Базы данных. Принципы построения. Модели данных. Информационное моделирование (стандарт idef1x). Проектирование реляционных баз данных.

Данные – определенные факты об объектах, отношениях и их св-в. Хар-ся форматом, типом. М.б. символьными, числовыми, логическими. БД представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области. СУБД – программное средство, предназначенное для создания и обслуживания БД. СУБД предназначена для поиска, обновления, реорганизации, загрузки, сортировки данных и т.п. Модель данных – есть совокупность правил структурирования данных, допустимых операций над ними и видов ограничений целостности, которым они должны удовлетворять. ОЦ – логическое ограничение, накладываемые на данные.

К основным моделям представления данных относят: иерархическую, сетевую, реляционную, а также постреляционную, многомерную и объектно-ориентированную модели. Иерархическая модель вообще реализовывалась средствами древовидных структур с корневыми сегментами, имеющими физический указатель на другие сегменты. Они позволяют описывать большое кол-во предметных областей. Преимущество таких моделей БД заключалось в том, что они уменьшали избыточность данных. Одно из неудобств такой модели данных заключается в том, что реальный мир не может быть легко представлен в виде древовидной структуры с единственным корневым сегментом. Пример – файловая стр-ра каталога.

Сетевая модель данных позволяет отображать разные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа, обобщая таким образом иерархическую модель данных. Более гибко описывает предметную область. Для описания схемы сетевой БД используют две группы типов: «запись» и «связь». Тип «связь» определяется для двух типов «запись»: предка и потомка. Недостаток сетевой модели данных - высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе; сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей между записями.

Реляционная модель данных основана на понятии отношение (relation). Отношение - это множество элементов. Наглядной формой представления отношения является двумерная таблица. Обычно используются отношения «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим». Отношение «один-к-одному» возникает, когда одной записи в родительской таблице соответствует одна запись в дочерней таблице. Родительская реляция (таблица) – таблица, поля которой входят в другую таблицу. Дочерняя реляция (таблица) – таблица, поля которой используют информацию из полей другой таблицы, являющейся по отношению к данной родительской. Отношение «один-ко-многим» возникает, когда одной записи в родительской таблице соответствует несколько записей в дочерней таблице. Отношение «многие-ко-многим» возникает, когда многим записям в родительской таблице соответствуют несколько записей в дочерней таблице. Для реализации отношения «многие-ко-многим» обычно создают таблицу пересечения, представляющую элементы двух других таблиц, находящихся в отношении «многие-ко-многим». Достоинство реляционной модели данных заключается в простоте, понятности и удобстве ее физической реализации. Основными недостатками данной модели являются: отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описания иерархических и сетевых связей.

Постреляционная модель данных представляет расширенную реляционную модель, решающую проблему делимости хранящихся в записях таблиц данных. Постреляционная модель данных допускает многозначные поля. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встроенной в основную таблицу. При этом на длину полей и количество полей в записях таблицы требование постоянства не накладывается. Это означает, что структура данных и таблиц обладает большой гибкостью. Достоинство постреляционной модели - возможность представления совокупности связанных реляционных таблиц одной постреляционной таблицей, что обеспечивает высокую наглядность представления информации и повышение эффективности ее обработки. Недостатком постреляционной модели является сложность решения проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых данных.

Основными понятиями реляционных баз данных являются тип данных, домен, атрибут, кортеж, первичный ключ и отношение. Домен - допустимое потенциальное множество значений данного типа. Схема отношения - это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена (или типа, если понятие домена не поддерживается)}. Степень или "арность" схемы отношения - мощность этого множества. Схема БД (в структурном смысле) - это набор именованных схем отношений. Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, - это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. Попросту говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа. Отношение - это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Реляционная база данных - это набор отношений, имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД. Проектирование реляционной БД состоит из 4- х этапов (этапы 1-3 выполняются без СУБД): Этап 1 Определение цели создания базы данных. На данном этапе проектирования базы данных необходимо определить: цель создания базы данных, основные ее функции и информацию, которую она должна содержать. Этап 2 Разработка информационно-логической модели предметной области. На данном этапе выделяют информационные объекты предметной области (таблицы), их атрибуты ключи. Этап 3 Определение логической структуры БД Выполняется определение отношений между выделенными информационными объектами (фактически - связей между таблицами.) Этап 4 Создание и заполнение таблиц БД средствами конкретной СУБД (от структуры до заполнения значениями). IDEF1X представляет собой язык моделирования, который имеет графический синтаксис (язык диаграмм) и набор правил построения и интерпретации логической модели данных. Модель IDEF1X, таким образом, представляет собой графическую модель, которая отражает структуру и семантику данных в определенной прикладной области. К основным понятиям методики моделирвания IDEF1X относятся следующие: сущность, связь. Сущность представляет набор абстрактных или реальных объектов, которые объеденены общим набором свойств. Конкретный объект такого набора называется экземпляром сущности. Сущность является зависимой, если никакой экземпляр данной сущности не может существовать вне связи с некоторым экземпляром другой сущности. Связи в IDEF1X представляют собой ссылки, соединения и ассоциации между сущностями. Связи между сущностями могут быть различного типа (идентифицирующие, неидентифицирующие, рекурсивные, «многие-ко-многим», «супертип-подтип»). Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей. Неидентифицирующей является связь между двумя сущностями, в которой каждый экземпляр подчиненной сущности не зависит от значений атрибутов родительской сущности. Рекурсивной называется участие сущности в связи с самой собой. Особенности связи «супертип-подтип» заключается в следующем. Общие характеристики (атрибуты) типа определяются в сущности-супертипе, сущность-подтип наследует все характеристики супертипа. Экземпляр подтипа существует только при условии существования определенного экземпляра супертипа. Подтип не может иметь ключа (он импортирует ключ из супертипа). В качестве основы для создания стандарта IDEF1X были приняты ER-диаграммы. Самый распространенный программный продукт для их создания – ER-Win. Каждая сущность на диаграмме изображается в виде прямоугольника с наименованием. Атрибуты изображаются в пределах прямоугольника, определяющего сущность. Ключевые атрибуты изображаются на диаграмме подчеркиванием. Неидентифицирующие связи отображаются пунктирной линией, соединяющей связанные сущности, а идентифицирующие – сплошной линией.