чем полностью определяется структура таблицы реляционной базы данных
Чем полностью определяется структура таблицы реляционной базы данных
| Применяемый на практике термин | Реляционный, теоретический термин |
|---|---|
| Колонка, столбец, поле | Атрибут. |
| Строка, запись | Кортеж |
| Таблица | Отношение |
В большинстве СУБД разрешается пустая клетка таблицы. Для неё даже придумано обозначение NULL, а каждый атрибут в кортеже должен иметь значение. На практике признак NULL означающий, что в клетку табицы ничего не занесено, широко используется. Разрешается хранить в одной таблице несколько одинаковых строк, а одинаковые множества значений атрибутов в нескольких кортежах не допускаются.
Кортежи в отношении и атрибуты в кортеже не упорядочены, а в таблице строки и столбцы всегда расположены в какой-то последовательности.
Реляционная модель базы данных
Реляционные базы данных поддаются математическому описанию и, следовательно, сложной автоматической обработке. Самые сложные запросы, формируемые пользователем, реляционная СУБД оптимизирует, используя математический аппарат, и поэтому выполняет поразительно быстро. Благодаря математическому описанию реляционной базы данных, запросы к ней имеют чёткую логическую форму, хорошо стандартизированы (стандарт языка SQL) и, хотя часто очень сложны, но эта сложность минимальна относительно решаемой с помощью запроса задачи.
Отношение
Отношение сотоит из заголовка (схемы), кортежей и атрибутов.
Атрибут имеет имя и тип и принимает значения из множества, определяемого типом. Под значением атрибута в зависимости от контекста понимают либо значение на пересечении кортежа и атрибута (клетки таблицы), либо совокупность (вектор-столбец) значений на пересечении атрибута со всеми кортежами отношения. Множество всех возможных значений атрибута называют доменом.
В теории баз данных нет единого толкования терминов тип и домен. Дадим этим терминам определения, которыми в дальнейшем будем пользоваться.
В памяти ЭВМ значения констант и переменных независимо от языка программирования могут храниться в виде
Формы представления данных строка, целое число и число с плавающей запятой называются встроенными типами данных. Одно и то же число может храниться в любой из перечисленных форм, т.е. иметь разный встроенный тип. Представим во всех трёх формах число 15.
Число обычно хранится в строковой форме, когда оно находися в какой-нибыдь фразе, например, «Сегодня 15 марта». Каждая буква или цифра имеет свой код. Единица имеет код 49 в десятичной системе счисления и 00110001 в двоичной. Цифра (символ) 5 имеет двоичный код 00110101.
В памяти ЭВМ код числа 15 хранится в двоичной системе счисления в виде последовательности из двух байт:
|
| ||||||||||||||||
| единица | пять |
Наиболее сложно число 15 записывается в форме с плавающей запятой. Для этого сначала 15 нужно записать в полулогарифмическом представлении.
Общая формула для полулогарифмического представления числа X имеет вид:
Для записи числа в полулогарифмической форме в память ЭВМ принимают
Число 15 в полулогарифмической форме имеет вид:
В памяти ЭВМ число 15 в форме с плавающей запятой выглядит так:
| ||||
|
Над числами с плавающей и фиксированной запятой можно производить арифметические операции, а к числами, для представления которых использован строковый тип, можно применить только операцию конкатенации (слияния). Операция конкатенации во многих языках программирования обозначается значком + как и операция сложения.
Пример операций над числами разных типов.
Резюмируя всё сказанное, дадим следующее определение домена и типа.
Отношение для наглядности изобразим в следующем виде:
Особенности реляционных БД
БД используются для организации хранения данных. Структура реляционной базы данных полностью определяется перечнем названия полей с указанием их типов и свойств. Все записи имеют одинаковые поля, но в них показываются разные свойства объекта. Аналогом реляционной БД считается двумерная таблица. Характерные особенности файла БД:
Реляционная БД чаще всего не ограничивается одной таблицей. Обычно создаются несколько таблиц со связанной информацией. Это позволяет исполнять более сложные операции над данными. Таблицы реляционной БД обязаны соответствовать требованиям понятия нормализации отношений, то есть ограничениям на формирование, которые позволят избежать дублирования и обеспечат непротиворечивость хранимой информации. Пусть создана таблица «Прокат», содержащая следующие поля: Шифр Клиента, Ф. И. О., Вид устройства, Дата выдачи, Оплата, Срок возврата. Эта организация хранения информации имеет несколько недостатков:
Для устранения этих недостатков необходима нормализация с разделением данных на разные таблицы.
Связывание таблиц
Для любой таблицы реляционной БД задаётся первичный ключ (primary key) — поле или сочетание полей, которые определяют каждую запись. Внешний или вторичный ключ (foreign key) — это одно или несколько полей, ссылающихся на поле primary key другой таблицы.
Составной ключ называется так, потому что создаётся из нескольких полей. При образовании составных ключей не рекомендуется включать в них поля, значения которых точно определяют запись. Например, не следует образовывать ключ, в котором находятся вместе поля «номер паспорта» и «шифр клиента», потому что оба эти атрибута однозначно определяют запись. Поля с повторяющимися в таблице значениями тоже нельзя делать составной частью ключа. По значению ключа возможно найти только одну запись.
Ячейка — это наименьший структурный элемент, который задаёт определённое значение соответствующего поля. Таблицы связываются друг с другом, и поэтому данные могут выбираться сразу из нескольких таблиц. Связь создаётся, если в них присутствуют одинаковые поля. Типы связей:
Связи «один к одному» встречаются довольно редко. «Один ко многим» применяются чаще, например, кассир продаёт много билетов. «Многие ко многим» тоже встречаются часто. Например, студент изучает много предметов. Связи «многие ко многим» нельзя организовывать непосредственно. Для установления отношения необходимо сопоставить каждому primary key внешний ключ, который представляет собой primary key другой таблицы. Реляционные системы базируются на теории реляционной модели, которая включает в себя три аспекта:
Управление созданием и использованием БД осуществляется системами управления базами данных (СУБД).
Под их руководством:
Для проведения этих операций организуются запросы. Итогом выполнения запросов будут либо изменения в таблицах, либо получение таблицы данных. При этом поддерживается принцип безопасности информации. Для реляционной БД основным языком управления является SQL.
Стадии и пример проектирования хранилища
Приступая к созданию базы, разработчик составляет для объектов манипулирования и их связей представление в терминах реляционной БД (таблицы, поля, записи). Проектирование проходит несколько стадий:
Преимущества этой модели данных состоят в том, что информация отображается в удобной для пользователя форме, а для манипуляций используется развитой математический аппарат.
Примером реляционной базы данных может послужить проект оптимизации деятельности пункта проката. Требуется автоматизировать такие процедуры: учёт клиентов; регистрацию инвентаря, выданного в прокат; отслеживание даты выдачи, сроков возврата, оплаты; получение информации по этим позициям; формирование отчёта по задолженностям. Реляционная БД может быть задана в виде трёх связанных таблиц.
Используя имеющиеся данные, следует определить отношения и объекты этих отношений. Объектами будут являться клиенты и устройства. Отношения между ними состоят в том, что каждый клиент может брать в прокат одно или несколько устройств.
Атрибутами для сопоставления объектов друг другу должны выступать ячейки с уникальным содержимым. В таблицах есть по одному полю с уникальными данными. В № 1 «Клиент» — это шифр клиента, а в № 3 «Склад» — шифр устройства. Это и будут primary keys. Каждая строка таблицы «Прокат» будет связывать два внешних ключа между собой:
Проблемы модели
Преимущество реляционных хранилищ состоит в том, что они способны обеспечить наилучшее соотношение устойчивости, производительности, гибкости, совместимости и масштабируемости. Реляционные БД предоставляют лёгкий доступ к составляемым отчётам и обеспечивают высокую надёжность и целостность информации из-за отсутствия избыточных данных. Но сейчас, когда всё большее количество приложений работает с высокой нагрузкой, увеличивается значение фактора масштабируемости.
Реляционные БД легко масштабируются, только когда они расположены на одном сервере. Если потребуется увеличить количество серверов и разделить нагрузку между ними, то возрастёт сложность хранилищ, что значительно снизит возможность использовать их как платформу для мощных распределённых систем. Поэтому приходится применять другие типы БД, которые обладают лучшей масштабируемостью и отказываться от возможностей, предоставляемых реляционными хранилищами.
Реляционная БД — это совокупность связей, которые способны структурировать данные, что даёт возможность рационального хранения и эффективного использования информационных материалов.
Структура реляционной базы данных — Основы реляционных баз данных
PostgreSQL — СУБД, созданная для работы с реляционными базами данных. Понятие «реляционная» мы рассмотрим в уроке, посвященном реляционной модели, а сейчас сосредоточимся на её прикладных аспектах. В этом уроке обзорно рассказывается о том, как устроены базы данных, а уже начиная со следующего, мы начнём создавать базу собственными руками.
Данные в реляционных базах данных представлены в табличном виде и хранятся в таблицах. Такая структура очень напоминает Microsoft Excel. Каждая строка в такой таблице — это связанный набор данных, относящийся к одному предмету.
Разные таблицы предназначены для хранения информации о различных предметах: например, пользователи, статьи или заказы в интернет-магазине. В типичных веб-приложениях таблиц десятки и сотни. В больших — тысячи. На Хекслете их несколько сотен.
У таблиц в базе данных есть определённая структура, которая включает в себя фиксированный набор столбцов (говорят: «полей»). Поля расположены в строго определённом порядке, и каждое поле имеет своё уникальное имя в рамках одной таблицы. Кроме того, у таблицы есть имя, которое, как правило, уникально в рамках одной базы данных. Имя таблицы и её структура задаются при создании, но могут быть изменены впоследствии.
Каждому столбцу сопоставлен тип данных. Тип данных ограничивает набор допустимых значений, которые можно присвоить столбцу, и определяет смысловое значение данных для вычислений. Например, в столбец числового типа нельзя записать обычные текстовые строки, но зато его данные можно использовать в математических вычислениях. И наоборот, если столбец имеет тип текстовой строки, для него допустимы практически любые данные, но он непригоден для математических действий (хотя другие операции, например, конкатенация строк, возможны).
Число строк в таблице переменно — оно отражает текущее количество находящихся в ней данных. В отличие от таблиц в Exсel, в таблицах реляционных баз данных нет никаких гарантий относительно порядка строк в таблице. Он может быть любым. При необходимости этот порядок можно задать с помощью языка SQL, который рассматривается далее по курсу.
Количество данных в разных таблицах варьируется очень сильно. Многие справочные таблицы, которые содержат некоторые фиксированные списки (например, список стран) очень небольшие, количество записей в них варьируется от нескольких штук до нескольких сотен. Другие таблицы, напротив, могут иметь значительные размеры. От сотен тысяч до десятков миллионов записей. Ну и совсем большие содержат сотни миллионов и даже миллиарды записей.
Пример описания таблицы с именем users (на псевдоязыке):
Структура
Содержание
В дальнейшем эту структуру можно модифицировать, удалять и добавлять поля, менять типы данных и, наконец, удалить всю таблицу целиком. Типичные таблицы содержат десятки полей, но бывают и большие, в которых полей за сотню.
Именование таблиц и полей в базе (и других сущностей) не фиксировано и зависит от программиста. В проектах, активно использующих ORM (название группы фреймворков или библиотек, которые помогают моделировать предметную область и связывать её с базой данных), имена определяются соглашениями конкретной экосистемы. В этом курсе я использую именование, принятое во фреймворке Rails и его ORM (ActiveRecord). Оно состоит из нескольких правил:
В отличие от Excel, где ввод данных и отображение происходит визуально, в обычных СУБД данные не имеют никакого представления. Вводятся они с помощью команд и выбираются тоже, а вот дальше, всё зависит от программистов, которые выводят эти данные в своих программах. Но существуют специальные клиенты, предназначенные для удобного визуального управления базами данных. Можно сказать, что это «psql на стероидах».
Эти решения бывают как платные, так и бесплатные. Из бесплатных, в мире PostgreSQL, наиболее популярен PgAdmin. Рекомендую поставить его и поэкспериментировать внутри.
Управление структурой базы данных и данными внутри таблиц — две разных задачи, выполняющиеся одним инструментом — языком SQL. SQL (Structured Query Language) — специализированный язык, разработанный для управления данными в реляционных СУБД.
Чем полностью определяется структура таблицы реляционной базы данных
По Вашему запросу ничего не найдено.
Рекомендуем сделать следующее:
Что такое реляционная база данных?
Реляционные базы данных представляют собой базы данных, которые используются для хранения и предоставления доступа к взаимосвязанным элементам информации. Реляционные базы данных основаны на реляционной модели — интуитивно понятном, наглядном табличном способе представления данных. Каждая строка, содержащая в таблице такой базы данных, представляет собой запись с уникальным идентификатором, который называют ключом. Столбцы таблицы имеют атрибуты данных, а каждая запись обычно содержит значение для каждого атрибута, что дает возможность легко устанавливать взаимосвязь между элементами данных.
Пример реляционной базы данных
В качестве примера рассмотрим две таблицы, которые небольшое предприятие использует для обработки заказов продукции. Первая таблица содержит информацию о заказчиках: каждая запись в ней включает в себя имя и адрес заказчика, платежные данные и информацию о доставке, номер телефона и т. д. Каждый элемент информации (атрибут) помещен в отдельный столбец базы данных, которому назначен уникальный идентификатор (ключ) для каждой строки. Во второй таблице—(с информацией о заказе) каждая—запись содержит идентификатор заказчика, совершившего заказ, название заказанного продукта, его количество, размер или цвет и т. д. Записи в этой таблице не содержат таких данных, как имя заказчика или его контактные данные.
У обеих таблиц есть только один общий элемент — идентификатор столбца (ключ). Благодаря наличию этого общего столбца реляционные базы данных могут устанавливать взаимосвязи между двумя таблицами. Когда приложение для обработки заказов передает заказ в базу данных, база данных обращается к таблице со сведениями о заказах, извлекает сведения о продукции и использует идентификатор заказчика из этой таблицы, чтобы найти сведения об оплате и доставке в таблице с информацией о нем. Затем на складе подбирают нужный продукт, заказчик своевременно получает свой заказ и производит оплату.
Структура реляционных баз данных
Реляционная модель подразумевает логическую структуру данных: таблицы, представления и индексы. Логическая структура отличается от физической структуры хранения. Такое разделение дает возможность администраторам управлять физической системой хранения, не меняя данных, содержащихся в логической структуре. Например, изменение имени файла базы данных не повлияет на хранящиеся в нем таблицы.
Разделение между физическим и логическим уровнем распространяется в том числе на операции, которые представляют собой четко определенные действия с данными и структурами базы данных. Логические операции дают возможность приложениям определять требования к необходимому содержанию, в то время как физические операции определяют способ доступа к данным и выполнения задачи.
Чтобы обеспечить точность и доступность данных, в реляционных базах должны соблюдаться определенные правила целостности. Например, в правилах целостности можно запретить использование дубликатов строк в таблицах, чтобы устранить вероятность попадания неправильной информации в базу данных.
Реляционная модель
В первых базах данных данные каждого приложения хранились в отдельной уникальной структуре. Если разработчик хотел создать приложение для использования таких данных, он должен был хорошо знать конкретную структуру, чтобы найти необходимые данные. Такой метод организации был неэффективен, сложен в обслуживании и затруднял оптимизацию эффективности приложений. Реляционная модель была разработана, чтобы устранить потребность в использовании разнообразных структур данных.
Она обеспечила стандартный способ представления данных и отправки запросов, которые могли быть использованы в любых приложениях. Разработчики уяснили, что таблицы являются ключевым преимуществом реляционных баз данных, так как обеспечивают интуитивно понятный, эффективный и гибкий способ хранения структурированной информации и получения к ней доступа.
Со временем, когда разработчики стали использовать язык структурированных запросов (SQL) для записи данных в базу и отправки запросов, стало очевидным и другое преимущество реляционной модели. Вот уже на протяжении многих лет SQL широко используется в качестве языка запросов в базах данных. Он основан на алгоритмах реляционной алгебры и четкой математической структуре, что обеспечивает простоту и эффективность при оптимизации любых запросов к базе данных. Для сравнения: при использовании других подходов приходится создавать отдельные, уникальные запросы.
Преимущества реляционных баз данных
Компании всех типов и размеров используют простую, но функциональную реляционную модель для обслуживания разнообразных информационных потребностей. Реляционные базы данных применяются для отслеживания товарных запасов, обработки торговых транзакций через Интернет, управления большими объемами критически важных данных заказчиков и т. д. Реляционные базы данных можно рекомендовать для обслуживания любых информационных потребностей, где элементы данных связаны между собой и необходимо обеспечивать безопасное и надежное управление ими на основе правил целостности.
Реляционные базы данных появились в 1970-х годах. На сегодняшний день преимущества реляционного подхода сделали его самой распространенной моделью для баз данных в мире.
Целостность данных
Реляционная модель наиболее эффективно поддерживает целостность данных во всех приложениях и копиях (экземплярах) базы данных. Например, когда заказчик кладет деньги на счет с помощью банкомата, а затем проверяет баланс на мобильном телефоне, он ожидает, что поступившие средства сразу же отобразятся на счете. Реляционные базы данных отлично подходят для обеспечения целостности данных в различных экземплярах базы в одно и то же время.
Другие типы баз данных не могут одновременно поддерживать целостность больших объемов данных. Некоторые современные типы баз данных, такие как NoSQL, обеспечивают только так называемую “окончательную целостность.” Это значит, что, когда выполняется масштабирование данных или несколько пользователей одновременно используют одни и те же данные, необходимо некоторое время на “внесение изменений”. В некоторых случаях окончательная целостность вполне приемлема (например, для обновления позиций в товарном каталоге), однако для критически важной операционной деятельности бизнеса (например, транзакций с использованием корзины) реляционные базы представляют собой фундаментальный стандарт.
Фиксация изменений и атомарность
В реляционных базах данных используются очень детальные и строгие бизнес-правила и политики в отношении фиксации изменений в базе данных (то есть сохранения изменений в данных на постоянной основе). Рассмотрим для примера складскую базу данных, в которой отслеживаются три запчасти, всегда использующиеся в комплекте. Когда одну из них извлекают из товарных запасов, две другие также должны извлекаться. Если одна из трех запчастей недоступна, две другие также не могут быть проданы отдельно, то есть, чтобы в базу данных можно было внести изменения, должны быть доступны все три запчасти. Реляционная база данных не разрешит сохранять изменения, если они не касаются всех трех запчастей. Эту особенность реляционных баз данных называют атомарностью или неразрывностью. Неразрывность необходима для сохранения точности данных в базе и обеспечения соответствия с правилами, нормативными положениями и бизнес-политиками.
Реляционные базы данных и ACID
Транзакции в реляционной базе данных имеют четыре важные характеристики: неразрывность (atomicity), целостность (consistency), изолированность (isolation) и неизменность (durability). Это сочетание получило название ACID.
Хранимые процедуры и реляционные базы данных
Доступ к данным включает в себя множество повторяющихся действий. Например, иногда для получения нужного результата простой запрос для получения информации из таблицы необходимо повторить сотню или тысячу раз. Для таких сценариев доступа к базе данных необходимо что-то вроде программного кода. Разработчикам каждый раз писать стандартный код доступа к данным для нового приложения было бы утомительно. К счастью, реляционные базы данных поддерживают хранимые процедуры, представляющие собой блоки кода, к которым можно получить доступ с помощью обычного вызова со стороны кода приложения. Например, одну и ту же хранимую процедуру можно использовать для последовательной маркировки записей в целях удобства пользователей для различных приложений. Хранимые процедуры также помогают разработчикам убедиться в правильной реализации определенных функций данных в приложении.
Блокировки базы данных и параллельный доступ
Когда несколько пользователей или приложений пытаются одновременно изменить одни и те же данные, это может вести к возникновению конфликта в базе. Блокировки и параллельный доступ снижают вероятность конфликтов и способствуют сохранению целостности данных.
Блокировка не разрешает другим пользователям и приложениям получать доступ к данным во время их обновления. В некоторых базах данных блокировка может применяться к целой таблице, что негативно отражается на эффективности приложения. В других типах баз данных, например реляционных базах Oracle, блокировка выполняется на уровне одной записи, оставляя другие записи в таблице доступными. Такой подход помогает сохранить эффективность приложения.
Инструмент параллельного доступа используется, когда несколько пользователей или приложений пытаются одновременно выполнить запросы к одной базе данных. Он обеспечивает доступ пользователей и приложений к базе данных в соответствии с политиками контроля.
Характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе реляционной базы данных
Программное обеспечение, которое используется для сохранения, контроля и извлечения данных в базе, а также выполнения к ней запросов, называют системой управления реляционной базой данных (СУРБД). СУРБД обеспечивает интерфейс между пользователями и приложениями и базой данных, а также административные функции для управления хранением данных, их эффективностью и доступом к ним.
При выборе типа базы данных и продуктов на основе реляционных баз данных необходимо учитывать несколько факторов. Выбор СУРБД зависит от потребностей Вашей компании. Задайте себе следующие вопросы.
Реляционная база данных будущего: автономная база данных
На протяжении последних лет реляционные базы данных улучшали свою производительность, надежность и безопасность и становились проще в обслуживании. Однако их структура становилась все более сложной, и, как следствие, администрирование такой базы данных начало требовать немалых усилий. Вместо того, чтобы использовать свои навыки для разработки инновационных приложений, которые будут приносить прибыль компании, разработчики вынуждены посвящать львиную долю времени управлению базой данных для оптимизации ее эффективности.
Мы использовали автономные технологии, чтобы расширить возможности реляционной модели и создать реляционную базу данных нового типа. Самоуправляемая база данных (которую также называют автономной) сохраняет все преимущества и возможности реляционной модели и добавляет к ним средства на основе искусственного интеллекта, машинного обучения и автоматизации для мониторинга и оптимизации скорости выполнения запросов и управления. Например, чтобы улучшить скорость выполнения запросов, самоуправляемая база данных строит прогнозы и проверяет индексы, а затем применяет лучшие результаты на практике — и все это без участия администратора. Самоуправляемые базы данных постоянно вносят такие улучшения в собственную работу без человеческого вмешательства.
Автономные технологии дают возможность разработчикам больше не тратить время на рутинные задачи обслуживания. Например, больше не нужно заблаговременно определять требования к инфраструктуре. При использовании решения IaaS Вы арендуете ресурсы, например вычислительные мощности или хранилище, получаете доступ к нужным ресурсам по мере необходимости и платите только за те из них, которые использует Ваша компания. Разработчики могут создавать автономные реляционные базы данных всего за несколько шагов, ускоряя процесс разработки приложений.