Требования к реализации БД

Необходимым качеством реляционной базы данных является т.н. ссылочная целостность, заключающаяся в отсутствии в любой таблице базы данных внешних ключей, ссылающихся на несуществующие записи в этой или других таблицах. База данных, в которой ссылочная целостность нарушена, не может нормально эксплуатироваться, т.к. в ней разорваны связи между зависимыми объектами или даже между частями одного и того же объекта. Непосредственным результатом нарушения ссылочной целостности является то, что корректным запросом не удается выбрать все данные, относящиеся к искомому объекту или группе объектов. Причинами нарушения ссылочной целостности может быть некорректная работа программного обеспечения (неполная запись объектов, некорректная правка ссылки и т.п.) или сбои в работе оборудования.

Обязательным (хотя и не достаточным) условием сохранения ссылочной целостности является поддержка транзакций. Если программное обеспечение выполняет группу связанных между собой операций, которые по отдельности могут приводить к нарушению целостности ссылок, СУБД должна предоставлять возможность выполнения всей этой группы в одной транзакции, т.е. так, чтобы при любом сбое производилась автоматическая отмена всех операций группы, в том числе уже полностью завершенных.

Кроме того, СУБД может иметь механизм автоматического поддержания ссылочной целостности, основанный на явном описании ссылок при создании БД. При описании таблиц БД программист явно описывает, какие поля таблиц являются внешними ключами и на какие таблицы они ссылаются. Эта информация сохраняется в служебных областях памяти БД. Любая операция, изменяющая данные в таблице, вызывает автоматическую проверку ссылочной целостности. При этом:

• При операции добавления или редактирования записи автоматически проверяется, ссылаются ли внешние ключи в этой записи на существующие записи в заявленных при описании связанных таблицах. Если выясняется, что операция приведет к появлению некорректных ссылок, она отменяется.

• При операции редактирования записи проверяется, не изменяется ли ее первичный ключ, и нет ли на нее ссылок. Если первичный ключ изменяется, и при этом на данную запись имеются ссылки, то операция редактирования отменяется или же происходит каскадное обновление внешних ключей в связанных таблицах.

• При операции удаления записи проверяется, нет ли на нее ссылок. Если ссылки имеются, то удаление отменяется, либо происходит каскадное удаление связанных записей.

Для устранения из БД избыточных функциональных зависимостей между полями таблиц используется т.н. нормализация – процесс преобразования БД к виду, соответствующему одной из т.н. нормальных форм. Понятие нормальной формы было введено Эдгаром Коддом при создании реляционной модели БД. Основное назначение нормальных форм – обеспечение минимальной избыточности данных, содержащихся в базе.

Каждая нормальная форма представляет собой определенное условие, которому должна соответствовать таблица базы данных. Если таблица не соответствует нормальной форме, она может быть приведена к ней (нормализована) за счет декомпозиции, т.е. разбиения на несколько таблиц,

связанных между собой. Обычно выделяют следующие нормальные формы:

• Первая нормальная форма (1NF). Таблица находится в первой нормальной форме, если каждое из ее полей содержит только одно значение, и все строки различны.

• Вторая нормальная форма (2NF). Таблица находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме, и при этом любое ее поле, не входящее в состав первичного ключа, зависит от первичного ключа, но при этом не находится в зависимости от какой-либо его части.

• Третья нормальная форма (3NF). Таблица находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме, и при этом любое ее неключевое поле функционально зависит только от первичного ключа.

Также известны нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF), четвертая и пятая нормальные формы (4NF и 5NF), но они при разработке БД используются сравнительно редко.

Многомерная модель. Многомерная модель рассматривает данные либо как факты с соответствующими численными параметрами, либо как текстовые измерения, которые характеризуют эти факты. К примеру, в розничной торговле покупка – это факт, объем покупки и стоимость – параметры, а тип приобретенного продукта, время и место покупки – измерения.

Многомерная модель данных характеризуется следующими преимуществами использования:

• Возможность анализа больших объемов данных с приемлемой скоростью.

• Возможность осуществления любых «срезов» и «углублений» в структуре БД.

• Быстрая локализация трендов и проблемных областей.

Многомерный подход возник практически одновременно и параллельно с реляционным, но только с середины 1990-х годов интерес к многомерным СУБД (МСУБД) начал приобретать всеобщий характер в связи с массовым появлением информационных систем, ориентированных на аналитическую обработку данных.

Объектная модель. В объектно-ориентированной БД данные оформлены в виде моделей объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями. Объектно-ориентированный подход представляет более совершенные средства для отображения реального мира, чем реляционная модель, т.к. обеспечивают естественное представление данных (в реляционной модели все отношения принадлежат одному уровню, в то время как объектную модель можно рассматривать послойно, на разных уровнях абстракции), и, кроме того, имеется возможность определения новых типов данных и операций с ними. В то же время объектной модели присущ и ряд недостатков: отсутствуют мощные непроцедурные средства извлечения объектов из базы, а вместо декларативных средств ограничений целостности приходится писать процедурный код. Последнее является основной причиной того, что СУБД, использующие объектную модель, пока уступают по распространенности реляционным СУБД. Примеры объектных СУБД: IBM Lotus Notes/Domino, Jasmine, ObjectStore.

СУБД позволяют структурировать, систематизировать и организовать данные для их компьютерного хранения и обработки. Невозможно представить себе деятельность современного предприятия или учреждения без использования профессиональных СУБД. Несомненно, они составляют фундамент информационной деятельности во всех сферах — начиная с производства и заканчивая финансами и телекоммуникациями.