3. Базы данных

Самым совершенным на настоящий момент способом хранения информации являются базы данных. Создавая базу данных, проектировщик стремится упорядочить информацию по различным признакам, чтобы быстро делать выборку данных с произвольным сочетанием признаков. Для этого данные должны быть структурированы.

Таким образом, база данных (БД) – структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики каких-либо физических или виртуальных систем.

«Базой данных» часто упрощённо или ошибочно называют системы управления базами данных (СУБД). Нужно различать набор данных (собственно БД) и программное обеспечение, предназначенное для организации и ведения базы данных (СУБД).

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Таким образом, по модели представления данных БД классифицируются:

- Картотеки – упорядоченное собрание данных, каждая карта является информационной единицей и предоставляет сведения о каком либо объекте базы данных, с целью облегчения поиска этого объекта по определённым признакам.

- Иерархические – состоят из объектов с указателями от родительских объектов к потомкам, соединяя вместе связанную информацию. Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй – объекты второго уровня и т. д.

- Сетевые – подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию. В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

- Реляционные – характеризуются простотой структуры данных, ориентированы на организацию данных в виде двумерных таблиц.

- Многомерные – характеризуются тремя основными чертами: многомерное представление данных; сложные вычисления над данными; вычисления, связанные с изменением данных во времени.

- Объектно-ориентированные – базы данных, в которых данные оформлены в виде моделей объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями.

На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT, CSV, Excel, DBF, XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках – таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т. д.

Реляционный подход к построению баз данных.

Какие особенности имеет реляционная база данных? Ответ кроется в самом названии – «реляционная». Слово relation имеет несколько значений в английском языке. Основные из которых – «отношение» и «связь». Эти два понятия и являются главными особенностями реляционных баз данных.

Отношение – это двухмерная таблица. Любая таблица состоит из строк и столбцов, а их отношение представляет собой, грубо говоря, информационный массив, хранящийся в этой таблице. В теории реляционных баз данных строки таблиц называют «кортежи», а столбцы – «атрибуты». Но в русском компьютерном языке, как среди программистов, так и среди пользователей баз данных, эти мудреные термины не прижились. Нередко употребляются термины «запись» и «поле». Но чаще всего строки так и называют строками, а столбцы – столбцами.

Поле (столбец) – элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. Каждый столбец таблицы в реляционной базе данных должен иметь конкретное имя, тип и размер. Соответственно все содержимое поля должно соответствовать выбранному типу и размеру.

Еще одно существенное свойство реляционных баз – использование только простых типов данных. Каждая ячейка таблицы может содержать только число, или строку, или дату, или длинный набор данных (текстовых или бинарных), но не массив и не указатель. Не так давно появились объектно-реляционные базы данных, которые позволяют хранить в ячейках таблиц целые объекты.

Совокупность логически связанных полей является записью (строкой). При этом порядок строк в таблицах реляционных баз данных определяется вовсе не тем, в каком порядке они были записаны в базу или как физически расположены на диске. Большинство реляционных СУБД вообще не поймут, что от них хотят, если, скажем, попытаться найти строку №3, а вот найти строку, в которой одно из полей будет равно искомому значению, – да.

И, наконец, самое главное, что отличает реляционную базу данных от простого набора электронных таблиц. Информация в разных таблицах должна быть взаимосвязана, и база данных предоставляет средства для организации этих взаимосвязей: первичные и внешние ключи.

Единственный способ идентифицировать определенную запись в этой таблице – это указать набор значений одного или нескольких полей, который был бы уникальным для этой записи. Отсюда и происходит понятие первичного ключа – набора полей (атрибутов, столбцов) таблицы, совокупность значений которых определена для любой записи (строки) этой таблицы и различна для любых двух записей.

Внешний ключ – поле таблицы, предназначенное для хранения значения первичного ключа другой таблицы с целью организации связи между этими таблицами.

Важнейший принцип организации информации в реляционной базе данных – так называемая нормализация таблиц. Целью нормализации является устранение недостатков структуры базы данных, приводящих к вредной избыточности в данных, которая в свою очередь потенциально приводит к различным аномалиям и нарушениям целостности данных. И хотя представление данных в нормализованном виде не является обязательным требованием для правильной работы базы, делать его необходимо. Если данные в базе не нормализованы, их ведение превращается в сущее мучение.

Для доступа к информации, хранящейся в реляционной базе данных, используют язык структурированных запросов – SQL (Structured Query Language – язык структурированных запросов) – универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных. Вопреки существующим заблуждениям, SQL является информационно-логическим языком, а не языком программирования.