Структуры баз данных

Часть 9: Структуры баз
данных
9.1 Общие понятия
9.2 Реляционная модель
9.3 Объектно-ориентированные базы данных
9.4 Обеспечение целостности баз данных
9.5 Традиционные структуры файлов
9.6 Сбор данных
9.7 Влияние технологий баз данных на общество
9-1

База данных
Многомерный набор данных (в смысле наличия внутренних связей между отдельными его элементами), позволяющий получить доступ к информации, исходя из различных точек зрения.
9-2

Рисунок 9.1 Структура баз данных в сравнении с файловой структурой
9-3

Рисунок 9.2 Концептуальные уровни
системы базы данных
9-4

Схема
Схема : представляет собой полное описание структуры базы данных, которое используется ее программным обеспечением для обслуживания базы данных в целом.
Подсхема : это описание части базы данных, соответствующей нуждам отдельного пользователя.
9-5

Системы управления базой данных
Система Управления базой данных (СУБД): слой программного обеспечения, который управляет базой данных в ответ на запросы из приложения
Распределенная база данных : База данных хранится на нескольких машинах
СУБД будет маскировать эту организационную деталь от своих пользователей
Независимость данных : Возможность изменить организацию базы данных без изменения прикладного программного обеспечения, использующего его
9-6

Модели баз данных
Модель базы данных: концептуальное представление базы данных
Реляционная модель
Объектно-ориентированные базы данных
9-7

0-
Реляционная модель базы данных
Отношения: прямоугольная таблица
Атрибуты: Столбец в таблице
Кортеж: Строка в таблице

Рисунок 9.3 Отношение (таблица, relation), содержащее сведения о сотрудниках

Реляционное проектирование
Избегайте нескольких концепций в одном отношении
Может привести к лишним данным
Удаление кортежа могло также удалить необходимую но несвязанную информацию

Улучшение реляционного дизайн
Разложение: Разделение столбцов отношения в двух или более отношений, дублируя эти столбцы, необходимые для поддержания отношений
Декомпозиция без потерь: «Корректная декомпозиция, при котором не теряется какая-либо информация»

Рисунок 9.4 Отношение, содержащее избыточную информацию

Рисунок 9.5 База данных с информацией о сотрудниках , состоящая из трех отношений

Рисунок 9.6 Поиск отделов в которых работал сотрудник 23Y34

Рисунок 9.7 Отношение и декомпозиция без потерь

Реляционные операции
Select: Выбор строки
Project: Выбор столбца
Join: Сбор информации от двух или более отношений

Рисунок 9.8 Операция Select
(employee – наемный рабочий)

Рисунок 9.9 Операция Project

Рисунок 9.10 Операция Join

Рисунок 9.11 Другой пример
применения операции Join

Рисунок 9.12 Применение операции Join
assignment – назначение, job – работа

Язык SQL (Structured Query Language )
Операция для управления кортежами
insert
update
delete
select

SQL Примеры
select EmplId, Dept
from ASSIGNMENT, JOB
where ASSIGNMENT.JobId = JOB.JobId
and ASSIGNMENT.TermData = “*”
insert into EMPLOYEE
values (‘43212’, ‘Sue A. Burt’,
’33 Fair St.’, ‘444661111’)

SQL Примеры (продолжение)
delete from EMPLOYEE
where Name = ‘G. Jerry Smith’
update EMPLOYEE
set Address = ‘1812 Napoleon Ave.’
where Name = ‘Joe E. Baker’

Объектно-ориентированные базы данных
Объектно-ориентированная база данных: База данных строится с применением объектно-ориентированной парадигмы
Каждый элемент хранится в виде объекта
Отношения указывают связи между объектами
СУБД поддерживает межобъектные ссылки

Рисунок9.13 Связи между объектами в объектно-ориентированной базе данных

Преимущества объектно-ориентированных баз данных
Сочетает парадигмы ООП
В обработчик данных может быть встроен интеллект
Может обрабатывать экзотические типы данных
Пример: multimedia

Обеспечение целостности баз данных
Протокол фиксации/отката изменений
Пример: перевод денег между банковскими счетами
Журнал транзакций: содержит сведения о каждом действии выполняемой транзакции
Фиксация точки: точка, в которой сделка была записана в журнале
Откат: Процесс отката транзакции

Обеспечение целостности баз данных (продолжение)
Одновременные проблемы доступа
Проблема недостоверных итогов
Проблема потерянного обновления
Блокировка = предотвращение несанкционированного доступа при транзакции
Разделяемая блокировка: используется при чтении данных
Эксклюзивная блокировка: используется при изменении данных

Последовательные файлы
Последовательный файл: Файл содержание которого может быть прочитано только по порядку
Читатель должен быть в состоянии обнаружить конец файла (EOF)
Данные могут храниться в логических записях, сортированных ключевым полем
Значительно увеличивает скорость пакетных обновлений

Рисунок 9.14 Структура простого последовательного файла реализованного
как текстовый файл

Рисунок 9.15 Процедура слияния двух последовательных файлов

Рисунок 9.16 Применение алгоритма слияния (буквы использованы для представления содержимого записей , каждая буква представляет собой значение поля ключа соответствующей записи.)

Индексируемые файлы
Index: Список значений ключа и местоположение их связанных отчетов

Рисунок 9.17 Открытие индексированного файла

Хэширование
Каждая запись имеет ключевое поле
Пространство для хранения делится на сегменты
Хэш-функция вычисляет номер сегмента для каждого значения ключа
Каждая запись хранится в сегменте, соответствующей хэш его ключом

Рисунок 9.18 Перемешивание ключевое значение поля 25X3Z к одному из 41 сегмента

0-
Рисунок 9.19 Рудименты системы хеширования

Коллизии в хеширование
Коллизия: Ситуация, когда несколько записей попадает в один и тот же сегмент
Главная проблема, переполнение таблицы более 75%
Решение: увеличить количество сегментов и переделывать все данные

Data mining
(«добыча данных»)
«Добыча данных»: Область информатики, которая имеет дело с обнаружением образцов в коллекциях данных
Информационное хранилище : Статический набор данных, который будет добыт
Куб данных : Данные, представленные со многих точек зрения, с целью «добычи»

Кубы данных

Стратегия «добычи данных»
Описание класса
Распознавание класса
Кластерный анализ
Ассоциативный анализ
Анализ изолированной части
Последовательный анализ картины