Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

18. Обзор процесса нормализации

18. Обзор процесса нормализации.

Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение.

Процесс преобразования базы данных к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией. Нормализация предназначена для приведения структуры базы данных к виду, обеспечивающему минимальную избыточность. Конечной целью нормализации является уменьшение потенциальной противоречивости хранимой в БД информации.

Типы нормальных форм:

1. Первая нормальная форма (1NF)

Отношение находится в первой нормальной форме тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.

2. Вторая нормальная форма (2NF)

Отношение находится во второй нормальной форме, если оно находится в первой нормальной форме, и при этом любой его атрибут, не входящий в состав потенциального ключа, функционально полно зависит от каждого потенциального ключа.

3. Третья нормальная форма (3NF)

Отношение находится в 3NF тогда и только тогда, когда выполняются следующие условия:

1. Отношение находится во второй нормальной форме;

2. Каждый неключевой атрибут отношения находится в нетранзитивной (то есть прямой) зависимости от потенциального ключа.

4. Нормальная форма Бойса — Кодда (BCNF)

Отношение находится в BCNF тогда и только тогда, когда каждая ее нетривиальная и неприводимая слева функциональная зависимость имеет в качестве своего детерминанта некоторый потенциальный ключ.

5. Четвёртая нормальная форма (4NF)

Таблица находится в 4NF, если она находится в BCNF и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей.

6. Пятая нормальная форма (5NF)

7. Доменно-ключевая нормальная форма (DKNF)

8. Шестая нормальная форма (6NF)

19. Основные этапы проектирования баз данных.

Основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных информационной системы:

1)Концептуальное проектирование — сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия: обследование предметной области, изучение ее информационной структуры выявление всех фрагментов, каждый из которых харакетризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами моделирование и интеграция всех представлений. По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели «сущность-связь».

2)Логическое проектирование — преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

3)Физическое проектирование — определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.

20. Смысл понятия «представление пользователя» и основные источники информации для него.

Представление – виртуальная таблица, содержащая некоторое определение на основе данных из других таблиц.

Представления (view) — это одно из мощных средств языка SQL, предназначенное для реализации механизм подсхем пользователей базы данных. Представления позволяют скрыть от пользователей схему базы данных. Они представляют собой хранимые в базе данных запросы, выраженные операторами SELECT. На базе одних представлений могут быть созданы новые представления, которые наследуют все свойства базовых представлений.

Что называется процессом нормализации

Если даны два атрибута X и Y некоторого отношения, то говорят, что Y функционально зависит от X , если в любой момент времени каждому значению X соответствует ровно одно значение Y .

Функциональная зависимость обозначается X -> Y . Отметим, что X и Y могут представлять собой не только единичные атрибуты, но и группы, составленные из нескольких атрибутов одного отношения.

Можно сказать, что функциональные зависимости представляют собой связи типа «один ко многим», существующие внутри отношения.

Некоторые функциональные зависимости могут быть нежелательны.

Избыточная функциональная зависимость — зависимость, заключающая в себе такую информацию, которая может быть получена на основе других зависимостей, имеющихся в базе данных.

Корректной считается такая схема базы данных, в которой отсутствуют избыточные функциональные зависимости. В противном случае приходится прибегать к процедуре декомпозиции (разложения) имеющегося множества отношений. При этом порождаемое множество содержит большее число отношений, которые являются проекциями отношений исходного множества. (Операция проекции описана в разделе, посвященном реляционной алгебре). Обратимый пошаговый процесс замены данной совокупности отношений другой схемой с устранением избыточных функциональных зависимостей называется нормализацией .

  • не должны появляться ранее отсутствовавшие кортежи;
  • на отношениях новой схемы должно выполняться исходное множество функциональных зависимостей.

4.2.2. 1NF — первая нормальная форма.

Простой атрибут — атрибут, значения которого атомарны (неделимы).

Сложный атрибут — получается соединением нескольких атомарных атрибутов, которые могут быть определены на одном или разных доменах. (его также называют вектор или агрегат данных).

Теперь можно дать

Определение первой нормальной формы:

отношение находится в 1NF если значения всех его атрибутов атомарны.

Рассмотрим пример, заимствованный из уже упоминавшейся статьи Е.Ф.Кодда:

В базе данных отдела кадров предприятия необходимо хранить сведения о служащих, которые можно попытаться представить в отношении СЛУЖАЩИЙ(НОМЕР_СЛУЖАЩЕГО, ИМЯ, ДАТА_РОЖДЕНИЯ, ИСТОРИЯ_РАБОТЫ, ДЕТИ).

Их связь представлена на рис. 4.3.

Рис.4.3. Исходное отношение.

Для приведения исходного отношения СЛУЖАЩИЙ к первой нормальной форме необходимо декомпозировать его на четыре отношения, так как это показано на следующем рисунке:
Рис.4.4. Нормализованное множество отношений.

Здесь первичный ключ каждого отношения выделен синей рамкой, названия внешних ключей набраны шрифтом синего цвета. Напомним, что именно внешние ключи служат для представления функциональных зависимостей, существующих в исходном отношении. Эти функциональные зависимости обозначены линиями со стрелками.

  • Начиная с отношения, находящегося на верху дерева (рис. 4.3.), берется его первичный ключ, и каждое непосредственно подчиненное отношение расширяется путем вставки домена или комбинации доменов этого первичного ключа.
  • Первичный Ключ каждого расширенного таким образом отношения состоит из Первичного Ключа, который был у этого отношения до расширения и добавленного Первичного Ключа родительского отношения.
  • После этого из родительского отношения вычеркиваются все непростые домены, удаляется верхний узел дерева, и эта же процедура повторяется для каждого из оставшихся поддеревьев.

4.2.3. 2NF — вторая нормальная форма.

неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа если он функционально зависит от всего ключа в целом, но не находится в функциональной зависимости от какого-либо из входящих в него атрибутов.

  • N_поставщика, товар -> цена
  • товар -> цена

  • ПОСТАВКИ (N_ПОСТАВЩИКА, ТОВАР)
  • ЦЕНА_ТОВАРА (ТОВАР, ЦЕНА)

Определение второй нормальной формы:

Отношение находится во 2НФ, если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от ключа.

4.2.4. 3NF — третья нормальная форма.

Пусть X, Y, Z — три атрибута некоторого отношения. При этом X —> Y и Y —> Z, но обратное
соответствие отсутствует, т.е. Z -/-> Y и Y -/-> X. Тогда Z транзитивно зависит от X.

  • фирма -> склад
  • склад -> объем

  • если в данный момент ни одна фирма не получает товар со склада, то в базу данных нельзя ввести данные о его объеме (т.к. не определен ключевой атрибут)
  • если объем склада изменяется, необходим просмотр всего отношения и изменение кортежей для всех фирм, связанных с данным складом.

  • ХРАНЕНИЕ ( ФИРМА , СКЛАД)
  • ОБЪЕМ_СКЛАДА ( СКЛАД , ОБЪЕМ)

Отношение находится в 3НФ, если оно находится во 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

4.2.5. BCNF — нормальная форма Бойса-Кодда.

Эта нормальная форма вводит дополнительное ограничение по сравнению с 3НФ.

Определение нормальной формы Бойса-Кодда:

Отношение находится в BCNF, если оно находится во 3НФ и в ней отсутствуют зависимости атрибутов первичного ключа от неключевых атрибутов.

Ситуация, когда отношение будет находится в 3NF, но не в BCNF, возникает при условии, что отношение имеет два (или более) возможных ключа, которые являются составными и имеют общий атрибут. Заметим, что на практике такая ситуация встречается достаточно редко, для всех прочих отношений 3NF и BCNF эквивалентны.

4.2.6. Многозначные зависимости и четвертая нормальная форма (4NF).

Многозначная зависимость является обобщением функциональной зависимости и рассматривает соответствия между множествами значений атрибутов.

В качестве примера рассмотрим отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ИМЯ, КУРС, УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ), хранящее сведения о курсах, читаемых преодавателем, и написанных им учебниках. Пусть профессор N читает курсы «Теория упругости» и «Теория колебаний» и имеет соответствующие учебные пособия, а профессор K читает курс «Теория удара» и является автором учебников «Теория удара» и «Теоретическая механика». Тогда наше отношение будет иметь вид: Это отношение имеет значительную избыточность и его использование приводит к возникновению аномалии обновления . Например, добавление информации о том, что профессор K будет также читать лекции по курсу «Теория упругости» приводит к необходимости добавить два кортежа (по одному для каждого написанного им учебника) вместо одного. Тем не менее, отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ находится в NFBC (ключевой атрибут — ИМЯ).

  1. зависимость множества значений атрибута КУРС от множества значений атрибута ИМЯ
  2. зависимость множества значений атрибута УЧЕБНОЕ_ПОСОБИЕ от множества значений атрибута ИМЯ.

Такие зависимости и называются многозначными и обозначаются как Нетрудно показать, что многозначные зависимости всегда образуют связанные пары, поэтому их часто обозначают Очевидно, что каждая функциональная зависимость является многозначной, но не каждая многозначная зависимость является функциональной.

Определение четвертой нормальной формы:

Отношение находится в 4NF если оно находится в BCNF и в нем отстутсвуют многозначные зависимости, не являющиеся функциональными зависимостями.

4.2.7. Зависимости по соединению и пятая нормальная форма (5NF).

До сих пор мы предполагали, что единственной операцией, необходимой для устранения избыточности в отношении, была декомпозиция его на две проекции. Однако, существуют отношения, для которых нельзя выполнить декомпозицию без потерь на две проекции, но которые можно подвергнуть декомпозиции без потерь на три (или более) проекций. Этот факт получил название зависимости по соединению , а такие отношения называют 3-декомпозируемые отношения (ясно, что любое отношение можно назвать «n-декомпозируемым», где n >= 2 ).

Детально этот вопрос здесь мы не обсуждаем (полное изложение см. в книге К.Дейта), заметим лишь, что зависимость по соединению является обощением многозначной зависимости. Отношения, в которых имеются зависимости по соединению, не являющиеся одновременно ни многозначными, ни функциональными, также характеризуются аномалиями обновления. Поэтому, вводится понятие пятой нормальной формы.

Определение пятой нормальной формы:

Отношение находится в 5НФ тогда и только тогда, когда любая зависимость по соединению в нем определяется только его возможными ключами.

Нормализация стали

Одним из способов изменения параметров стали является термообработка. Она включает несколько методов, одним из которых является нормализация. Далее рассмотрены принципы и применение данной технологии, отличия ее от прочих методов этой группы.

Нормализация стали

Общие положения

Принцип большинства технологий термической обработки подразумевает нагрев и выдержку сталей и охлаждение, что изменяет их строение. Несмотря на один принцип и сходные цели, каждая из них имеет определенные температурные и временные режимы. Термообработка может служить и в качестве промежуточного этапа, и выполнять роль окончательного технологического процесса. В первом случае такие методы используются для подготовки материала к последующей обработке, а во втором данным способом придают новые свойства.

Нормализацией стали называют процесс нагрева, выдержки материала, его последующего охлаждения на воздухе.

В результате формируется нормализованная структура. Этим объясняется название данного способа обработки.

Нормализация применяется для разных сталей, а также отливок. К тому же данной операции подвергают для измельчения структуры материала сварные швы.

Принципы

Суть нормализации состоит в нагреве стали до температуры, превышающей верхние критические значения температуры на 30 — 50°С , выдержке и охлаждении.

Температуру подбирают на основе типа материала. Так, заэвтектоидные варианты следует нормализовать в температурном интервале между точками Ас1 и Ас3, в то время как для доэвтектоидной стали используют температуры более Ас3. В результате все материалы первого типа приобретают одинаковую твердость ввиду того, что в раствор переходит одинаковое количество углерода, и фиксируется одинаковое количество аустенита. Получается состоящая из мартенсита и цемента структура.

Второй компонент способствует повышению износостойкости и твердости материала. Нагрев высокоуглеродистой стали более Ас3 ведет к увеличению внутренних напряжений вследствие роста зерен аустенита и повышению его количества за счет возрастания концентрации углерода в нем, приводящей к снижению температуры мартенситного превращения. Из-за этого сокращаются твердость и прочность.

Что касается доэвтектоидной стали, при нагреве более Ас3 она получает повышенную вязкость. Это обусловлено тем, что в низкоуглеродистой стали при этом образуется мелкозернистый аустенит, который после охлаждения переходит в мелкокристаллический мартенсит. Температуры между Ас1 и Ас3 не используют для обработки таких материалов, так как структура доэвтектоидной стали в данном случае получает феррит, снижающий ее твердость после нормализации и механические свойства после отпуска.

Оптимальные температуры нагрева при различных видах термообработки

Оптимальные температуры нагрева при различных видах термообработки

Время выдержки определяет степень гомогенизации структуры. Нормативным показателем считают час выдержки на 25 мм толщины.

Интенсивность охлаждения в существенной степени определяет количество перлита и размеры пластин.

Так, существует прямая зависимость между данными величинами. То есть с повышением интенсивности охлаждения формируется больше перлита, расстояние между пластинами и их толщина сокращаются. Это увеличивает твердость и прочность нормализованной стали. Следовательно, низкая интенсивность охлаждения способствует образованию материала меньшей прочности и твердости.

К тому же при обработке предметов с большими перепадами сечения стремятся снизить термические напряжения во избежание коробления, причем и при нагреве, и при охлаждении. Так, перед началом работ их нагревают в соляной ванне.

При снижении температуры обрабатываемого изделия до нижней критической точки допустимо ускорение охлаждения путем помещения его в масло или воду.

Таким образом, нормализация сокращает внутренние напряжения, измельчает крупнозернистую структуру поковок, отливок, сварных швов путем перекристаллизации. То есть изменяется микроструктура стали.

Назначение

Нормализацию используют в различных целях. Путем осуществления данных работ как повышают, так и наоборот снижают твердость стали, ударную вязкость и прочность. Это определяется термической и механической историей материала. Данную технологию применяют с целью сокращения остаточных напряжений либо улучшения степени обрабатываемости материала различными методами.

Стальные отливки подвергают такой обработке для гомогенизации структуры, повышения подверженности термическому упрочнению, сокращения остаточных напряжений.

Получаемые путем обработки давлением предметы нормализуют после ковки и прокатки для сокращения разнозернистости структуры и ее полосчатости соответственно.

Нормализация с отпуском служит в качестве замены закалки для предметов сложной формы либо с резкими перепадами по сечению. Данный способ позволяет избежать дефектов.

Процесс нормализации стали

Процесс нормализации стали

Кроме того, нормализацию используют с целью измельчения крупнозернистой структуры, улучшения структуры перед закалкой, повышения обрабатываемости резанием, устранения сетки вторичного цемента в заэвтектоидной стали, подготовки к завершающей термической обработке стали после нормализации.

Близкие процессы

Термическая обработка стали, помимо нормализации, включает отжиг, отпуск, закалку, криогенную обработку, дисперсионное твердение. Цель нормализации, как и принцип осуществления, совпадает с названными технологиями. Поэтому далее проведено сравнение данных процессов.

Отжиг дает более тонкую структуру перлита, так как подразумевает охлаждение в печи. Его применяют в целях снижения структурной неоднородности, напряжения после обработки литьем или давлением, придания мелкозернистой структуры, улучшения обработки резанием.

Принцип закалки аналогичен, за исключением больших температур, чем при нормализации, и повышенной скорости охлаждения, благодаря тому, что его производят в жидкостях. Закалка повышает прочность и твердость, как и нормализация. Однако полученные таким способом детали отличаются хрупкостью и пониженной ударной вязкостью.

Отпуск используется после закалки для сокращения хрупкости и напряжений. Для этого материал нагревают до меньшей температуры и охлаждают на воздухе. С ростом температуры падают предел прочности и твердость, и увеличивается ударная вязкость.

Дисперсионное твердение, относящееся также к окончательной обработке, подразумевает выделение дисперсных частиц в твердом растворе после закалки при меньшем нагреве с целью упрочнения.

Благодаря криогенной обработке материал получает равномерную структуру и твердость. Такая технология особо актуальна для закаленной углеродистой стали.

Применение

Выбор какого-либо из рассмотренных способов обработки определяется концентрацией в стали углерода. Для материалов с величиной данного показателя до 0,2% предпочтительнее использовать нормализацию. Стали с количеством углерода 0,3 — 0,4% обрабатывают и нормализацией, и отжигом. В таких случаях выбор способа осуществляют на основе требуемых свойств материала. Так, нормализация стали придает ей мелкозернистую структуру, большие прочность и твердость в сравнении с отжигом. Кроме того, данная технология является более производительным процессом. Следовательно, при прочих равных условиях она более предпочтительна. Закалке ее предпочитают ввиду хрупкости получаемых таким способом изделий и при обработке предметов с перепадами сечения во избежание дефектов.

Таким образом, нормализацию можно считать промежуточной технологией по отношению к ним: она дает материал большей твердости, чем отжиг, но менее хрупкий в сравнении с закалкой, улучшая структуру и сокращая напряжения. Ввиду этого нормализация получила в машиностроении более обширное распространение.

Лекция №3 нормализация данных

На этом занятии мы познакомимся с процессом нормализации данных — мы разобьем исходную базу данных на ее логические составляющие, называемые таблицами . Мы обсудим преимущества и недостатки нормализации и денормализации базы данных, а также рассмотрим то, как с точки зрения нормализации соотносятся целостность базы данных и ее производительность.

Нормализованные данные — это способ представления и законы, по которым строятся реляционные базы данных, созданные Э. Ф. Коддом. Процесс преобразования базы данных из более низшей в более высшую нормальную форму называется нормализацией БД. Нормализация осуществляется с целью оптимизации объема БД, быстродействия запросов и т.п. Вообще-то нормальных форм 5, но реально, на практике, используются 3 нормальные формы, точнее база данных в третьей нормальной форме (3НФ).

Нормализуем базу данных

Нормализация представляет собой процесс, направленный на уменьшение избыточности информации в базе данных. Кроме самих данных, в базе данных также могут быть нормализованы различные наименования, имена объектов и выражения.

Нормализация — это процесс, направленный на уменьшение избыточности информации в реляционной базе данных.

Типичная база данных до нормализации

Ненормализованная база данных содержит информацию в одной или нескольких различных таблицах; при этом создается впечатление, что включение данных в ту или иную таблицу не обусловлено никакими видимыми причинами. Такое положение дел может оказывать негативное влияние на безопасность данных, рациональное использование дискового пространства, скорость выполнения запросов, эффективность обновления базы данных и, что, наверное, является наиболее важным, на целостность хранимой информации. База данных перед нормализацией представляет собой структуру, которая логически еще не разбита на более управляемые таблицы меньшего размера. На рис.1 показана база данных до ее нормализации.

Рис. 1 База данных до нормализации

ID sotr
Фамилия
Имя
Отчество

квартира
дом
улица
город

индекс
телефон
дата рождения

Логическое проектирование базы данных

При проектировании любой базы данных всегда следует иметь в виду конечного пользователя. Логическое проектирование базы данных (также называемое построением ее логической модели ) представляет собой процесс объединения данных в логически организованные группы объектов, которые можно легко поддерживать. Логическое проектирование базы данных должно приводить к уменьшению повторяющейся информации или даже полному ее устранению. В конце концов, зачем хранить одни и те же данные дважды? Кроме того, все используемые в базе данных соглашения о наименованиях также должны быть стандартными и логически обоснованными.

Данные не должны быть избыточными; существует несколько причин, почему дублирование данных следует стремиться свести к минимуму. Например, нет необходимости хранить домашний адрес сотрудника компании более, чем в одной таблице, поскольку при этом непроизводительно расходуется дисковое пространство. Кроме того, может возникнуть невообразимая путаница, когда, например, адрес сотрудника в одной таблице не соответствует его же адресу в другой. Какая информация достоверна? Есть ли у вас соответствующие документы для проверки действительного адреса этого сотрудника? Как ни сложно управление информацией само по себе, избыточность данных в этом случае может оказаться настоящим бедствием.

Несколько следующих разделов мы посвятим рассмотрению нормальных форм, понятие о которых неразрывно связано с процессом нормализации базы данных.
Нормальная форма — это своеобразный показатель уровня, или глубины, нормализации базы данных. Уровень нормализации базы данных соответствует нормальной форме, в которой она находится.

Существует три наиболее распространенных нормальных формы, в которых может находиться база данных в процессе нормализации:

Из них каждая последующая зависит от шагов, предпринятых в процессе получения предыдущей нормальной формы. Например, прежде чем вы сможете нормализовать базу данных в соответствии со второй нормальной формой, эта база данных уже должна находиться в первой нормальной форме.

Для правильного построения схемы БД традиционной реляционной модели выполняется нормализация исходной схемы, которая опирается на такие понятия, как функциональная зависимость и ключ отношения.

Пусть известно отношение R (A1, A2, . An) и определено множество функциональных зависимостей F на множестве атрибутов AR отношения R. Тогда, некоторое подмножество атрибутов Х <А1, A2, . An>будем называть ключом если:

Каждый атрибут AR функционально зависит от Х, т.е. ХA1, A2 . An и эта зависимость принадлежит F+.

Ни один атрибут из набора Х не может быть удален без нарушения свойства 1, т.е. ни для какого собственного подмножества Y Х, зависимость YA1, A2, . An не принадлежит F+.

Первое свойство ( идентифицируемость ), гарантирует, что в отношении не может быть двух кортежей (двух выборок) с одинаковыми ключами.

Второе свойство ( неизбыточность ) требует, чтобы ключ состоял из минимального числа атрибутов, т.е. удаление любого атрибута из множества атрибутов, составляющих возможный ключ, лишает его первого свойства.

Таким образом, в отношении может быть несколько возможных ключей, один из которых объявляется главным или первичным ключом.

Первая нормальная форма

Все рассматриваемые отношения в реляционном подходе должны находиться в первой нормальной форме (1НФ), которая предполагает, что элементы доменов отношений не являются множествами (т.е. являются атомарными) и не ограничивает наличие функциональных зависимостей между атрибутами в схеме отношения.

Целью первой нормальной формы является разделение исходных данных на логические составляющие, именуемые таблицами. После проектирования каждой таблицы для большинства из них (или даже для всех) назначается первичный ключ. Внимательно изучите рисунок 2, из которого видно, как исходная база данных, показанная на предыдущем рисунке, была перепроектирована в соответствии с первой нормальной формой.
Рис. 2 1 нормальная форма

ID_sotr
Фамилия
Имя
Отчество

квартира
дом
улица
город

Как видите, для построения первой нормальной формы нам потребовалось разбить данные на логические составляющие (таблицы), каждая из которых имеет первичный ключ и гарантирует отсутствие повторяющихся групп данных. Теперь вместо одной большой таблицы у нас есть несколько более управляемых таблиц меньшего размера: Сотрудник и Адрес. Как правило, первичный ключ указывается в списке столбцов таблицы первым; в нашем случае первичными ключами являются, соответственно, столбцы ID_sotr, и ID_adr.

Первая нормальная форма требует, чтобы на любом пересечении строки и столбца находилось единственное значение, которое должно быть атомарным, и в таблице не должно быть повторяющихся строк.

Вторая нормальная форма

Прежде чем перейти к рассмотрению второй нормальной формы (2НФ), рассмотрим понятие полной функциональной зависимости, используемое в теории нормализации.

Пусть имеется функциональная зависимость: Y.

Если из множества атрибутов, стоящих слева от знака , можно исключить некоторые имена атрибутов без разрушения функциональной зависимости, то говорят, что Y зависит от множества неполно. В противном случае, имеет место полная функциональная зависимость атрибута Y от множества атрибутов .

Отношение R (A1, . An) находится во второй нормальной форме (2НФ), если оно находится в 1НФ и если каждый непервичный атрибут функционально полно зависит от каждого возможного ключа.

Целью второй нормальной формы является помещение в отдельную таблицу данных, которые только частично зависят от первичного ключа. Рис. 3 иллюстрирует вторую нормальную форму.

ID_sotr
Фамилия
Имя
Отчество

квартира
дом
улица
город

Согласно этому рисунку, вторая нормальная форма может быть получена из первой путем дальнейшего разбиения таблиц на более специальные составляющие.

Третья нормальная форма

Отношение R находится в 3НФ , если оно находится в 2НФ и в нем нет транзитивных зависимостей атрибутов от возможных ключей, т.е. каждый непервичный атрибут нетранзитивно зависит от каждого возможного ключа отношения.

Целью третьей нормальной формы является устранение из таблицы данных, не зависящих от ее первичного ключа. Рис. 4 иллюстрирует третью нормальную форму.

ID_sotr
Фамилия
Имя
Отчество

квартира
дом
улица
город

Соглашения о наименованиях

Соглашения о наименованиях являются одним из главных соображений, которыми следует руководствоваться при нормализации базы данных. Вы должны давать своим таблицам такие имена, которые бы наглядно описывали содержащуюся в них информацию. На уровне всей компании должны быть установлены соглашения о наименованиях, предусматривающие основные принципы для присвоения имен не только таблицам внутри базы данных, но и пользователям, файлам и другим связанным с ними объектам. Разработка и проведение в жизнь соглашений о наименованиях является одним из первых шагов компании на пути к успешному внедрению базы данных.

Чем выгодна нормализация

Основные преимущества нормализации:

Лучшая общая организация базы данных

Сокращение избыточности информации

Непротиворечивость информации внутри базы данных

Более гибкий проект базы данных

Большая безопасность данных

Процесс нормализации данных приводит к улучшению их общей организации, тем самым облегчая работу каждому — от пользователя, который обращается к таблицам, до администратора базы данных (DBA), ответственного за управление всеми объектами базы данных в целом. Снижение избыточности данных влечет за собой упрощение их структуры и способствует рациональному использованию дискового пространства. Вследствие минимизации дублирующей информации значительно уменьшается вероятность появления противоречивых данных — это относится, например, к случаю, когда в одну таблицу имя сотрудника компании введено как STEVE SMITH, в то время как в другой таблице он значится под именем STEPHEN R. SMITH. Нормализация базы данных с разбиением ее на более мелкие таблицы дает вам большую гибкость при изменении существующих структур данных. Согласитесь, что намного проще изменить несколько небольших таблиц, содержащих ограниченное количество данных, чем одну огромную таблицу, в которой хранится вся жизненно важная информация. И наконец, нормализация способствует повышению безопасности информации в том смысле, что администратор базы данных может предоставлять некоторым пользователям доступ лишь к ограниченному числу таблиц. После проведения нормализации базы данных организация защиты хранимой в ней информации значительно упрощается.

Целостность данных связана с обеспечением непротиворечивости и достоверности информации, хранящейся внутри базы данных.

Под ссылочной целостностью подразумевается, что значения в столбце одной таблицы зависят от значений в столбце другой. Например, для того, чтобы запись о кредите сотрудника можно было внести в таблицу Кредиты, необходимо наличие записи о нем в таблице Сотрудники. C помощью ограничений целостности можно также контролировать значения в столбцах — для этого вам потребуется установить пределы их диапазонов. Такие ограничения целостности должны создаваться сразу после создания таблицы. Управление ссылочной целостностью обычно происходит с помощью первичных и внешних ключей.

Для поддержки ссылочной целостности внешний ключ таблицы (обычно это единственное поле) должен непосредственно ссылаться на поле другой таблицы. В предыдущем абзаце поле ID_sotr Таблицы Кредиты является внешним ключом, ссылающимся на поле ID_sotr таблицы Сотрудники.

Хотя наиболее удачные базы данных всегда в той или иной степени нормализованы, у нормализованной базы данных есть один существенный недостаток, связанный со снижением ее производительности. Чтобы понять, почему это происходит, необходимо знать, что при выполнении базой данных запросов или транзакций существенную роль начинают играть такие факторы, как использование центрального процессора и памяти, а также система ввода/вывода. Короче говоря, для обработки транзакций и запросов в случае нормализованной базы данных к центральному процессору, памяти и системе ввода/вывода предъявляются существенно большие требования, чем когда эта база данных ненормализована. Ведь для получения требуемой информации или обработки существующих данных нормализованная база данных должна сначала найти все необходимые таблицы, а затем объединить содержащуюся в них информацию.

Денормализация базы данных

Итак, денормализация базы данных — почему вообще она вам когда-нибудь может потребоваться? Ответ прост: единственной причиной денормализации базы данных является попытка улучшить ее производительность. Денормализованная база данных — это совсем не то же самое, что база данных, которая никогда не была нормализована. Денормализация базы данных представляет собой процесс, направленный на некоторое снижение уровня ее нормализации. Не забывайте, что нормализация базы данных на самом деле приводит к снижению ее производительности из-за частого выполнения операций, связанных с соединением таблиц. Процесс денормализации данных может включать в себя перепроектирование отдельных таблиц, а также дублирование информации с целью уменьшения числа таблиц, подлежащих объединению для поиска необходимых данных; все эти меры приводят к снижению требований к системе ввода/вывода, а также уменьшают загрузку центрального процессора.

Денормализация — это процесс изменения структуры таблиц нормализованной базы данных, направленный на получение управляемой избыточности данных с целью повышения производительности системы.

Однако денормализация данных имеет и свои издержки. Повышенная избыточность информации, хранящейся в денормализованной базе данных, может улучшить ее производительность, но потребует от вас больших усилий при отслеживании связанных между собой данных. Написание приложений в этом случае становится более сложным делом, поскольку исходные данные были разбросаны по разным таблицам и их поиск может вызвать определенные затруднения. Кроме того, теперь больших усилий потребует и поддержка ссылочной целостности — ведь родственные данные были распределены среди большого числа таблиц. Как при нормализации данных, так и при их денормализации существует золотая середина; однако в любом случае от вас требуется глубокое понимание сущности реальных данных, а также особых требований, предъявляемых к деятельности вашей компании.

Нормализация стали: процесс, температура, режимы, время

Нормализация стали: процесс, температура, режимы, время

Металл, используемый в производстве высокотехнологичных конструкций и деталей, чаще всего должен быть однородным и мелкозернистым. Такие стали обладают более высокими механическими характеристиками по сравнению с материалом крупнозернистой структуры.

Для получения требуемых механических свойств, изменения внутреннего строения используется термообработка стали. Она включает множество методов температурного воздействия.

Ключевые понятия – важная терминология

Диаграмма состояния железо/углерод – график зависимости фазового состояния сплавов железа с углеродом от их химического состава и температуры.

Мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе.

Цементит – химическое соединение с формулой Fe3С (карбид железа).

Аустенит – твердый раствор углерода в γ-железе. На диаграмме состояния железо-углерод аустенит появляется выше температуры перлитного превращения (727°С).

Температура превращения Ас3 – нагрев, при котором заканчивается превращение феррита в аустенит. Для сталей с различным содержанием углерода температура Ас3 отличается.

Дендритная ликвация – неоднородность химического состава, характерная для сплавов, твердеющих при нормальных условиях.

Ас, Ar – критические точки температуры фазовых преобразований. Ас – при нагреве, Аr – при охлаждении.

Что такое нормализация стали и зачем она нужна

Нормализация стали (НС) является разновидностью отжига и относится к процессам термической обработки (ТО), при которых сплав нагревается до аустенитного состояния, выдерживается определенное время и охлаждается. В данном случае нагрев происходит до температуры, превышающей критическую точку Ас3 на 30-50°С, при которой металл выдерживается, а затем охлаждается на воздухе.

Для каждого вида сплавов существует свой определенный режим обработки. В ходе процесса:

устраняются дефекты внутренней структуры;

понижается порог хладноломкости;

происходит полная рекристаллизация.

Результат ТО описывается графиком с координатами «температура-время». Для доэвтектоидных (содержание углерода до 0,8%), эвтектоидных (0,8% углерода) и заэвтектоидных (свыше 0,8% углерода) сталей температурный режим нормализации и структурный и фазовый состав после термической обработки будут значительно отличаться.

Нормализация стали используется в таких целях:

устранение остаточных внутренних напряжений;

увеличение/снижение прочности, твердости в зависимости от термической и механической истории изделия; изменение структурного состава в мелкозернистый в отливках;

подготовка к последующему термическому упрочнению (закалке).

В чем суть процесса нормализации стали?

Чтобы понять, для чего нужна нормализация стали, нужно разобраться в технологии. Для выполнения данной обработки используются специализированные участки металлургических и перерабатывающих предприятий, оснащенные термическими печами и другим вспомогательным оборудованием.

Здесь металл нагревают до температуры аустенитизации, которая зависит от конкретной марки стали. После необходимой выдержки стальное изделие выгружают с последующим остыванием на спокойном воздухе (иногда может применяться усиленный воздушный обдув). В прокатных цехах метпредприятий нормализация по такой схеме может быть заменена нормализующей прокаткой, которая осуществляется в потоке стана с использованием тепла нагрева полуфабриката перед деформацией.

Такая обработка позволяет получить структуру и свойства стального проката, аналогичные нормализованному состоянию, при гораздо меньших временных и энергетических затратах. Режимы нормализации стали – температура, время Ключевыми параметрами любой термической обработки являются: температура нагрева – выбирается в зависимости от вида ТО и марки стали, с учетом содержания углерода и основных легирующих элементов; время выдержки – время, которое проводит стальное изделие в печи при заданной температуре для равномерного прогрева и протекания структурных и фазовых превращений.

Время выбирается, исходя из габаритов изделия, его химического состава и температуры нагрева. Чем толще изделие, выше степень легирования и меньше температура – тем дольше будут протекать фазовые процессы; вид, среда и скорость охлаждения оказывают непосредственное влияние на формирование окончательных структуры и механических характеристик. Образцы одной марки стали, нагретые до одной и той же температуры, но охлажденные по разным режимам будут иметь абсолютно разный комплекс свойств. Температуру нагрева стали под нормализацию выбирают с учетом ее критических точек.

Чаще всего для этого используют специальные изотермические и термокинетические диаграммы распада аустенита. Для новых марок стали значения критических температур определяют опытным путем. Для доэвтектоидных сталей температура нагрева под нормализацию обычно назначается на 30-50°С выше критической точки Ас3. Заэвтектоидные стали нагревают до более низких температур в интервале Ас1-Ас3 (типовой режим – Ас1 + 50°С) для исключения чрезмерного роста зерна аустенита и последующего образования грубой сетки цементита. Длительность нагрева под нормализацию складывается из двух основных элементов – времени прогрева изделия до заданной температуры и времени фазовых превращений.

Для некрупногабаритных изделий простой формы обычно для прогрева достаточно 15 минут. Время фазовых превращений зависит от степени легирования сплава: для углеродистой стали и низколегированных марок назначают 1,5 минуты на каждый миллиметр толщины продукта, для высоколегированных – 2-2,5 мин/мм. Охлаждение Это важный элемент термической обработки, формирующий комплекс качественных и эксплуатационных характеристик изделия.

Нормализация стали выполнятся с охлаждением на спокойном воздухе либо с применением ускоренного обдува вентиляторами. В результате такой термообработки нормализованная сталь становится более мелкозернистой и равномерной по механическим характеристикам в сравнении с горячекатаной. Другие методы термической обработки ТО стали позволяет придать материалу характерный набор свойств путем изменения его внутренней структуры. Кроме нормализации, термическая обработка стали может осуществляться и другими методами.

Закалка. Металлопрокат прогревается до температур выше точек фазового превращения, а затем резко охлаждается в воде, масле, солевых и других растворах (в зависимости от состава стали и требуемой скорости охлаждения). Такая обработка придает материалу высокую прочность, твердость и хрупкость. Закалку проходят детали, работающие под статической нагрузкой и в условиях абразивного изнашивания, но без воздействия меняющихся колебаний.

Отпуск стали. Его проходят некоторые заготовки после закалки, а также изделия, требующие снятия внутренних напряжений или корректировки микроструктуры. В этом случае нагрев выполняют до температур ниже фазовых превращений с последующим охлаждением на воздухе либо ускоренно – в воде. При этом повышаются пластичность и ударная вязкость, снижается прочность и твердость стали.

Отжиг. Осуществляется по технологии нагрева выше фазовых превращений с последующим плавным остыванием прямо в печи. После такой обработки сталь имеет наивысшую пластичность и наименьшую прочность. Нормализация является подвидом отжига, отличается только условиями охлаждения (часто ее называют нормализационным отжигом). За счет более быстрого остывания металла нормализация является более производительной. Термическая обработка в технологическом потоке прокатного стана. Наиболее перспективное направление развития технологий ТО, которое сокращает временные и материальные затраты, а также экологическую нагрузку.

Самыми популярными на сегодняшний день являются способы термомеханической, нормализующей и контролируемой прокатки, а также прямая закалка с прокатного нагрева. Выбор способа термической обработки осуществляется на основании химического состава и параметров стального изделия, уровня свойств, который требуется обеспечить, а также имеющегося набора оборудования для осуществления данных операций.

Термическая обработка может применяться и как промежуточная операция при изготовлении металлоизделий, и как окончательная – придающая продукту конечный комплекс характеристик. Чтобы обезопасить свое производство от форс-мажорных ситуаций, связанных с использованием деталей и конструкций из некачественного металла, приобретайте только сертифицированную продукцию и только у надежных поставщиков.

Если вы решили купить металлопрокат у нас, вы получаете дополнительно гарантию соответствия заявленной структуре и химическому составу. Нужна консультация? По любым вопросам обращайтесь на нашу контактную линию по телефону – оказываем консультативную поддержку бесплатно.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Диаметр стержня для нарезания резьбы таблица
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector