Разработка базы данных

Введение

Разработка всех программных систем, предназначенных для работы с базами данных, начинается с формирования структурной организации данных. На базе сформированной структурной организации данных разрабатываются программы, реализуются процедуры по управлению имеющимися данными. Эта очерёдность действий обусловлена тем, что удобнее отталкиваясь от структурной организации данных обратиться к логической обработке этих данных, чем выполнять операции в обратном порядке.

Классификация баз данных

Баз данных можно подразделить на следующие типы:

1. Иерархическая база данных является древовидной структурой, состоящей из объектов разного уровня. На верхнем уровне (корне) расположен один объект, за ним расположены объекты второго и последующих уровней. Объекты обладают определёнными взаимными связями. Все объекты могут состоять из объектов более низких уровней. Эти объекты состоят в отношении предка (они ближе к корню) к потомкам (у этих объектов уровень ниже). Есть вероятность ситуации, когда объект, являющийся предком, не обладает потомками или их у него несколько, но объекты, являющиеся потомками, всегда имеют только одного предка. Если объекты имеют общего предка, то они являются близнецами.
2. Сетевая база данных построена на модели данных, основанной на логике. Она считается продолжением иерархического подхода и базируется на чёткой теории математики, которая описывает структурную организацию базы данных, параметры не повреждённости данных и методы обработки данных. Отличие иерархической и сетевой моделей данных заключается в том, что в иерархической организации структуры потомок обязан обладать только одним предком, а при сетевой структурной организации данных потомок способен иметь неограниченное количество предков.
3. Реляционная база данных применяет табличное моделирование данных, прикладную теорию формирования баз данных, являющуюся приложением к проблемам работы с данными таких математических направлений, как теория множеств и реляционная алгебра или исчисление предикатов первого порядка.
4. Объектно-ориентированные базы данных. Выполняется построение модели данных как объектов, их атрибутики, методик и классов.
5. Объектно-реляционные базы данных. Это реляционные базы данных, которые поддерживают определённые технологии, выполняющие объектно-ориентированный подход.

Обработку любых баз данных следует начинать с формирования организационной структуры данных. Следует отметить, что есть проектирование высокого уровня, когда определяются сущности и частично поля, предназначенные для хранения информации, и детальное, когда сформированная обобщённая структура подвергается уточнениям и модификации.

При детальном проектировании или уже по его завершении выполняется программирование логических основ обработки данных. Логические основы могут формироваться при помощи средств разрабатываемой базы данных (что более приемлемо) или логические принципы формируются в программном приложении, что находится в прямой зависимости от типа приложения, которое станет выполнять доступ и работу с данными. В первом варианте проектируемое приложение будет обладать «тонким» клиентом, а во втором варианте будет обладать «толстым» клиентом.

Разработка реляционных баз данных

Реляционные базы данных базируются на реляционном моделировании данных, которое состоит из следующего набора правил:

1. Структурное правило. Информация в базе данных является набором отношений в табличном формате.
2. Правило целостности. Взаимоотношения должны отвечать заданным условиям целостности (реляционная модель информационных данных должна поддерживать декларацию ограничений по целостности доменного уровня, уровня отношений и уровня базы данных).
3. Правило манипулирования (обработки). Должны поддерживаться операторы манипулирования отношениями (применение реляционной алгебры, реляционного исчисления).

Чтобы описать структуру базы данных, применяют несколько основных терминов и понятий:

1. Термин «тип данных». Понятие «тип данных» для реляционных моделей данных аналогично понятию типа данных в программных языках.
2. Термин домен. Определяется как задание определённого типа данных, к которому принадлежат доменные компоненты, и логического выражения произвольной формы, используемого применительно к элементам данного типа. Если итог вычисления логической формулы относительно данного элемента будет «истинно», то этот элемент считается доменным элементом.
3. Термин атрибут. Под атрибутом понимается элемент отношения, входящий в уникальный комплект состава отношения. В состав атрибута входит имя атрибута и домена/типа данных. При использовании таблиц атрибутом является столбец таблицы, поля в структуре базы данных.
4. Структура отношения. Под этим термином понимается множество пар, а именно имени атрибута (уникального для этого отношения) и имени домена или типа, в случае, когда доменная концепция не актуальна.
5. Схема базы данных в плане структуры. Это комплект отношений, обладающих именем, и их взаимных связей. В формате таблицы под структурой отношения подразумевается табличная структура базы данных, а сама схема базы данных представлена как набор таблиц и их взаимоотношений.

При проектировании базы данных выполняется решение следующих задач:

1. Выполнение процедуры сохранения в базе данных всех требуемых информационных данных.
2. Реализация доступности информации по любому допустимому запросу.
3. Уменьшение существующего избытка данных и их дубляжа.
4. Гарантия защиты данных от повреждения.