Про схеми баз даних

Схема бази даних виступає основним архітектурним блоком, який визначає логічну структуру даних у цій самій базі. Її головне завдання – забезпечити єдине і послідовне представлення даних для різних додатків і користувачів. У своєму складі схема містить опис даних, їхні характеристики та взаємозв’язки. А це спрощує доступ, зміну та управління даними.

Важливо розуміти відмінність між схемою бази даних і фізичною структурою зберігання даних. Перша – описує логічну організацію даних, незалежно від того, як вони фактично зберігаються. Вона дає розуміння структури даних та їхнього взаємозв’язку. Друга ж – визначає конкретні методи зберігання інформації на диску або в пам’яті комп’ютера. Це включає в себе вибір методів зберігання, організацію індексів, поділ на файли та інші аспекти, пов’язані з конкретним розподілом даних на фізичному носії.

Зміни в логічній структурі бази даних не впливають на фізичне сховище і навпаки. Це робить базу даних більш гнучкою, полегшує її підтримку та зміну відповідно до вимог бізнесу.

Компоненти 

Компоненти схеми бази даних являють собою основні елементи, з яких вона складається. Вони визначають структуру й організацію даних у системі. Давайте розглянемо кожен компонент докладніше.

• Таблиці

Є основними структурами даних у базі, де інформація організована у вигляді рядків і стовпців. Кожна таблиця – це сукупність сутностей певного типу, наприклад, співробітників, замовлень або товарів.

Приклад таблиці “Співробітники”:

• Поля

Визначають атрибути даних та їхні типи, які зберігаються в кожному стовпці таблиці.

Візьмемо для прикладу опис полів у таблиці “Співробітники”:

• ID: цілочисельний тип даних.
• Ім’я: строковий тип даних.
• Посада: рядковий тип даних.
• Зарплата: числовий тип даних.

Ці типи даних визначають, яка інформація може бути збережена в кожному полі таблиці, і забезпечують цілісність даних.

• Ключі

Використовуються для унікальної ідентифікації записів у таблиці та для встановлення зв’язків між ними.

Як використовуються ключі в таблиці “Співробітники”?

– Первинний ключ: ID (унікально ідентифікує кожного співробітника)

• Зв’язки

Визначають відносини між різними таблицями в базі даних. Вони дають змогу зв’язувати дані з різних таблиць на основі їхніх відносин.

Як приклад розглянемо зв’язок між таблицями “Співробітники” і “Відділи”:

• Зв’язок “Один до багатьох”: кожен співробітник може бути прикріплений тільки до одного відділу, але в одному відділі може бути багато співробітників.

• Обмеження

Застосовуються для забезпечення цілісності даних і визначення правил доступу до даних. Наприклад, обмеження унікальності для поля ID – гарантує, що кожен співробітник має унікальний ідентифікатор.

Усередині схеми бази даних компоненти взаємодіють, визначаючи відносини між таблицями, встановлюючи зовнішні ключі та застосовуючи обмеження для цілісності даних. Наприклад, у таблиці може бути поле, яке посилається на унікальний ідентифікатор в іншій таблиці, що створює зв’язок між ними. Цей процес забезпечує зв’язність і цілісність даних у базі, що важливо для правильної організації інформації.

FoxmindEd – це навчальний центр, що має велику різноманітність напрямків курсів для новачків та програмістів з досвідом!

Тільки починаєте свій шлях в ІТ? Спробуйте курси Start

Вже маєте базові навички програмування? Тоді
курси Junior саме для вас.

Хочете поглибити свої знання в ІТ? Ми маємо курси Middle/Senior

Типи схем 

Під час проектування бази даних використовуються різні типи схем, кожен з яких має свою роль і мету. Розглянемо основні типи та їх застосування в процесі проєктування.

1. Логічна схема

• Визначає структуру даних та їхні відносини в базі даних незалежно від конкретної реалізації на фізичному рівні. Тобто позначає, які дані будуть зберігатися в базі, і як вони будуть пов’язані між собою.

• Призначення: для опису структури даних на рівні концепцій і відносин, що допомагає розробникам зрозуміти структуру даних і логіку їх взаємозв’язків.

• Застосування: використовується на етапі проектування бази даних для створення загального розуміння про дані та їх взаємозв’язки. Це дає можливість визначити основні сутності, їхні атрибути та відносини між ними.

2. Фізична схема

• Вказує спосіб зберігання даних на фізичному рівні, включно зі структурою файлів, методами індексації та розподілом даних на диску.

• Призначення: описує конкретну реалізацію бази даних на рівні зберігання даних. Це підвищує продуктивність і ефективність роботи з ними.

• Застосування: використовується для оптимізації продуктивності бази даних, включно з вибором способу зберігання даних, створенням індексів і налаштуванням параметрів зберігання.

3. Схема представлення

• Вона також відома як зовнішня схема або рівень представлення. Визначає, як дані будуть представлені для певного користувача або програми. Це абстрактне представлення даних, яке приховує технічні деталі реалізації бази даних і надає зручний інтерфейс для роботи з ними.

• Призначення: забезпечення зручного інтерфейсу доступу до даних для кінцевих користувачів і додатків. Це дає змогу приховати складність внутрішньої структури бази даних.

• Застосування: використовується для створення користувацьких інтерфейсів, звітів і запитів, які відображають дані в зручній формі для кінцевих користувачів.

Яким чином застосовуються різні типи схем баз даних у процесі їхнього проектування?

• Логічна схема: це початкове визначення структури даних та їх взаємозв’язків на абстрактному рівні. Використовується на початкових етапах проектування для того, щоб зрозуміти, як дані буде організовано і як взаємодіятимуть між собою.

• Фізична схема: використовується на етапі оптимізації продуктивності бази даних та її реалізації на фізичному рівні. Це конкретний опис способу зберігання даних на диску або в пам’яті комп’ютера, включно з вибором сховища даних, індексацією тощо.

• Схема представлення: використовується для створення зручних інтерфейсів доступу до даних для кінцевих користувачів і додатків. Це абстрактне представлення даних, яке приховує технічні деталі та надає зручний доступ до даних для роботи з ними.

Проектування 

У цьому розділі розглянемо основи проєктування та найкращі практики, а також інструменти та методології візуалізації, необхідні для цього процесу. Чому цей етап такий важливий? Правильно спроектована схема забезпечує ефективне зберігання, доступ і управління даними, що своєю чергою впливає на функціональність і продуктивність усієї системи.

Для початку розглянемо основи проєктування схеми бази даних. Вони включають:

• Аналіз вимог: розуміння бізнес-вимог і потреб користувачів для визначення необхідних даних та їх взаємозв’язків.
• Нормалізація даних: допомагає уникнути повторення даних і гарантує їхню цілісність.
• Встановлення зв’язків: необхідна для ефективного моделювання бізнес-процесів і відносин між даними.
• Оптимізацію продуктивності: означає вибір відповідних типів даних, створення індексів і оптимізацію запитів для високої продуктивності бази даних.

Перейдемо до розгляду найкращих практик проєктування схеми бази даних. Вони включають:

• Простоту і зрозумілість: схема бд повинна бути простою і легко зрозумілою, щоб спростити розробку, супровід і розуміння системи.
• Гнучкість і розширюваність: схема має бути гнучкою і легко розширюваною, щоб адаптуватися до мінливих вимог бізнесу.
• Документування: необхідно підтримувати документацію схеми для розуміння структури даних та їх взаємозв’язків.

Нарешті, для візуалізації та створення схеми бази даних ми можемо використовувати різні інструменти, включно з:

• ER-діаграми (діаграми сутність-зв’язок): дають змогу візуалізувати структуру бази даних, відображаючи сутності, їхні атрибути та зв’язки між ними.
• Комп’ютерні програми для моделювання баз даних: Існує безліч програмних інструментів, таких як MySQL Workbench, Microsoft Visio, Lucidchart тощо, що полегшують створення та візуалізацію.
• Нотація і стандарти: необхідно дотримуватися встановлених нотацій і стандартів при створенні ER-діаграм, щоб розуміння схеми було єдиним.

Робота зі схемами в різних СУБД

Розглянемо основні аспекти роботи з такими системами управління базами даних (СУБД), як MySQL, PostgreSQL і Oracle, а також приклади їхнього створення та зміни.

• MySQL

Це одна з найпопулярніших відкритих реляційних СУБД. У MySQL schema база даних створюється з використанням мови SQL (освоїти цю мову на практиці ви можете на курсі QA Automation від компанії FoxmindED).

Особливості:

• У MySQL схема бази даних зберігається у вигляді набору таблиць, індексів та інших об’єктів бази даних.
• Для створення схеми використовується команда CREATE SCHEMA, а для створення таблиць – команда CREATE TABLE.
• Зміна схеми в MySQL виконується з використанням команд ALTER TABLE, ALTER DATABASE, DROP TABLE та інших.

Приклад створення таблиці в MySQL:

CREATE TABLE employees (

    id INT PRIMARY KEY,

    name VARCHAR(50),

    department VARCHAR(50)

);

• PostgreSQL

Потужна об’єктно-реляційна СУБД з відкритим вихідним кодом, яка також використовує мову SQL для роботи.

Особливості:

• Підтримує ширший спектр можливостей, включно зі збереженими процедурами, тригерами, користувацькими типами даних та іншими розширеннями.
• Створення схеми бази даних і таблиць виконується з використанням команд CREATE SCHEMA і CREATE TABLE відповідно.
• Зміна схеми також виконується за допомогою команд ALTER TABLE, ALTER SCHEMA, DROP TABLE та інших.

Приклад створення таблиці в PostgreSQL:

CREATE TABLE employees (

    id SERIAL PRIMARY KEY,

    name VARCHAR(50),

    department VARCHAR(50)

);

• Oracle

Одна з найпоширеніших комерційних СУБД, що використовує мову PL/SQL для роботи зі схемами баз даних.

Особливості:

• Має високу продуктивність і масштабованість. Завдяки цьому вона популярна і використовується на великих підприємствах.
• Створення схеми тут виконується з використанням команд CREATE TABLESPACE і CREATE TABLE відповідно.
• Зміна схеми відбувається за допомогою команд ALTER TABLE, ALTER DATABASE, DROP TABLE та інших.

Приклад створення таблиці в Oracle:

CREATE TABLE employees (

    id NUMBER PRIMARY KEY,

    name VARCHAR2(50),

    department VARCHAR2(50)

);

Висновок

Добре спроектована схема бази даних є наріжним каменем для успішного додатка або системи. Вона забезпечує: ефективність, масштабованість, надійність, гнучкість і безпеку. Саме тому вивчення принципів проектування схем – це інвестиція у ваше майбутнє як розробника баз даних.

Пам’ятайте: добре спроектована схема – це основа успішної бази даних.