Инфологическая модель данных «Сущность-связь»

Цель инфологического моделирования – обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных. Поэтому инфологическую модель данных пытаются строить по аналогии с естественным языком (последний не может быть использован в чистом виде из-за сложности компьютерной обработки текстов и неоднозначности любого естественного языка). Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты).

Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, места, самолеты, рейсы, вкус, цвет и т.д. Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. Например, типом сущности может быть ГОРОД, а экземпляром – Москва, Киев и т.д.

Атрибут – поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различного типа сущностей (например, ЦВЕТ может быть определен для многих сущностей: СОБАКА, АВТОМОБИЛЬ, ДЫМ и т.д.). Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности АВТОМОБИЛЬ являются ТИП, МАРКА, НОМЕРНОЙ ЗНАК, ЦВЕТ и т.д. Здесь также существует различие между типом и экземпляром. Тип атрибута ЦВЕТ имеет много экземпляров или значений (например, «Красный», «Синий», «Банановый», «Белая ночь» и т.д.), однако каждому экземпляру сущности присваивается только одно значение атрибута.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся атрибутам. Для сущности Студент ключом может являться атрибут Номер_зачетной_книжки или набор: Фамилия, Имя, Отчество и Год рождения (при условии, что в учебном заведении не будут учиться два однофамильца, родившиеся в одном году).

Связь – ассоциирование двух или более сущностей. Если бы назначением базы данных было только хранение отдельных, не связанных между собой данных, то ее структура могла бы быть очень простой. Однако одно из основных требований к организации базы данных – это обеспечение возможности отыскания одних сущностей по значениям других, для чего необходимо установить между ними определенные связи. А так как в реальных базах данных нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей, то теоретически между ними может быть установлено более миллиона связей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей.

 

Характеристика связей

При построении инфологических моделей можно использовать язык ER-диаграмм (от англ. Entity-Relationship, т.е. сущность-связь). В них сущности изображаются помеченными прямоугольниками, ассоциации – помеченными ромбами или шестиугольниками, атрибуты – помеченными овалами, а связи между ними – ненаправленными ребрами, над которыми может проставляться степень связи (1 или буква, заменяющая слово "много") и необходимое пояснение.

В ER-диаграммах связь – это линия, соединяющая геометрические фигуры, изображающие сущности, атрибуты, ассоциации и другие информационные объекты. В тексте же этот термин используется для указания на взаимозависимость сущностей. Если эта взаимозависимость имеет атрибуты, то она называется ассоциацией.

Между двумя сущностям, например, А и В возможны три типа связей.

Первый тип – связь ОДИН-К-ОДНОМУ (1:1): в каждый момент времени каждому представителю (экземпляру) сущности А соответствует 1 или 0 представителей сущности В.

Второй тип – связь ОДИН-КО-МНОГИМ (1:М): одному представителю сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В.

Третий тип – связь МНОГИЕ-КО-МНОГИМ (М:М): экземпляр одной сущности связан с несколькими экземплярами другой сущности и наоборот, любой экземпляр второй сущности связан с несколькими экземплярами первой сущности.

 

Ограничения целостности

Целостность (от англ. integrity – нетронутость, неприкосновенность, сохранность, целостность) – понимается как правильность (корректность, правдоподобность, однозначность, непротиворечивость) данных в любой момент времени. Но эта цель может быть достигнута лишь в определенных пределах. Например, нельзя обнаружить, что вводимое значение 5 (представляющее номер дня недели) в действительности должно быть равно 3. С другой стороны, значение 9 явно будет ошибочным и СУБД должна его отвергнуть. Однако для этого ей следует сообщить, что номера дней недели должны принадлежать набору (1,2,3,4,5,6,7), то есть создать домен ­– указать перечень всевозможных значений того или иного атрибута.

Для того чтобы гарантировать корректность и взаимную непротиворечивость данных, на базу данных накладываются некоторые ограничения, которые называют ограничениями целостности (data integrity constraints).

Поддержание целостности базы данных может рассматриваться как защита данных от неверных изменений или разрушений (не путать с незаконными изменениями и разрушениями, являющимися проблемой безопасности). Современные СУБД имеют ряд средств для обеспечения поддержания целостности (так же, как и средств обеспечения поддержания безопасности).

Выделяют четыре вида целостности:

• целостность по сущностям (декларативная целостность);
• целостность по ссылкам (ссылочная целостность – referential integrity);
• целостность, определяемая пользователем (семантическая целостность);
• физическая целостность (целостность файлов операционной системы).

 

Декларативная целостность – целостность по сущностям. Ограничения целостности, необходимые для обеспечения декларативной целостности обычно задаются при объявлении (декларировании, от слова declaration – «объявление») сущности в базе данных.

Для обеспечения декларативной целостности базы данных используются следующие механизмы:

· тип данных;

· размер типа данных;

· опция NOT NULL;

· домен;

· первичный ключ;

· уникальный ключ.

Ссылочная целостность – целостность по ссылкам. Данный вид целостности необходимо обеспечивать, когда данные, находящиеся в нескольких таблицах, связаны между собой и зависят друг от друга (ассоциации и обозначения). Для обеспечения ссылочной целостности базы данных используют внешние (или вторичные) ключи.

Внешний ключ – это набор атрибутов зависимой сущности, по значениям которых можно идентифицировать сущность, с которой она связана. Иными словами, значения атрибутов, входящих в состав внешнего ключа, выбираются из значений атрибутов, составляющий первичный ключ той сущности, на которую ссылается зависимая сущность. В общем случае значения атрибутов, составляющих внешний ключ, могут иметь неопределенные значения (NULL), но если это невозможно по смыслу реализуемой задачи, можно на эти атрибуты наложить дополнительные ограничения целостности, запрещающие использование неопределенных значений.

При указании внешнего ключа, связывающего две сущности, необходимо также определить необходимость выполнения так называемых каскадных действий. Каскадные действия – операции, выполняемые СУБД автоматически (неявно) при возникновении того или иного события, вызванного чаще всего действиями пользователей.

В частности, необходимо определить, что случиться при попытке удаления целевой сущности, на которую ссылается внешний ключ? Например, при удалении поставщика, который осуществил, по крайней мере, одну поставку. Существует три возможности:

· Каскадирование: операция удаления «каскадируется» с тем, чтобы удалить также поставки этого поставщика.

· Ограничение: удаляются лишь те поставщики, которые еще не осуществляли поставок. Иначе операция удаления отвергается.

· Установка: для всех поставок удаляемого поставщика внешний ключ устанавливается в неопределенное значение, а затем этот поставщик удаляется. Такая возможность, конечно, неприменима, если данный внешний ключ не должен содержать NULL-значений.

В качестве примера рассматривается пример использования ER-проектирования (модель «птичья лапка») при проектировании системы работы колледжа.

Полная ER-диаграмма Tiny College