Οι βάσεις δεδομένων είναι σχεσιακές. Η έννοια της σχεσιακής βάσης δεδομένων

Η έλευση της τεχνολογίας των υπολογιστών στην εποχή μας σηματοδότησε μια επανάσταση πληροφόρησης σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Ωστόσο, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι όλες οι πληροφορίες δεν θα γίνουν περιττά σκουπίδια στο παγκόσμιο Internet, δημιουργήθηκε ένα σύστημα βάσης δεδομένων στο οποίο τα υλικά ταξινομούνται και συστηματοποιούνται, με αποτέλεσμα να ευρίσκονται εύκολα και να υποβάλλονται σε μεταγενέστερη επεξεργασία. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι - κατανομή των βάσεων δεδομένων σχεσιακή, ιεραρχική, δίκτυο.

Θεμελιώδη μοντέλα

Επιστρέφοντας στην προέλευση των βάσεων δεδομένων, αξίζει να πούμε ότι αυτή η διαδικασία ήταν αρκετά σύνθετη, προέρχεται από την ανάπτυξη προγραμματιζόμενου εξοπλισμού επεξεργασίας πληροφοριών. Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι ο αριθμός των μοντέλων τους είναι προς το παρόν πάνω από 50, αλλά τα κυριότερα είναι ιεραρχικά, σχεσιακά και δίκτυα, τα οποία εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως στην πράξη. Τι είναι;

Η ιεραρχική βάση δεδομένων έχει δομή δέντρου και καταρτίζεται από δεδομένα διαφορετικών επιπέδων, μεταξύ των οποίων υπάρχουν σύνδεσμοι. Το μοντέλο δικτύου της βάσης δεδομένων είναι ένα πιο περίπλοκο πρότυπο. Η δομή της μοιάζει με μια ιεραρχική δομή και το σχέδιο επεκτείνεται και εξευγενίζεται. Η διαφορά μεταξύ τους είναι ότι τα κληρονομικά δεδομένα του ιεραρχικού μοντέλου μπορούν να συσχετιστούν μόνο με έναν πρόγονο και το δίκτυο μπορεί να έχει πολλά. Η δομή της σχεσιακής βάσης δεδομένων είναι πολύ πιο περίπλοκη. Επομένως, θα πρέπει να αποσυναρμολογηθεί με περισσότερες λεπτομέρειες.

Η βασική έννοια μιας σχεσιακής βάσης δεδομένων

Αυτό το μοντέλο αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1970 από τον Δρ Edgar Codd. Είναι ένας λογικά δομημένος πίνακας με πεδία που περιγράφουν τα δεδομένα, τις σχέσεις τους μεταξύ τους, τις λειτουργίες που εκτελούνται πάνω τους και, κυρίως, τους κανόνες που εγγυώνται την ακεραιότητά τους. Γιατί το μοντέλο ονομάζεται σχεσιακό; Βασίζεται στις σχέσεις (από τη λατινική σχέση) μεταξύ των δεδομένων. Υπάρχουν πολλοί ορισμοί αυτού του τύπου βάσης δεδομένων. Τα σχεσιακά τραπέζια με πληροφορίες είναι πολύ πιο εύκολο να οργανωθούν και να δοθούν στην επεξεργασία, παρά σε ένα δίκτυο ή ένα ιεραρχικό μοντέλο. Πώς μπορεί να γίνει αυτό; Αρκεί να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά, τη δομή του μοντέλου και τις ιδιότητες των σχεσιακών πινάκων.

Η διαδικασία μοντελοποίησης και σύνθεσης των βασικών στοιχείων

Για να δημιουργήσετε το δικό σας ΣΔΒΔ, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα από τα εργαλεία μοντελοποίησης, να σκεφτείτε ποιες πληροφορίες θα πρέπει να εργαστείτε, να σχεδιάσετε πίνακες και να σχεδιάσετε μια και πολλαπλές σχέσεις μεταξύ δεδομένων, να συμπληρώσετε κελιά οντοτήτων και να δημιουργήσετε πρωτεύοντα, ξένα κλειδιά.

Οι πίνακες μοντελοποίησης και ο σχεδιασμός σχεσιακών βάσεων δεδομένων γίνονται μέσω δωρεάν εργαλείων, όπως το Workbench, το PhpMyAdmin, το Case Studio, το dbForge Studio. Μετά από λεπτομερή σχεδίαση, θα πρέπει να αποθηκεύσετε το γραφικώς έτοιμο σχεσιακό μοντέλο και να το μεταφράσετε στον τελικό SQL κώδικα. Σε αυτό το στάδιο, μπορείτε να αρχίσετε να εργάζεστε με τη διαλογή, επεξεργασία και συστηματοποίηση των δεδομένων.

Χαρακτηριστικά, δομή και όροι που σχετίζονται με το σχεσιακό μοντέλο

Κάθε πηγή περιγράφει τα στοιχεία της με τον δικό της τρόπο, έτσι ώστε για μια λιγότερο σύγχυση θα ήθελα να δώσω μια μικρή ένδειξη:

• Σχετική ετικέτα = οντότητα.
• Layout = attributes = ονόματα πεδίων = ο τίτλος των στηλών της οντότητας.
• Ενότητα instance = tuple = record = γραμμή της ετικέτας.
• Τιμή χαρακτηριστικού = πεδίο οντότητα cell = πεδίο.

Για να μεταβείτε στις ιδιότητες μιας σχεσιακής βάσης δεδομένων, πρέπει να ξέρετε ποιες βασικές συνιστώσες αποτελείται και τι προορίζονται.

1. Η ουσία. Ο πίνακας μιας σχεσιακής βάσης δεδομένων μπορεί να είναι ένας και μπορεί να είναι ένα πλήρες σύνολο πινάκων που χαρακτηρίζουν τα περιγραφόμενα αντικείμενα χάρη στα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε αυτά. Έχουν σταθερό αριθμό πεδίων και μεταβλητό αριθμό εγγραφών. Ο πίνακας μοντέλων σχεσιακής βάσης δεδομένων αποτελείται από σειρές, χαρακτηριστικά και διάταξη.
2. Μια εγγραφή είναι ένας μεταβλητός αριθμός γραμμών που εμφανίζουν δεδομένα που χαρακτηρίζουν το περιγραφόμενο αντικείμενο. Τα αρχεία αριθμούνται αυτόματα από το σύστημα.
3. Χαρακτηριστικά είναι δεδομένα που δείχνουν μια περιγραφή των στηλών της οντότητας.
4. Πεδίο. Αντιπροσωπεύει μια στήλη οντότητας. Ο αριθμός τους είναι μια σταθερή τιμή που έχει οριστεί όταν δημιουργείται ή τροποποιείται ο πίνακας.

Τώρα, γνωρίζοντας τα συστατικά στοιχεία του πίνακα, μπορείτε να πάτε στις ιδιότητες της βάσης δεδομένων σχεσιακού μοντέλου:

• Οι οντότητες του σχεσιακού DB είναι διδιάστατες. Λόγω αυτής της ιδιότητας μαζί τους, είναι εύκολο να κάνετε διάφορες λογικές και μαθηματικές πράξεις.
• Η σειρά των τιμών των χαρακτηριστικών και των εγγραφών σε ένα σχεσιακό πίνακα μπορεί να είναι αυθαίρετη.
• Μια στήλη μέσα σε ένα σχεσιακό πίνακα πρέπει να έχει το δικό της μεμονωμένο όνομα.
• Όλα τα δεδομένα στη στήλη οντότητας έχουν σταθερό μήκος και τον ίδιο τύπο.
• Οποιαδήποτε καταχώρηση στην ουσία θεωρείται ως ένα στοιχείο δεδομένων.
• Τα συστατικά στοιχεία των γραμμών είναι μοναδικά στο είδος τους. Δεν υπάρχουν ίδιες σειρές στη σχεσιακή οντότητα.

Με βάση τις ιδιότητες ενός σχεσιακού ΣΔΒΔ, είναι σαφές ότι οι τιμές χαρακτηριστικών πρέπει να είναι του ίδιου τύπου, του μήκους. Ας εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά των αξιών των χαρακτηριστικών.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των πεδίων σχεσιακών βάσεων δεδομένων

Τα ονόματα πεδίων πρέπει να είναι μοναδικά μέσα σε μία οντότητα. Οι τύποι χαρακτηριστικών ή τα πεδία σχεσιακής βάσης δεδομένων περιγράφουν τα δεδομένα κατηγορίας που είναι αποθηκευμένα στα πεδία οντότητας. Το πεδίο σχεσιακής βάσης δεδομένων πρέπει να έχει σταθερό μέγεθος, υπολογιζόμενο με χαρακτήρες. Οι παράμετροι και η μορφή των τιμών χαρακτηριστικών καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο διορθώνουν τα δεδομένα. Ακόμη υπάρχει μια τέτοια έννοια, όπως "μάσκα", ή "ένα πρότυπο εισόδου". Προορίζεται να καθορίσει τη διαμόρφωση της εισαγωγής δεδομένων στην τιμή του χαρακτηριστικού. Είναι επιτακτικό ότι ένα σφάλμα αναφέρεται στο πεδίο όταν γράφεται ένας λανθασμένος τύπος δεδομένων . Επίσης, επιβάλλονται ορισμένοι περιορισμοί στα στοιχεία πεδίου - οι όροι για τον έλεγχο της ακρίβειας και της ακρίβειας της εισαγωγής δεδομένων. Υπάρχει κάποια υποχρεωτική τιμή του χαρακτηριστικού, το οποίο πρέπει να είναι ξεκάθαρα γεμάτο με δεδομένα. Ορισμένες γραμμές χαρακτηριστικών μπορούν να πληρωθούν με τιμές NULL. Επιτρέπεται η εισαγωγή κενών δεδομένων στα χαρακτηριστικά πεδίων. Όπως και η ειδοποίηση σφάλματος, υπάρχουν τιμές που συμπληρώνονται αυτόματα από το σύστημα - αυτό είναι τα προεπιλεγμένα δεδομένα. Για να επιταχυνθεί η αναζήτηση οποιωνδήποτε δεδομένων, προορίζεται ένα ευρετήριο.

Ένα δισδιάστατο σχήμα πίνακα σχεσιακής βάσης δεδομένων

Για μια λεπτομερή κατανόηση του συστήματος διαχείρισης μοντέλων που χρησιμοποιεί SQL, είναι καλύτερο να εξετάσετε το σχέδιο χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα. Γνωρίζουμε ήδη τι είναι μια σχεσιακή βάση δεδομένων. Η εγγραφή σε κάθε πίνακα είναι ένα στοιχείο δεδομένων. Για να αποφευχθεί η εφεδρεία δεδομένων, είναι απαραίτητο να εκτελεστούν λειτουργίες κανονικοποίησης.

Βασικοί κανόνες για την ομαλοποίηση της σχεσιακής οντότητας

1. Η τιμή του ονόματος πεδίου για τον σχεσιακό πίνακα πρέπει να είναι μοναδική, μοναδική (η πρώτη κανονική μορφή είναι 1NF).

2. Για έναν πίνακα που έχει ήδη μειωθεί σε 1НΦ, το όνομα οποιασδήποτε στήλης που δεν ανήκει στην ταυτότητα πρέπει να εξαρτάται από το μοναδικό αναγνωριστικό του πίνακα (2NF).

3. Για ολόκληρο τον πίνακα, ο οποίος βρίσκεται ήδη στο 2NF, κάθε μη αναγνωρισμένο πεδίο δεν μπορεί να εξαρτάται από το στοιχείο άλλης μη αναγνωρισμένης τιμής (οντότητα 3NF).

Βάσεις δεδομένων: σχεσιακές σχέσεις μεταξύ πινάκων

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι σχέσεων μεταξύ σχεσιακών πινάκων:

• «Πολλοί». Εμφανίζεται όταν μία εισαγωγή-κλειδί του Πίνακα # 1 ταιριάζει με πολλές εμφανίσεις της δεύτερης οντότητας. Το εικονίδιο κλειδιού στο ένα άκρο της γραμμής υποδεικνύει ότι η οντότητα βρίσκεται στην πλευρά "μία", ενώ το δεύτερο άκρο της γραμμής συχνά σημειώνεται με το σύμβολο του άπειρου.

• Μια σχέση "πολλαπλών παρτίδων" σχηματίζεται όταν υπάρχει εμφανής λογική αλληλεπίδραση μεταξύ διαφόρων σειρών μιας οντότητας με μια σειρά εγγραφών σε άλλο πίνακα.
• Εάν υπάρχει αλληλοσύνδεση μεταξύ δύο οντοτήτων, αυτό σημαίνει ότι το αναγνωριστικό κλειδιού ενός πίνακα υπάρχει στην άλλη οντότητα, τότε ένας από τους πίνακες πρέπει να καταργηθεί, είναι περιττός. Αλλά μερικές φορές, για λόγους ασφαλείας, οι προγραμματιστές χωρίζουν σκόπιμα τις δύο οντότητες. Ως εκ τούτου, υποθετικά, μπορεί να υπάρξει σχέση one-to-one.

Η ύπαρξη κλειδιών σε μια σχεσιακή βάση δεδομένων

Τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κλειδιά καθορίζουν τη δυνητική σχέση της βάσης δεδομένων. Οι επικοινωνίες μοντέλων σχεσιακών δεδομένων μπορούν να έχουν μόνο ένα πιθανό κλειδί, αυτό είναι το πρωτεύον κλειδί. Τι αντιπροσωπεύει; Το πρωτεύον κλειδί είναι μια στήλη οντότητας ή σύνολο χαρακτηριστικών, μέσω των οποίων μπορείτε να έχετε πρόσβαση στα δεδομένα μιας συγκεκριμένης σειράς. Πρέπει να είναι μοναδικό, μοναδικό και τα πεδία του δεν μπορούν να περιέχουν κενές τιμές. Αν το πρωτεύον κλειδί αποτελείται από ένα μόνο χαρακτηριστικό, τότε ονομάζεται απλό, διαφορετικά θα είναι ένα συστατικό στοιχείο.

Εκτός από το πρωτεύον κλειδί, υπάρχει επίσης ένα εξωτερικό κλειδί. Πολλοί δεν καταλαβαίνουν τη διαφορά μεταξύ τους. Ας τα αναλύσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες από το παράδειγμα. Έτσι, υπάρχουν 2 πίνακες: "Γραφείο του Dean" και "Φοιτητές". Η ουσία του "Deanery" περιέχει πεδία: "Student ID", "Name" και "Group". Ο πίνακας "Φοιτητές" έχει τιμές χαρακτηριστικών όπως "Όνομα", "Ομάδα" και "Μέση βαθμολογία". Δεδομένου ότι το αναγνωριστικό φοιτητή δεν μπορεί να είναι το ίδιο για πολλούς μαθητές, αυτό το πεδίο θα είναι το πρωτεύον κλειδί. Τα "Όνομα" και "Ομάδα" από τον πίνακα "Φοιτητές" μπορούν να είναι τα ίδια για μερικούς ανθρώπους, αναφέρονται στον αριθμό αναγνωριστικού φοιτητή από την οντότητα "Deccan", ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ξένο κλειδί.

Ένα παράδειγμα ενός μοντέλου σχεσιακής βάσης δεδομένων

Για λόγους σαφήνειας, δίνουμε ένα απλό παράδειγμα ενός μοντέλου σχεσιακής βάσης δεδομένων που αποτελείται από δύο οντότητες. Υπάρχει ένας πίνακας που ονομάζεται "Deccan".

Πρέπει να κάνετε συνδέσεις για να αποκτήσετε μια πλήρη βάση δεδομένων σχεσιακών. Η εγγραφή "IN-41", όπως και το "IN-72", μπορεί να παρουσιαστεί πάνω από μία φορά στην πλάκα του καπακιού, καθώς και το επώνυμο, το όνομα και το πατρόνυμο των μαθητών μπορεί να συμπέσει σε σπάνιες περιπτώσεις, επομένως αυτά τα πεδία δεν μπορούν να γίνουν πρωταρχικό κλειδί με οποιονδήποτε τρόπο. Ας δείξουμε την ουσία των "Φοιτητών".

Όπως μπορείτε να δείτε, οι τύποι των πεδίων σχεσιακής βάσης δεδομένων είναι τελείως διαφορετικοί. Υπάρχουν και ψηφιακές και συμβολικές εγγραφές. Επομένως, στις ρυθμίσεις χαρακτηριστικών πρέπει να καθορίσετε τις τιμές του ακέραιου, του char, του vachar, της ημερομηνίας και άλλων. Στον πίνακα "Deccan", μόνο η ταυτότητα σπουδαστή είναι μια μοναδική τιμή. Αυτό το πεδίο μπορεί να θεωρηθεί ως το πρωτεύον κλειδί. Το όνομα, η ομάδα και ο αριθμός τηλεφώνου από την οντότητα "Φοιτητές" μπορούν να ληφθούν ως ξένο κλειδί που αναφέρεται στην ταυτότητα του φοιτητή. Η επικοινωνία δημιουργήθηκε. Αυτό είναι ένα παράδειγμα ενός μοντέλου one-to-one. Υποθετικά ένας από τους πίνακες είναι περιττός, μπορούν εύκολα να συνδυαστούν σε μία οντότητα. Οι αριθμοί αναγνώρισης των σπουδαστών δεν έγιναν παγκοσμίως γνωστοί, είναι μια πραγματική ύπαρξη δύο πινάκων.