Базы данных. Трехуровневая архитектура БД

1.

Базы данных
Лабораторная работа 1

2.

База данных?

3.

Трехуровневая архитектура БД.
Внутренний уровень

4.

Ключи
Простой – сформирован из значений единственного поля, которые
однозначно определяют каждую запись
Составной – сформирован из значений нескольких полей,
применяется
Первичный ключ – служит как ограничение целостности в рамках
одной таблицы для однозначной идентификации, конкретно поле
первичного ключа не может повторятся или быть пустым.
Внешний ключ(вторичный) – служит как ограничение целостности
связей нескольких таблиц, конкретно подчиненная таблица не
может ссылаться на несуществующие записи главной таблицы(что
позволяет строить целостные модели данных).
Вторичные ключи устанавливаются по полем, которые часто
используются при поиске или сортировки данных: построенные по
вторичным ключам индексы помогут системе значительно быстрее
найти нужные значения, хранящиеся в соответствующих полях.
В отличие от первичных ключей, поля для вторичных ключей могут
содержать не уникальную информацию

5.

Нормальные формы
Атрибут — свойство некоторой сущности. Часто называется полем таблицы.
Домен атрибута — множество допустимых значений, которые может
принимать атрибут.
Кортеж — конечное множество взаимосвязанных допустимых значений
атрибутов, которые вместе описывают некоторую сущность (строка таблицы).
Отношение — конечное множество кортежей (таблица).
Схема отношения — конечное множество атрибутов, определяющих
некоторую сущность. Иными словами, это структура таблицы, состоящей из
конкретного набора полей.
Нормальная форма — требование, предъявляемое к структуре таблиц в
теории реляционных баз данных для устранения из базы избыточных
функциональных зависимостей между атрибутами (полями таблиц).
Цель нормализации: исключить избыточное дублирование данных, которое
является причиной аномалий, возникших при добавлении, редактировании и
удалении кортежей(строк таблицы).

6.

Первая нормальная форма
• Отношение находится в 1НФ, если все его атрибуты
являются простыми, все используемые домены
должны содержать только скалярные значения. Не
должно быть повторений строк в таблице.
Студент
Курс по выбору
Иванов
математика
Иванов
математика
Петров
Математика, физика, химия
…
…
Студент
Курс по выбору
Иванов
математика
Петров
Математика
Петров
физика
Петров
химия
…
…

7.

Вторая нормальная форма
• Отношение находится во 2НФ, если оно находится в
1НФ и каждый не ключевой атрибут неприводимо
зависит от Первичного Ключа(ПК).
Неприводимость означает, что в составе
потенциального ключа отсутствует меньшее
подмножество атрибутов, от которого можно также
вывести данную функциональную зависимость.
• Первичный ключ
• Справочники

8.

Студент
№ зач.кн.
Выбранный курс
Иванов
123
математика
Иванов
123
физика
Иванов
123
правоведение
Михайлов
126
математика
Михайлов
126
физика
Студент
№ зач.кн.
Иванов
123
Михайлов
126
№ зач.кн.
Выбранный курс
123
математика
123
физика
123
правоведение
126
математика
126
физика

9.

Третья нормальная форма
Отношение находится в 3НФ, когда находится во
2НФ и каждый не ключевой атрибут нетранзитивно
зависит от первичного ключа. Проще говоря, второе
правило требует выносить все не ключевые поля,
содержимое которых может относиться к
нескольким записям таблицы в отдельные таблицы.

10.

Студент
№ зач.кн.
Выбранный курс
Шифр курса
Иванов
123
математика
001
Иванов
123
физика
002
Иванов
123
правоведение
003
Михайлов
126
математика
001
Михайлов
126
физика
002
Студент
№ зач.кн.
Курс
Шифр курса
Иванов
123
математика
001
Михайлов
126
физика
002
правоведение
003
№ зач.кн.
Шифр курса
123
001
123
002
123
003
126
001
126
002

11.

Студент
Курс по выбору
Преподаватель
Семестр
Иванов
Математика
Сергеев
1
Петров
Математика
Козлов
1
Сидоров
физика
Федоров
2
Петров
физика
Федоров
2
Павлов
Химия
Мишин
1
Студент
Курс по
выбору
Преподаватель
Курс по выбору
Семест
р
Иванов
Математика
Сергеев
Математика
1
Петров
Математика
Козлов
Математика
1
Сидоров
физика
Федоров
физика
2
Петров
физика
Федоров
физика
2
Павлов
Химия
Мишин
Химия
1

12.

Нормальная форма Бойса-Кодда (НФБК) (частная
форма третьей нормальной формы)
• отношение находится в третьей
нормальной форме и не содержит
зависимости атрибутов первичного ключа
от неключевых атрибутов.
• Уход от составных ключей
• Усиленная 3НФ

13.

14.

Четвертая нормальная форма
• Многие-ко-многим
• Один преподаватель может вести
несколько дисциплин, одну дисциплину
может вести много преподавателей
ID
ФИО
1
Иванов
2
Петров
ID
препо пред
дават мет
ель
ID
Предмет
1
ООП
1
1
1
2
БД
2
1
2
3
2
1

15.

Сложные многомерные зависимости

16.

Шестая нормальная форма
• Из определения следует, что переменная
находится в 6НФ тогда и только тогда, когда
она неприводима, то есть не может быть
подвергнута дальнейшей декомпозиции
без потерь.
• Каждая переменная отношения, которая
находится в 6НФ, также находится и в 5НФ.

17.

Достоинства реляционной модели:
• простота и доступность для понимания
пользователем. Единственной используемой
информационной конструкцией является "таблица";
• строгие правила проектирования, базирующиеся на
математическом аппарате;
• полная независимость данных. Изменения в
прикладной программе при изменении
реляционной БД минимальны;
• для организации запросов и написания
прикладного ПО нет необходимости знать
конкретную организацию БД во внешней памяти

18.

Недостатки реляционной модели:
• далеко не всегда предметная область может
быть представлена в виде "таблиц";
• в результате логического проектирования
появляется множество "таблиц". Это приводит
к трудности понимания структуры данных;
• БД занимает относительно много внешней
памяти;
• относительно низкая скорость доступа к
данным.

19.

Целостность базы данных
• соответствие имеющейся в базе данных
информации её внутренней логике,
структуре и всем явно заданным правилам.
• Каждое правило, налагающее некоторое
ограничение на возможное состояние базы
данных, называется ограничением
целостности.

20.

• Сущностная целостность - определяет строку
как уникальную сущность в конкретной
таблице. Она обеспечивает целостность
столбцов идентификаторов или первичного
ключа таблицы с помощью индексов и
ограничений UNIQUE или PRIMARY KEY.
• Доменная целостность - это достоверность
записей в конкретном столбце. Она включает
ограничения типа данных, ограничения
формата при помощи ограничений CHECK и
правил, а также ограничения диапазона
возможных значений при помощи
ограничений FOREIGN KEY, CHECK, DEFAULT,
определений NOT NULL и правил.

21.

• Ссылочная целостность - сохраняет определенные
связи между таблицами при добавлении или
удалении строк
• При обеспечении ссылочной целостности SQL Server
не допускает следующих действий пользователей:
- Добавления или изменения строк в связанной
таблице, если в первичной таблице нет
соответствующей строки;
- Изменения значений в первичной таблице, которое
приводит к появлению потерянных строк в связанной
таблице;
- Удаления строк из первичной таблицы, если имеются
соответствующие ей строки в связанных таблицах.

22.

• Пользовательская целостность - позволяет
определять бизнес-правила, не входящие
ни в одну из категорий целостности.
Поддержку пользовательской целостности
обеспечивают все остальные категории
целостности: любые типы ограничений
уровня столбца и уровня таблицы в
инструкции CREATE TABLE, хранимых
процедурах и триггерах.

23.

Типы данных
https://metanit.com/sql/sqlserver/3.3.php
• Числовые типы данных
• Типы данных, представляющие дату и
время
• Строковые типы данных
• Бинарные типы данных
• Остальные типы данных

24.

Этапы проектирования БД
• Анализ предметной области
• Определение сущностей
• Определение атрибутов, ограничений
• Определение ключей
• Определение связей

25.

ER-диаграмма
• Диаграмма ER - это блок-схемы, которые
иллюстрируют, как «сущности» (люди,
объекты или концепции) относятся друг к
другу в системе
• Диаграмма - это блок-схемы, которые
иллюстрируют структуру базы данных,
показывают структуру и связанность
таблиц

26.

Таблицы (с названиями)
Атрибуты
Ключи
Связи

27.

Справочники и основные таблицы?

28.

Задание
• Выполнить проектирование базы данных,
описывающую заданную предметную
область
• База данных должна содержать не менее 7
связанных таблиц, содержать зависимость
Многие ко многим, а также справочные
таблицы. Казать типы данных атрибутов
(текст, дата, целое. Вещественное и тд)