О схемах баз данных

Схема базы данных выступает в качестве основного архитектурного блока, который определяет логическую структуру данных в этой самой базе. Ее главная задача — обеспечить единое и последовательное представление данных для различных приложений и пользователей. В своем составе схема содержит описание данных, их характеристики и взаимосвязи. А это упрощает доступ, изменение и управление данными.

Важно понимать отличие между схемой базы данных и физической структурой хранения данных. Первая — описывает логическую организацию данных, независимо от того, как они фактически хранятся. Она дает понимание структуры данных и их взаимосвязи. Вторая же — определяет конкретные методы хранения информации на диске или в памяти компьютера. Это включает в себя выбор методов хранения, организацию индексов, разделение на файлы и другие аспекты, связанные с конкретным распределением данных на физическом носителе.

Изменения в логической структуре базы данных не влияют на физическое хранилище и наоборот. Это делает базу данных более гибкой, облегчает ее поддержку и изменение в соответствии с требованиями бизнеса.

Компоненты 

Компоненты схемы базы данных представляют собой основные элементы, из которых она состоит. Они определяют структуру и организацию данных в системе. Давайте рассмотрим каждый компонент подробнее.

• Таблицы

Являются основными структурами данных в базе, где информация организована в виде строк и столбцов. Каждая таблица — это совокупность сущностей определенного типа, например, сотрудников, заказов или товаров.

Пример таблицы «Сотрудники»:

• Поля

Определяют атрибуты данных и их типы, которые хранятся в каждом столбце таблицы.

Возьмем для примера описание полей в таблице «Сотрудники»:

• ID: целочисленный тип данных.
• Имя: строковый тип данных.
• Должность: строковый тип данных.
• Зарплата: числовой тип данных.

Эти типы данных определяют, какая информация может быть сохранена в каждом поле таблицы, и обеспечивают целостность данных.

• Ключи

Используются для уникальной идентификации записей в таблице и для установления связей между ними.

Как используются ключи в таблице «Сотрудники»?

— Первичный ключ: ID (уникально идентифицирует каждого сотрудника)

• Связи

Определяют отношения между различными таблицами в базе данных. Они позволяют связывать данные из разных таблиц на основе их отношений.

В качестве примера рассмотрим связь между таблицами «Сотрудники» и «Отделы»:

• Связь «Один ко многим»: каждый сотрудник может быть прикреплен только к одному отделу, но в одном отделе может быть много сотрудников. 

• Ограничения

Применяются для обеспечения целостности данных и определения правил доступа к данным. Например, ограничение уникальности для поля ID — гарантирует, что каждый сотрудник имеет уникальный идентификатор.

Внутри схемы базы данных компоненты взаимодействуют, определяя отношения между таблицами, устанавливая внешние ключи и применяя ограничения для целостности данных. Например, в таблице может быть поле, которое ссылается на уникальный идентификатор в другой таблице, что создает связь между ними. Этот процесс обеспечивает связность и целостность данных в базе, что важно для правильной организации информации.

FoxmindEd — это учебный центр с большим выбором направлений курсов для новичков и программистов с опытом!

Начинаешь свой путь в IТ? Попробуй курсы Start

Имеешь базовые навыки программирования? Тогда тебе на курсы Junior

Хочешь углубить свои знания в IТ? У нас есть курсы Middle/Senior

Типы схем 

При проектировании базы данных используются различные типы схем, каждый из которых имеет свою роль и цель. Рассмотрим основные типы и их применение в процессе проектирования.

1. Логическая схема

• Определяет структуру данных и их отношения в базе данных независимо от конкретной реализации на физическом уровне. То есть обозначает, какие данные будут храниться в базе, и как они будут связаны между собой.

• Назначение: для описания структуры данных на уровне концепций и отношений, что помогает разработчикам понять структуру данных и логику их взаимосвязей.

• Применение: используется на этапе проектирования базы данных для создания общего понимания о данных и их взаимосвязях. Это дает возможность определить основные сущности, их атрибуты и отношения между ними.

2. Физическая схема

• Указывает способ хранения данных на физическом уровне, включая структуру файлов, методы индексации и распределение данных на диске.

• Назначение: описывает конкретную реализацию базы данных на уровне хранения данных. Это повышает производительность и эффективность работы с ними.

• Применение: используется для оптимизации производительности базы данных, включая выбор способа хранения данных, создание индексов и настройку параметров хранения.

3. Схема представления

• Она также известна как внешняя схема или уровень представления. Определяет, как данные будут представлены для определенного пользователя или приложения. Это абстрактное представление данных, которое скрывает технические детали реализации базы данных и предоставляет удобный интерфейс для работы с ними.

• Назначение: обеспечение удобного интерфейса доступа к данным для конечных пользователей и приложений. Это позволяет скрыть сложность внутренней структуры базы данных.

• Применение: используется для создания пользовательских интерфейсов, отчетов и запросов, которые отображают данные в удобной форме для конечных пользователей.

Как же применяются различные типы схем баз данных в процессе их проектирования?

• Логическая схема: это первоначальное определение структуры данных и их взаимосвязей на абстрактном уровне. Используется на начальных этапах проектирования для того, чтобы понять, как данные будут организованы и как будут взаимодействовать между собой.

• Физическая схема: используется на этапе оптимизации производительности базы данных и ее реализации на физическом уровне. Это конкретное описание способа хранения данных на диске или в памяти компьютера, включая выбор хранилища данных, индексацию и т. д.

• Схема представления: используется для создания удобных интерфейсов доступа к данным для конечных пользователей и приложений. Это абстрактное представление данных, которое скрывает технические детали и предоставляет удобный доступ к данным для работы с ними.

Проектирование 

В этом разделе рассмотрим основы проектирования и лучшие практики, а также инструменты и методологии визуализации, необходимые для этого процесса. Почему этот этап так важен? Правильно спроектированная схема обеспечивает эффективное хранение, доступ и управление данными, что в свою очередь оказывает влияние на функциональность и производительность всей системы.

Для начала рассмотрим основы проектирования схемы базы данных. Они включают:

• Анализ требований: понимание бизнес-требований и потребностей пользователей для определения необходимых данных и их взаимосвязей.
• Нормализацию данных: помогает избежать повторения данных и гарантирует их целостность.
• Установку связей: необходима для эффективного моделирования бизнес-процессов и отношений между данными.
• Оптимизацию производительности: означает выбор подходящих типов данных, создание индексов и оптимизация запросов для высокой производительности базы данных.

Перейдем к рассмотрению лучших практик проектирования схемы базы данных. Они включают:

• Простоту и понятность: схема бд должна быть простой и легко понятной, чтобы упростить разработку, сопровождение и понимание системы.
• Гибкость и расширяемость: схема должна быть гибкой и легко расширяемой, чтобы адаптироваться к изменяющимся требованиям бизнеса.
• Документирование: необходимо поддерживать документацию схемы для понимания структуры данных и их взаимосвязей.

Наконец, для визуализации и создания схемы базы данных мы можем использовать различные инструменты, включая:

• ER-диаграммы (диаграммы сущность-связь): позволяют визуализировать структуру базы данных, отображая сущности, их атрибуты и связи между ними.
• Компьютерные программы для моделирования баз данных: существует множество программных инструментов, таких как MySQL Workbench, Microsoft Visio, Lucidchart и др., которые облегчают создание и визуализацию.
• Нотация и стандарты: необходимо следовать установленным нотациям и стандартам при создании ER-диаграмм чтобы понимание схемы было единым.

Работа со схемами в разных СУБД

Рассмотрим основные аспекты работы с такими системами управления базами данных (СУБД), как MySQL, PostgreSQL и Oracle, а также примеры их создания и изменения.

• MySQL

Это одна из самых популярных открытых реляционных СУБД. В MySQL schema база данных создается с использованием языка SQL (освоить данный язык на практике вы можете на курсе QA Automation от компании FoxmindED).

Особенности:

• В MySQL схема базы данных хранится в виде набора таблиц, индексов и других объектов базы данных.
• Для создания схемы используется команда CREATE SCHEMA, а для создания таблиц — команда CREATE TABLE.
• Изменение схемы в MySQL выполняется с использованием команд ALTER TABLE, ALTER DATABASE, DROP TABLE и других.

Пример создания таблицы в MySQL:

CREATE TABLE employees (

    id INT PRIMARY KEY,

    name VARCHAR(50),

    department VARCHAR(50)

);

• PostgreSQL

Мощная объектно-реляционная СУБД с открытым исходным кодом, которая также использует язык SQL для работы.

Особенности:

• Поддерживает более широкий спектр возможностей, включая хранимые процедуры, триггеры, пользовательские типы данных и другие расширения.
• Создание схемы базы данных и таблиц выполняется с использованием команд CREATE SCHEMA и CREATE TABLE соответственно.
• Изменение схемы также выполняется с помощью команд ALTER TABLE, ALTER SCHEMA, DROP TABLE и других.

Пример создания таблицы в PostgreSQL:

CREATE TABLE employees (

    id SERIAL PRIMARY KEY,

    name VARCHAR(50),

    department VARCHAR(50)

);

• Oracle

Одна из наиболее распространенных коммерческих СУБД, использующая язык PL/SQL для работы со схемами баз данных.

Особенности:

• Обладает высокой производительностью и масштабируемостью. Благодаря этому она популярна и используется на крупных предприятиях.
• Создание схемы здесь выполняется с использованием команд CREATE TABLESPACE и CREATE TABLE соответственно.
• Изменение схемы происходит с помощью команд ALTER TABLE, ALTER DATABASE, DROP TABLE и других.

Пример создания таблицы в Oracle:

CREATE TABLE employees (

    id NUMBER PRIMARY KEY,

    name VARCHAR2(50),

    department VARCHAR2(50)

);

Заключение

Хорошо спроектированная схема базы данных является краеугольным камнем для успешного приложения или системы. Она обеспечивает: эффективность, масштабируемость, надежность, гибкость и безопасность. Именно поэтому изучение принципов проектирования схем – это инвестиция в ваше будущее как разработчика баз данных.

Помните: хорошо спроектированная схема – это основа успешной базы данных.