【初心者向け】データベース構築にあたり知っておきたいおきたい基礎知識

この記事では、データベース構築にあたり、知っておきたい基礎知識について、説明する。

タイトルの通り、初心者向けの記事になっているので、そのつもりで読んでほしい。

1.データベースの定義とは

まず、データベースとは何か定義をする必要がある。データベースソフトで有名なオラクル社では、データベースを以下のように定義している。

データベースとは、構造化した情報またはデータの組織的な集合であり、通常はコンピューター・システムに電子的に格納されています。

データベースは通常、データベース管理システム(DBMS)で制御します。データとDBMS、およびそれらに関連するアプリケーションをまとめてデータベース・システムと呼びます。多くの場合は単にデータベースと呼んでいます。

現在運用されている最も一般的なタイプのデータベースに格納されているデータは、処理とデータのクエリを効率化するために、一連のテーブルの行と列でモデル化されていることが普通です。

このようにデータをモデル化すれば、アクセス、管理、変更、更新、制御、および整理が容易になります。

ほとんどのデータベースでは、データの書き込みとクエリに構造化クエリ言語（SQL）を使用します。

Oracle Japan 公式サイト『データベースとは』より一部抜粋

もう少しかみ砕くと、「ある一定の規則に従って関連性のあるデータのかたまり」をデータベースと呼んでいる。

また、データベースと言うと電子的なものを想像しがちであるが、辞書や電話帳なども一種のデータベースである。(ただし、この記事では、電子的なデータベースを対象とする。)

そして、データベースには、次のような特徴がある。

➀独立性

データベース自体が独立しており、格納構造を変更しても、アプリケーションプログラムに影響を及ぼさない

②冗長性の排除

データベースは、冗長性を排除する必要がある。そのため、データを論理的な関係に基づいて設計・管理するべきである。

③同時処理の制御

データベースは、同じデータを同時に処理できないよう制御する必要がある。そのため、排他制御により、データを保護し整合性を保つべきである。

2.データモデルについて

データモデルとは、データ同士の関係性などを論理的に記述したものである。

代表的なデータモデルは以下の通りである。

2-1.関係モデル

関係モデルは、データの従属関係は度外視して、表形式で表すデータモデルである。最も一般的なデータベースの型であるリレーショナルデータベースも関係モデルである。

関係データベースは、表、行、列で出来ており、それぞれの呼び名や何を指しているかは必ず覚えてほしい。

2-2.階層モデル

階層モデルは、階層構造(木構造)によってデータを管理するデータモデルである。

2-3.ネットワークモデル

ネットワークモデルは、階層構造を多対多で持つデータモデルである。階層モデルが、「1対多」なのに対し、ネットワークモデルは、「多対多」である点が異なる。

2-4.オブジェクト志向モデル

オブジェクト志向モデルは、データと処理手続きを一体化したオブジェクト志向のデータ構造をもつデータモデルである。写真・画像・音声などの異なるデータを統合して扱うことができる。

3.スキーマとは

スキーマとは、データの性質、形式、他のデータとの関連などのデータ定義の集合をいう。

ANSI(米国規格協会)の規格によると、下記の3層に分けて仕様が定義される。(3層スキーマ)

3層に定義を分けることで、論理データと物理データの独立性を高めている。

3-1.外部スキーマ

外部スキーマでは、利用者の必要とするデータの見方を表現する。外向きの概念であり、プログラムに加えた変更は、外部スキーマまでしか影響しない。

3-2.概念スキーマ

概念スキーマでは、事象を抽象化してデータの論理的関係を表現する。いわゆるデータベース本体である。プログラムからもハードウェアからも切り離されており、データの独立性が保たれている。

3-3.内部スキーマ

内部スキーマでは、記憶装置(物理装置)上にどのような形式や編成で記録するかというようなデータの物理的関係を表現する。概念スキーマをコンピュータ上に実装するための記述である。

ハードウェア的な変更は、このスキーマで影響を吸収する。

4.DBMSとは

DBMSとは、Data Base Management Systemの略であり、ユーザとデータベースの中間に位置し、データベースの定義や操作、制御などを行うミドルウェアである。

DBMSは、次のような機能を保有している。

4-1定義機能

各種スキーマの定義を行う機能。

4-2.リカバリ機能

破壊されたデータベースを復元する機能。

4-3.セキュリティ機能

データの不当な漏洩や改ざんを未然に防止するために、アクセスを制御する機能。

4-4.再編成機能

データベースの格納位置などを再編成し、アクセス性能を向上させる機能

4-5.排他制御機能

複数の利用者が同じ情報を更新する際の不整合を防止するために、アクセス制御する機能。なお、排他制御の方法は大きく2つに分けられる。

(1)共有ロック

共有ロックとは、編集者以外のユーザがデータを読むことは出来るが、書くことは出来ないロックの方法である。

(2)専有ロック

専有ロックとは、編集者以外のユーザがデータを読むことも書くことも出来ないロックの方法である。

4-6.オプティマイズ機能

SQL文での問い合わせを最適化し、処理の実行計画をつくる機能。

【まとめ】システム設計をするにはデータベースの基本を知っておいたほうが良い

いかがだろうか。今回はデータベースの基本について説明した。

データベースは、ほとんどのシステムに必要なものであり、基本的な概念は押さえておいたほうが良い。

この記事が少しでもお役に立てば幸いである。

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