Relacijske dbms: pregled podatkovnih zbirk, primeri

Sistem za upravljanje relacijskih podatkovnih zbirk RDBMS ni v bistvu nič drugega kot računalniški sistem za shranjevanje podatkov. Uporabnikom so na voljo orodja za izvajanje več vrst operacij s podatki v zbirki podatkov ali za upravljanje njene strukture. RDBMS se razvrščajo glede na strukture.

Zgodovina razvoja

Relacijsko podatkovno zbirko RDBMS je v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja izumil E. Ф. Codd, mlad IBM-ov znanstvenik za programsko opremo. V posebnem članku o sistemih RDBMS je predlagal, da se podatki ne shranjujejo v hierarhičnih strukturah, temveč v tabelah z vrsticami in stolpci.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je bila velika količina podatkov shranjena v novih glavnih računalnikih, med katerimi je bilo veliko računalnikov IBM System 360. To je bil izziv za nadaljnji razvoj digitalne tehnologije. Izračuni v glavnem računalniku so bili dragi in so pogosto stali več sto dolarjev na minuto. Pomemben del teh stroškov je predstavljala zapletenost upravljanja podatkovne zbirke (DB).

Leta 1973 so v laboratoriju v San Joseju, zdaj Almadenu, začeli razvijati program, imenovan System R (relacijski), ki je uporabljal relacijsko teorijo s tako imenovano industrijsko implementacijo. Ta lastnost je postala opredeljujoča značilnost, ki določa, kaj RDBMS imenujemo relacijske. Rezultat je bil izum revolucionarnega novega sistema za shranjevanje, ki je bil temelj IBM-ovega uspeha.

Don Chamberlin in Ray Boyce sta izumila SQL za strukturirane podatke, ki se danes najpogosteje uporablja. Patricia Selinger je razvila optimizator, ki temelji na stroških in s katerim je delo z relacijskimi podatkovnimi zbirkami stroškovno učinkovitejše in uspešnejše. Raymond Laurie pa je izumil prevajalnik, ki je poizvedovalne postopke v zbirki podatkov shranil za prihodnjo uporabo.

Leta 1983 je IBM predstavil svojo drugo družino relacijskih podatkovnih zbirk DB2 za upravljanje podatkov. DB2 še danes vsak dan ustvari na milijarde transakcij in je IBM-ov najuspešnejši programski izdelek. Po besedah Arvinda Krishne, generalnega direktorja IBM Information Management, DB2 še naprej ostaja vodilni na področju inovativne programske opreme za relacijske zbirke podatkov (RDBMS).

Dr. Codd, ki so ga sodelavci poznali kot Teda, je leta 1976 prejel naziv IBM-ovega štipendista, leta 1981 pa mu je Združenje za računalniške stroje podelilo Turingovo nagrado za njegov prispevek k razvoju RDBMS.

Načela ustvarjanja

Vsaka tabela, ki se v relacijski podatkovni zbirki DBMS imenuje tudi relacija, vsebuje eno ali več podatkovnih kategorij v atributnih stolpcih. Vsaka vrstica se imenuje zapis ali tuple in vsebuje edinstven primerek podatkov ali ključ za kategorije, določene s stolpci. Tabela ima edinstven primarni ključ, ki identificira podatke v njej. Razmerje med tabelami se vzpostavi z uporabo tujih ključev, ki se sklicujejo na primarne ključe druge tabele.

Tipična relacijska podatkovna zbirka poslovnih naročil ima na primer tabelo, ki opisuje stranko, s stolpci za ime, naslov, telefonsko številko in druge podatke. Naslednji vrstni red: izdelek, stranka, datum, prodajna cena itd. Uporabnik RDBMS dobi pogled na podatkovno zbirko v skladu s svojimi potrebami. Vodja podružnice na primer želi pregledati vse stranke, ki so kupile blago po določenem datumu, ali o njih poročati. Strokovnjak za finančne storitve v istem podjetju prejme poročilo o računih, ki jih je treba plačati, iz istih tabel.

Pogoji in vrste

Relacijske DBMS vključujejo tabele, ki vsebujejo vrstice in stolpce. Pri ustvarjanju RDB določite območje možnih vrednosti v podatkovnem stolpcu in dodatne omejitve, ki se lahko uporabijo za to vrednost. Na primer, domena strank lahko dovoljuje do 10 možnih imen, vendar je lahko posamezna tabela omejena le na tri od teh imen strank. Dve omejitvi se nanašata na celovitost podatkov ter primarne in tuje ključe. Celovitost objekta zagotavlja, da je primarni ključ edinstven in da vrednost ni enaka nič. Referenčna integriteta zahteva, da se vsaka vrednost v stolpcu zunanjega ključa nahaja v primarnem ključu tabele, iz katere izvira.

Obstajajo številne kategorije podatkovnih zbirk, od preprostih ravnih datotek, ki niso povezane z NoSQL, do novejših grafnih podatkovnih zbirk, ki veljajo za še bolj relacijske od standardnih. Podatkovno bazo s ploščatimi datotekami sestavlja ena sama tabela, ki nima nobene povezave, običajno gre za besedilne datoteke. Uporabnikom omogoča, da določijo atribute podatkov, kot so stolpci in vrste v relacijski zbirki podatkov.

Alternativne strukture

Podatkovna baza NoSQL je alternativa RDBMS, ki je še posebej uporabna sodelovati z z velikimi porazdeljenimi nabori podatkov.

Podatkovna baza grafov presega tradicionalne relacijske podatkovne modele, ki temeljijo na stolpcih in vrsticah. NoSQL ima vozlišča in robove, ki predstavljajo povezave med podatkovnimi razmerji in odkrivajo nove povezave med njimi. Podatkovne zbirke na osnovi grafov so bolj zapletene kot RDBMS, zato njihova uporaba vključuje mehanizme za odkrivanje goljufij ali spletna priporočila.

Primeri relacijskih DBMS

SQLite je priljubljena odprtokodna podatkovna zbirka SQL. Programska oprema lahko celotno zbirko podatkov shrani v eno datoteko. Njegova najpomembnejša prednost je, da so vsi podatki shranjeni lokalno, brez povezovanja s strežnikom. SQLite je postal priljubljen za podatkovne zbirke v mobilnih telefonih, dlančnikih, predvajalnikih MP3, sprejemnikih in drugih elektronskih pripomočkih.

MySQL je še en priljubljen odprtokodni model relacijske zbirke podatkov SQL. Ta se pogosto uporablja v spletnih aplikacijah in je pogosto dostopen s PHP. Enostavna uporaba, cenovna dostopnost in zanesljivost so njegove glavne prednosti. Nekatere od pomanjkljivosti so, da ima pri povečanju slabo zmogljivost, da je razvoj odprte kode zaostal, odkar je Oracle prevzel nadzor nad MySQL, in da ne vključuje nekaterih naprednih funkcij.

PostgreSQL je odprtokodna relacijska podatkovna zbirka SQL, ki ni pod nadzorom nobene korporacije. Večinoma se uporablja za razvoj spletnih aplikacij. PostgreSQL je preprosto, zanesljivo in nizkoproračunsko orodje z veliko skupnostjo razvijalcev. ima dodatne funkcije v obliki podpore za tuje ključe brez potrebe po zapleteni konfiguraciji. Njena glavna pomanjkljivost je, da je počasnejša od drugih podatkovnih zbirk, kot je MySQL. Prav tako je manj priljubljen kot MySQL, zato gostitelji ali ponudniki storitev, ki ponujajo upravljane instance PostgreSQL, težko najdejo.

RDBMS

RDBMS je sistem za upravljanje relacijskih podatkovnih zbirk, ki ga je razvil EF Codd iz podjetja IBM, ki lahko ustvarja, spreminja in upravlja RDBMS. Številne današnje zbirke podatkov so razširitve tega starega modela. Shranjeni podatki se obdelujejo z relacijskimi operaterji v RDBMS.

SQL se uporablja kot poizvedovalni jezik za podatkovne zbirke - je logična skupina podatkov. Vsebuje niz povezanih prostorov za tabele in indekse. Podatkovna baza običajno vsebuje vse podatke, povezane z eno aplikacijo ali povezano skupino. Obstaja lahko na primer zbirka podatkov o plačah ali zalogah.

Razlike RDBMS od običajne RDBMS

RDBMS shranjuje podatke kot datoteke, medtem ko RDBMS shranjuje podatke kot tabelo. RDBMS omogoča normalizacijo podatkov, medtem ko RDBMS ohranja razmerje med podatki, shranjenimi v tabelah. Konvencionalna DBMS ne zagotavlja referenc. Enostavno shranjuje podatke o svoji datoteki. Strukturiran pristop RDBMS podpira porazdeljene RDBMS, za razliko od običajnih sistemov za upravljanje podatkovnih baz. DBMS se osredotoča na široko paleto aplikacij, saj ima funkcije, ki omogočajo, da se uporablja po vsem svetu.

Značilnosti RDBMS:

1. Splošna implementacija stolpcev in večuporabniškega dostopa je vključena v funkcije RDBMS.
2. Potencial tega relacijskega modela DBMS je več kot upravičen zaradi današnjih možnosti uporabe.
3. Boljša varnost je zagotovljena z oblikovanjem tabel.
4. Nekatere tabele so lahko zaščitene s sistemom.
5. Uporabniki lahko določijo ovire za dostop do vsebine. Zelo uporaben je v podjetjih, kjer lahko vodja odloča, katere podatke bo delil z zaposlenimi in strankami. Na ta način je mogoče vzpostaviti individualno raven varstva podatkov.
6. Zagotavljanje prihodnjih zahtev, saj je mogoče nove podatke preprosto dodati v obstoječe tabele in jih uskladiti s predhodno razpoložljivo vsebino. To je funkcija, ki je ni mogoče najti v nobeni podatkovni zbirki z ravnimi datotekami.

Strukturirana tabela

Tabela je logična struktura, sestavljena iz vrstic in stolpcev. Vrstice nimajo določenega vrstnega reda, zato bo morda treba podatke razvrstiti. Vrstni red stolpcev določi skrbnik zbirke podatkov pri ustvarjanju tabele. Na presečišču vsakega stolpca in vrstice je poseben podatkovni element, ki se imenuje vrednost ali, natančneje, atomska vrednost. Tabela je poimenovana z visokim kvalifikatorjem lastnikovega uporabniškega imena, ki mu sledi ime tabele, npr. TEST.DEPT ali PROD.DEPT.

Obstaja več vrst tabel:

1. baza, ki je ustvarjena in vsebuje trajne podatke.
2. začasni, v katerem so shranjeni vmesni rezultati poizvedbe.

Elementi tabele:

1. Stolpci imajo urejeno množico: DEPTNO, DEPTNAME, MGR in ADMK DEPT. Vsi morajo biti iste vrste podatkov.
2. Vrstice - vsaka vsebuje podatke za en oddelek.
3. Vrednosti na presečišču stolpca in vrstice. Na primer, PLANNING je vrednost stolpca DEPT NAME v vrstici za oddelek B01.

Indeks je urejen niz kazalnikov na vrstice tabele. Za razliko od vrstic tabele, ki niso v določenem vrstnem redu, mora indeks DB2 vedno ohranjati vrstni red.

Indeks se uporablja v dva namena:

1. Izboljšanje hitrosti pridobivanja podatkovnih vrednosti.
2. Za edinstvenost.

Z ustvarjanjem indeksa na podlagi imena zaposlenega lahko podatke za tega zaposlenega pridobite hitreje kot s pregledovanjem celotne tabele. Poleg tega bo DB2 z ustvarjanjem zagotovil, da je vsaka vrednost edinstvena. Oblikovanje indeksa samodejno ustvari indeksni prostor, nabor podatkov, ki ga vsebuje.

Osnovni ključi

Ključ je eden ali več stolpcev, ki so kot taki opredeljeni, ko so ustvarjeni v definiciji referenčne celovitosti. Tabela ima samo en primarni ključ, ker opredeljuje entiteto. Za to obstajajo zahteve:

1. Imeti mora vrednost, tj. ne sme biti ničelna.
2. Imeti mora edinstven indeks.
3. V tabeli je mogoče imeti več kot en edinstven ključ.
4. Tuji ključ je tuji ključ, ki je določen v omejitvi referenčne celovitosti, tako da je njegov obstoj odvisen od primarnega ali nadrejenega ključa.

Model omrežne zbirke podatkov

Ta podatkovna zbirka omogoča, da imajo zapisi več nadrejenih in podrejenih oblik, kar jih lahko vizualizira kot mrežno strukturo. V hierarhični relacijski zbirki podatkov pa ima element več otrok in enega starša. Mrežni model je pravzaprav zelo podoben hierarhičnemu modelu, saj je njegova podmnožica. Vendar pa model omrežja namesto enega nadrejenega uporablja teorijo množic, da bi zagotovil hierarhijo, podobno drevesu. Izjema je, da imajo lahko podrejene tabele več kot enega starša.

Prednosti omrežne zbirke podatkov:

1. Konceptualno preprosta in enostavna za razvoj.
2. Dostop do podatkov je preprostejši in prožnejši glede na hierarhični model in ne dopušča, da bi član obstajal brez nadrejenega.
3. Zaradi razmerja med več osebami lahko obdeluje kompleksne podatke. To omogoča bolj naravno simulacijo odnosov med zapisi ali predmeti v relacijski DBMS v nasprotju s hierarhično.
4. je zaradi svoje prilagodljivosti lažje krmariti in najti v omrežni podatkovni zbirki.
5. Ta struktura ločuje nadzorne programe od zapletenih fizičnih podatkov.

Objektno usmerjen sistem

V objektno usmerjeni zbirki podatkov so vsi podatki objekti. Med seboj jih lahko povežete z relacijo "je del", da predstavljajo večje sestavne elemente.

V zbirki podatkov o vozilu so lahko na primer shranjeni podatki, ki opisujejo vozilo kot kompozit Deli določenega motorja, podvozja, menjalnika, krmiljenja itd. Razredi predmetov lahko tvorijo hierarhijo, v kateri posamezni predmeti podedujejo lastnosti od predmetov nad njimi. Na primer, vsi predmeti razreda "motorno vozilo" imajo motor (tovornjak, avtomobil ali letalo). Podobno so tudi motorji podatkovni objekti, atribut motorja določenega vozilo bo referenca na določen predmet motorja.

večpredstavnostne podatkovne zbirke, v katerih so poleg običajnih besedilnih informacij shranjeni tudi glas, glasba in video, služijo kot osnova za ogled podatkov kot predmetov. kot so objektno usmerjene podatkovne zbirke postajajo vse pomembnejše, saj je njihova struktura najbolj prilagodljiva in prilagodljiva. Enako velja za podatkovno zbirko slik, fotografij ali zemljevidov. Prihodnost tehnologije podatkovnih zbirk se na splošno vidi v integraciji relacijskega in objektno usmerjenega modela.

Postopek oblikovanja

Oblikovanje podatkovnih zbirk je bolj umetnost kot znanost, zato Kot uporabnik Sprejeti bo treba številne odločitve. Podatkovne zbirke so običajno prilagojene za določeno aplikacijo. dve uporabniški aplikaciji si nista enaki, zato si tudi dve podatkovni zbirki nista enaki. V smernicah je običajno navedeno, česa ne smete storiti, čeprav je izbira na koncu odvisna od oblikovalca.

Algoritem oblikovanja:

1. Opredelitev namena podatkovne zbirke za analizo zahtev.
2. Zbiranje zahtev. Zbiranje podatkov, urejanje tabel in določanje primarnih ključev.
3. Izberite enega ali več stolpcev kot tako imenovani primarni ključ za identifikacijo vrstic.
4. Ustvarjanje razmerja med tabelami. Moč relacijske podatkovne zbirke je v odnosu med tabelami. Najpomembnejši vidik pri načrtovanju RDBMS je opredelitev odnosov med njimi.
5. Izbrati morate zahtevano vrsto podatkov za določen stolpec. Podatkovne vrste običajno vsebujejo: celoštevilsko število, niz (ali besedilo), datum, čas, binarni niz, zbirko, kot sta naštevanje in množica.
6. Izboljšajte zasnovo z dodajanjem dodatnih stolpcev.
7. Ustvarite novo tabelo za neobvezne podatke z uporabo razmerja ena proti ena.
8. Razdelitev velike mize na dve manjši mizi.
9. uporaba pravil normalizacije za preverjanje, ali je podatkovna zbirka strukturno pravilna in optimalna.
10. Indeks je lahko določen za en sam stolpec, niz stolpcev, imenovan sestavljeni indeks, ali del stolpca, imenovan delni indeks. V tabeli lahko ustvarite več kot en indeks. Če na primer stranko pogosto iščete z imenom stranke ali telefonsko številko, lahko iskanje pospešite tako, da sestavite indeks za stolpec z imenom stranke in telefonsko številko.
11. Večina podatkovnih zbirk samodejno ustvari indeks na podlagi primarnega ključa.

Ustvarjanje podatkovne zbirke Access

Pri uporabi relacijske podatkovne zbirke Access ne morete preprosto začeti postopka vnosa podatkov. Uporabiti je treba zasnovo RDBMS, ki informacijski blok razdeli na več tabel. Združeni sta z relacijskimi povezavami, pri katerih se polje ene tabele ujema s poljem druge tabele.

Algoritem za ustvarjanje podatkovne zbirke:

1. vnaprej opredelite podatke in sestavite seznam zahtevana polja (podatki) z različnimi vrstami podatkov.
2. Odpravite nepotrebna polja. ne smejo hraniti istih informacij na več kot eni lokaciji. Kje: je mogoče Izračunajte eno polje z uporabo drugega, shranite eno.
3. Organizirajte polja. oblikujte jih v skladu z njihovim opisom in tako vsako skupino spremenite v tabelo.
4. Dodajanje kodnih tabel s kraticami.
5. V podatkovno zbirko vključite tabelo z imeni in dvočrkovnimi kodami.
6. Izberite primarni ključ.
7. Povezovalne tabele.

Tako lahko povzamemo, da so glavne prednosti RDBMS, da uporabnikom omogočajo preprosto razvrščanje in shranjevanje podatkov, da so zlahka razširljive in niso odvisne od fizične organizacije. Ko je ustvarjena začetna podatkovna zbirka, je mogoče dodati novo podatkovno kategorijo, ne da bi spremenili vse obstoječe aplikacije.