ITパスポート｜データベースとは？正規化・主キーをやさしく解説

2026年7月16日 19:53

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データベースとは、たくさんのデータを、あとから探しやすいように整理してためておく場所のことです。 そして山場の「正規化」は、同じ情報を2か所に書かないための表の整理術。この2つがつかめれば、第13章はもう半分終わったようなものですよ。

「正規化、主キー、排他制御……急にいかつい言葉が並んできたな」と身構えていませんか。大丈夫です。この章は、文房具屋さんの注文の表を1つ追いかけるだけで、最後まで通して理解できます。

この記事でわかること

データベースとDBMSの役割、そして表・レコード・フィールド・主キー・外部キーのしくみ
正規化がなぜ必要か（表を分けて重複をなくす理由。手順の暗記は不要です）
データを守るしくみ（トランザクション・ACID特性・排他制御・デッドロック・障害回復）

この記事の要点（先に結論！）

データベースとは、あとから探しやすいように、体系的に整理してためたデータの集まりのことです。
主キーとは、表の中の1行を特定できる重複しない項目のことで、外部キーは他の表の主キーを参照して表同士をつなぐ項目のことです。
正規化とは、1つの大きな表を、重複がなくなるように小さな表に分けて整理することです。ITパスポートでは「正規化の詳細な内容は問わない」とシラバスに明記されています（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。
トランザクションとは、銀行振込の「引く・入れる」のように、分けてはいけない一連の処理のまとまりのことです。
データベースの障害回復には、後ろへ戻すバックワードリカバリ（ロールバック）と、前へ進め直すフォワードリカバリ（ロールフォワード）があります。

1. データベースとは？：几帳面な台帳と、それを守る管理人

まず、データベースそのものから見てみましょう。

たとえるなら、データベースは巨大で几帳面な台帳です。お客さんの名前も、商品の値段も、決まった形できちんと記帳されていて、探すのも並べ替えるのも得意。この例えを正式にいうと、データベースとは、数値や文字列などのデータを、体系的に整理してためた集合体のことです。
「それって、表計算ソフトと何がちがうの？」と思いますよね。じつは、1人で使う小さな表なら表計算で十分なんです。でも、大人数が同時に書きこむ・データが何万件もある・途中で失敗したら大事故、という世界になると、表計算では守りきれません。そこで登場するのが、次のDBMSです。

1.1 DBMS：台帳を守る専属の管理人

DBMS（ディービーエムエス。データベース管理システム）とは、データベースを管理する専用のソフトウェアのことです。

たとえるなら、台帳を守る専属の管理人（司書）です。台帳に直接さわらせず、読み書きは必ず管理人を通す。だから台帳が壊れないんですね。DBMSの仕事は、大きく4つです。

きちんとしまう……データを構造的に蓄積する
矛盾させない……データの一貫性を保つ
すばやく取り出す……効率よく検索できるようにする
守る……同時アクセスや障害からデータを保全する（この記事の後半のテーマ！）

このうち、データを表の形で管理するタイプのDBMSを、RDBMS（アールディービーエムエス。関係データベース管理システム）と呼びます。ITパスポートの主役は、この「表の形」のデータベースです。

1.2 NoSQL：表の形ではない仲間たち

一方で、表の形にしばられないデータベースの仲間もいます。まとめて NoSQL（ノーエスキューエル。関係データベース以外の方式の総称）と呼ばれ、シラバスには次の3つが挙がっています（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。

キーバリューストア（KVS）……ラベル（キー）と中身（バリュー）のペアで保管する
ドキュメント指向データベース……1件ずつ、まとまった文書の形で保管する
グラフ指向データベース……データ同士の「つながり」を線で保管する

試験対策としては、「表の形じゃない仲間が3種類いる」と名前を押さえれば十分です。ここから先は、主役の関係データベースに集中しましょう。

2. 関係データベースのしくみ：表・レコード・主キー・外部キー

関係データベースとは、データを表（テーブル）の形で管理するデータベースのことです。ここからは、文房具屋さんの台帳を例に進めますね。

まず、言葉を3つそろえましょう。

テーブル（表）……データをためる表そのもの（例：顧客表）
レコード……表のよこ1行分。データ1件にあたる（例：さとうさんの1行）
フィールド（項目）……表のたて1列分の項目（例：「電話番号」の列）

行・列という言葉は、表計算の回でも出てきました。データベースでは、その行と列に「レコード」「フィールド」という役割の名前が付く、と思ってください。

2.1 主キー：その1行を特定する「出席番号」

ここで問題です。顧客表のさとうさんを、名前で管理してよいでしょうか？

……だめなんです。同姓同名のさとうさんが来たら、区別できないから。だから表には、1行を確実に特定できる、重複しない番号を付けます。これが主キーです。

たとえるなら、出席番号です。同姓同名でも、出席番号なら1人にひとつ。顧客表なら「顧客番号（C01、C02……）」、商品表なら「商品番号」が主キーになります。ちなみに、「C01」のような番号の付け方をあらかじめ決めておくことをコード設計と呼びます。

2.2 外部キー：他の表とつなぐ「書き写した番号」

注文の台帳（注文表）に、さとうさんの名前や電話番号をぜんぶ書く必要はありません。「C01さんからの注文」と番号だけ書けばいい。くわしいことは、顧客表を見に行けばわかるからです。
このように、他の表の主キーを参照して、表と表をつなぐ項目を外部キーと呼びます。たとえるなら、他の台帳の出席番号を書き写したメモですね。

主キー……自分の表の中で、1行を特定する番号
外部キー……他の表の主キーを書き写して、表同士をつなぐ番号

2.3 インデックス：検索を速くする「さくいん」

もう1つ、インデックスという用語があります。これは検索を速くするために付けておく索引のこと。
たとえるなら、本の巻末の索引です。頭から全ページをめくらなくても、目当てのページへ一直線に飛べますよね。データベースも、インデックスを付けた項目は速く探せるようになります。

3. 正規化とは？：表を分けて、重複をなくす（この記事の山場！）

さあ、この記事の山場その1です。ここが腹落ちすれば、今日はもう勝ちですよ。

3.1 「ぜんぶ入り」の表は、何が困るのか

文房具屋さんが、注文をぜんぶ1つの表に書いていたとします。注文番号・日付・顧客番号・顧客の名前と電話番号・商品番号・商品名・単価・数量……ぜんぶ入りです。4件の注文で、こんな問題が起きます。

さとうさんの名前と電話番号が、3行にくり返し書かれている
ボールペンの単価100円が、2行にくり返し書かれている
さとうさんの電話番号が変わったら、3行ぜんぶ直さないといけない

1行でも直し忘れると、「同じC01さんなのに電話番号が2通りある」という矛盾が生まれます。3回書けば、1回くらい「さいとう」と打ちまちがえるかもしれません。同じ人が別人に見えてしまいますね（こうした誤りや表記ゆれをきれいに直す作業を、データクレンジングと呼びます）。

つまり、同じ情報を何か所にも書くこと自体が、ミスと矛盾のもとなんです。

3.2 解決策＝正規化：住所録の整理と同じ

たとえるなら、住所録の整理です。友だちの住所を年賀状リストにも同窓会名簿にも書いていると、引っ越しのとき全部直す羽目になります。住所は住所録1冊にまとめ、他のリストには名前（番号）だけ書けばいい。

これを表でやるのが正規化です。正規化とは、1つの大きな表を、重複がなくなるように小さな表に分けて整理すること。ぜんぶ入りの注文表は、次の3つに分かれます。

顧客表（主キー＝顧客番号）……名前と電話番号は、ここに1回だけ書く
商品表（主キー＝商品番号）……商品名と単価は、ここに1回だけ書く
注文表（主キー＝注文番号）……日付と、顧客番号・商品番号（＝外部キー）・数量だけ書く

効果はてきめんです。さとうさんの電話番号が変わっても、直すのは顧客表の1か所だけ。ボールペンが値上げされても、商品表の1か所だけ。重複がないから、矛盾も起きようがないんですね。

3.3 手順の暗記は不要

「でも正規化って、第1正規形とか第3正規形とか、難しい手順があるんでしょ……？」と聞いたことがあるかもしれません。

安心してください。ITパスポートのシラバスには、「正規化の詳細な内容は問わない」と明記されています（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。問われるのは「なぜ正規化が必要か」だけ。つまり、いま読んだ「重複をなくして、直すのを1か所で済ませ、矛盾を防ぐため」が答えのすべてです。段階的な手順の暗記は、上位試験に進んでからで十分ですよ。

4. データ操作：選択・射影・結合でデータを取り出す

表を整理したら、今度は取り出す番です。関係データベースの代表的な操作を見てみましょう。シラバスの活用例には、挿入・更新・選択・射影・結合の5つが挙がっています（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。

4.1 選択＝行、射影＝列、結合＝つなぐ

まず、書きこむ側の2つはシンプルです。

挿入……新しい行（レコード）を追加する
更新……すでにある行の値を書き換える

そして、取り出す側の3つが試験の定番です。

選択……条件に合う行（レコード）を取り出す。表をよこに切るイメージ
射影……必要な列（フィールド）だけを取り出す。表をたてに切るイメージ
結合……2つの表を、共通の項目（キー）でつないで1つにする

「射影」は日常で使わない言葉ですが、影を映すように「決めた列だけを抜き写す」操作、と字から覚えてください。合言葉は「選択＝行、射影＝列」です。

さっきの文房具屋さんで試してみましょう。

選択の例：注文表から「顧客番号がC01」の行を選択 → さとうさんの注文3行が取り出せる
射影の例：商品表から「商品名と単価」の列だけを射影 → （ノート・150円）（ボールペン・100円）（消しゴム・80円）の一覧になる
結合の例：注文表と商品表を「商品番号」でつなぐ → 注文の各行に、商品名と単価がくっついた表になる

組み合わせも使えます。「さとうさんが買った商品名は？」なら、結合してから、C01の行を選択して、商品名の列を射影。答えはノート・ボールペン・消しゴムです。正規化で表を分けても、結合すれば元の情報はいつでも復元できるんですね。

4.2 SQL：データベースに指示するための言語

こうした操作をDBMSに頼むときに使う言語が、SQL（エスキューエル。データベースに指示を出すための言語）です。

ここでも安心情報を。シラバスには「SQLの文法は問わない」と明記されています（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。「SQLという言語で、選択や結合などの指示を出す」という存在と役割がわかれば十分。命令文の書き方を覚える必要はありませんよ。

4.3 E-R図：表を設計するときの「下書き」

ところで、そもそも「顧客表と商品表と注文表に分けよう」という設計は、どう考えるのでしょうか。

ここで登場するのが、システム戦略の記事で「ドラマの登場人物の相関図」として紹介したE-R図です。「顧客」と「注文」のように、もの同士の関係をまず図に描いてから、今回のような表に落とし込みます。いわば表設計の下書きですね。くわしくは、こちらの記事をどうぞ。

→ E-R図が登場した回：ITパスポート｜情報システム戦略の記事

5. トランザクションと排他制御：データを壊さないしくみ（山場その2）

ここからは後半戦。DBMSの仕事の4つめ、「守る」の話です。データベースは大勢が同時に使うもの。守るしくみがないと、こんな事故が起きます。

5.1 トランザクション：分けてはいけない処理のセット

たとえば、銀行振込を考えてみましょう。「Aさんの口座から1万円引く」と「Bさんの口座に1万円入れる」。もし前半だけ実行されて後半が失敗したら……1万円がこの世から消えます。
だからこの2つは、絶対に分けてはいけない2つで1セットの処理です。このような、分けてはいけない一連の処理のまとまりをトランザクションと呼びます。

トランザクションの結末は、2つに1つです。

ぜんぶ成功 → 結果を確定する（これを一般にコミットと呼びます）
途中で失敗 → ぜんぶなかったことにして元に戻す（これをロールバックと呼びます）

たとえるなら、コミットはボールペンで清書（もう消せない・確定）、ロールバックは鉛筆書きを消しゴムでぜんぶ消す（なかったことに）。「半分だけ成功」を絶対に許さないのがポイントです。

5.2 ACID特性：トランザクションが守るべき4つの性質

トランザクション処理が満たすべき性質を、頭文字でACID特性（アシッドとくせい）と呼びます。

A：Atomicity（原子性）……全部やるか、全部やらないか。中途半端を許さない
C：Consistency（一貫性）……矛盾した状態を作らない
I：Isolation（独立性）……同時に動いても、1つずつ順に動いたのと同じ結果になる
D：Durability（耐久性）……いったん確定した結果は、障害が起きても消えない

日本語訳は本によって少し揺れます（独立性を「隔離性」、耐久性を「持続性」など）。試験対策としては、「ACIDの4文字＝トランザクションの4つの約束」とセットで覚えれば大丈夫です。

5.3 同時実行制御（排他制御）：試着室の鍵

次は、Iの「同時に動いても大丈夫」を支えるしくみです。もし何の対策もなく、2人が同時に同じデータをさわると、どうなるでしょうか。残高10,000円の口座から、2人が同時に1,000円ずつ引き出す例で見てみます。

2人が同時に残高を見る → どちらも「10,000円」と読む
それぞれが手元で「10,000 − 1,000 ＝ 9,000」と計算する
2人とも「9,000円」と書きこむ → 残高9,000円

……おかしいですよね。2,000円引き出したのだから、正しい残高は8,000円のはず。片方の引き出しが、なかったことになってしまいました。

これを防ぐのが同時実行制御（排他制御）です。だれかがデータを使っている間は鍵（ロック）をかけて、他の人を待たせるしくみのこと。たとえるなら、試着室の鍵です。1人が使っている間は施錠して、次の人には空くまで待ってもらう。1人ずつ順番に処理すれば、10,000円 → 9,000円 → 8,000円と、正しい結果になります。

5.4 デッドロック：鍵の待ち合いで、両すくみ

ただし、鍵にも弱点があります。こんな状況を想像してください。

処理Aは、データXに鍵をかけて、次にデータYを使おうと待っている
処理Bは、データYに鍵をかけて、次にデータXを使おうと待っている

Aは「Bさんが鍵を外すまで待とう」、Bも「Aさんが鍵を外すまで待とう」……お互いに相手の鍵を待って、両方とも永遠に動けなくなりました。この両すくみをデッドロックと呼びます。ゆずり合いならぬ「待ち合い」ですね。

なお、複数のデータベースにまたがる更新では、全員に「確定できる？」と確認してから、一斉に確定する2相コミットメントという方式も使われます。「せーの」の合図で全員同時に清書するイメージ、という一言だけ添えておきますね。

6. 障害回復：ロールバックとロールフォワード

最後は、故障や停電が起きたときにデータを元に戻すしくみ（リカバリ機能）です。

前提として、DBMSは更新のたびに、「更新前の値」と「更新後の値」の記録（ログ）をこっそり残しています。この記録を使って、2方向の回復ができます。

バックワードリカバリ（ロールバック）……処理が中途半端に失敗したとき、記録の「更新前の値」を使って、後ろ向きに戻す（＝なかったことにする）
フォワードリカバリ（ロールフォワード）……ディスク故障などでデータベース自体が壊れたとき、控え（バックアップ）を戻したうえで、記録の「更新後の値」を使って、障害直前まで前向きに進め直す

ロールフォワードは、たとえるなら控えのノートと変更メモで書き直すイメージです。ノートを失くしても、先週コピーした控え（バックアップ）と、その後の変更メモ（ログ）があれば、直前の状態まで復元できますよね。

ちなみに、バックアップの取り方そのものはファイル管理の回で扱いました。「同じ帳簿の写しを別の場所にも置いておく」レプリケーションという備えは、システム構成の記事で触れましたね。

覚え方は、名前がそのまま向きです。

バックワード＝後ろへ戻す（ロールバック）
フォワード＝前へ進め直す（ロールフォワード）

もう1つ、チェックポイントという用語もあります。「ここまでは確定済み」と定期的に区切りを付ける時点のことで、回復作業の出発点になります。たとえるなら、本のしおり。「ここまで読んだ」の目印から再開すれば、最初からやり直さずに済むわけです。

7. まとめ：3行でふりかえり

データベースは整理された台帳、DBMSはそれを守る管理人。関係データベースでは、主キーが1行を特定し、外部キーが表同士をつなぎます。
正規化は、重複をなくすために表を分ける整理術。直すのが1か所で済み、矛盾を防げます。詳細な手順は「問わない」とシラバスに明記されています（2026年7月時点）。
トランザクションは「全部やるか、全部やらないか」のセット。排他制御の鍵で同時アクセスから守り、ログでロールバック・ロールフォワードの回復をします。

いかがでしたか？文房具屋さんの表を1つ追いかけるだけで、データベースの一章をまるごと歩き切りました。正規化は「なぜ必要か」さえ言えれば合格ラインです。「電話番号が変わったら、何か所直す？」と自分に問いかけてみてくださいね！

8. よくある質問（FAQ）

Q1. データベースの正規化とは何ですか？

A. 1つの大きな表を、重複がなくなるように小さな表に分けて整理することです。同じ情報を2か所以上に書かないので、変更が1か所で済み、矛盾や直し忘れを防げます。ITパスポートでは「正規化の詳細な内容は問わない」とシラバスに明記されており、必要性の理解だけで十分です（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。

Q2. 主キーと外部キーの違いは何ですか？

A. 主キーは、自分の表の中で1行を特定する重複しない項目です（出席番号のイメージ）。外部キーは、他の表の主キーを参照して、表同士をつなぐ項目です（他の台帳の番号を書き写したメモのイメージ）。たとえば注文表では、注文番号が主キー、顧客番号と商品番号が外部キーになります。

Q3. ITパスポートでSQLの文法は出ますか？

A. シラバスに「SQLの文法は問わない」と明記されています（2026年7月時点・シラバスVer.6.5）。SELECT文などの書き方を覚える必要はありません。「SQLはデータベースに指示を出すための言語」という役割と、選択・射影・結合などの操作の意味がわかれば十分です。

Q4. ロールバックとロールフォワードの違いは何ですか？

A. ロールバック（バックワードリカバリ）は、更新前の記録を使って後ろへ戻し、失敗した処理をなかったことにする回復方法です。ロールフォワード（フォワードリカバリ）は、バックアップを戻したうえで、更新後の記録を使って障害直前まで前へ進め直す回復方法です。「バック＝後ろへ、フォワード＝前へ」と、名前がそのまま向きを表しています。