Реляційна модель баз даних (реферат)

Реферат на тему:

Реляційна модель баз даних.

Основні поняття реляційних базах даних.

Як правило, розрізняють два рівні абстракції представлення даних у
вигляді інформаційної та фізичної моделей. Користувач мало звертає увагу
на організацію фізичного зберігання інформації – його цікавить логічне
представлення даних. Інформаційна модель повинна відображати предметну
ділянку в зрозумілих і звичних для користувача термінах. Змістовно база
даних містить структуровану певним чином інформацію про факти, події,
об’єкти та їх властивості і зв’язки між ними.

Концепція реляційної моделі бази даних запропонована Е.Ф.Коддом в 1970
році для розв’язання наступної задачі – забезпечити незалежність
представлення та опису даних від прикладних програм. В основі цієї
моделі лежать поняття відношення (relations), подане у вигляді таблиці з
дотриманням деяких обмежувальних умов. Основні взаємопов’язані поняття
фізичного, спеціального прикладного та математичного рівнів побудови
реляційної бази даних та їх взаємовідношення показані в таблиці, в
рядках якої знаходяться еквівалентні поняття:

Таблиця SEQ Таблица \* ARABIC 1

Основні поняття реляційної бази даних та їх взаємозв’язок.

Фізичний рівень Спеціальний прикладний рівень Математичний рівень

1 Файл Таблиця Відношення

2 Запис Рядок Кортеж

3 Поле Стовпець Атрибут

Таблиця зрозуміла оглядово і звична для людей. Оригінальність підходу
Е.Ф.Кодда полягає в застосовані до відношень впорядкованої системи
операцій, що дозволяє отримувати складені відношення з бази (виводити,
обчислювати, проводити арифметичні операції). Використання відношень
дозволяє ділити інформацію на таку, що зберігається постійно і таку, яка
отримується в результаті визначених перетворень над постійною. Е.Ф.Кодд
показав, що набір відношень (таблиць) може бути використаний для
збереження даних про об’єкти реального світу і моделювання зв’язків між
ними. Під таблицею будемо розуміти структуру заголовку даної таблиці
плюс сукупність записів даних у відповідності із заголовком. Наприклад,
для збереження інформації про об’єкти з назвою “студент” можна
використати відношення СТУДЕНТ, в якому властивості об’єктів
розміщуються в стовпцях таблиці:

Таблиця SEQ Таблица \* ARABIC 2

Список студентів.

Прізвище І. П. Дата народження Курс Спеціальність

Хагба Р.Д. 12.02.1970 2 історія

Качарава Д.В. 15.04.1967 1 біологія

Іванов І.І. 18.11.1968 3 прикладна математика

Федорів М.Ж. 31.11.1969 4 фізика

Стовпці відношення називають атрибутами і їм присвоюють імена. Список
імен атрибутів відношення називається схемою відношення. Таблиці не
дозволяють проводити узгодження наступних трьох способів маніпулювання
даними: впорядкування, групування по певних ознаках, доступ по дереву
параметрів. Це пов’язано з тим, що в таблиці всі три способи
маніпулювання жорстко закріплені: дані впорядковані по одному параметру
і не впорядковані по іншому.

Відношення реляційних баз даних.

Відношення реляційної бази даних діляться на два класи: об’єктні та
зв’язні. Об’єктне відношення зберігає дані про об’єкти (екземпляри
сутності). В об’єктному відношенні один (або декілька) з атрибутів
однозначно ідентифікують об’єкт. Такий ключовий атрибут називається
(одиничним чи множинним) ключем відношень або первинним атрибутом. Ключ,
як правило, знаходиться у першому стовпці. Інші атрибути функціонально
залежать від даного ключа. Ключ може включати кілька атрибутів (складний
ключ). В об’єктному відношенні атрибути не повинні дублюватися. Це
основне обмеження в реляційній базі даних для збереження цілісності
даних. Зв’язне відношення зберігає ключі двох чи більше об’єктних
відношень, тобто по ключах встановлюються зв’язки між об’єктами
відношень. Зв’язне відношення може мати і інші атрибути, які
функціонально залежать від цього зв’язку. Ключі в зв’язних відношеннях
називаються зовнішніми (сторонніми) ключами, оскільки вони є первинними
ключами інших відношень.

Умови і обмеження, які накладаються на відношення реляційних баз даних
на табличному рівні представлення, можна сформулювати наступним чином:

не може бути однакових первинних ключів, тобто всі рядки (записи)
повинні бути унікальними;

всі рядки повинні мати однакову типову структуру;

імена стовпців в таблиці повинні бути різними, а значення стовпців
повинні бути однотиповими;

значення стовпців повинні бути атомарними, тобто не можуть бути
компонентами інших відношень;

повинна зберігатися цілісність для зовнішніх ключів;

порядок розміщення рядків у таблиці неістотний – він впливає лише на
швидкість доступу до потрібного рядка.

Фізична організація файлів баз даних.

Сучасні бази даних можуть представлятися сукупністю взаємопов’язаних
таблиць. Тіло типового файлу бази даних для однієї таблиці містить
заголовок таблиці та власне послідовно організований набір записів. В
заголовку файлу міститься наступна інформація:

перелік полів з характеристиками (назва, тип, довжина поля);

час створення чи обновлення файлу;

кількість записів, що знаходяться у файлі,

інша допоміжна інформація (наприклад, інформація про зв’язок з індексним
файлом, відомості про мову заповнення та інше).

Кожен запис таблиці складається із окремих полів (атрибутів), які
діляться на три групи: ключові, вказівні та допоміжні. Ключовими є ті
атрибути, якими однозначно ідентифікується даний запис. Двох записів з
однаковими ключовими атрибутами бути не може. Вказівні атрибути
виконують роль ключових атрибутів в інших базах даних, на які
посилається даний запис. З їх допомогою можна отримати додаткову
інформацію для заданого запису. Допоміжні атрибути – це характеристики
для заданого запису і вони, як правило, можуть повторюватись.

Файл бази даних може бути індексованим або ні. Наявність індексації
означає, що всі записи в файлі баз даних перевпорядковані у
відповідності із наперед заданим принципом (алфавітний порядок, порядок
зростання чи спадання і так далі) по одному з полів. Інформація про
індексацію міститься в індексному файлі у вигляді набору
взаємопов’язаних пар чисел. Система індексації застосовується для
зручності використання бази даних: для заданих полів створюється
впорядкований перелік пар чисел, перше з яких вказує фізичний реальний
порядковий номер запису в файлі, друге – порядковий номер даного запису
у перевпорядкованому списку. Розрізняють так звані одиничні і множинні
індексні файли. Для кожного фізичного запису одиничний індексний файл
містить тільки одну пару чисел, в той час як множинний – множину з
декількох впорядкованих пар чисел. Кожне друге з наступної пари чисел в
наборі означає порядковий номер у новому списку.

Характеристикою типу інформації даного атрибуту є тип поля. Найчастіше
вживані наступні позначення типів полів, які наводяться в таблиці.

Таблиця SEQ Таблица \* ARABIC 3

Типи полів файлів баз даних.

№ Позначення Тип поля

1 N Числовий

2 F Числовий з плаваючою комою

3 C Символьний

4 D Дати

5 M Мемо-поле

6 L Логічний

В деяких сучасних системах керування базами даних введено нові типи
полів, але вони або надають нові можливості (наприклад тип графічного
об’єкту) або просто розширюють наведені типи полів. Крім цього, для
кожного числового чи символьного поля задається його довжина в символах.
Так, для поля дати відведено 8 позицій, а для логічного – одне (логічний
нуль – “false” або одиниця – “true” ). Поле мемо містить стандартної
довжини вказівник на текстову інформацію. Ці вказівники містять адреси
послідовно організованих записів в допоміжному файлі.

Деякі поняття алгебри відношень.

Ефективність реляційної моделі бази даних визначається здатністю
виконувати над відношеннями наступні операції алгебри відношень:
об’єднання, перетин, різниця, декартовий добуток, ділення, проекція,
вибір, з’єднання.

Степінь відношення – це кількість атрибутів, які в нього входять (або
кількість стовпців у таблиці).

Потужність відношення – кількість записів у таблиці відношень (або
кількість рядків без заголовку в таблиці).

Операція об’єднання.

Операція об’єднання проводиться над двома відношеннями. Результуюче
відношення включає всі записи першого відношення і ті записи другого
відношення, яких немає в першому. Наприклад:

Відношення 1:

Відношення 2:

Результуюче відношення:

Прізвище І.П. Вік

Ананатійчук Р.І. 30

Бас І.М. 25

Вільховська С.О. 32

Бас І.М. 25

Білань І.М. 24

Гамар О.М. 25

Білань О.І. 24

Вільховська С.О. 32

Гамар О.М. 25

Операція перетину.

Перетин виконується над двома відношеннями. Результуюче відношення
містять тільки ті записи, які є одночасно в першому і другому
відношеннях. Наприклад:

Відношення 1:

Відношення 2:

Результуюче відношення:

Прізвище І.П. Вік

Ананатійчук Р.І. 30

Бас І.М. 25

Вільховська С.О. 32

Білань І.М. 24

Гамар О.М. 25

Вільховська С.О. 32

Операція різниці.

Операція різниці проводиться над двома відношеннями. Результуюче
відношення містять ті записи першого відношення, яких немає в другому
відношенні. Наприклад:

Відношення 1:

Відношення 2:

Результуюче відношення:

Прізвище І.П. Вік

Ананатійчук Р.І. 30

Бас І.М. 25

Вільховська С.О. 32

Білань І.М. 24

Гамар О.М. 25

Вільховська С.О. 32

Операція декартового добутку.

Декартовий добуток виконується над двома відношеннями, степінь
результуючого відношення дорівнює сумі степенів первинних відношень, а
потужність рівна добутку їх потужностей. Результуюче відношення містять
всі можливі комбінації в записі первинних відношень. Наприклад:

Відношення 1

Відношення 2

Результуюче відношення

Прізвище

Предмет Дата екзамену

Прізвище Предмет Дата екзамену

Гасюк У.І.

СКБД ПК 9.01.95

Гасюк У.І. СКБД ПК 9.01.95

Добровольська О.В.

Історія 14.01.94

Гасюк У.І. Історія 14.01.94

Дробенко Ю.Г.

Добровольська О.В. СКБД ПК 9.01.95

Добровольська О.В. Історія 14.01.94

Дробенко Ю.Г. СКБД ПК 9.01.95

Дробенко Ю.Г. Історія 14.01.94

Операція ділення.

Операція ділення – відношення дільника повинно містити підмножину
атрибутів відношення діленого. Результуюче відношення включає тільки ті
записи декартового добутку результуючого відношення з дільником, які
містяться в діленому. Крім того, результуюче відношення містить тільки
ті відношення діленого, яких немає в дільнику. Наприклад:

Відношення 1

Відношення 2

Результуюче відношення

Прізвище Предмет Дата екзамену

Предмет Дата екзамену

Прізвище

Гасюк У.І. СКБД ПК 9.01.95

СКБД ПК 9.01.95

Гасюк У.І.

Гасюк У.І. Історія 14.01.94

Історія 14.01.94

Добровольська О.В.

Добровольська О.В. СКБД ПК 9.01.95

Дробенко Ю.Г.

Добровольська О.В. Історія 14.01.94

Дробенко Ю.Г. СКБД ПК 9.01.95

Дробенко Ю.Г. Історія 14.01.94

Операція проекції.

Операція проекції виконується над одним відношенням. Результуюче
відношення включає частину атрибутів вихідного, на які виконується
проекція. Наприклад, для відношення 1 знайдемо перелік посад для кожного
відділу.

Відношення 1

Результуюче відношення

Прізвище Номер відділу Посада

Номер відділу Посада

Ткаченко О.В. 1 Інженер

1 Інженер

Хороз Н.Б. 1 Інженер

2 Інженер

Рапій І.М. 2 Інженер

2 технік

Сколоздра С.Т. 2 технік

Операція з’єднання виконується над двома відношеннями. В кожному
відношенні повинні знаходитись як мінімум один, можливо і більше,
атрибутів, що співпадають. Результуюче відношення включає всі атрибути
першого і другого відношень.

Наприклад для відношень 1 і 2 будемо мати:

Відношення 1

Відношення 2

Результуюче відношення

Спеціальність Код студента

Код студента Прізвище Курс

Спеціальність Код студента Прізвище Курс

Менеджмент 2

1 Кусий О.А. 2

Менеджмент 2 Єлісєєнко О.С. 2

Економіка 3

2 Єлісєєнко О.С. 1

Економіка 3 Кухар Н.Є. 1

Історія 8

3 Кухар Н.Є. 1

Історія 8 Стоцько О.О. 3

8 Стоцько О.О. 3

Операція вибору.

Операція вибору відбувається над одним відношенням. Результуючі
відношення містять тільки ті записи, які відповідають певній умові з
даного атрибуту. Наприклад проведемо вибірку для відношення по ознаці
“Ріст більший 165 сантиметрів”:

Відношення 1

Результуюче відношення

Прізвище І.П. Ріст

Сало Є.В. 185

Ткачук Ю.В. 165

Вільховська С.О. 173

Гамар О.І. 165

Розглянуті операції, дозволяють виділяти із відношень їх підмножини,
знову ж об’єднувати ці підмножини в ємніші відношення, поновлювати вміст
відношень і представляти їх в потрібному виді.

Бізнес – правила формування баз даних.

Практика розробки та експлуатації баз даних викристалізувала базові
вимоги до їх побудови. Це зокрема вимоги:

цілісності даних (обмеження; правила використання обмежень; правила
обробки при порушенні обмежень цілісності; ефективність використання
обмежень);

узгодженості даних;

відновлюваності даних (при збоях обладнання);

безпеку (від несанкціонованих дій);

ефективності, яке визначається такими параметрами, як швидкодія,
мінімальний час доступу та мінімальна пам’ять.

З іншої сторони в середовищі прикладних користувачів-розробників були
сформовані так звані бізнес – правила для роботи з базами даних. Їх суть
полягає в ефективній реалізації роботи з даними, яка гарантує, що дані,
які містяться в базах даних, повинні відповідати політиці i стратегії
організації, зокрема i її правилам. Наприклад, для реалізації цього
принципу потрібно встановити вимоги до кожного стовпця в таблиці базах
даних так, щоб він не допускав значень, які суперечили б політиці
організації. Фактично бізнес правила вимагають виконання трьох основних
функцій:

зберігати не бажанні дані поза базами даних;

однозначно описувати i строго визначати зв’язки між стовпцями i
таблицями;

при необхідності надавати інформацію звідки, коли і ким данi внесені в
базу даних.

Умови нормалізації баз даних.

Крім цього, реляційні бази даних повинні задовольняти так званим умовам
нормалізації. Процес трансформацiї даних в реляційну форму називається
нормалiзацiею баз даних. Нормалізація – це видалення надлишкових даних з
кожної таблиці бази даних. Процес нормалiзацiї переслідує подвійну мету:
видалити надлишкові копії даних i забезпечити максимальну гнучкість, як
в структурах таблиць, так i в її iнтерфейсних програмах на випадок
можливих майбутніх змін баз даних. Найчастіше зустрічаються п’ять форм
нормалiзацiї, що означає п’ять різних установок реляційного критерію
нормалізації баз даних.

Перша нормальна форма: кожне з полів заданої таблиці повинно бути
неподільним по змісту використання і не містити повторюваних груп. Поле
вважається неподільним, якщо воно містить тільки один елемент даних.

Друга нормальна форма: задана таблиця задовольняє вимогам першої
нормальної форми і, крім того, всі неключові поля таблиці повністю
залежать від первинного ключа таблиці і від кожного поля в первинному
ключі.

Третя нормальна форма: таблиця задовольняє вимогам другої нормальної
форми і, крім того, всі неключові поля повністю залежать від первинного
ключа таблиці і не залежать один від одного.

Четверта нормальна форма: таблиця задовольняє вимогам третьої нормальній
формі і, крім того, забороняється зберігати незалежні елементи в одній і
тій же таблиці, коли між цими елементами існує зв’язок (зв’язки) багато
до багатьох.

П’ята нормальна форма: таблиця задовольняє вимогам четвертої нормальної
форми та існує можливість модернізації даних таблиці. Передбачається, що
при розробці баз даних і особливо при проведенні нормалізації таблиць
потрібно звертати велику увагу на те, щоб випадково не проігнорувати
суттєву характеристику або параметри об’єкта.

Нормалізація збільшує число відношень в базах даних і тим самим час
обробки. Але за рахунок коректності і усунення дублювання відбувається
прискорення виконання доступу до даних.

Список літератури.

Автоматизированные информационные технологии в экономике. Под. ред.
Г.А.Титоренко – М. Компьютер ЮНИТИ, 1998, – 336 с.

Бердтис А. Структуры данних. – М.: Статистика, 1974, – 408 с.

Блек Ю. Сети ЭВМ : протоколы, стандарты, интерфейсы. -М.: Мир, 1980.

Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных
систем. -М.: Финансы и статистика, 1992.

Бойков.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных
систем. М. Мир 1997.

Боэм Б.У. Инженерное программирование для проектирования программного
обеспечения. -М.: Радио і связь, 1985, -512с.

Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. – М.: Наука,
1988.

Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого
интегрированного производства в машиностроении. – М.: Машиностроение,
1986. –312 с.

Вершинин О.В. Компьютер для менеджера. – М.: Высшая школа, 1990.

Вычислительные машины, системы и сети/ Под ред. А.П.Пятибратова. – М.:
Финансы и статистика, 1991.

Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах
обработки данных. – В 2-х кн. – М.: Энергоатомиздат, 1994.

Гершгорин Л.Г. Что такое АРМ бухгалтера. – М.: Финансы и статистика,
1988.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter