Понятие базы данных. Основные принципы проектирования баз данных. Типы связей между объектами.

База данных - набор сведений, хранящихся некоторым упорядоченным способом. Можно сравнить базу данных со шкафом, в котором хранятся документы. Иными словами, база данных - это хранилище данных. Сами по себе базы данных не представляли бы интереса, если бы не было систем управления базами данных (СУБД).
Система управления базами данных - это совокупность языковых и программных средств, которая осуществляет доступ к данным, позволяет их создавать, менять и удалять, обеспечивает безопасность данных и т.д. В общем СУБД - это система, позволяющая создавать базы данных и манипулировать сведениями из них. А осуществляет этот доступ к данным СУБД посредством специального языка - SQL.
SQL - язык структурированных запросов, основной задачей которого является предоставление простого способа считывания и записи информации в базу данных.
Почти все современные СУБД основаны на реляционной модели данных. Название "реляционная" связано с тем, что каждая запись в такой базе данных содержит информацию, относящуюся (related) только к одному объекту. Кроме того, с данными о двух объектах можно работать как с единым целым, основанным на значениях связанных между собой данных. Все данные в реляционной БД представлены в виде таблиц. Каждая строка таблицы содержит информацию только об одном объекте и называется записью. Столбец таблицы содержит однотипную для всех записей информацию и называется полем.
Для успешного функционирования базы данных важна правильная организация данных в ней. При определении структуры данных в базе выделяют следующие основные понятия.
Класс объектов - совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств. Например, в базе данных о ВУЗе классами объектов являются студенты, преподаватели, предметы. Для каждого отдельного объекта из данного класса объектов в таблице создается отдельная запись.
Свойство (атрибут) - определенная часть информации о некотором объекте. Хранится в виде столбца (поля) таблицы. Например, фамилия, имя, отчество - это свойства для объекта Студент.
Связь (отношение) - способ, которым связана информация о разных объектах.
Типы связей между объектами
Основным структурным компонентом базы данных, как правило, является таблица. При определении состава таблиц следует руководствоваться правилом: в каждой таблице должны храниться данные только об одном классе объектов. Например, в одной таблице нельзя хранить анкетные данные студента и фамилии преподавателей, которым он сдавал экзамены, т.к. это свойства разных классов объектов.
Если в базе данных должна содержаться информация о разных классах объектов, то она должна быть разбита на отдельные таблицы. Связь между таблицами осуществляется с помощью общих полей.
Связи между любыми двумя таблицами относятся к одному из трех типов: один-к-одному (1:1), один-ко-многим (1:М) и много-ко-многим (М:М).
Связь типа “один-к-одному” (1:1)
При этом типе связи каждой записи в одной таблице соответствует не более одной записи в другой таблице. Этот вид связи встречается довольно редко. В основном в тех случаях, когда часть информации об объекте либо редко используется, либо является конфиденциальной (такая информация хранится в отдельной таблице, которая защищена от несанкционированого доступа).
Связь типа “один-ко-многим” (1:М)
При таком типе связи каждой записи в одной таблице соответствует несколько записей в связанной таблице. Этот наиболее распространенный тип связей. Для его реализации используются две таблицы. Одна из них представляет сторону "один", другая - сторону "много". Например, нужно иметь информацию о студентах и результатах сдачи ими экзаменов (дата сдачи, предмет, оценка и т.д.). Если все это хранить в одной таблице, то ее объем неоправданно возрастет, т.к. в ней для каждой записи об очередном экзамене должны повторяться все анкетные сведения о студенте. Поскольку Студент и Экзамены - это разные классы объектов, то и свойства их должны храниться в разных таблицах.
Решением этой задачи является создание двух таблиц. Условно назовем их Студенты и Экзамены. В каждой из них хранятся соответствующие свойства. Для связи этих таблиц нужно использовать только часть информации о студенте, сдающем экзамен. Но она должна однозначно определять каждого студента среди всех. Такой информацией может явиться, например, номер зачетки (он уникален для каждого студента).
В таблице со стороны "один" (в нашем примере Студенты) такие поля называются ключевыми. Основное требование к значениям в ключевых полях - это их уникальность для каждой записи (т.е. они не должны повторяться).
Связь типа “много-ко-многим” (М:М)
При таком типе связи множеству записей в одной таблице соответствует множество записей в связанной таблице. Большинство современных СУБД непосредственно не поддерживают такой тип связи. Для его реализации такая связь разбивается на две связи типа один-ко-многим. Соответсвенно, для хранения информации потребуется уже три таблицы: две со стороны "много" и одна со стороны "один". Связь между этими тремя таблицами также осуществляется по общим полям.