Бази даних. Модель «Сутність-зв'язок»

Пригадайте!

1. Що таке інформаційна система? Назвіть складові інформаційної системи та їх призначення.

2. Що таке модель об’єкта? Які різновиди моделей ви знаєте?

3. Що таке предметна область? Наведіть приклади предметних областей.

Поняття про бази даних

Необхідність пошуку потрібної інформації у людини виникає повсякчас, незалежно від сфери її професійних інтересів: з якої платформи відправляється потяг на Хмельницький, як приготувати вареники з вишнями, яку будову має молекула води, скільки днів тривала друга світова війна, чи справджується прикмета про чорну кішку, яка частота змінного електричного струму в побутовій електричній мережі, яке закінчення мають іменники третьої відміни в родовому відмінку однини та ін. Відповіді на частину з цих запитань людина може отримати зі своєї пам'яті, для отримання інших необхідно звернутися до інформаційної системи залізничного вокзалу, переглянути кулінарну книгу, довідник з хімії, фізики чи електротехніки, посібник з правопису тощо. Для полегшення пошуку потрібної інформації людство придумало багато засобів – універсальні енциклопедії і енциклопедії з предметних галузей, довідники і словники, довідкові бюро та інформаційні табло та ін.

Обсяги повідомлень, які накопичило людство, невпинно зростають Так, при розкопках стародавнього міста шумерів Ур було знайдено більше 20 тисяч глиняних табличок з відомостями про звичаї давнього народу, його легенди та історичні події, що відбувалися більше, ніж 5 тисяч років тому. Знаменита Олександрійська бібліотека, яка була заснована в Єгипті у ІІІ ст. до нашої ери, за різними джерелами містила від 100 до 700 тисяч рукописів. Сьогоднішні бібліотеки вражають обсягами різноманітних даних. Найбільшою в світі вважається Британська бібліотека в Лондоні, яка нараховує більше 150 млн. одиниць зберігання, а найбільша бібліотека нашої країни – Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського в Києві нараховує більше 15 млн. одиниць зберігання.

Вчені запевняють, що зберігання великих обсягів даних виправдано тільки за умови, якщо пошук потрібних даних здійснюється швидко і подаються вони в доступній для розуміння формі. Ці умови забезпечують сучасні технології зберігання даних. Основою цих технологій є комп’ютеризовані бази даних.

Запам’ятайте!

База даних – це впорядкований за певними правилами набір взаємопов’язаних даних.

 

Цікаві факти з історії

Перша в Україні комп’ютерна база даних була розроблена в ході робіт по проектуванню і експлуатації електронної обчислювальної машини " Київ " (1959 р.). ЕОМ була розроблена для обчислювального центру Академії наук УРСР Л.Н. Дашевським, К.Л. Ющенко, К.О. Шкарабарою, С.Б. Погребинським під науковим керівництвом Б.В. Гніденка та В.М.Глушкова.

Віктору Михайловичу Глушкову (1923–1982) (рис. 3.1) належить цикл робіт по використанню ЕОМ в управлінні не тільки в межах одного підприємства чи організації, а всієї країни. Це йому належить проект Загальнодержавної автоматизованої системи збирання і опрацювання інформації для обліку, планування і управління народним господарством. Основу цієї системи повинні були складати бази даних або, як їх називав В.М.Глушков, "банки даних". У 1975 році він говорив "Уже в найближчі десятиліття в ряді високорозвинених країн будуть створені так звані "національні банки даних". Створення подібних банків даних, як і прогнозував В.М.Глушков, докорінно змінило роботу і науковця, і інженера, і журналіста.

 

Поняття сутності, модель «сутність-зв'язок»

На початку проектування баз даних, як правило, створюється модель предметної області, для якої створюється ця БД. У ній вказуються типи об’єктів, що будуть включені до бази даних, і зв’язки між ними. Для наочності таку модель можна подати у графічному вигляді.

Розглянемо приклад моделі предметної області Інформатика в школі (рис. 3.2).

 

У прямокутниках записані назви типів об’єктів (груп об’єктів) предметної області, стрілки вказують на зв’язки між ними, а написи біля стрілок – описують ці зв’язки. Учитель заздалегідь опрацьовує Підручник з інформатики і організовує процес навчання учнів (навчає). Він же оцінює рівень навчальних досягнень учнів і виставляє Оцінки. Учні навчаються під керівництвом учителя та самостійно, маючи Підручник з інформатики. Вони також належать до певного Класу і отримують Оцінки.

Тип об’єкта предметної області називають сутністю. Сутностями розглянутої вище предметної області є Учитель, Оцінка, Учень, Підручник з інформатики, Клас. Сутності по суті є сукупностями однотипних об’єктів. Наприклад, сутність Класи може складатися з об’єктів 11-А, 11-Б, 11-В тощо. Окремі об’єкти сутності називають екземплярами сутності. Сутність має як мінімум один екземпляр. Наприклад, сутність Підручник з інформатики має тільки один екземпляр сутності, якщо всі учні школи навчаються тільки за одним підручником з інформатики.

Запам’ятайте!

Сутність предметної області – це тип реального або уявного об’єкта предметної області.

 

При подальшій формалізації моделі словесний опис зв’язків між сутностями замінюють на їх умовні позначення відповідного типу. За множинністю виділяють такі типи зв’язків:

- один до одного (позначається як 1:1), коли одному екземпляру однієї сутності відповідає один екземпляр іншої сутності. Для наведеного прикладу такий зв'язок є між сутностями Учитель і Підручник з інформаптики, якщо кожен учитель використовує тільки один підручник, який не використовують інші вчителі;

- один до багатьох (позначається як 1:∞ або 1:М, де М – від англ. M any – багато), коли одному екземпляру однієї сутності може відповідає кілька екземплярів іншої сутності. Для наведеного прикладу такий зв'язок можливий є між сутностями Учитель і Учень, адже кожен учитель інформатики здійснює навчання сукупності учнів (одного або кількох класів) і при цьому немає вчителів, які здійснюють навчання одних і тих самих учнів;

- багато до одного (позначається як ∞:1 або М:1), коли кільком екземплярам однієї сутності відповідає один екземпляр іншої сутності. Цей тип зв’язку є протилежним до зв’язку один до багатьох. Наприклад, якщо розглянути зв'язок між сутністю Учень і сутністю Клас, то тип зв’язку буде багато до одного, а якщо розглядати зв'язок між сутностями Класи і Учні, то тип зв’язку буде один до багатьох. Тому при побудові баз даних цей тип зв’язку майже не використовують;

- багато до багатьох (позначається як ∞:∞ або М:М), коли кільком екземплярам однієї сутності можуть відповідати кілька екземплярів іншої сутності. розглянутого прикладу такий зв'язок є між сутностями Учні і Оцінки – багато учнів отримують багато різних оцінок.

Зв’язки між сутностями класифікують також за повнотою. За цією класифікацією виділяють зв’язки, в яких:

- кожний екземпляр однієї сутності обов’язково пов'язаний з одним чи кількома екземплярами іншої сутності. Наприклад, зв'язок між сутностями Клас і Учень передбачає, що кожен учень належить до певного класу і кожен клас складається з певної групи учнів;

- кожен екземпляр однієї сутності необов’язковопов'язаний хоча б з одним екземпляром іншої сутності. Наприклад, між сутностями Учень і Комп’ютер може бути встановлений зв'язок, який передбачає, що не кожен учень має власний комп’ютер.

Розглянуту нами модель предметної області називають моделлю «сутність-зв'язок» або ER-моделлю чи ER-діаграмою (англ. E ntity - R elationship – сутність (об’єкт) - зв'язок (відношення)). При створенні ER-моделі використовуються спеціальні позначення типів сутності, властивостей екземплярів сутностей, зв’язків та ін. Набір таких умовних позначень називають нотацією (англ. notation – позначення, зображення умовними знаками). У таблиці 3.1 подано основні елементи однієї з нотацій.

Таблиця 3.1. Основні елементи графічного подання моделі «сутність-зв'язок»

Умовне позначення	Назва фігури	Що позначає
	Прямокутник	Сутність предметної області
	Овал	Властивість екземплярів сутності
	Ромб	Зв’язок
	Суцільна лінія	Лінія обов’язкового зв’язку
	Штрихова лінія	Лінія необов’язкового зв’язку

 

Побудуємо модель «сутність-зв'язок» для предметної області Кінотеатр, в якій розглянемо дві сутності: Глядач і Квиток. Кожен глядач, який прийшов у кінотеатр, має квиток. Двох однакових квитків як і двох однакових глядачів не існує (рис. 3.3).

У сутності Глядач для даної моделі розглянемо три властивості: Прізвище, Ім’я та Номер квитка, а у сутності Квиток – п’ять: Дата, Час, Ряд, Місце та Номер квитка. Між сутностями Глядач і Квиток існує зв'язок – Має. За множинністю це зв'язок один до одного. На це вказують позначення над лініями зв’язку біля прямокутників сутностей. За повнотою цей зв'язок є обов’язковим для сутності Глядач (для того, щоб бути присутнім на сеансі, глядач повинен мати квиток) і не обов’язковим для сутності Квиток (бо не всі квитки можуть бути розпродані, і тоді вони залишаться в касі і не потраплять до глядача).

Цікаві факти з історії

Уперше використовувати модель «сутність-зв'язок» запропонував виходець з Тайваню, американський вчений Пітер Пін-Шан Чен (Пітер Чен) (нар. 1944 р.) (рис. 3.4). Його наукова праця «Модель сутність-зв'язок – до уніфікованого представлення даних» стала основою не тільки теорії моделювання баз даних, а і основою для створення комп’ютерних програм, які забезпечують розробку різноманітних моделей, у тому числі і моделей баз даних. Ці програми отримали назву CASE-програм (англ. C omputer- A ided S oftware E ngineering – комп’ютерна автоматизована розробка програм).

 

Перевірте себе

1. ○ Для чого потрібне упорядковане зберігання даних?

2. • Які вимоги до зберігання даних висуваються сучасним інформатизованим суспільством?

3. ○ Що таке база даних? Де використовуються бази даних?

4. • Поясніть, що таке сутність?

5. • Що таке екземпляр сутності? Наведіть приклади.

6. ○ Назвіть типи зв’язків між сутностями предметної області.

7. • Опишіть особливості зв'язку «один до одного» між сутностями предметної області.

8. • Опишіть особливості зв'язку «один до багатьох» між сутностями предметної області, наведіть приклади таких зв’язків.

9. • Опишіть особливості зв'язку «багато до багатьох» між сутностями предметної області.

10. ○ На що вказує тип зв’язку при їх класифікації за повнотою?

11. • Що таке модель "сутність-зв'язок"? Що вона описує?

12. ○ Як називається набір умовних позначень при графічному поданні моделі «сутність-зв'язок»?

13. • Опишіть позначення, що використовуються при графічному поданні моделі "сутність-зв'язок ".

14. • Яка роль В.М.Глушкова у розвитку напрямків інформатики, пов’язаних з використанням баз даних?

15. ○ Хто є автором ідеї використання моделі «сутність-зв'язок» при проектуванні баз даних?

Виконайте завдання

1. • Розгляньте діаграму "сутність-зв'язок" (рис. 3.5). Визначте:

а). кількість і назву сутностей, зображених на діаграмі;

б). властивості кожної сутності;

в). види зв’язків для випадків:

· є кілька видів товару і є кілька складів, на кожному складі є всі види товарів;

· є тільки один вид товару і він зберігається на одному складі;

· є кілька видів товару і є кілька складів, кожен товар зберігається на одному складі і на кожному із складів зберігається тільки один вид товару;

· є кілька видів товару і всі вони зберігаються на одному складі;

· є один вид товару і він зберігається на кількох складах.

 

2. • (ДЗ) Розгляньте діаграму "сутність-зв'язок" (рис. 3.6). Визначте:

а). кількість і назву сутностей, зображених на діаграмі;

б). властивості кожної сутності;

в). види зв’язків для випадків:

· є тільки один магазин і він продає автомобілі однієї моделі;

· є кілька магазинів і є кілька моделей автомобілів, в кожному магазини є автомобілі тільки однієї моделі і кожна модель автомобіля продається тільки в одному магазині;

· є кілька магазинів і всі вони продають автомобілі однієї моделі;

· є кілька магазинів і є кілька моделей автомобілів, в кожному магазини є автомобілі всіх моделей;

· є один магазин і він продає автомобілі кількох моделей.

3. •
Розробіть модель "сутність-зв'язок" для створення таких баз даних:

а). телефонний довідник учнів класу, який повинен містити дані про номери стаціонарного і мобільного телефону учня, його прізвище та ім'я, адресу.

б). (ДЗ) домашня аудиотека, яка повинна містити дані про номер диску у домашній аудіотеці, назву диска, виконавця, дату випуску, загальну тривалість музичних творів на диску.

4. • (ДЗ) Підготуйте повідомлення за такими темами:

· Використання баз даних у перших українських ЕОМ.

· Використання баз даних у перших автоматизованих системах управління (АСУ) підприємством, розроблених Інститутом кібернетики НАН України.

1. Максимович Г. В. Беседы с академиком В. Глушковым, 2-е изд., переработанное. М., «Молодая гвардия», 1978. 224 с. с ил. (Эврика).

2. Руденко В.Д. Бази даних в інформаційних системах/За заг. ред. В.Ю.Бикова/навчальний посібник для студентів педагогічних університетів. – К.: Фенікс, 2010. – 240 с.: іл..