Основні поняття БД

Активна діяльність щодо пошуку прийнятних способів узагальнення обсягу інформації, що безперервно зростає, призвела до створення на початку 60-х років спеціальних програмних комплексів, які стали називатися "Системи управління базами даних" (СУБД).

Основна особливість СУБД – це наявність процедур для введення і зберігання не тільки самих даних, але й описів їх структури. Файли, забезпечені описом даних, що зберігаються в них, і СУБД, що знаходяться під управлінням, стали називати банки даних, а потім "Бази даних" (БД).

Поняття "база даних" означає сукупність даних, призначених для спільного використання. Розрізняють документальну БД (сукупність текстових документів вільних форматів) і фактографічну БД (сукупність відомостей, що зберігаються в інформаційній системі і організованих відповідно до вимог будь-якого фіксованого набору форматів). Дані, що зберігаються в документальних і фактографічних БД, заносяться в ці сховища, модифікуються і використовуються за допомогою СУБД.

СУБД відноситься до набору засобів програмного забезпечення, створених для роботи з фактографічними даними, структура яких набагато складніша, ніж структура неформатованих текстових документів. Проте існують СУБД, які можуть працювати з різними типами БД (у цих випадках зазвичай домовляються, що до складу СУБД включений текстовий редактор). Існують СУБД, створені спеціально для зберігання і пошуку текстових документів, а також СУБД для зберігання графічних об'єктів (карт, креслень).

Ключовими поняттями БД і СУБД є фізичне і логічне подання даних, незалежність даних, моделі даних.

Фізичні дані, або фізичне подання даних, це дані, які зберігаються в пам'яті комп'ютера на фізичних носіях (магнітних дисках, оптичних дисках і т. ін.).

Дані можуть зберігатися і безпосередньо в оперативній пам'яті, якщо їх небагато або якщо вони повинні використовуватися терміново. Великі обсяги даних зберігаються у вторинній швидкодіючій пам'яті, на пристроях, що запам'ятовують, з прямим доступом, перш за все на дисках. Послідовний доступ до даних магнітних стрічок не забезпечує необхідної швидкості роботи з БД, тому БД на магнітних стрічках застаріли, але їх продовжують використовувати для зберігання архіву БД і дублювання дискової БД. Коли інженери говорять про фізичне подання даних, йдеться про номери дисків, сектори й доріжки дисків, про номери блоків і байтів. Це серйозно ускладнювало б роботу кінцевого користувача БД - економіста, менеджера. Головна перевага СУБД в тому і полягає, що користувач звільняється від розуміння фізичного подання даних і управляє даними на рівні логічного подання.

Логічне подання відповідає фізичному, але оперує звичними для користувача назвами документів, таблиць, стовпців (полів, елементів, атрибутів). На логічному рівні наочно відображаються взаємозв'язки між даними і задаються відношення "суть - зв'язок".

Поняття незалежності даних означає, що сучасні СУБД забезпечують користувачу незалежність від організації фізичних даних.

У традиційних файлових системах немає незалежності даних, що призводить до жорсткості системи і викликає труднощі при внесенні змін у прикладні програми при додаванні нових даних або зміні структури файлу.

Логічно подати дані можна по-різному, у зв'язку з цим велике значення має поняття моделі даних.

Модель даних - це спосіб визначення логічного подання фізичних даних, що зберігаються для певних цілей. Моделлю даних називається також формалізований опис структури одиниць інформації і операцій над ними в інформаційній системі з метою подання ос­новних категорій реального світу - об'єктів, їх зв'язків і властивостей.

У британському тлумачному словнику з обчислювальних систем модель даних (data model) визначається так: "Термін, використаний в різних випадках у зв'язку із зберіганням даних на фізичному або логічному рівні, частіш на першому. Зазвичай йдеться про формально певну струк­туру, яка використовується для подання даних".

Наведені вище визначення доповнюють один одного. Важливо розуміти, що модель даних - це не самі дані, а дані про дані (метадані), які характеризують принцип організації одиниць інформації і допустимі операції над ними.

Відомі різні типи моделей даних, з яких найбільш поширені реляційна, мережева та ієрархічна. Проте з теоретичної точки зору дві останні моделі є окремими випадками загального реляційного подання. Основою багатьох високопродуктивних СУБД стала реляційна модель даних (суть трьох моделей зображена на рис. 5.1 на прикладі організації взаємопов’язаної порції даних:

СЛУЖБОВЕЦЬ, НАЧАЛЬНИК, ТЕЛЕФОН.

Рис 5.1.Суть трьох моделей даних

В основі реляційного подання даних є проста таблиця, тому далі ми можемо говорити про таблиці і реляційну модель.

Модель даних має три компоненти;

§ структуру даних користувача,

§ допустимі операції з метою визначення нових БД;

§ обмеження для контролю цілісності даних з метою охорони БД і її захисту від некоректного оновлення і обігу.

Наприклад, реляційна модель даних не допускає в таблиці існування двох однакових записів (кортежів). Т. б. обмеження вимагає, щоб кожен кортеж (ланцюг взаємопов'язаних полів) був унікальним примірником. Якщо ж користувач уведе в таблицю два однакові кортежі, то СУБД знайде їх і, принаймні, сповістить користувача про це, а також автоматично запитає, який з примірників необхідно видалити. У СУБД заборона викликана необхідністю коректного пошуку й операцій, пов'язаних з модифікацією даних. Якщо СУБД дозволяє користувачу мати дублікати рядків, то її називають псевдореляційною, підкреслюючи тим самим, що користувачу надається обмежене коло операцій з даними.

До основних термінів БД входить також поняття схеми бази даних. У зарубіжних публікаціях частіше використовують термін "схема", але застосовують також і термін "модель БД". Є небезпека переплутати модель даних з моделлю бази даних, тому краще використовувати термін "схема БД". Модель даних задає для СУБД єдиний принцип опису структури будь-якої одиниці даних, а модель (схема) бази даних дає узагальнене подання структури всіх необхідних одиниць. За допомогою схеми зміст логічної БД робиться більш досяжним і зручним для сприйняття його людиною. Проте неможливо обійтися одним поняттям схеми БД, коли є декілька користувачів, і у кожного з них - свої потреби в даних і своє уявлення про частину використовуваних загальних даних, що зберігаються, наприклад, на сервері.

Схема бази даних відображає співвідношення частин і цілого, тобто уявлень користувачів БД про "власну частину" з глобальним, концептуальним подання БД всієї інформаційної системи.

Це відображено на рис. 5.2.

Наприклад, якщо дані про наявність товарів на складі, що зберігаються в таблиці з ім'ям "С", необхідні трьом користувачам (завідувачу складом, адміністратору магазину і керівнику підприємства), то в узагальненій схемі, так званій концептуальній схемі, файл наявності товарів присутній лише один раз із вказівками про обмеження на допуск до файлу: всі три користувачі мають право читати дані і лише один з них (завідувач складу) має право модифікувати записи у файлі. Концептуальна і зовнішні схеми БД є найважливішими інструментами для адміністратора БД, який адмініструє права кожного користувача БД в інформаційній системі (ІС).

Коло даних окремого користувача, тобто таблиць, з якими він має право працювати, утворює зовнішню схему БД. В ІС існує єдина концептуальна схема і декілька зовнішніх схем БД. Характерним є те, що концептуальна схема не є простим поєднанням зовнішніх схем. Розраховані на велику кількість користувачів дані (ситуація з таблицею "С" на рис. 6.2.2) в концептуальній моделі відображаються одноразово з додатковими обмеженнями на допуск до даних (повноваженнями). Крім того, в концептуальній схемі відображаються логічні взаємозв'язки (відносини) між елементами даних на рівні полів (елементів даних).

Рис 5.2. Ієрархія схем і рівнів баз даних в інформаційних системах

У вітчизняній і зарубіжній літературі, що стосується даних, існує багато синонімів основних понять. Інформаційні об'єкти (товари, склади і т. ін.) називають суттю; властивості об'єктів називають реквізитами, полями, елементами, атрибутами суті; зовнішні схеми називають операційними схемами і даталогічними моделями, а концептуальну схему - концептуальною моделлю або інфологічною моделлю. Поняття логічного і фізичного подання, зовнішньої і концептуальної схем відносять до сфери опису архітектури СУБД, також як і поняття внутрішньої схеми, яка забезпечує відповідність логічної структури зовнішньої моделі і фізичного подання даних на носіях.