Реляционная СУБД – СУБД, управляющая реляционными базами данных.
Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:
каждый элемент таблицы – один элемент данных.
все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.)
каждый столбец имеет уникальное имя
одинаковые строки в таблице отсутствуют
порядок следования строк и столбцов может быть произвольным
Строка таблицы называется записью, колонка – полем.
Первичный ключ (англ. primary key) – минимальное множество атрибутов, являющееся подмножеством заголовка данного отношения, составное значение которых уникально определяет кортеж отношения. На практике термин первичный ключ обозначает поле или группу полей таблицы базы данных, значение которого (или комбинация значений которых) используется в качестве уникального идентификатора записи этой таблицы. В реляционной теории таблица представляет собой неупорядоченный набор записей. Единственный способ идентифицировать определённую 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 таблицы, совокупность значений которых определена для любой записи (строки) этой таблицы и различна для любых двух записей.
Внешний ключ (англ. foreign key) – поле таблицы, предназначенное для хранения значения первичного ключа другой таблицы с целью организации связи между этими таблицами.
Пусть имеются таблицы A и B. Таблица A содержит поля a, b, c, d, из которых поле a – первичный ключ. Таблица B содержит поля x, y, z. В поле y содержится значение поля a одной из записей таблицы A. В таком случае поле y и называется внешним ключом таблицы A в таблице B.
Вот такой SQL-запрос вернёт все связанные пары записей из таблиц A и B:
select * from A, B where A.a = B.y;
Внешний ключ в таблице может ссылаться и на саму эту таблицу. В таких случаях говорят о рекурсивном внешнем ключе. Необходимо для реализации древовидной структуры данных в реляционной таблице.
СУБД поддерживают автоматический контроль ссылочной целостности на внешних ключах.
Виды связей таблиц
Существует три виды связей таблиц.
Связь с отношением «один-ко-многим». Является наиболее часто используемым типом связи между таблицами. В такой связи каждой записи в таблице A могут соответствовать несколько записей в таблице B, а запись в таблице B не может иметь более одной соответствующей ей записи в таблице A. Например, в одном подразделение может работать несколько сотрудников, но ни один сотрудник не может работать сразу в нескольких подразделениях. Принятое обозначение (1 – ∞).
Отношение «многие-ко-многим». При этом отношении одной записи в таблице A могут соответствовать несколько записей в таблице B, а одной записи в таблице B несколько записей в таблице A. Такая схема реализуется только с помощью третьей (связующей) таблицы, ключ которой состоит по крайней мере из двух полей, которые являются полями внешнего ключа в таблицах A и B. Например, между таблицами инспекторов и лиц, пересекающих границу, связь определяется отношением «многие-ко-многим». Один декларант может обсуживаться у нескольких инспекторов, в то же время инспектор может обслуживать несколько лиц. Такая связь определяется путем создания двух связей с отношением «один-ко-многим» для таблицы Инспектор_Декларант, в которой обязательно должны быть поля КлючИнспектора и КлючДекларанта.
При отношении «один-к-одному» запись в таблице A может иметь не более одной связанной записи в таблице B и наоборот. Этот тип связи используют не очень часто, поскольку такие данные могут быть помещены в одну таблицу. Связь с отношением «один-к-одному» используют для разделения очень широких таблиц или для отделения части таблицы по соображениям защиты.
План-конспект урока
Тема: Базы данных. Основные объекты БД. СУБД.
Цель урока:
- 1. Познавательная - познакомить учащихся с:
- определением базы данных и СУБД,
- их основными типами (моделями),
- интерфейсом программы Ms ACCESS,
- основными объектами БД,
- разными способами создания таблиц.
- 2. Развивающая
- Учить строить аналогии, выделять главное, ставить и решать проблемы.
- 3. Воспитательная
- Воспитывать аккуратность, внимательность, вежливость и дисциплинированность.
План урока:
- 1. Актуализация опорных знаний.
- 2. Запуск программ на выполнение;
- 3. Ввод данных в таблицу.
1 Определение БД И СУБД
База данных (БД) – это совокупность взаимосвязанных данных, которые хранятся во внешней памяти компьютера, и организованы по определенным правилам, которые предполагают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Информация, которая хранится в БД, как правило, относится к некоторой конкретной предметной области. Например, базы данных:
- книжного фонда библиотеки,
- кадрового состава предприятия,
- законодательных актов уголовного права,
- современной музыки.
БД делятся на фактографические и документальные. Фактографические БД содержат короткие сведения об объектах, поданные в точно определенном формате (1-3), например, Автор, название, год издания … В документальных БД содержится информация разного типа: текстовая, звуковая, графическая, мультимедийная (4, 5). Например, БД современной музыки может содержать тексты и ноты песен, фотографии авторов, звуковые записи, видеоклипы. Сама по себе БД содержит только информацию – «Информационный склад» –и не может обслуживать запросы пользователя на поиск и обработку информации. Обслуживание пользователя осуществляет СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗОЙ ДАННЫХ. СУБД – Это ПО, которое позволяет создавать БД, обновлять и дополнять информацию, обеспечивать гибкий доступ к информации. СУБД создает на экране компьютера определенную среду для работы пользователя (интерфейс), и имеет определенные режимы работы и систему команд. Именно на основе СУБД создаются и функционируют информационно-поисковые системы(WWW).
3. Типы СУБД
Известны 3 способа организации информации в БД и связей между ними:
- Иерархические (в виде дерева),
- Сетевые,
- Реляционные.
Иерархические. Существует строгая подчиненность элементов: один главный, остальные подчиненные. Например, система каталогов на диске. Сетевая БД более гибкая: нет явно выраженного главного элемента и существует возможность установления горизонтальных связей. Например, организация информации в Интернете (WWW). Наиболее распространенными являются реляционные БД.
4. Реляционная СУБД. Таблица, запись, поле.
Реляционной (от английского “ relation” - отношение) называется БД, которая содержит информацию, организованную в виде прямоугольной таблицы. Каждая строка таблицы содержит информацию об одном конкретном объекте БД (книге, сотруднике, товаре), а каждый столбец – конкретную характеристику этого объекта (фамилия, название, цена). Строки такой таблицы называются записями, столбцы – полями. Каждая запись должна отличаться от другой значением хотя бы одного поля, которое называется ключом. Ключевое поле – это поле или группа полей, которые однозначно определяют запись. Например, табельный номер сотрудника, код изделия, номер автомобиля. Таб_№ ФИО Дата_рожд Дата_приема Должность Оклад 001 < Иванов И.И. 12.05.65 1.02.80 директор 1000 002 Петров П.П. 30.10.75 2.03.95 бугалтер 500 003 Сидоров С.С 4.01.81 4.06.00 исполнитель 100 Каждое поле имеет свой формат и тип. Реальные БД состоят, как правило, из нескольких таблиц, связанных между собой каким-нибудь полем и, при запросе к такой БД можно использовать информацию из разных таблиц. Основные объекты БД:
- Таблицы - основные объекты БД, где хранится информация,
- Запросы – предназначенные для выбора нужных данных из одной или нескольких взаимосвязанных таблиц.
- Формы – предназначенные для ввода, просмотра и редактирования взаимосвязанных данных в удобном виде.
- Отчёты – формирование данных в удобном для просмотра виде и при необходимости их печати.
5. Самостоятельная работа на компьютере
На сетевом диске, в папке «ЗАДАНИЯ ДЛЯ БД» открыть презентацию «Базы данных и СУБД», прочитать ее и ответить письменно на вопросы:
- 1. Какое основное назначение БД?
- 2. По каким критериям классифицируются БД? Укажите критерий и виды, соответственно этого критерия.
- 3. Что такое ключевое поле в БД?
- 4. Какой основной элемент БД?
- 5. Какие операции можно производить с помощью СУБД с БД?
- 6. Основные типы данных в таблицах СУБД.
6. Итоги урока
На этом уроке вы познакомились с базами данных, их назначением, областями применения, типами, моделями СУБД.
Практическая часть
Создание базы данных. Ввод и форматирование данных
- 1. Включите компьютер. Загрузите СУБД ACCESS. Сначала нужно создать новую базу данных.
- 2. Выполним следующую последовательность действий: в меню Файл выберем команду Создать. Имя файла: skaz.mdb. OK. Перед вами появилось диалоговое окно «База данных».
- 3. Внимательно прочитайте назначение кнопок на панели инструментов, медленно перемещая курсор мыши по кнопкам.
- 4. После этого создайте таблицу, выполнив следующую последовательность действий: Таблица/Создать/Новая таблица.
Создание таблицы, то есть определение входящих в таблицу полей, производится заполнением специальной таблицы: Поле Тип данных Описание
- 5. Заполните такую таблицу, внеся в нее следующие данные:
Поле Тип данных Описание № Счетчик Персонаж Текстовый Профессия Текстовый Особые приметы Текстовый Герой Логический Положительный или отрицательный герой
- 6. Поле № не обязательное, мы его вводим для того, чтобы определить ключевое поле, так как любая таблица должна иметь ключ.
- 7. Созданную таблицу нужно сохранить, дав ей имя с помощью команд: Файл/Сохранить как..., Имя таблицы: «Персонаж», OK.
- 8. Введите информацию в таблицу Таблица/«Персонаж»/Открыть и обычным образом введите данные, например такие:
№ Персонаж Профессия особые приметы герой
- 1 Буратино деревянный человечек длинный нос Да
- 2 Папа Карло Шарманщик Да
- 3 Карабас Барабас директор кукольного театра длинная борода, достающая до пола Нет
- 4 Лиса Алиса Мошенница хромая на одну ногу Нет
- 5 Кот Базилио Мошенник слепой на оба глаза Нет
- 6 Мальвина артистка театра девочка с голубыми волосами Да
- 7 Дуремар Фармацевт характерный запах тины Нет
- 8 Тортилла хранительница золотого ключика черепаха Да
- 9. При помощи мыши выделите:
- а) запись 5,
- б) запись 3,
- в) с третьей по седьмую запись. Отмените выделение.
- г) Выделите все записи. Отмените выделение.
- д) Выделите поле «Персонаж».
- е) Выделите одновременно поля: «Профессия», «Особые приметы» и «Герой», отмените выделение.
- ж) Выделите все поля. Это можно сделать при помощи мыши или в меню Правка выбрать команду Выделить все записи.
- 10. Отмените выделение.
- 11. Выделите:
- а) В поле «Особые приметы» отметьте шестую запись.
- б) В поле «Персонаж» выделите с четвертой по шестую запись.
- в) Не отпуская кнопку мыши, отметьте эти же записи в полях «Особые приметы» и «Герой».
- 12. Отмените выделение.
- 13. Выделите всю таблицу.
- 14. Отмените выделение.
- 15. Измените ширину каждого столбца, так чтобы ширина колонок была минимальной, но был виден весь текст.
Это можно сделать при помощи мыши, раздвинув столбцы или следующим образом. Выделите нужный столбец и нажмите правую кнопку мыши, в контекстном меню выберете команду «Ширина столбца»; в открывшемся окне нажмите кнопку По ширине данных. Проделайте такую же работу со всеми полями. Высоту строки можно изменить аналогичным образом с помощью мыши или в меню Формат командой Высота строки. Причем достаточно отредактировать одну строку, высота остальных строк изменяется автоматически.
- 16. Любым способом измените высоту строки и сделайте ее равной 30.
- 17. Измените шрифт таблицы на Arial Cyr, размер шрифта 14, полужирный.
Изменить шрифт можно так: вывести указатель мыши за пределы таблицы и нажать левую кнопку мыши, в контекстном меню выбрать Шрифт или в меню Правка на панели инструментов выбором команды Шрифт.
- 18. Измените шрифт текста на Times New Roman Cyr, размер шрифта 10.
- 19. Измените ширину полей.
- а) Сделайте столбец «Персонаж» шириной 20.
- б) Столбец «Особые приметы» шириной 25.
Вы видите, что текст в этих полях напечатался в две строки.
- 20. Подгоните ширину столбцов так, чтобы текст вмещался полностью.
- 21. Выполните сортировку таблицы по полю «Персонаж» в порядке, обратном алфавитному.
Это можно сделать так. Выделите поле «Персонаж» и нажмите кнопку Сортировка по убыванию на панели инструментов.
- 22. Верните таблицу в исходное состояние.
База данных (БД) - структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики какой-либо физической или виртуальной системы.
База данных - это организованная структура, предназначенная для хранения информации.
СУБД - инструментальное программное обеспечение, предназначенное для организации ведения БД.
По виду модели БД разделяются:
Иерархические БД
В основе иерархических СУБД лежит довольно простая модель данных, которую можно представить себе в виде дерева ациклического ориентированного графа особого вида. Дерево состоит из вершин, каждая из которых, кроме одной, имеет единственную родительскую вершину и несколько (в том числе ни одной) дочерних.
Сетевые СУБД
Подобно иерархической, сетевую модель также можно представить себе в виде ориентированного графа. Но в этом случае граф может содержать циклы, т.е. вершина может иметь несколько родительских.
Реляционные СУБД
Реляционные СУБД являются в настоящий момент самыми распространенными. Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:
Каждый элемент таблицы - один элемент данных;
Все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьной и т.д.) и длину;
Каждый столбец имеет уникальное имя.
Немалую роль в успехе реляционных СУБД играет также язык SQL (язык структурированных запросов), разработанный специально для запросов к реляционным БД. Это достаточно простой и в то же время выразительный язык, при помощи которого можно выполнять достаточно изощренные запросы к базе.
Объектно-ориентированные
базы данных, в которой данные оформлены в виде моделей объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями. В наиболее общей и классической постановке объектно-ориентированный подход базируется на концепциях: объекта и идентификатора объекта; атрибутов и методов; классов; иерархии и наследования классов.
Многомерные
Программное обеспечение OLAP используется при обработке данных из различных источников. Эти программные продукты позволяют реализовать множество различных представлений данных и характеризуются тремя основными чертами: многомерное представление данных; сложные вычисления над данными; вычисления, связанные с изменением данных во времени.
9. Языки программирования. Машинный код. Трансляторы. Двоичное кодирование информации.
Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя (например, компьютера). Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении компьютерной программы. Он позволяет программисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия следует выполнять над этими данными при различных обстоятельствах.
Машинный код процессора
Процессор компьютера все команды и данные получает в виде электрических сигналов. Их можно представить как совокупности нулей и единиц, то есть числами. Разным командам соответствуют разные числа. Поэтому реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность чисел, называемую машинным кодом .
Уровни языков программирования
Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня . Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.
Языком самого низкого уровня является язык ассемблера , который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью символьных условных обозначений, называемых мнемониками.
Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка.
Популярными на сегодня являются языки программирования:
Pascal (Паскаль), создан в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом и имеет возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.
Basic (Бейсик), д ля этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении. Его современная модификация Visual Basic, совместимая с Microsoft office, позволяет расширять возможности пакетов Excel и Access.
С (Си), Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix).
Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету» (Just-in-time compilation, JIT). Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM), для C# - Common Language Runtime.
логической модели реляционной базы данных в объекты реляционной базы данных. Для решения этой задачи проектировщику базы данных необходимо знать: а) какими объектами располагает реляционная база данных в принципе; б) какие объекты поддерживает конкретная СУБД, которая выбрана для реализации базы данных.Таким образом, мы предполагаем, что решение о выборе СУБД уже принято руководителем ИТ-проекта, и согласовано с заказчиком базы данных, т.е. СУБД задана. Проектировщик базы данных должен ознакомиться с документацией, в которой описан диалект SQL, поддерживаемый выбранной СУБД. В настоящей лекции предполагается, что была выбрана СУБД Oracle 9i, хотя подавляющая часть материала охватывает объекты в любой промышленной реляционной СУБД.
Замечание. О выборе СУБД. Выбор СУБД относится к многокритериальной задаче выбора и в настоящем курсе не рассматривается. Следует помнить о том, что СУБД обычно поддерживает только одну модель данных: реляционную, иерархическую, сетевую, многомерную, объектно-ориентированную, объектно-реляционную. Исключение составляют небольшое число СУБД. Например, ADABAS, Software AG (сетевая и реляционная модели), или Oracle 9i, Oracle Inc. (реляционная и объектно-реляционная модели). Обычно при выборе СУБД при всех прочих равных возможностях стараются создать базу данных на СУБД, претендующей на промышленный стандарт.
Иерархия объектов реляционной базы данных прописана в стандартах по SQL, в частности, в стандарте SQL-92 , на который мы будем ориентироваться при изложении материала настоящей лекции. Этот стандарт поддерживается практически всеми современными СУБД, вплоть до настольных. Иерархия объектов реляционной базы данных показана на рисунке ниже.
На самом нижнем уровне находятся наименьшие объекты, с которыми работает реляционная база данных, - столбцы (колонки) и строки. Они, в свою очередь, группируются в таблицы и представления.
Замечание. В контексте лекции атрибуты, колонки, столбцы и поля считаются синонимами. То же относится и к терминам "строка", "запись" и "кортеж".
Таблицы и представления, которые представляют физическое отражение логической структуры базы данных, собираются в схему. Несколько схем собираются в каталоги, которые затем могут быть сгруппированы в кластеры. Следует отметить, что ни одна из групп объектов стандарта SQL-92 не связана со структурами физического хранения информации в памяти компьютеров.
Рис.
8.1.
Помимо указанных на рисунке объектов, в реляционной базе данных могут быть созданы индексы, триггеры, события, хранимые команды, хранимые процедуры и ряд других. Теперь перейдем к определению объектов реляционной базы данных.
Основные объекты реляционной базы данных
Кластеры, каталоги и схемы не являются обязательными элементами стандарта и, следовательно, программной среды реляционных баз данных.
Под кластером понимается группа каталогов, к которым можно обращаться через одно соединение с сервером базы данных (программная компонента СУБД).
На практике процедура создания каталога определяется реализацией СУБД на конкретной операционной платформе. Под каталогом понимается группа схем. На практике каталог часто ассоциируется с физической базой данных как набором физических файлов операционной системы, которые идентифицируются ее именем.
Для проектировщика базы данных схема - это общее логическое представление отношений законченной базы данных. С точки зрения SQL, схема - это контейнер для таблиц, представлений и других структурных элементов реляционной базы данных. Принцип размещения элементов базы данных в каждой схеме полностью определяется проектировщиком базы данных.
Для создания таблиц и представлений наличие схемы не обязательно. Если у вас планируется инсталляция только одной логической базы данных, то ясно, что можно обойтись и без схемы. Но если планируется, что одна и та же СУБД будет использоваться для поддержки нескольких баз данных, то надлежащая организация объектов баз данных в схемы может значительно облегчить сопровождение этих баз данных. На практике схема часто ассоциируется с объектами определенного пользователя физической базы данных.
Далее объекты реляционной базы данных будут вводиться в контексте реляционной СУБД Oracle 9i. Такой подход принят потому, что проектирование физической модели реляционной базы данных выполняется для конкретной среды ее реализации.
В Oracle 9i термин схема (Schema) используется для описания всех объектов базы данных, которые созданы некоторым пользователем. Для каждого нового пользователя автоматически создается новая схема.
К числу основных объектов реляционных баз данных относятся таблица, представление и пользователь.
Таблица (Table) является базовой структурой реляционной базы данных. Она представляет собой единицу хранения данных - отношение. Таблица идентифицируется в базе данных своим уникальным именем, которое включает в себя идентификацию пользователя. Таблица может быть пустой или состоять из набора строк.
Представление (View) - это поименованная динамически поддерживаемая СУБД выборка из одной или нескольких таблиц базы данных. Оператор выборки ограничивает видимые пользователем данные. Обычно СУБД гарантирует актуальность представления - его формирование производится каждый раз, когда представление используется. Иногда представления называют виртуальными таблицами .
Пользователь (User) - это объект, обладающий возможностью создавать или использовать другие объекты базы данных и запрашивать выполнение функций СУБД , таких как организация сеанса работы, изменение состояние базы данных и т. д.
Для упрощения идентификации и именования объектов в базе данных поддерживается такие объекты, как синоним, последовательность и .
Синоним ( Synonym ) - это альтернативное имя объекта (псевдоним) реляционной базы данных, которое позволяет иметь доступ к данному объекту. Синоним может быть общим и частным. Общий синоним позволяет всем пользователям базы данных обращаться к соответствующему объекту по его псевдониму. Синоним позволяет скрыть от конечных пользователей полную квалификацию объекта в базе данных.
Последовательность (Sequence) - это объект базы данных, который позволяет генерировать последовательность уникальных чисел (номеров) в условиях многопользовательского асинхронного доступа. Обычно элементы последовательности используются для уникальной нумерации элементов таблиц (строк) в операциях модификации данных.
Определенные пользователем типы данных ( User-defined data types ) представляют собой определенные пользователем типы атрибутов (домены), которые отличаются от поддерживаемых (встроенных) СУБД типов. Они определяются на основе встроенных типов. Определенные пользователем типы данных образуют ту часть среды СУБД, которая организована в соответствии с объектно-ориентированной парадигмой.
Для обеспечения эффективного доступа к данным в реляционных СУБД поддерживаются ряд других объектов: индекс, табличная область, кластер, секция.
Индекс (Index) - это объект базы данных, создаваемый для повышения производительности выборки данных и контроля уникальности первичного ключа (если он задан для таблицы). Полностью индексные таблицы (index-organized tables) исполняют роль таблицы и индекса одновременно.
Табличное пространство или область ( Tablespace ) - это именованная часть базы данных, используемая для распределения памяти для таблиц и индексов. В Oracle 9i - это логическое имя физических файлов операционной системы. Все объекты базы данных, в которых хранятся данные, соответствуют некоторым табличным пространствам . Большинство объектов базы данных, в которых данные не хранятся, находятся в словаре данных, расположенном в табличном пространстве SYSTEM .
Кластер (Cluster) - это объект, задающий способ совместного хранения данных в нескольких или одной таблице. Одним из критериев использования кластера является наличие общих ключевых полей в нескольких таблицах, которые используются в одной и той же команде SQL. Обычно кластеризованные столбцы или таблицы хранятся в базе данных в виде таблиц хэширования (т.е. специальным образом).
Секция (Partition) - это объект базы данных, который позволяет представить объект с данными в виде совокупности подобъектов, отнесенных к различным табличным пространствам . Таким образом, секционирование позволяет распределять очень большие таблицы на нескольких жестких дисках.
Для обработки данных специальным образом или для реализации поддержки ссылочной целостности базы данных используются объекты: хранимая процедура, функция, команда, триггер, таймер и пакет (Oracle). С помощью этих объектов базы данных можно выполнять так называемую построчную обработку (record processing) данных. С точки зрения приложений баз данных построчная обработка - это последовательная выборка данных по одной строке, ее обработка и переход к обработке следующей строки.
Данные объекты реляционной базы данных представляют собой программы, т.е. исполняемый код. Этого код обычно называют серверным кодом (server-side code) , поскольку он выполняется компьютером, на котором установлено ядро реляционной СУБД. Планирование и разработка такого кода является одной из задач проектировщика реляционной базы данных.
Хранимая процедура ( Stored procedure ) - это объект базы данных, представляющий поименованный набор команд SQL и/или операторов специализированных языков обработки программирования базы данных (например, SQLWindows или PL/SQL).
Функция (Function) - это объект базы данных, представляющий поименованный набор команд SQL и/или операторов специализированных языков обработки программирования базы данных, который при выполнении возвращает значение - результат вычислений.
Команда (Command) - это поименованный оператор SQL, который заранее откомпилирован и сохраняется в базе данных. Скорость обработки команды выше, чем у соответствующего ему оператора SQL, т.к. при этом не выполняются фазы синтаксического разбора и компиляции.
Триггер (Trigger) - это объект базы данных, который представляет собой специальную хранимую процедуру. Эта процедура запускается автоматически, когда происходит связанное с триггером событие (например, до вставки строки в таблицу).
Таймер (Timer) отличается от триггера тем, что запускающим событием для хранимой процедуры является событие таймера.
Пакет (Package) - это объект базы данных, который состоит из поименованного структурированного набора переменных, процедур и функций.
В распределенных реляционных СУБД имеются специальные объекты: снимок и связь базы данных.
Снимок (Snapshop) - локальная копия таблицы удаленной базы данных, которая используется для тиражирования (репликации) таблицы или результата запроса. Снимки могут быть модифицируемыми или предназначенными только для чтения.
Связь базы данных (Database Link) или связь с удаленной базой данных - это объект базы данных, который позволяет обратиться к объектам удаленной базы данных. Имя связи базы данных, грубо говоря, можно представить как ссылку на параметры доступа к удаленной базы данных.
Для эффективного управления разграничением доступа к данным в Oracle поддерживает объект роль.
Роль (Role) - объект базы данных, представляющий собой поименованную совокупность привилегий, которые могут назначаться пользователям, категориям пользователей или другим ролям.
Реляционные СУБД обладают рядом особенностей, влияющих на организацию внешней памяти. К наиболее важным особенностям можно отнести следующие.
Наличие двух уровней системы:
уровня непосредственного управления данными во внешней памяти (а также обычно управления буферами оперативной памяти, управления транзакциями и журнализацией изменений БД),
языкового уровня (например уровня, реализующего язык SQL).
При такой организации подсистема нижнего уровня должна поддерживать во внешней памяти набор базовых структур, конкретная интерпретация которых входит в число функций подсистемы верхнего уровня.
Поддержка отношений-каталогов (справочников). Информация, связанная с именованием объектов базы данных и их конкретными свойствами (например, структура ключа индекса), поддерживается подсистемой языкового уровня. С точки зрения структур внешней памяти, отношение-каталог ничем не отличается от обычного отношения базы данных.
Регулярность структур данных . Поскольку основным объектом реляционной модели данных является плоская (в 1НФ) таблица, главный набор объектов внешней памяти может иметь очень простую регулярную структуру. При этом необходимо обеспечить возможность эффективного выполнения операторов языкового уровня как над одним отношением (простые операции селекции и проекции), так и над несколькими отношениями (наиболее распространена и трудоемка операция соединения нескольких отношений). Для этого во внешней памяти должны поддерживаться дополнительные индексы.
Для выполнения требования надежного хранения баз данных необходимо поддерживать избыточность хранения данных, что обычно реализуется в виде журнала изменений базы данных.
Соответственно, возникают следующие разновидности объектов во внешней памяти базы данных:
строки отношений - основная часть базы данных, большей частью непосредственно видимая пользователям;
управляющие структуры - индексы, создаваемые по инициативе пользователя (администратора) или верхнего уровня системы из соображений повышения эффективности выполнения запросов и обычно автоматически поддерживаемые нижним уровнем системы;
журнальная информация , поддерживаемая для удовлетворения потребности в надежном хранении данных;
служебная информация , поддерживаемая для удовлетворения внутренних потребностей нижнего уровня системы; набор структур служебной информации зависит от общей организации системы, но обычно требуется поддержание следующих служебных данных:
· внутренние каталоги (справочники), описывающие физические свойства объектов базы данных, например число атрибутов отношения, их размер и, возможно, типы данных;
· описание индексов, определенных для данного отношения;
· описатели свободной и занятой памяти в страницах внешней памяти, распределенных для хранения отношений; такая информация требуется для нахождения свободного места при занесении кортежей.
Базовые структуры памяти
Структура и типы страниц
Основной единицей хранения и манипулирования данными при бесфайловой организации является страница памяти (или блок данных ) - часть пространства памяти среды хранения базы данных, организованного таким образом, что оно состоит из последовательности таких частей (страниц), имеющих одинаковую длину.
Страницаявляется единицей обмена с внешней памятью. Размер страницы фиксирован для базы данных и устанавливается при ее (базы) создании. Страницы памяти имеют уникальные идентификаторы , в качестве которых обычно используются их последовательные номера. Содержимое страницы памяти может быть прочитано в буфер обмена или записано во внешнюю память из буфера за одно обращение к устройству внешней памяти. В некоторых системах страницы памяти могут иметь внутреннюю организацию, например, могут обладать индексом , обеспечивающим прямой доступ к содержащимся на странице хранимым записям. Страницы с простейшей организацией, предусматривающей последовательное размещение в них записей, в некоторых методах доступа называются блоками записей .
Выделяют четыре типа страниц:
· страницы blob-объектов,
· битовые страницы.
Страница данных . Основная единица осуществления операций обмена. Структура страницы данных представлена на рис. 32.
Рис. 32. Структура страницы данных
Заголовок страницы включает внутрисистемную информацию, используемую СУБД в механизме управления страницами.
Данные на странице представляются в виде строк . Каждая строка соответствует некоторому кортежу отображаемого отношения.
Слоты характеризуют размещение строк данных на странице. В базе данных каждый кортеж имеет уникальный внутрисистемный идентификатор, включающий номер страницы и номер строки на странице, в которую отображается данный кортеж. Содержимое слота и составляет идентификатор соответствующей ему (по номеру на странице) строки. При упорядочивании кортежей отношения по значению какого-либо атрибута физического перемещения строк на соответствующих страницах не происходит. Вместо этого производится перестройка содержимого слотов.
Страница индексов. Страницы индексов предназначены для хранения индексных структур, используемых СУБД в реализации методов доступа, и организованы в виде В-деревьев.
Страница blob . Страницы blob (B inary L arge Ob ject) предназначены для хранения слабоструктурированной информации, содержащей тексты большого объема, графическую информацию, двоичные коды. Эти данные рассматриваются как потоки байтов произвольного размера, а в страницах данных формируются ссылки на эти страницы. Данные таких типов в ранних СУБД относились к типу MEMO.
Битовая страница . Битовые страницы содержат описатели других типов страниц. Описатель страницы включает две составляющих – тип страницы и ее состояние (свободна /занята ).
Табличные пространства
Общим для СУБД является понятие пространства (для некоторых СУБД табличное пространство ). В табличных пространствах размещены различные логические структуры данных, такие как таблицы и индексы, временные таблицы и словарь данных. Группировка хранимых данных по пространствам производится по ряду признаков: частота изменения данных, характер работы с данными (преимущественно чтение или запись и т.п.), скорость роста объема данных, важность и т.п. Таким образом, например, только читаемые таблицы помещаются в одно пространство, для которого установлены одни параметры хранения, таблицы транзакций размещаются в пространстве с другими параметрами и т.д. (рис. 33).
Рис.33. Физическое размещение данных по устройствам
Одна логическая единица данных (таблица или индекс) размещается точно в одном пространстве, которое может быть отображено на несколько физических устройств или файлов. При этом физически разнесены (располагаться на разных дисках) могут не только логические единицы данных (таблицы отдельно от индексов), но и данные одной логической структуры (таблица на нескольких дисках). Такой способ хранения называется горизонтальной фрагментацией (или секционированием ): таблица делится на фрагменты по строкам. Фрагментация - один из способов повышения производительности.
Могут применяться различные схемы записи данных во фрагментированные таблицы. Одна из них - круговая, когда некоторая часть вставляемых в таблицу строк записывается в первый фрагмент, другая часть - в следующий и так далее по кругу. В данном случае за счет распараллеливания может быть увеличена производительность операций модификации данных и запросов.
Существует и другая схема, включающая логическое разделение строк таблицы по ключу (кластеризация ). Данная схема позволяет избежать перерасхода процессорного времени и уменьшить общий объем операций ввода/вывода. Ее суть в том, что при создании таблицы все пространство значений ключа таблицы разбивается на несколько интервалов, а строкам с ключами, принадлежащими разным интервалам, назначаются различные месторасположения. Впоследствии, при обработке запроса, данная информация учитывается оптимизатором. Если производится поиск по ключу, то оптимизатор может удалять из рассмотрения фрагменты таблицы, не удовлетворяющие условию выборки.
Пусть, например, для таблицы Person создаются два раздела part1 и part2 , каждый из которых размещен в своем табличном пространстве (tblspace1 и tblspace2 ). Записи со значением поля Num от 1 до 499 будут располагаться в первом разделе, а записи с номерами от 500 до 1000 - во втором (рис. 34.).
Тогда при запросе:
SELECT FIO FROM person WHERE Num BETWEEN 10 AND 40
оптимизатор будет производить поиск только в разделе part1, что может дать ощутимый выигрыш в производительности в таблице с десятками тысяч строк.
Подобные механизмы фрагментации данных поддерживают практически все современные СУБД, что часто используется при создании систем высокой производительности.
Рис. 34. Пример кластеризации записей
