Базы данных

КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ:

- Достоверность.
- Интерпретируемость.


1

.

Поддержка ограничений реального мира.

Дублирование информации, как источник рассинхронизации.

для хранения в компьютерных системах, таким образом, чтобы облегчить поиск

2.1

представления. Хранение
метаданных о семантике данных:
Сотрудник









Наличие встроенного языка для семантического поиска

Данных
База Данных
Клиентское ПО
Клиентское ПО
Сеть

в рамках заданной СУБД.

Требования к СУБД:
- Наличие средств решения проблем,

2.5

работы с БД.

Требования к СУБД:
- Удобный станадартизованный доступ к данным.
-

2.6

QoS.

Требования к СУБД:
- Обеспечение контроля доступа.
- Надежность.
- Высокая производительность.
- Поддержка

2.7

БД, устойчивой к проблемам хранения информации.

Наличие стандартизованных средств построения запросов

2.8

конкретной сущности из предметной области.

Столбцы
Свойства (атрибуты), описывающие сущность.

Строки
Конкретные экземпляры

ключ (Candidate Key)
Минимальный набор атрибутов однозначно идентифицирующих экземпляр сущности.

Первичный ключ (Primary Key)
Один из потенциальных

в рамках схемы БД.

Имена атрибутов должны быть уникальны в рамках

(Foreign Key)
Аттрибут (совокупность аттрибутов), совпадающий с первичным ключом внешней сущности,

Отпуск

мигрирует целиком. Составной первичный ключ не может мигрировать отдельными частями.

Сущность

Вагон

Место

теории Эдгара Кодда (Edgar F. Codd), которая впоследствии была развита

              5

             4
2
Реляционные базы данных
3
3.4
3.7
Правила создания

1

     
        BCNF
           3

    2

 1

BCNF — Boyce Codd Normal Form
(Нормальная форма Бойса Кодда )

форме если все его атрибуты являются семантически атомарными.

C. Date:
Отношение находится

городам проживания):



Нормализация

функционально зависимо
от множества атрибутов X, тогда и только тогда,
когда

сотрудника → ФИО
Номер сотрудника → Дата рождения

если оно находится в первой нормальной форме и отсутствуют функциональные

Замечание. Отношения удовлетворяющие первой нормальной форме
c простыми первичными ключами удовлетворяют второй нормальной
форме без дополнительных проверок.

вторую нормальную форму :

о сотрудника, отделах и проектах.

Аномалии вставки (INSERT):
Нельзя вставить нового сотрудника,

следующем слайде...

выше аномалии устранены.

форме если оно находится во второй нормальной форме и отсутствуют

Транзитивная зависимость.
Если X →Y и Z →X, то зависимость Z→Y называется транзитивной.

нормальную форму:

№ сотрудника →№ Отдела, №Отдела → Телефон
Зависимость № Сотрудника

об отделах.

Аномалии вставки (INSERT):
Возможно появление сотрудника с тем же номером

на следующем слайде...

выше аномалии устранены.

форме Бойса Кодда если оно находится в третьей нормальной форме

нарушающие форму Бойса Кодда:
№ Сотрудника →ФИО и ФИО → №

Отношение, нарушающее нормальную форму Бойса Кодда.

Сотрудник проекта

В данном отношении два потенциальных ключа: 
{№Сотрудника, № Проекта} и {ФИО, № Проекта}

о фамилиях сотрудников.

Аномалии вставки (INSERT):
Отсутствуют

Аномалии обновления (UPDATE):
При необходимости изменить фамилию

каждой из новых сущностей потенциальный ключ один, следовательно нарушения НФБК

одна из основных операций в БД, так как ИС на

БД, устойчивой к проблемам хранения информации.

Наличие стандартизованных средств построения запросов

4.1

разрешен только путем исполнения текстовых запросов на языку SQL.

Язык SQL

4.2

ФИО:Сидоров,
Дата рождения: 11.03. 1982)
Клиент
4.3

котором выполняются все явные и неявные ограничения.

Все операции должны переводить

4.4

№2. Сумма := Сумма + 3500
СБОЙ

результаты
ее выполнения должны быть зафиксированы в БД
вне зависимости

2

Операция начисления зарплаты:
1. Счет №2. Сумма := Сумма + 3500
2. Сохранение результата в БД.
3. Подтверждение успешности выполнения операции
.
СБОЙ

с долларового счета в евро:

1. Счет № 1. Сумма :=

Проблема №3

целиком.
Если в ходе выполнения произошла ошибка или сбой, то
результаты

4.7

1. Начать атомарный блок.

2. Счет № 1. Сумма := Сумма — 5000

3. Новая_Сумма_в Евро := Конвертация 5000 долларов в евро.

СБОЙ

4. Счет №3. Сумма =Сумма + Новая_Сумма_в Евро.

5. Завершить атомарный блок.

Начать атомарный блок
2. Счет №2.Сумма = Сумма - 1000
.
.
.
Ошибка.

Операция снятия денег со счета:
1. Начать атомарный блок
.
.
i. Счет №2.Сумма = Сумма - 300
.
.
.
N. Конец атомарного блока

зависеть
от графика выполнения операций.
4.9
График выполнения операций — расположение операций

Операция 1

Операция j

Операция j+1

t

операций,
гарантирующая соблюдение принципов атомарности,
непротиворечивости, изоляции и долговечности работы

ACID

Atomicity Consistency Isolation Durability

SQL

BEGIN TRANSACTION — начать транзакцию

COMMIT — зафиксировать работу транзакции

ROLLBACK — откатить транзакцию (отменить транзакцию)

БД, устойчивой к проблемам хранения информации.

Наличие стандартизованных средств построения запросов

5.1

Данных
Клиентское ПО
Клиентское ПО
Сеть
Клиентское ПО

различных категорий пользователей (от операторов ввода данных до генерального директора).

Каждая

что текущий клиент действительно является
зарегистрированными пользователем БД.


Хранение паролей, даже

Пользователи клиентского ПО должны быть сопоставлены
с зарегистрированными пользователями БД и ролями.

которому регламентируется
средствами ОС и лежит вне области контроля СУБД.
(Уязвимости

Шифрование физического представления данных позволяет
частично снизить зависимость от защищенности ОС.

Контроль доступа отвечает только за доступ через стандартные средства
СУБД (SQL запросы).

Шифрование не должно использоваться как средство контроля доступа.

Основные алгоритмы: 3DES, AES и их вариации.
Возможно использование как симметричных,
так и ассиметричных протоколов

человек с очень высоким уровнем доступа к базе данных.


Максимально возможный

Человек, - самое уязвимое звено любой системы безопасности

Подсистема аудита фиксирует действия всех пользователей и
является средством с доступом только на чтение для
администратора БД.

– Standards Planning and Requirements Committee

для описания данных, связей между ними и ограничений, накладываемых на

МОДЕЛЬ ДАННЫХ

Сильно типизированные

Слабо типизированные

Компоненты:
категория
свойства категории
связи между категориями

Схема:
ВОДИТЕЛЬ (Имя, Возраст, Стаж работы)
АВТОМОБИЛЬ (Модель, Гос. номер, Дата приобретения)
УПРАВЛЯЕТ (ВОДИТЕЛЬ, АВТОМОБИЛЬ)

правилу принадлежности
МНОЖЕСТВО
Интенсионал(intentional)
Экстенсионал
{2, 8, 16, 46}, {12, 10, 8,

{2, 4, 8, 16, 32, 64}

Домены – это множества, элементы которых более или менее однородны.

объекты.
Атрибуты определяются на доменах и представляют собой интенсионал именованного домена.

дана некоторая совокупность доменов D1, D2, …, Dm, не обязательно

строчная буква английского алфавита} – интенсионал множества, его экстенсионал, например,

к интенсионалу отношения; количество образующих данное отношение множеств.
Мощность отношения –

атрибута>:, имя которого задает имя отношения: R(A1:D1, A2:D2, …,

этими отношениями

R = { | s1i ∈ S1,

Кардинальное число отображения определяется количеством элементов одного множества, связанных с одним элементом другого множества.

R ( S1 (m1, n1) : S2 (m2, n2 ) )

каждый элемент из S1 связан минимум с m2, максимум с n2 элементами из S2,
каждый элемент из S2 связан минимум с m1, максимум с n1 элементами из S1.

S1 ( 0, ∞ ) : S2 (0, ∞ )

Типы отображений:

Рис. 1. Полностью определенное отображение на S1
R ( S1 ( 0, ∞ ) : S2 (1, ∞ ) )

Рис. 2 Неполное функциональное отображение
R ( S1 ( 0, ∞ ) : S2 ( 1, 1 ) )

Рис. 2. Полное функциональное отображение
( S1 ( 0, ∞ ) : S2 ( 0, 1 ) )

Связи, для которых хотя бы одно отображение является функциональным (полным или неполным), часто называют связями типа 1 : n, или «один ко многим». Связи, в которых оба отображения являются нефункциональными, называют связями типа n : n, или «многие ко многим».

связи между ними;
Отношения задаются своими схемами;
Схема отношения определяется через атрибуты,

Логические ограничения, накладываемые на данные, называются ограничениями целостности.

Ограничения целостности реализуется средствами языка описания ограничений (ЯОО, или CDL – Constraints Definition Language)

IBM Э.Ф. Коддом (E.F. Codd) в 1969-70 г.г. на основе

Реляционная модель данных

Структурная и целостная части

Манипуляционная часть

Язык описания данных (ЯОД)
Data Definition Language (DDL)

Язык манипулирования данными (ЯМД)
Data Manipulation Language (DML)

Особенности реляционной модели данных:
определена манипуляционная часть – конкретный набор операций, функциональные возможности,
имеются конкретные языки описания данных, ограничений, накладываемых на данные, и манипулирования данными,
современные реляционные СУБД используют единый язык – SQL, в котором объединены и ЯОД, и ЯМД.

множество элементов одного типа.
Пример:
Простой домен: ГОД = {1985,

Пусть дана совокупность множеств D1, D2, …, Dn, не обязательно различных.
Тогда отношение R, определенное на этих множествах, есть множество упорядоченных кортежей таких, что di ∈ Di для каждого i из [1:n].
В реляционной модели данных множества Di представляют собой домены.

D1 = {a, b, c} и D2 = {1, 2}.

могут использоваться и составные домены.

Пример, реализации (экстенсионал) отношения СОТРУДНИК :

Нормализованное отношение – это отношение, в котором каждое значение атрибутов является атомарным.

В данном примере значением одного элемента составного домена является множество пар вида<ГОД, ДЕНЬГИ>

составляющими его простыми доменами, а в реализации отношения значения атрибутов,

данном отношении имя.
Каждый атрибут определен на каком-то одном домене.
На одном

кортежа отношения по значениям его атрибутов

Ключ – это совокупность

Первичный ключ (PK – Primary Key) – не избыточный набор атрибутов, значения которых однозначно определяют кортеж отношения.

Первичный ключ не избыточен, если:
состоит из одного атрибута,
состоит из нескольких атрибутов, но ни один из этих атрибутов не является лишним для однозначной идентификации каждого кортежа.

в отношении можно выделить несколько наборов атрибутов для первичного ключа,

Пример отношения:
КАФЕДРА ( Номер кафедры, Название )
Номер кафедры – PK
Название - AK

Эти взаимосвязи представляются с помощью внешних ключей
Внешний ключ (FK

Основными типами связей между сущностями являются: 1 : n и n : n

Имя и Год рождения
ОТДЕЛ с атрибутами Номер отдела (первичный ключ)

Номер сотрудника, Имя, Год рождения, Номер отдела (FK) )

ОТДЕЛ
СОТРУДНИК

Имя и Адрес, и отношение ДЕТАЛЬ с атрибутами Номер детали

( Номер детали, Название, Цена )
ПОСТАВКА ( Номер поставщика (FK1),

Поставщик

Деталь

Поставка

( Номер сотрудника, Имя, Год рождения, Номер отдела (FK) )
Требование

модели данных включает следующие возможности:
создание домена,
создание отношения,
определение ограничений целостности.

Соответствие между

соответствующий объект базы данных,
ALTER тип_объекта – изменить соответствующий объект базы

кавычки. Чувствительны к регистру, можно использовать зарезервированные слова.
Примеры: ”WKLY-SAL”

Последовательность букв, цифр и символов подчеркивания (_), начинающаяся с буквы. Не чувствителен к регистру. Не совпадает с зарезервированными словами.
Примеры: A12 Tab_Name
DeptID

десятичных чисел.

Типы данных дата – время используются для представления даты и

можно использовать с операндами строкового типа. Операция выполняет сцепление двух

Арифметические операции можно использовать с операндами числовых типов.
Бинарные операции (/, *, +, -) определяют сложение, вычитание, умножение и деление, соответственно

Операции над датой и временем. Значения даты и времени можно увеличивать, уменьшать и вычитать. Эти операции могут включать десятичные числа – продолжительность. Продолжительность – это число, представляющее интервал времени.

]
)
имя_таблицы – идентификатор, задает имя таблицы;
имя_колонки – идентификатор, уникальный в

колонок создаваемой таблицы.
генерируемое_значение – значения по умолчанию, если в операции

Ограничения целостности:
[CONSTRAINT имя_ограничения] ограничение
имя_ограничения – задает имя ограничения. Уникально в пределах данной таблицы;
ограничение – задает конкретное ограничение целостности.

Null)
UNIQUE
PRIMARY KEY
Ограничение уникальности на колонку : UNIQUE или PRIMARY KEY.

на колонку, может содержать имя только данной колонки; Условие, записанное в

Условие

Предикаты:
BETWEEN, IN, LIKE
Результат предиката:
TRUE, FALSE, NULL

Логические операции:
NOT, AND, OR

(равно), (не равно), < (меньше), > (больше),

Предикат BETWEEN
выражение1 [NOT] BETWEEN выражение2 AND выражение3
должно выполняться соотношение: выражение2 ≤ выражение3

Пример:
выражение1 BETWEEN выражение2 AND выражение3,
тоже самое что и:
выражение1 >= выражение2 AND выражение1 <= выражение3.

перечисление выражений через запятую в произвольном порядке

Результат вычисления IN:
«истина», если

escape-символ]
Предикат LIKE проверяет, соответствует ли строка, являющаяся результатом вычисления выражения,

Шаблон это строка использующая специальные метасимволы:
_ (символ подчеркивания) – соответствует одному (любому) символу,
% – соответствует любой (возможно, пустой) цепочке символов.

[ON DELETE правило_удаления] [ON UPDATE правило_обновления]

На таблицу :
FOREIGN KEY (имя_колонки_FK,

имя_колонки_FK – имена колонок внешнего ключа в создаваемой (дочерней) таблице. Порядок перечисления принципиален; имя­_родительской­­_таблицы – имя родительской таблицы, на которую ссылается создаваемая дочерняя таблица; имя_колонки_PK – имена колонок первичного ключа в родительской таблице.

должны быть выполнены при удалении записи из родительской таблицы. Допускаются

правило_обновления – определяет, какие действия должны быть выполнены при модификации первичного ключа в родительской таблице. Допускаются значения RESTRICT или NO ACTION

RESTRICT выполняется перед проверкой всех остальных ограничений
NO ACTION выполняется после проверки всех ограничений

DEFAULT значение
IDENTITY [опции] Опции: начальное значение, шаг, максимальное, минимальное, повторное выполнение

)
ДЕТАЛЬ ( Номер детали, Название, Цена )
ПОСТАВКА ( Номер поставщика

)
CREATE TABLE P(
P_ID INT NOT NULL CONSTRAINT P_PK PRIMARY KEY,

1 – ограничения первичного ключа и обязательности значения;
2 – ограничения уникальности и обязательности значения;
3 – условие: значение атрибута должно быть строго положительным.

)
CREATE TABLE S(
S_ID INT NOT NULL,
SNAME VARCHAR(30) NOT NULL,
ADDRESS VARCHAR(80),
CONSTRAINT

4 – ограничения первичного ключа на таблицу;

детали (FK2), Количество )
CREATE TABLE SP(
S_ID INT NOT NULL CONSTRAINT

5 – внешний ключ(ограничения на колонку)
6 – ограничение первичного ключа(ограничение на таблицу)
7 –определяется внешний ключ (ограничение на таблицу).

TABLE имя_таблицы операция [операция …]
Модификация таблиц
Операции: Добавление новых колонок:
ADD [

тип_данных Примеры:
ALTER TABLE EQUIPMENT ALTER COLUMN Equip_Desc VARCHAR(50) – изменится длину

ограничение Ограничение задается точно так же, как и табличное ограничение в

Revenue
CHECK(Salary + Comm > 30000)
Удаление ограничений

DROP тип_ограничения имя_ограничения
тип_ограничения: FOREIGN KEY, UNIQUE, CHECK, CONSTRAINT
Пример: ALTER TABLE EMPLOYEE
DROP CONSTRAINT Revenue

(значение, …), (…), …
имя_таблицы –указывает существующую таблицу базы данных, в

Свойства:
Одно и то же имя колонки не должно указываться дважды;
Если список имен колонок опущен, порядок колонок определяется в соответствии с CREATE TABLE;
Для неуказанных колонок определяется атрибут NULL или DEFAULT;

должно соответствовать явному или неявному списку имен колонок;
Тип вставляемых значений

Строки, добавляемые в таблицу, получены в результате запроса:
INSERT INTO имя_таблицы [(имя_колонки, …)] запрос

Количество колонок в результате выполнения запроса должно совпадать с количеством колонок, указанным (явно или неявно) в списке.

’00390’, ’E01’);
2) INSERT INTO DEPARTMENT (DeptNo, DeptName, AdmrDept)
VALUES (’E31’, ’ARCHITECTURE’,

VALUES (’B11’, ’PURCHASING’, ’B01’),

NOT NULL,
ProjNo CHAR(6) NOT NULL,
ActNo SMALLINT NOT NULL,

INSERT INTO MA_EMP_ACT
SELECT * FROM EMP_ACT
WHERE ProjNo LIKE ’MA%’

должно указывать существующую таблицу базы данных.
условие_поиска – определяет условие

Свойства:
В условии поиска в конструкции WHERE могут быть использованы только колонки таблицы, указанной в предложении DELETE; Условие поиска применяется к каждой строке таблицы, и удаляются те строки, для которых результатом условия поиска является значение true; При удалении строк из родительской таблицы проверяются ограничения ссылочной целостности; Если при выполнении DELETE, возникла ошибка, никакие изменения в базе данных не происходят

отдел с номером (DeptNo) ‘D11’
DELETE FROM DEPARTMENT
WHERE DeptNo

… [WHERE условие_поиска]
имя_таблицы – должно указывать имя существующей таблицы

могут быть использованы только колонки таблицы, указанной в предложении UPDATE; Условие

JOB = ’LABORER’
WHERE EMPNO = ’000290’
Пример 2.
UPDATE