 |
Последовательность создания информационной модели.
|
|
|
|
При проектировании модели данных следует рассматривать 3 уровня: концептуальный, логический и физический. Прежде всего следует определить концептуальные (общие) требования пользователей, интегрируемые (объединяемые) в концептуальную модель. Сущность этой модели – структурирование данных и выявление взаимосвязи между ними без рассмотрения особенностей их реализации. Для построения концептуальной модели необходимо проанализировать существующие (решаемые) задачи на объекте. Затем построенная концептуальная модель преобразуется в модель данных в условиях выбранной СУБД, то есть создаётся логическая модель. Если принятые взаимосвязи между объектами концептуальной модели не реализуются средствами выбранной СУБД, необходимо менять концептуальную модель.
Шаг 1: создаётся концептуальная структура (схема), которая является абстрагированной, без учета физических особенностей используемого компьютера.
Шаг 2: создаётся логическая модель - версия концептуальной модели, которая может быть обеспечена конкретной системой управления базой данных, она отражает логические связи между элементами данных независимо от их содержания и места хранения.
Шаг 3: Логическая модель отражается в физической памяти (диск, лента и т.д.) Такая внутренняя структура данных называется физической структурой. Она определяет размещение данных, методы доступа и технику индексирования. Физическую модель часто называют внутренней моделью системы. Физическая структура учитывает архитектуру компьютера. Она проектируется с некоторым избытком для обеспечения надежности управления данными.
Представление данных под управлением СУБД:
|
|
|
Концептуальная модель
 |
Логическая структура
 |
Физическая структура
 |
Компьютер
Типы моделей данных.
В зависимости от способа представления взаимосвязей между объектами логическая модель данных может быть иерархической, сетевой, реляционной.
В начале 60-х годов, когда не было персональных компьютеров, применялись иерархическая и сетевая модели данных. В начале 70-х появилась реляционная модель.
Иерархическая модель данных.
Взаимосвязи между объектами отражаются по принципу иерархии типов объекта в виде связанного графа, вершины которого размещены на разных иерархических уровнях. Самая высокая вершина называется корнем (главный тип объекта), а остальные, находящиеся на более низких уровнях иерархии, - подчиненными. Корень (первый уровень) не подчиняется ни одной вершине. Все остальные вершины (типы объектов) связаны с одной и только одной вершиной, которая размещена на более высоком уровне.
Схема иерархической модели данных.
 |
Взаимосвязь между главными и подчиненными объектами устанавливается типом «один – ко – многим» (1:М). Древовидная структура иерархической модели состоит из узлов и дуг.
Узел – совокупность атрибутов, которая описывает объект, т.е. каждый объект характеризуется совокупностью своих атрибутов.
Например: узел (объект) - курсант,
Его атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата рождения, номер группы и т.д.
Вершины графа, которые подчинены другой вершине, называются сыновьями. Любой «сын» на графе может иметь не более одного «отца», а любой «отец» - может иметь множество «сыновей».
В иерархической модели существует большая зависимость между описанием структуры данных и способом записи данных на внешние носители (диски). Данные, хранящиеся в соответствии с иерархической моделью, занимают меньше места на диске, но запрос к ним производится сложнее.
|
|
|
Пример: Дерево каталогов; генеалогическое дерево.
Сетевая модель данных.
В сетевой модели любой объект может быть и главным и подчиненным; каждый объект может участвовать в любом количестве взаимосвязей.
Общая схема сетевой модели данных.
 |
Пример:
Факультативы:
Химия Физика История Математ. Литерат.
 |  |  |  | | |  | |  | | | | ||||||||||||
Учащиеся:
 |
Уч.1 Уч.2 Уч.3 Уч.4 Уч.5
Данные представляются при помощи записей и связей. Запись (объект) в сетевой модели может иметь множество как подчиненных ей записей, так и записей, которым она сама подчинена.
Реляционная модель данных.
Реляционная структура (модель) представляет данные в виде двумерной таблицы. Табличная структура данных отражает отношения между реальными объектами и их характеристиками. Поиск и обработка записей не зависит от организации хранения данных в памяти компьютера.
Основное назначение реляционных структур баз данных- получение из таблицы необходимых отношений и формирование новых. На основе первичной таблицы при помощи логических операций формируется новая таблица соответствующей структуры. Каждый файл (таблица) соответствует какому-нибудь понятию из предметной области.
Пример:
| Таблица 1: Курсант | |
| ФИО | № гр. |
| Иванов | |
 Петров
|
Связь 1…
| Таблица 2: Анкета | |
| ФИО | Адрес |
| Иванов | Троицк |
Связь 2…
| Таблица 3: Группа | ||
| № гр. | Кл. рук. | Воспитатель |
В реляционных моделях имеются следующие типы объектов: таблицы (отношения), атрибуты (столбцы) и домены (дополнительные значения атрибутов – тип, размер).
Таблицы.
Таблица состоит из столбцов и строк. Каждая строка таблицы представляет собой одну запись, а каждый столбец- одно поле записей.
Поле Запись
 | |||
 | |||
Свойства таблицы:
1. Пересечение строки и столбца есть элемент таблицы.
|
|
|
2. Каждый элемент таблицы есть один элемент данных – неделимая информация.
3. Столбцам присваиваются уникальные имена.
4. Элементы столбца однородны.
5. В таблице нет одинаковых строк.
6. при выполнении операций с таблицей ее строки и столбцы можно обрабатывать в любом порядке, независимо от их информационного содержания.
Предметную область в реляционных моделях данных представляют в виде соответствующего числа таблиц. Классическое понятие «файл» при обработке данных можно ассоциировать с одной таблицей.
Таблицы находятся между собой в соответствующих отношениях – связях. Представление предметной области в виде системы отношений –задача, которая относится к области логического проектирования.
Преимущества реляционной модели:
- простота представления данных.
- минимальный избыток данных.
- независимость приложений пользователя от данных при включении или удалении таблиц.
- Возможность изменения состава атрибутных отношений.
- Отсутствие необходимости описывать схемы данных (в иерархических и сетевых моделях – надо).
Недостатки реляционных моделей:
1) нормализация таблиц приводит к значительной фрагментации данных, а при решении задач, как правило, их необходимо объединять
2) занимает много места в памяти компьютера.
В реляционной базе данных все данные сохраняются в виде прямоугольных таблиц и все операции над базой данных проводятся как операции над таблицами.
Средства проектирования баз данных позволяют манипулировать различными объектами базы данных. Большинство баз данных содержит следующие типы объектов:
- таблицы для хранения данных (файлы);
- индексы для сортировки данных и поддержки ключей;
- ограничения или правила для поддержки ссылочной целостности и ограничения значений данных;
- триггеры;
- хранимые процедуры для хранения исполнимого кода.
Основные понятия в реляционных базах данных: таблица, отношение, строка, столбец, первичный и внешний ключи.
Таблица - информация в виде совокупности не связанных между собой данных, состоит из записей одинаковой линейной структуры.
|
|
|
Запись – конечная логически связанная совокупность полей.
Поле – неделимая единица информации логической организации данных. Каждое поле содержит определенные данные.
Например: поле - фамилия
поле - дата рождения
Ключ – поле, которое однозначно определяет запись в базе данных.
Состав и принятая последовательность полей, которые входят в запись, определяют структуру записи. Каждая запись в файле однозначно идентифицируется уникальным ключом записи.
Таблица имеет уникальное имя. База данных включает в себя множество таблиц, связь между которыми устанавливается при помощи совпадающих полей. Эта связь называется отношением.
Отношения.
Сведения об объектах предметной области в базах данных связаны между собой соответствующими отношениями.
Существуют 4 типа отношений: «один-к-одному» (1:1)
«один-ко-многим» (1:М)
«много-к-одному» (М:1)
«много-ко-многим» (М:М)
1:1 – означает, что в каждый момент времени одной записи в таблице А соответствует не более чем одна запись в таблице В, к которой направлена связь, и наоборот.
Пример:
номер зачетки 1:1 фамилия и.о.
группа 1:1 староста
1:М – одна запись в таблице А идентифицирует несколько записей из таблицы В.
Пример:
номер группы 1:М фамилия и.о.
фамилия старосты студенты группы
Один староста руководит всеми студентами, но каждый студент имеет только одного старосту.
М:1 – похожа на 1:М, множеству записей таблицы А соответствует только одна запись таблицы В.
Пример:
фамилия и.о. М:1 номер группы
М:М – возникает между двумя таблицами, когда одна запись из таблицы А связана больше, чем с одной записью таблицы В и наоборот.
Пример:
преподаватели М:М студенты
 |
Один преподаватель обучает множество студентов, один студент учится у многих преподавателей.
Ключи.
В управлении базами данных ключ – это идентификатор записи или группы записей в файле данных. Ключ является содержимым одиночного поля. Ключи сохраняются в таблице ключей (индексные файлы) и специально идентифицируются для ускорения поиска необходимых записей.
Именно ключи являются эффективным средством доступа к соответствующим записям в файле.
Индексирование – создание специального индексного файла, который содержит в заданном порядке все значения ключа файла данных.
Например: Проиндексировать базу данных «Курсант» по фамилиям в алфавитном порядке.
Индексный файл
| № записи | |
| Иванов | |
 Абрамов
| |
| Васильев | |
| Баранов |
1
значение ключа в
|
|
|
заданном порядке
ключ – поле «фамилия»;
заданный порядок – алфавитный.
Индексный файл содержит указания (номера) на соответствующие записи файла данных.
|
|
|
