογή των στόχων της βάσης δεδομένων, την αποσαφήνιση των απαιτήσεων πληροφοριών για το σύστημα και τις απαιτήσεις υλικού και λογισμικό. Έτσι, στις σε αυτό το στάδιοδημιουργείται η συλλογή δεδομένων και ο καθορισμός απαιτήσεων γενικό μοντέλο πληροφοριών, που εκφράζεται στις ακόλουθες εργασίες:
· Οι στόχοι του συστήματος καθορίζονται μέσω ανάλυσης ανάγκες πληροφόρησης. Υποδεικνύει επίσης απαραίτητα τι είδους βάση δεδομένων πρέπει να δημιουργηθεί (κατανεμημένη, ολιστική) και ποια εργαλεία επικοινωνίας χρειάζονται. Το έγγραφο εξόδου είναι ένα σχόλιο που περιγράφει τους στόχους του συστήματος.
· Προσδιορισμός των απαιτήσεων των χρηστών: τεκμηρίωση με τη μορφή γενικευμένων πληροφοριών (σχόλια, αναφορές, έρευνες, ερωτηματολόγια κ.λπ.). επιδιόρθωση λειτουργιών του συστήματοςκαι τον εντοπισμό συστημάτων εφαρμογών που θα πληρούν αυτές τις απαιτήσεις. Τα στοιχεία παρουσιάζονται με τη μορφή σχετικών εγγράφων.
· Προσδιορισμός γενικών απαιτήσεων υλικού και λογισμικού που σχετίζονται με τη διατήρηση του επιθυμητού επιπέδου απόδοσης. (Μάθετε τον αριθμό των χρηστών του συστήματος, τον αριθμό των μηνυμάτων εισαγωγής ανά ημέρα, τον αριθμό των εκτυπώσεων). Αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται για την επιλογή τύπων υπολογιστών και DBMS, χωρητικότητας δίσκου και αριθμού εκτυπωτών. Τα δεδομένα από αυτό το στάδιο παρουσιάζονται σε μια αναφορά που περιέχει δείγματα διαμορφώσεων υλικού και λογισμικού.
· Ανάπτυξη σχεδίου για τη σταδιακή δημιουργία του συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής αρχικών εφαρμογών.
4. Εννοιολογική σχεδίαση – δημιουργία εννοιολογικού διαγράμματος βάσης δεδομένων. Οι προδιαγραφές αναπτύσσονται στο βαθμό που απαιτείται για τη μετάβαση στην εφαρμογή.
Το κύριο έγγραφο εξόδου είναι ένα ενιαίο μοντέλο πληροφοριών(ή σχήμα βάσης δεδομένων σε εννοιολογικό επίπεδο). Κατά την ανάπτυξη αυτού του μοντέλου, χρησιμοποιούνται πληροφορίες και λειτουργίες που πρέπει να εκτελεί το σύστημα, που καθορίζονται στο στάδιο της συλλογής και του προσδιορισμού των απαιτήσεων του συστήματος. Σε αυτό το στάδιο, είναι επίσης επιθυμητό να οριστούν: 1) κανόνες για τα δεδομένα. 2) κανόνες για τις διαδικασίες. 3) κανόνες για τη διεπαφή.
5. Εκτέλεση – διαδικασία μετασχηματισμού εννοιολογικό μοντέλοσε μια λειτουργική βάση δεδομένων. Περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα.
1) Επιλογή και αγορά του απαραίτητου DBMS.
2) Μετατροπή του εννοιολογικού (πληροφοριακού) μοντέλου βάσης δεδομένων σε λογικό και φυσικό μοντέλο δεδομένων:
· Βάσει του πληθωρικού μοντέλου δεδομένων, δημιουργείται ένα σχήμα δεδομένων για ένα συγκεκριμένο ΣΔΒΔ, εάν είναι απαραίτητο, η βάση δεδομένων αποσυναρμολογείται προκειμένου να επιταχυνθεί η επεξεργασία των ερωτημάτων σε όλες τις κρίσιμες εφαρμογές.
· καθορίζεται ποιες διαδικασίες εφαρμογής πρέπει να υλοποιηθούν στο σχήμα δεδομένων ως αποθηκευμένες διαδικασίες.
· να εφαρμόζουν περιορισμούς που έχουν σχεδιαστεί για να διασφαλίζουν την ακεραιότητα των δεδομένων και να επιβάλλουν κανόνες δεδομένων·
· να σχεδιάσει και να δημιουργήσει έναυσμα για την εφαρμογή όλων των κεντρικά καθορισμένων κανόνων δεδομένων και κανόνων ακεραιότητας δεδομένων που δεν μπορούν να καθοριστούν ως περιορισμοί.
· Ανάπτυξη μιας στρατηγικής ευρετηρίασης και ομαδοποίησης· Υπολογίστε τα μεγέθη όλων των πινάκων, των συστάδων και των ευρετηρίων.
· καθορίζει τα επίπεδα πρόσβασης των χρηστών, αναπτύσσει και εφαρμόζει κανόνες ασφάλειας και ελέγχου. Δημιουργήστε ρόλους και συνώνυμα για να παρέχετε πρόσβαση πολλών χρηστών με σταθερά επίπεδα αδειών πρόσβασης.
· ανάπτυξη μιας τοπολογίας δικτύου της βάσης δεδομένων και ενός μηχανισμού για απρόσκοπτη πρόσβαση σε απομακρυσμένα δεδομένα (αναπαραγόμενη ή κατανεμημένη βάση δεδομένων).
3) Κατασκευή λεξικού δεδομένων που ορίζει την αποθήκευση ορισμών δομών δεδομένων βάσης δεδομένων. Το λεξικό δεδομένων περιέχει επίσης πληροφορίες σχετικά με τα δικαιώματα πρόσβασης, τους κανόνες προστασίας δεδομένων και τον έλεγχο δεδομένων.
4) Συμπλήρωση της βάσης δεδομένων.
5) Δημιουργία προγραμμάτων εφαρμογών, έλεγχος διαχείρισης.
6) Εκπαίδευση χρηστών.
6. Αξιολόγηση και βελτίωση του σχήματος της βάσης δεδομένων.Περιλαμβάνει έρευνα χρηστών για τον εντοπισμό λειτουργικών αναγκών που δεν ικανοποιούνται. Οι αλλαγές γίνονται όπως απαιτείται, προσθέτοντας νέα προγράμματα και στοιχεία δεδομένων καθώς οι ανάγκες αλλάζουν και επεκτείνονται.
Έτσι, το LCBD περιλαμβάνει:
· Μελετήστε τη θεματική περιοχή και παρέχετε σχετική τεκμηρίωση (1-3).
· Κατασκευή μοντέλου πληροφοριών (4).
· Εφαρμογή (5).
· Αξιολόγηση απόδοσης και υποστήριξη βάσης δεδομένων (6).
4. Αρχιτεκτονική DBMS.
Ρύζι. Κύρια στοιχεία του DBMS
Δεδομένα, μεταδεδομένα - περιέχει όχι μόνο δεδομένα, αλλά και πληροφορίες σχετικά με τη δομή των δεδομένων ( μεταδεδομένα). Σε ένα σχεσιακό DBMS, τα μεταδεδομένα περιλαμβάνουν πίνακες συστήματος (σχέσεις), ονόματα σχέσεων, ονόματα χαρακτηριστικών αυτών των σχέσεων και τύπους δεδομένων αυτών των χαρακτηριστικών.
Συχνά το DBMS υποστηρίζει δείκτεςδεδομένα. Δείκτης είναι μια δομή δεδομένων που βοηθά στη γρήγορη εύρεση στοιχείων δεδομένων δεδομένου μέρους της τιμής τους (για παράδειγμα, ένα ευρετήριο που βρίσκει πλειάδες μιας συγκεκριμένης σχέσης που έχουν μια δεδομένη τιμή ενός από τα χαρακτηριστικά). Τα ευρετήρια αποτελούν μέρος των αποθηκευμένων δεδομένων και οι περιγραφές που υποδεικνύουν ποια χαρακτηριστικά έχουν τα ευρετήρια αποτελούν μέρος των μεταδεδομένων.
Διαχειριστής μνήμης -λαμβάνει τις απαιτούμενες πληροφορίες από τη θέση αποθήκευσης δεδομένων και αλλάζει τις πληροφορίες σε αυτήν κατόπιν αιτήματος ανώτερων επιπέδων του συστήματος.
Σε απλά συστήματα βάσης δεδομένων, ο διαχειριστής μνήμης μπορεί να είναι το σύστημα αρχείων του λειτουργικού συστήματος. Ωστόσο, για να βελτιωθεί η απόδοση, το DBMS συνήθως εκτελεί άμεσο έλεγχο μνήμης. Ο διαχειριστής μνήμης αποτελείται από δύο στοιχεία:
· Διαχείριση αρχείων παρακολουθεί τη θέση των αρχείων στο δίσκο και λαμβάνει το μπλοκ ή τα μπλοκ που περιέχουν τα αρχεία όταν ζητηθεί από τον διαχειριστή buffer (ο δίσκος γενικά χωρίζεται σε μπλοκ δίσκων- γειτονικές περιοχές μνήμης που περιέχουν από 4000 έως 16000 byte).
· Διαχειριστής buffer διαχειρίζεται την κύρια μνήμη. Λαμβάνει μπλοκ δεδομένων από το δίσκο μέσω ενός διαχειριστή αρχείων και επιλέγει μια κύρια σελίδα μνήμης για την αποθήκευση ενός συγκεκριμένου μπλοκ. Μπορεί να αποθηκεύσει προσωρινά ένα μπλοκ δίσκου στην κύρια μνήμη, αλλά το επιστρέφει στο δίσκο όταν χρειάζεται μια σελίδα κύριας μνήμης για άλλο μπλοκ. Οι σελίδες επιστρέφονται επίσης στο δίσκο όταν ζητηθεί από τον διαχειριστή συναλλαγών.
Επεξεργαστής "Αίτημα". - επεξεργάζεται αιτήματα και ζητά αλλαγές σε δεδομένα ή μεταδεδομένα. Προτείνει τον καλύτερο τρόπο εκτέλεσης της απαιτούμενης λειτουργίας και εκδίδει κατάλληλες εντολές στον διαχειριστή μνήμης.
Ο επεξεργαστής ερωτημάτων (διαχειριστής) ενεργοποιεί ένα ερώτημα ή μια ενέργεια βάσης δεδομένων που μπορεί να ολοκληρωθεί πολύ γρήγορα υψηλό επίπεδο(για παράδειγμα, με τη μορφή αιτήματος SQL ), σε μια ακολουθία αιτημάτων για αποθηκευμένα δεδομένα, όπως μεμονωμένες πλειάδες μιας σχέσης ή τμήματα ενός ευρετηρίου σε μια σχέση. Συχνά το πιο δύσκολο κομμάτι της επεξεργασίας αίτησηείναι δικό του οργάνωση, δηλαδή να επιλέξω ένα καλό σχέδιο ερωτήματοςή μια ακολουθία αιτημάτων προς το σύστημα μνήμης που ανταποκρίνεται στο αίτημα.
Υπεύθυνος Συναλλαγών - είναι υπεύθυνος για την ακεραιότητα του συστήματος και πρέπει να διασφαλίζει την ταυτόχρονη επεξεργασία πολλών αιτημάτων, την απουσία παρεμβολής αιτημάτων (προσθήκη,ελάχ., μέγ ) και προστασία δεδομένων σε περίπτωση βλάβης του συστήματος. Αλληλεπιδρά με τον διαχειριστή ερωτημάτων επειδή πρέπει να γνωρίζει ποια δεδομένα επηρεάζονται από τα τρέχοντα ερωτήματα (για την αποφυγή διενέξεων) και μπορεί να αναβάλει ορισμένα ερωτήματα και λειτουργίες για την αποφυγή διενέξεων. Η διαχείριση συναλλαγών αλληλεπιδρά επίσης με τη διαχείριση μνήμης επειδή τα σχήματα προστασίας δεδομένων συνήθως περιλαμβάνουν την αποθήκευση ενός αρχείου καταγραφής αλλαγών δεδομένων. Στο με τη σωστή σειράεκτελέστε τη λειτουργία του αρχείου εγγραφή θα περιέχει μια εγγραφή αλλαγών, ώστε να μπορείτε να εκτελέσετε ξανά ακόμη και εκείνες τις αλλαγές που δεν έφτασαν στο δίσκο λόγω βλάβης του συστήματος.
Τα τυπικά DBMS επιτρέπουν στο χρήστη να ομαδοποιεί πολλαπλά ερωτήματα ή/και αλλαγές σε μία μόνο συναλλαγή. Συναλλαγήείναι μια ομάδα πράξεων που πρέπει να εκτελούνται διαδοχικά ως ένα σύνολο.
Συνήθως, ένα σύστημα βάσης δεδομένων υποστηρίζει πολλαπλές συναλλαγές ταυτόχρονα. Είναι η σωστή εκτέλεση όλων αυτών των συναλλαγών που διασφαλίζει διαχειριστής συναλλαγών. Εξασφαλίζεται η σωστή εκτέλεση των συναλλαγώνΟΞΥ -ιδιότητες (ατομικότητα, συνέπεια, απομόνωση, ανθεκτικότητα):
· ατομικότητα- η εκτέλεση είτε όλων των συναλλαγών είτε καμίας από αυτές (για παράδειγμα, η ανάληψη χρημάτων από ένα ΑΤΜ και η αντίστοιχη χρέωση στον λογαριασμό του πελάτη πρέπει να είναι μία ατομική συναλλαγή· καθεμία από αυτές τις λειτουργίες δεν επιτρέπεται να εκτελείται χωριστά).
· συνοχή - κατάσταση στην οποία τα δεδομένα ανταποκρίνονται σε όλες τις πιθανές προσδοκίες (για παράδειγμα, η συνοχή για μια βάση δεδομένων αεροπορικών εταιρειών είναι να μην δεσμεύεται θέση στο αεροπλάνο για δύο επιβάτες)·
· μόνωση- όταν δύο ή περισσότερες συναλλαγές εκτελούνται παράλληλα, τα αποτελέσματά τους πρέπει να είναι απομονωμένα μεταξύ τους. Η ταυτόχρονη εκτέλεση δύο συναλλαγών ταυτόχρονα δεν θα πρέπει να οδηγεί σε αποτέλεσμα που δεν θα είχε προκύψει εάν εκτελούνταν διαδοχικά (για παράδειγμα, κατά την πώληση εισιτηρίων για την ίδια πτήση σε περίπτωση ελεύθερης τελευταίας θέσης όταν ζητούν ταυτόχρονα δύο πράκτορες , το αίτημα του ενός πρέπει να εκπληρωθεί, το άλλο - Όχι).
· μακροζωία - μετά την ολοκλήρωση της συναλλαγής, το αποτέλεσμα δεν θα πρέπει να χαθεί σε περίπτωση βλάβης του συστήματος, ακόμη και αν αυτή η αποτυχία συμβεί αμέσως μετά την ολοκλήρωση της συναλλαγής.
Ας εξετάσουμε επίσης 3 τύπους πρόσβασης στο DBMS:
1. Αιτήσεων - Ερωτήσεις σχετικά με τα δεδομένα μπορούν να δημιουργηθούν με δύο τρόπους:
ένα)με τη χρήση κοινή διεπαφή ερωτήματος(για παράδειγμα, ένα σχεσιακό DBMS επιτρέπει ερωτήματα SQL , τα οποία μεταδίδονται στον επεξεργαστή αιτημάτων και λαμβάνει επίσης απαντήσεις σε αυτά).
β) με τη βοήθεια διεπαφές προγραμμάτων εφαρμογής- τα αιτήματα μεταδίδονται μέσω ειδικής διεπαφής (αυθαίρετα αιτήματα δεν μπορούν να μεταδοθούν μέσω αυτής της διεπαφής).
2. Τροποποιήσεις - Πρόκειται για λειτουργίες αλλαγής δεδομένων. Μπορούν επίσης να εκτελεστούν είτε μέσω μιας κοινής διεπαφής είτε μέσω μιας διεπαφής προγράμματος εφαρμογής.
3. Τροποποιήσεις κυκλώματος - Πρόκειται για ομάδες διαχειριστών βάσης δεδομένων που έχουν το δικαίωμα να αλλάξουν το σχήμα της βάσης δεδομένων ή να δημιουργήσουν μια νέα βάση δεδομένων.
Αρχιτεκτονική πελάτη/διακομιστή. Πολλές εκδόσεις του σύγχρονου λογισμικού εφαρμόζουν την αρχιτεκτονική διακομιστή-πελάτη: Μια διεργασία (ο πελάτης) στέλνει ένα αίτημα σε μια άλλη διεργασία (τον διακομιστή) για εκτέλεση. Συνήθως, μια βάση δεδομένων συχνά χωρίζεται σε μια διαδικασία διακομιστή και σε πολλές διεργασίες πελάτη.
Στην απλούστερη αρχιτεκτονική πελάτη/διακομιστή, ολόκληρο το DBMS είναι ένας διακομιστής, εκτός από τις διεπαφές ερωτημάτων, οι οποίες αλληλεπιδρούν με τον χρήστη και στέλνουν ερωτήματα ή άλλες εντολές στον διακομιστή. Για παράδειγμα, ένα σχεσιακό DBMS χρησιμοποιεί συχνά τη γλώσσα SQL για την αναπαράσταση αιτημάτων από πελάτη σε διακομιστή. Στη συνέχεια, ο διακομιστής βάσης δεδομένων παρέχει στον πελάτη μια απάντηση με τη μορφή πίνακα (σχέση). Υπάρχει μια τάση αύξησης του φόρτου στον πελάτη, καθώς εάν υπάρχουν πολλοί χρήστες της βάσης δεδομένων που λειτουργούν ταυτόχρονα, ενδέχεται να προκύψουν προβλήματα με τον διακομιστή.
5. Μοντέλο σχεσιακών δεδομένων.
Το RMD μιας συγκεκριμένης θεματικής περιοχής είναι ένα σύνολο σχέσεων που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Κατά τη δημιουργία ενός συστήματος πληροφοριών, ένα σύνολο σχέσεων σάς επιτρέπει να αποθηκεύετε δεδομένα σχετικά με αντικείμενα της θεματικής περιοχής και να μοντελοποιείτε τις μεταξύ τους συνδέσεις.
Στάση είναι ένας δισδιάστατος πίνακας που περιέχει ορισμένα δεδομένα. Μαθηματικά κάτωΝ -αριακή σχέση R κατανοήσουν το καρτεσιανό σετ προϊόντων D 1 D 2 … D n σκηνικά ( τομείς) D 1, D 2, …, D n (), προαιρετικά διαφορετικό:
R D 1 D 2 … D n ,
όπου D 1 D 2 … D n – πλήρες καρτεσιανό προϊόν, δηλ. ένα σύνολο όλων των δυνατών συνδυασμών του n στοιχεία το καθένα, όπου κάθε στοιχείο λαμβάνεται από τον δικό του τομέα.
Τομέα - Αυτό σημασιολογική έννοια. Ένας τομέας μπορεί να θεωρηθεί ως ένα υποσύνολο τιμών κάποιου τύπου δεδομένων που έχουν συγκεκριμένη σημασία. Ο τομέας χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες ιδιότητες:
· Ο τομέας έχει μοναδικό όνομα(εντός της βάσης δεδομένων).
· Ο τομέας ορίζεται σε κάποια απλόςτύπο δεδομένων ή σε διαφορετικό τομέα.
· Ένας τομέας μπορεί να έχει κάποια λογική συνθήκη, το οποίο σας επιτρέπει να περιγράψετε το υποσύνολο δεδομένων που ισχύει για έναν δεδομένο τομέα.
· Ο τομέας φέρει ένα ορισμένο σημασιολογικό φορτίο.
Ιδιότητα σχέσης υπάρχουν ένα ζευγάρι του είδους<Имя_атрибута: Имя_домена>. Τα ονόματα των χαρακτηριστικών πρέπει να είναι μοναδικά μέσα στη σχέση. Συχνά τα ονόματα χαρακτηριστικών μιας σχέσης είναι ίδια με τα ονόματα των αντίστοιχων τομέων.
Αναλογία , που ορίζεται σε πολλούς τομείς, περιέχει δύο μέρη: μια κεφαλίδα και ένα σώμα.
Κεφαλίδα σχέσης - Αυτό σταθερή ποσότηταχαρακτηριστικά σχέσης:
Η κεφαλή σχέσης περιγράφει το καρτεσιανό γινόμενο των τομέων στους οποίους ορίζεται η σχέση. Η κεφαλίδα είναι στατική, δεν αλλάζει κατά την εργασία με τη βάση δεδομένων. Εάν τα χαρακτηριστικά αλλάξουν, προστεθούν ή διαγραφούν σε μια σχέση, τότε το αποτέλεσμα θα είναι άλλασχέση (ακόμα και με το ίδιο όνομα).
Σώμα σχέσης περιέχει πολλά πλειάδες σχέση. Κάθε πλειάδα σχέση αντιπροσωπεύει ένα σύνολο ζευγών της φόρμας<Имя_атрибута: Значение_атрибута>:
έτσι ώστε η τιμή του χαρακτηριστικού να ανήκει στον τομέα. Το σώμα της σχέσης είναι ένα σύνολο πλειάδων, δηλ. ένα υποσύνολο του καρτεσιανού γινόμενου τομέων. Έτσι, το σώμα μιας σχέσης είναι στην πραγματικότητα μια σχέση με τη μαθηματική έννοια της λέξης. Το σώμα της σχέσης μπορεί να αλλάξει κατά την εργασία με τη βάση δεδομένων - οι πλειάδες μπορούν να αλλάξουν, να προστεθούν και να διαγραφούν.
Η σχέση συνήθως γράφεται ως:
ή μικρότερη
,
ή απλά
Ο αριθμός των χαρακτηριστικών σε μια σχέση ονομάζεται βαθμός (ή -αριότητα ) σχέση. Η καρδινάτητα ενός συνόλου πλειάδων μιας σχέσης ονομάζεται εξουσίασχέση.
Διάγραμμα σχέσεων είναι μια λίστα με ονόματα χαρακτηριστικών μιας δεδομένης σχέσης που υποδεικνύει τον τομέα στον οποίο ανήκουν:
Εάν τα χαρακτηριστικά παίρνουν τιμές από τον ίδιο τομέα, τότε ονομάζονται -comparable, όπου είναι το σύνολο των έγκυρων πράξεων σύγκρισης που καθορίζονται για έναν δεδομένο τομέα. Για παράδειγμα, εάν ένας τομέας περιέχει αριθμητικά δεδομένα, τότε όλες οι πράξεις σύγκρισης είναι έγκυρες γι' αυτόν, τότε . Ωστόσο, για τομείς που περιέχουν δεδομένα χαρακτήρων, δεν μπορούν να καθοριστούν μόνο πράξεις σύγκρισης για ισότητα και ανισότητα τιμών. Εάν ένας δεδομένος τομέας έχει λεξικογραφική σειρά, τότε έχει επίσης ένα πλήρες φάσμα πράξεων σύγκρισης.
Τα σχήματα δύο σχέσεων ονομάζονται ισοδύναμος , εάν έχουν τον ίδιο βαθμό και είναι δυνατόν να ταξινομηθούν τα ονόματα των χαρακτηριστικών στα σχήματα με τέτοιο τρόπο ώστε συγκρίσιμα χαρακτηριστικά, δηλαδή χαρακτηριστικά που παίρνουν τιμές από τον ίδιο τομέα, να βρίσκονται στις ίδιες θέσεις:
Αφήνω 
– διάγραμμα σχέσης. 
– σχήμα της σχέσης μετά την παραγγελία των ονομάτων χαρακτηριστικών. Επειτα
~ 
Έτσι, για ισοδύναμες σχέσεις πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:
· Οι πίνακες έχουν τον ίδιο αριθμό στηλών.
· Οι πίνακες περιέχουν στήλες με τα ίδια ονόματα.
· Οι στήλες με τα ίδια ονόματα περιέχουν δεδομένα από τους ίδιους τομείς.
· Οι πίνακες έχουν τις ίδιες σειρές, αλλά η σειρά των στηλών μπορεί να διαφέρει.
Όλοι αυτοί οι πίνακες είναι διαφορετικοί εικόνεςτην ίδια σχέση.
Ιδιότητες των σχέσεων. Οι ιδιότητες των σχέσεων προκύπτουν άμεσα από τον παραπάνω ορισμό της σχέσης. Αυτές οι ιδιότητες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ σχέσεων και πινάκων.
· Δεν υπάρχουν πανομοιότυπες πλειάδες σε μια σχέση .
· Οι πλειάδες δεν παραγγέλνονται (από πάνω προς τα κάτω) .
· Τα χαρακτηριστικά δεν ταξινομούνται (από αριστερά προς τα δεξιά) .
· Όλες οι τιμές χαρακτηριστικών είναι ατομικές .
Ρύζι. Σχηματική αναπαράσταση της σχέσης
Σχεσιακό μοντέλο είναι μια βάση δεδομένων με τη μορφή ενός συνόλου διασυνδεδεμένων σχέσεων. Σε κάθε σύνδεση, μια σχέση μπορεί να λειτουργήσει ως η κύρια και μια άλλη σχέση ενεργεί ως δευτερεύουσα. Έτσι, μια πλειάδα μιας κύριας σχέσης μπορεί να συσχετιστεί με πολλές πλειάδες μιας δευτερεύουσας σχέσης. Για να υποστηριχθούν αυτές οι σχέσεις, και οι δύο σχέσεις πρέπει να περιέχουν τα σύνολα ιδιοτήτων με τα οποία σχετίζονται. Βασικά αυτό είναι πρωταρχικό κλειδί της σχέσης , που ορίζει μοναδικά την πλειάδα της κύριας σχέσης. Για να μοντελοποιηθεί μια σχέση, μια υποσχέση πρέπει να έχει ένα σύνολο χαρακτηριστικών που να ταιριάζει με το πρωτεύον κλειδί της κύριας σχέσης. Ωστόσο, αυτό το σύνολο χαρακτηριστικών βρίσκεται ήδη εδώ δευτερεύον κλειδί ή ξένο κλειδί , δηλ. ορίζει ένα σύνολο πλειάδων σχέσεων που σχετίζονται με μία μόνο πλειάδα της κύριας σχέσης.
6. Σχεδιασμός σχεσιακών βάσεων δεδομένων.
Κατά το σχεδιασμό μιας σχεσιακής βάσης δεδομένων, πρέπει να επιλυθούν τα ακόλουθα προβλήματα:
1) Λαμβάνοντας υπόψη τη σημασιολογία της θεματικής περιοχής, είναι απαραίτητο να αναπαραστήσουμε καλύτερα τα αντικείμενα της θεματικής περιοχής με τη μορφή ενός αφηρημένου μοντέλου δεδομένων (σχεδιασμός δεδομένων). Εκείνοι. - αποφασίστε για το σχήμα της βάσης δεδομένων: από ποιες σχέσεις πρέπει να αποτελείται η βάση δεδομένων, ποια χαρακτηριστικά πρέπει να έχουν αυτές οι σχέσεις, ποιες είναι οι συνδέσεις μεταξύ των σχέσεων.
2) Εξασφάλιση της αποτελεσματικότητας της εκτέλεσης ερωτημάτων βάσης δεδομένων (φυσικός σχεδιασμός βάσης δεδομένων).
Μετά το στάδιο του datalogical design, θα πρέπει να ληφθούν τα ακόλουθα έγγραφα που προκύπτουν:
· Δημιουργία ενός σωστού σχήματος δεδομένων με βάση το μοντέλο σχεσιακών δεδομένων.
· Περιγραφή του σχήματος βάσης δεδομένων ως προς το επιλεγμένο DBMS.
· Περιγραφή εξωτερικών μοντέλων ως προς το επιλεγμένο DBMS.
· Περιγραφή δηλωτικών κανόνων για τη διατήρηση της ακεραιότητας της βάσης δεδομένων.
· Ανάπτυξη διαδικασιών για τη διατήρηση της σημασιολογικής ακεραιότητας της βάσης δεδομένων.
Έτσι, το καθήκον του σχεδιασμού μιας σχεσιακής βάσης δεδομένων είναι η επιλογή ενός σχήματος βάσης δεδομένων από πολλές εναλλακτικές επιλογές.
Σωστός είναι ένα σχήμα βάσης δεδομένων στο οποίο δεν υπάρχουν ανεπιθύμητες εξαρτήσεις μεταξύ των χαρακτηριστικών σχέσεων. Η διαδικασία ανάπτυξης ενός σωστού σχήματος βάσης δεδομένων ονομάζεται λογικό σχέδιο .
Ο σχεδιασμός ενός σχήματος βάσης δεδομένων μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:
· Μέθοδος αποσύνθεσης (διαμερισμού). – το αρχικό σύνολο σχέσεων που περιλαμβάνεται στο σχήμα της βάσης δεδομένων αντικαθίσταται από ένα άλλο σύνολο σχέσεων που είναι προβολές των αρχικών σχέσεων! Ταυτόχρονα, ο αριθμός των σχέσεων αυξάνεται.
· Μέθοδος σύνθεσης – διάταξη ενός σχήματος βάσης δεδομένων από δεδομένες αρχικές στοιχειώδεις εξαρτήσεις μεταξύ αντικειμένων της θεματικής περιοχής.
Ο κλασικός σχεδιασμός βάσεων δεδομένων συνδέεται με τη θεωρία ομαλοποίηση , το οποίο βασίζεται στην ανάλυση λειτουργικές εξαρτήσειςμεταξύ των ιδιοτήτων των σχέσεων. Οι λειτουργικές εξαρτήσεις ορίζουν σταθερές σχέσεις μεταξύ των αντικειμένων και των ιδιοτήτων τους στην υπό εξέταση περιοχή.
Η μέθοδος αποσύνθεσης είναι μια διαδικασία διαδοχικής κανονικοποίησης σχημάτων σχέσεων: κάθε νέα επανάληψη αντιστοιχεί σε κανονική μορφή ανώτερης τάξης και έχει καλύτερες ιδιότητες σε σύγκριση με την προηγούμενη. Έτσι, αρχικά θεωρείται η ύπαρξη μιας καθολικής σχέσης που περιέχει όλα τα χαρακτηριστικά της βάσης δεδομένων, στη συνέχεια, με βάση την ανάλυση των συνδέσεων μεταξύ των χαρακτηριστικών, πραγματοποιείται (ή γίνεται προσπάθεια) αποσύνθεση της καθολικής σχέσης, δηλ. μετάβαση σε πολλές σχέσεις χαμηλότερης διάστασης και η αρχική σχέση πρέπει να αποκατασταθεί χρησιμοποιώντας μια λειτουργία φυσικής ένωσης.
Άρα, κάθε κανονική μορφή αντιστοιχεί σε κάποια συγκεκριμένο σύνολοπεριορισμοί και σχέσεις είναι σε κάποια κανονική μορφή εάν ικανοποιεί το εγγενές σύνολο περιορισμών του.
Στη θεωρία των σχεσιακών βάσεων δεδομένων, συνήθως διακρίνονται οι ακόλουθες κανονικές μορφές:
πρώτη κανονική μορφή (1 NF);
· δεύτερη κανονική μορφή (2 NF);
· τρίτη κανονική μορφή (3 NF);
· Bays-Codd κανονική μορφή ( BCNF);
· τέταρτη κανονική μορφή (4 NF);
· πέμπτη κανονική μορφή ή μορφή προβολής - ενώσεις (5 NF ή PYNF).
Βασικές ιδιότητες των κανονικών μορφών:
· Κάθε διαδοχική κανονική μορφή είναι κατά κάποιο τρόπο καλύτερη από την προηγούμενη.
· κατά τη μετάβαση στην επόμενη κανονική μορφή, διατηρούνται οι ιδιότητες των προηγούμενων κανονικών ιδιοτήτων.
Τα σχήματα βάσεων δεδομένων καλούνται ισοδύναμος, εάν το περιεχόμενο της βάσης δεδομένων πηγής μπορεί να ληφθεί με μια φυσική σύνδεση των σχέσεων που περιλαμβάνονται στο σχήμα που προκύπτει και δεν εμφανίζονται νέες πλειάδες στη βάση δεδομένων προέλευσης.
7. Φυσιολογικές μορφές σχέσεων.
Η διαδικασία κανονικοποίησης βασίζεται σε μια επαρκή αντανάκλαση της θεματικής περιοχής με τη μορφή πινάκων που περιέχουν δεδομένα σχετικά με το μοντελοποιημένο αντικείμενο και τη δυνατότητα αλλαγής της κατάστασης της βάσης δεδομένων με την πάροδο του χρόνου. Κατά κανόνα, λόγω αναντιστοιχίας μεταξύ του μοντέλου δεδομένων τομέα, ενδέχεται να προκύψουν ανωμαλίες που εμφανίζονται κατά την εκτέλεση των αντίστοιχων λειτουργιών:
· Ανωμαλίες εισαγωγής (INSERT) – αποθήκευση ετερογενών πληροφοριών από μία άποψη.
· Ανωμαλίες ενημέρωσης (UPDATE) –Πλεονασμός δεδομένων σχέσεων λόγω ετερογενούς αποθήκευσης.
· Ανωμαλίες διαγραφής (DELETE) – αποθήκευση ετερογενών πληροφοριών σε μία σχέση.
Είναι επίσης απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι αναδυόμενες απροσδιόριστο ( ΜΗΔΕΝΙΚΟ) αξίες. Σε διαφορετικά DBMS, κατά την εκτέλεση διαφόρων λειτουργιών (σύγκριση, συγχώνευση, ταξινόμηση, ομαδοποίηση κ.λπ.)ΜΗΔΕΝΙΚΟ -Οι τιμές μπορεί να είναι ή να μην είναι ίσες μεταξύ τους, να έχουν διαφορετικά αποτελέσματα στο αποτέλεσμα της εκτέλεσης πράξεων για τον προσδιορισμό των μέσων τιμών και την εύρεση του αριθμού των τιμών. Για την εξάλειψη σφαλμάτων σε πολλά DBMS είναι δυνατή η αντικατάστασηΜΗΔΕΝΙΚΟ -Οι τιμές είναι μηδενικές κατά την εκτέλεση υπολογισμών, δηλώνοντας όλαΜΗΔΕΝΙΚΟ -αξίες ίσες μεταξύ τους κ.λπ.
Ομαλοποίηση – χωρισμός ενός πίνακα σε πολλούς που έχουν καλύτερες ιδιότητες κατά την ενημέρωση, την εισαγωγή και τη διαγραφή δεδομένων. Εκείνοι. Η κανονικοποίηση είναι η διαδικασία της διαδοχικής αντικατάστασης ενός πίνακα με τις πλήρεις αποσυνθέσεις του μέχρι να είναι όλες σε 5NF, ωστόσο, στην πράξη αρκεί η μετατροπή των πινάκων σε BCNF.
Η διαδικασία κανονικοποίησης βασίζεται στο γεγονός ότι οι μόνες λειτουργικές εξαρτήσεις σε οποιονδήποτε πίνακα πρέπει να είναι οι εξαρτήσεις της φόρμας , όπου είναι το πρωτεύον κλειδί και κάποιο άλλο πεδίο. Επομένως, κατά τη διαδικασία κανονικοποίησης, θα πρέπει να απαλλαγείτε από όλες τις «άλλες» λειτουργικές εξαρτήσεις, π.χ. από αυτά που έχουν διαφορετική εμφάνιση από .
Εάν αντικαταστήσουμε τους κωδικούς των πρωτευόντων (ξένων) κλειδιών κατά την κανονικοποίηση, τότε θα πρέπει να εξετάσουμε 2 περιπτώσεις:
1. Ο πίνακας έχει ένα σύνθετο πρωτεύον κλειδί, για παράδειγμα, και ένα πεδίο που εξαρτάται λειτουργικά από μέρος αυτού του κλειδιού, για παράδειγμα, στο (δεν εξαρτάται από το πλήρες κλειδί). Συνιστάται να δημιουργήσετε έναν άλλο πίνακα που περιέχει και ( – πρωτεύον κλειδί) και να διαγράψετε από τον αρχικό πίνακα:
Αντικατάσταση, πρωτεύον κλειδί, ομοσπονδιακός νόμος
στο , πρωτεύον κλειδί
και , πρωτεύον κλειδί .
2. Ο πίνακας έχει ένα πρωτεύον (πιθανό) κλειδί, ένα πεδίο που δεν είναι δυνατό κλειδί, αλλά εξαρτάται λειτουργικά από, και ένα άλλο πεδίο χωρίς κλειδί που εξαρτάται λειτουργικά από:. Συνιστάται η δημιουργία ενός πίνακα που θα περιέχει και τα δύο ( - πρωτεύον κλειδί) και - διαγραφή από τον αρχικό πίνακα:Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για την πραγματοποίηση τέτοιων λειτουργιών θα πρέπει αρχικά να υπάρχουν κάποιες «μεγάλες» (καθολικές) σχέσεις ως δεδομένα εισόδου.
Def.1. Η σχέση είναι μέσα πρώτη κανονική μορφή (1NF) εάν και μόνο εάν καμία από τις σειρές της δεν περιέχει μία μόνο τιμή σε κανένα από τα πεδία της και κανένα από τα βασικά πεδία της σχέσης δεν είναι κενό.
Σύμφωνα με τον ορισμό 1, οποιαδήποτε σχέση θα είναι σε 1NF, δηλ. μια σχέση που ικανοποιεί τις ιδιότητες των σχέσεων: δεν υπάρχουν πανομοιότυπες πλειάδες στη σχέση. πλειάδες δεν παραγγέλνονται? Τα χαρακτηριστικά δεν ταξινομούνται και διαφέρουν ως προς το όνομα. όλες οι τιμές χαρακτηριστικών είναι ατομικές.
Ορ.2. Η σχέση είναι μέσα δεύτερη κανονική μορφή (2NF) εάν και μόνο εάν η σχέση είναι σε 1NF και δεν υπάρχουν χαρακτηριστικά μη κλειδιού που εξαρτώνται από μέρος του μιγαδικού κλειδιού (δηλαδή, όλα τα πεδία που δεν περιλαμβάνονται στο πρωτεύον κλειδί σχετίζονται με πλήρη λειτουργική εξάρτηση με πρωτεύων κλειδί).
Εάν το υποψήφιο κλειδί είναι πρώτο, τότε η σχέση είναι αυτόματα σε 2NF.
Για να εξαλειφθεί η εξάρτηση των χαρακτηριστικών από μέρος ενός σύνθετου κλειδιού, είναι απαραίτητο να εκτελέσετε αποσύνθεση σχέσεις πολλαπλών σχέσεων. Τα χαρακτηριστικά που εξαρτώνται από μέρος ενός μιγαδικού κλειδιού τοποθετούνται σε ξεχωριστή σχέση.
Τα χαρακτηριστικά μιας σχέσης ονομάζονται αμοιβαία ανεξάρτητη , εάν κανένα από τα δύο δεν εξαρτάται λειτουργικά από το άλλο.
Ορ.3. Η σχέση είναι μέσα τρίτη κανονική μορφή (3NF) εάν και μόνο εάν η σχέση είναι σε 2NF και όλα τα χαρακτηριστικά χωρίς κλειδί είναι αμοιβαία ανεξάρτητα (δηλαδή, κανένα από τα πεδία μη κλειδιού της σχέσης δεν εξαρτάται λειτουργικά από οποιοδήποτε άλλο πεδίο χωρίς κλειδί).
Για να εξαλείψετε την εξάρτηση των μη βασικών χαρακτηριστικών, πρέπει να αποσυνθέσετε τη σχέση σε πολλές σχέσεις. Σε αυτήν την περίπτωση, αυτά τα μη βασικά χαρακτηριστικά που εξαρτώνται τοποθετούνται σε ξεχωριστή σχέση.
Όταν μειώνουμε σχέσεις χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο κανονικοποίησης σε σχέσεις στο 3NF, θεωρείται ότι όλες οι σχέσεις περιέχουν ένα υποψήφιο κλειδί. Αυτό δεν είναι πάντα αλήθεια. Υπάρχουν φορές που μια σχέση μπορεί να περιέχει πολλά κλειδιά.
Def.4. Η σχέση είναι μέσα Bays-Codd κανονική μορφή (NFBK)εάν και μόνο εάν οι ορίζοντες όλων των λειτουργικών εξαρτήσεων είναι πιθανά κλειδιά (ή εάν οποιαδήποτε λειτουργική εξάρτηση μεταξύ των φίλων του μειωθεί σε πλήρη λειτουργική εξάρτηση από ένα πιθανό κλειδί).
Εάν μια σχέση είναι σε BCNF, τότε είναι αυτόματα σε 3NF, όπως προκύπτει από τον Ορισμό 4. Για να εξαλειφθεί η εξάρτηση από ορίζοντες που δεν είναι πιθανά κλειδιά, θα πρέπει να γίνει αποσύνθεση, τοποθετώντας αυτές τις ορίζουσες και τα μέρη που εξαρτώνται από αυτές σε χωριστή σχέση.
Υπάρχουν φορές που μια σχέση δεν περιέχει λειτουργικές εξαρτήσεις. Εκείνοι. η στάση είναι απολύτως βασική, δηλ. το κλειδί μιας σχέσης είναι ολόκληρο το σύνολο των χαρακτηριστικών. Έτσι, έχουμε μια πολυτιμή εξάρτηση, γιατί Υπάρχει ακόμα μια σχέση μεταξύ των χαρακτηριστικών.
Def.5. Η σχέση είναι μέσα τέταρτη φυσιολογική μορφή (4NF) εάν και μόνο εάν η σχέση είναι σε BCNF και δεν περιέχει μη τετριμμένες πολυτιμές εξαρτήσεις.
Οι σχέσεις με μη τετριμμένες πολυτιμές εξαρτήσεις προκύπτουν, κατά κανόνα, ως αποτέλεσμα μιας φυσικής σύνδεσης δύο σχέσεων σε ένα κοινό πεδίο, το οποίο δεν είναι βασικό σε καμία από τις σχέσεις. Στην πραγματικότητα, αυτό οδηγεί στην αποθήκευση πληροφοριών για δύο ανεξάρτητες οντότητες σε μία σχέση.
Για να εξαλείψετε μη τετριμμένες εξαρτήσεις πολλαπλών τιμών, μπορείτε να αποσυνθέσετε την αρχική σχέση σε πολλές νέες.
Def.6. Η σχέση είναι μέσα πέμπτη φυσιολογική μορφή (5NF) εάν και μόνο εάν οποιαδήποτε υπάρχουσα εξάρτηση σύνδεσης είναι ασήμαντη.
Def.6. ομοίως ακολουθεί επίσης τον ορισμό.
Def.7. Μια σχέση δεν είναι σε 5NF εάν η σχέση έχει μια μη τετριμμένη εξάρτηση σύνδεσης.
Οτι. Εάν σε κάθε πλήρη αποσύνθεση όλες οι προβολές της αρχικής σχέσης περιέχουν ένα πιθανό κλειδί, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η σχέση είναι σε 5NF. Μια σχέση που δεν έχει πλήρη αποσύνθεση είναι επίσης στο 5NF.
Χωρίς να γνωρίζουμε τίποτα για το ποια είναι τα πιθανά κλειδιά σε μια σχέση και πώς συνδέονται τα χαρακτηριστικά, δεν μπορούμε να πούμε ότι αυτή η στάσηείναι σε 5NF ή άλλες φυσιολογικές μορφές.
Πιθανή ένδειξη Η σχέση είναι ένα σύνολο ιδιοτήτων σχέσης που καθορίζουν πλήρως και μοναδικά (λειτουργικά πλήρως) τις τιμές όλων των άλλων χαρακτηριστικών της σχέσης. Γενικά, μια σχέση μπορεί να έχει πολλαπλά πιθανά κλειδιά. Ανάμεσα σε όλα τα πιθανά κλειδιά μιας σχέσης, συνήθως επιλέγεται ένα, το οποίο θεωρείται το κύριο και το οποίο ονομάζεται πρωτεύον κλειδί της σχέσης.
Αμοιβαία ανεξάρτητα χαρακτηριστικά – Αυτά είναι χαρακτηριστικά που δεν εξαρτώνται το ένα από το άλλο. Εάν υπάρχουν αρκετοί φυσικοί νόμοι σε μια σχέση, τότε κάθε χαρακτηριστικό ή σύνολο χαρακτηριστικών από το οποίο εξαρτάται ένα άλλο χαρακτηριστικό ονομάζεται καθοριστικός παράγοντας της σχέσης.
9. Σχεσιακή άλγεβρα.
Η σχεσιακή άλγεβρα παρέχει ένα πλαίσιο για την πρόσβαση σε σχεσιακά δεδομένα. Ο κύριος σκοπός της άλγεβρας είναι να παρέχει εκφράσεις που μπορούν να γραφτούν. Οι εκφράσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για:
· ορισμούς περιοχής δείγματα, δηλ. τον καθορισμό των δεδομένων για επιλογή ως αποτέλεσμα της λειτουργίας δειγματοληψίας·
· ορισμούς περιοχής ενημερώσεις, δηλ. ορισμός δεδομένων που πρέπει να εισαχθούν, να τροποποιηθούν ή να διαγραφούν ως αποτέλεσμα μιας λειτουργίας ενημέρωσης·
· ορισμός (με όνομα) εικονικές σχέσεις, δηλ. παρουσίαση δεδομένων για οπτικοποίηση μέσω προβολών.
· ορισμός στιγμιότυπου, δηλ. ορίζοντας τα δεδομένα που θα αποθηκευτούν ως «στιγμιότυπο» της σχέσης·
· τον καθορισμό κανόνων ασφαλείας, π.χ. προσδιορισμός δεδομένων για τα οποία διενεργείται έλεγχος πρόσβασης·
· καθορισμός απαιτήσεων βιωσιμότητας, π.χ. τον προσδιορισμό των δεδομένων που περιλαμβάνονται στο πεδίο εφαρμογής για ορισμένες λειτουργίες ελέγχου ταυτόχρονης χρήσης·
· καθορισμός κανόνων ακεραιότητας, π.χ. ορισμένους συγκεκριμένους κανόνες που πρέπει να ικανοποιεί μια βάση δεδομένων, μαζί με γενικούς κανόνες που αντιπροσωπεύουν μέρος των σχεσιακό μοντέλοκαι εφαρμόζεται σε κάθε βάση δεδομένων.
Εφαρμογές συγκεκριμένων σχεσιακών DBMS δεν χρησιμοποιούνται επί του παρόντος καθαρή μορφήούτε σχεσιακή άλγεβρα ούτε σχεσιακό λογισμό. Το de facto πρότυπο για την πρόσβαση σε σχεσιακά δεδομένα έχει γίνει Γλώσσα SQL(Δομημένη γλώσσα ερωτήματος).
Η σχεσιακή άλγεβρα, που ορίζεται από τον Codd, αποτελείται από 8 τελεστές που περιλαμβάνουν 2 ομάδες:
- παραδοσιακές λειτουργίες συνόλου (ένωση, τομή, αφαίρεση, καρτεσιανό γινόμενο).
- ειδικές σχεσιακές πράξεις (επιλογή, προβολή, σύνδεση, διαίρεση).
Επιπλέον, η άλγεβρα περιλαμβάνει μια λειτουργία ανάθεσης, η οποία σας επιτρέπει να αποθηκεύσετε τα αποτελέσματα του υπολογισμού αλγεβρικών παραστάσεων στη βάση δεδομένων και μια λειτουργία μετονομασίας χαρακτηριστικών, η οποία καθιστά δυνατή τη σωστή διαμόρφωση της κεφαλίδας (σχήματος) της σχέσης που προκύπτει.
Μια σύντομη επισκόπηση των τελεστών σχεσιακής άλγεβρας.
Δείγμα– επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις πλειάδες μιας συγκεκριμένης σχέσης που ικανοποιούν ορισμένες προϋποθέσεις. Η λειτουργία δειγματοληψίας ονομάζεται επίσης περιοριστική λειτουργία (περιορίζω - περιορισμός, τώρα η δειγματοληψία γίνεται πιο συχνά αποδεκτή -ΕΠΙΛΟΓΗ).
Προβολή– επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις πλειάδες (δηλαδή - δευτερεύουσες πλειάδες) μιας συγκεκριμένης σχέσης αφού εξαιρεθούν ορισμένα χαρακτηριστικά από αυτήν.
Δουλειά– επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις πιθανές πλειάδες που είναι ένας συνδυασμός δύο πλειάδων που ανήκουν σε δύο καθορισμένες σχέσεις, αντίστοιχα.
Ένας σύλλογος– επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις πλειάδες που ανήκουν σε μία από τις δύο καθορισμένες σχέσεις ή και στις δύο.
Σημείο τομής -επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις πλειάδες που ανήκουν ταυτόχρονα σε δύο καθορισμένες σχέσεις.
Αφαίρεση –επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις πλειάδες που ανήκουν στην πρώτη από τις δύο καθορισμένες σχέσεις και όχι στη δεύτερη.
Σύνδεση (φυσική) – επιστρέφει μια σχέση της οποίας οι πλειάδες είναι ένας συνδυασμός δύο πλειάδων (που ανήκουν αντίστοιχα σε δύο καθορισμένες σχέσεις) που έχουν κοινή τιμή για ένα ή περισσότερα κοινά χαρακτηριστικά των δύο σχέσεων (και τέτοιες κοινές τιμές εμφανίζονται μόνο μία φορά στην πλειάδα που προκύπτει, όχι δύο φορές).
Τμήμα -για δύο σχέσεις, δυαδική και μοναδική, επιστρέφει μια σχέση που περιέχει όλες τις τιμές ενός χαρακτηριστικού της δυαδικής σχέσης που ταιριάζουν (στο άλλο χαρακτηριστικό) με όλες τις τιμές της μοναδικής σχέσης.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. Ημερομηνία K.J. Εισαγωγή στα Συστήματα Βάσεων Δεδομένων, 6η έκδοση: Μετάφρ. από τα Αγγλικά - ΠΡΟΣ ΤΗΝ.; Μ.; SPb.: Εκδοτικό οίκο"Williams", 2000. – 848 p.
2. Connolly T., Begg K., Strachan A. Βάσεις δεδομένων: σχεδιασμός, υλοποίηση και συντήρηση. Θεωρία και πράξη, 2η έκδ.: Μτφρ. από τα Αγγλικά – M.: Williams Publishing House, 2000. – 1120 p.
3. Karpova T.S. Βάσεις δεδομένων: μοντέλα, ανάπτυξη, υλοποίηση. – Αγία Πετρούπολη: Peter, 2001. – 304 p.
4. Faronov V.V., Shumakov P.V. Delphi 4. Οδηγός προγραμματιστή βάσης δεδομένων. – Μ.: «Γνώση», 1999. – 560 σελ.
5. J. Groff, Ρ. Weinberg. SQL: Πλήρης οδηγός: Per. από τα Αγγλικά – K.: BHV Publishing Group, 2001. – 816 σελ.
6. Ken Goetz, Paul Litwin, Mike Gilbert. Access 2000. Οδηγός προγραμματιστή. Τ.1, 2. Περ. από τα Αγγλικά – K.: BHV Publishing Group, 2000. – 1264 p., 912 p.
7. Maklakov S.V BPwin και EPwin. CASE-εργαλεία για την ανάπτυξη πληροφοριακών συστημάτων. – M.: DIALOG-MEPhI, 2001. – 304 p.
8. Ullman D., Widom D. Εισαγωγή στα συστήματα βάσεων δεδομένων / Μετάφρ. από τα Αγγλικά – Μ.: «Λόρι», 2000. – 374 σελ.
9. Khomonenko A.D., Tsygankov V.M., Maltsev M.G. Βάσεις δεδομένων: Εγχειρίδιο για την τριτοβάθμια εκπαίδευση Εκπαιδευτικά ιδρύματα/ Εκδ. Prof. A.D. Khomonenko. – St. Petersburg: CORONA print, 2000. – 416 p.
