Реляционные базы данных
В настоящее время реляционные БД занимают доминирующее положение. С математической точки зрения реляционная БД представляет собой ограниченный набор конечных отношений различной арности на множестве элементарных данных. Над отношениями можно осуществлять различные алгебраические операции. Теоретическое обоснование реляционной модели, выполненное Э.Коддом, отличается использованием строгих принципов математики и точностью. Все данные в модели размещаются в таблицах [1].
Трехуровневая архитектура описания данных включает следующие уровни абстракции: внешний, внутренний и концептуальный (рисунок 2.1).
.
Рисунок 2.1 – Трехуровневая архитектура описания БД
Представление БД с
точки зрения пользователя является
внешним уровнем
представления.
Каждый пользователь выделяет в
моделируемой предметной области
интересующие его сущности, атрибуты и
связи. Формируя своё представление о
предметной области, выражает их в
наиболее удобной для себя форме. При
этом одни и те же данные у различных
пользователей могут отображаться
по-разному. Таким образом, каждый
пользователь при работе имеет своё
представление на БД (
)
и может использовать свой язык
программирования запросов или специальный
язык, поддерживаемый приложением.
Концептуальный уровень обеспечивает представление данных в абстрактной форме. Описание БД на концептуальном уровне является результатом концептуального проектирования и включает логическое описание всех элементов данных и отношений между ними, логическую структуру БД. Описание содержит объекты и их атрибуты, связи между объектами, ограничения, накладываемые на данные, семантическую информацию о данных, обеспечение безопасности и поддержку целостности данных. Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление: любые доступные пользователю данные должны содержаться на данном уровне [4].
На внутреннем уровне область хранения данных представляется как бесконечное линейное адресное пространство. Внутреннее представление описывает физическую реализацию БД и содержит:
распределение дискового пространства для хранения данных;
описание подробностей сохранения записей;
сведения о размещении записей;
сведения о сжатии данных и выбранных методах их шифрования.
Осуществляется взаимодействие СУБД с методами доступа операционной системы на внутреннем уровне.
Структура БД OLTP-систем в высокой степени нормализована и состоит из множества таблиц, связанных между собой посредством внешних ключей. Нормализованная структура обеспечивает высокую производительность при поиске и обработке единичных записей.
Для дальнейших примеров воспользуемся учебным вариантом БД Valuation Works, используемой при оценке деятельности преподавателей университета. Фрагмент логической структуры Valuation Works приведён на рисунке 2.2. Информация о преподавателях, включая фамилии, имена, паспортные данные и сведения о базовом образовании, храниться в таблице Teacher. Информация о кафедрах и факультетах университета собирается в таблицах Sub_faculty, Faculty.
Рисунок 2.2 – Структура Valuation Works
В таблице Scientific_Teacher собирается информация о научной деятельности преподавателей, Educational_Teacher – учебной работе, Methodic_Teacher – учебно-методической работе. Информация о квалификации преподавателей собирается в таблице Quality_Teacher.