Пример. для объекта "изделие" значение элемента "код изделия" однозначно идентифицирует значения других элементов: "наименование

для объекта "изделие" значение элемента "код изделия" однозначно идентифицирует значения других элементов: "наименование изделия", "материал" и пр.

Ключ — идентификатор, уникально определяющий запись об объекте. Может быть: простым и составным.

2.Атрибут ‑ это поименованная характеристика сущности, которая принимает значения из некоторого множества допустимых значений. Атрибуты моделируют свойства сущности.

Атрибуты— это элементы данных, не входящие в состав ключа. В записи об объекте значения атрибутов идентифицируется значением ключа. В реляционных моделях БД набор записей представляется в виде отношения (двумерной таблицы), в котором кортежи (строки таблицы) соответствуют экземплярам объекта, а атрибуты (колонки таблицы) определяют набор и значение его характеристик (элементов данных).

Чтобы задать атрибут в модели, необходимо присвоить ему наименование, определить множество его допустимых значений и указать, для чего он используется. Имя атрибута связывают с его смысловым описанием. В этой связи совокупность имен атрибутов описывает свойства сущности.

3. Связь ‑ это обобщённое понятие, предназначенное для обозначения выделенного в ПрО отношения между двумя или более сущностями. Как и сущности, каждая категория пользователей выделяет связи в соответствии со своей концепцией ПрО.

Связи данных. Традиционными средствами для представления характера взаимосвязей между парами связанных элементов данных являются отображения (двусторонние связи) и ассоциации (односторонние связи).

Связи — это соответствия, отношения, возникающие между объектами предметной области.

Предметная область БД определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения (связи).

При описании той или иной ПрО желательно, чтобы соблюдались следующие требования:

- полнота охвата объектов (сущностей) рассматриваемой области;

- однозначность атрибутов;

- возможность включения новых объектов (сущностей).

Таким образом, проектирование БД начинается с предварительной структуризации предметной области: фиксации объектов (сущностей), свойств этих объектов и виды отношений между объектами.

Информацию о проекте суммируют с использованием графических диаграмм. Для них можно использовать следующие обозначения:

Сущности изображаются прямоугольниками
Атрибуты обозначаются овалами
Связи изображаются ромбами

Пример. Выделить информационные объекты учебного процесса.

Описывая предметную область “Учебный процесс”, можно выделить несколько сущностей: студент, преподаватель, предмет.

Сущность Студент можно охарактеризовать следующими атрибутами:

ФИО, Дата_рождения, Адрес, Дата_поступления, Номер_зачетной_ книжки, НОМЕР_ГРУППЫ.

Сущность Преподаватель характеризуется следующими атрибутами:

ФИО, Адрес, Должность, Кафедра, УЧЕНОЕ_Звание, Телефон_ рабочий, Телефон_ домашний.

Сущность Предмет характеризуется следующими атрибутами:

Название, Кафедра, Лекции, Практические_занятия, Лабораторные_работы, Курсовые_работы, Отчетность, Семестр.

Между сущностями Студент, Преподаватель и Предмет существует связь Экзамен. Связь, как и сущность, может иметь атрибуты. Связь экзамен характеризуется, например, атрибутами ОЦЕНКА и ДАТА_ПРОВЕДЕНИЯ.

Набор конкретных значений атрибутов, характеризующих объект, называется экземпляром объекта.

Под структурной связью между объектами понимается связь множества экземпляров одного объекта, называемого главным, с некоторым множеством, возможно пустым, экземпляров вспомогательного объекта, называемого детальным.

Экземпляр структурной связи - некоторое подмножество структурной связи, в которой один экземпляр главного объекта связан со множеством, возможно пустым, экземпляров детального объекта.

Пример:

Структурные связи могут быть четырех типов:

1 : 1 - одному экземпляру объекта А соответствует строго один экземпляр объекта В.

Пример:

1 : M - одному экземпляру объекта А соответствует более одного экземпляра объекта В.

M : 1 - одному экземпляру объекта В соответствует более одного экземпляра объекта А.

M : M - одному экземпляру объекта А соответствует более одного экземпляра объекта В. Одному экземпляру объекта В соответствует более одного экземпляра объекта А.

Пример:

Пример:

На предприятии имеется несколько цехов, изготавливающих изделия конкретных наименований для каждого цеха. Цех имеет номер и начальника с конкретной фамилией. Изделия изготавливаются из различных материалов. Изделия и материал характеризуются наименованием и шифром. Выделить связи и указать типы этих связей, а также построить примеры экземпляров структурной связи.

Объекты - Атрибуты:

- цех - номер

- материал - ФИО

- изделие- наименование

- начальник- шифр

Приведем пример структурной связи для отношения “изделие”.

Тогда экземпляр главной группы

1. Модели данных (сетевая, иерархическая, реляционная).

При работе с компьютером общий термин информация (не имеющих точного определения) заменим более конкретным — данные.

Хотя и термин "данные" не имеет точного определения, употребление его подразумевает, что в общем случае информация о состоянии любой материальной системы фиксируется в виде данных, пригодных для последующей обработки, хранения и передачи.

Термин "данные" предполагает представление некоторой информации в памяти компьютера, т.е. данные являются машиночитаемыми. Поэтому пользователь должен представлять какая информация будет храниться в его информационной системе и в какой форме.

Для того, чтобы превратить информацию в данные, необходимо учитывать наличие у информации неких конкретных формальных свойств. Совокупность этих свойств определяет модель данных.

Понятие модель данных включает три компонента:

· организацию (структуру) данных;

· множество допустимых операций над данными;

· средства обеспечения логической целостности и достоверности данных.

Логическая структура данных т.е. способы связывания элементов данных в записи, а записей в файлы зависит от СУБД, а точнее — от той модели данных, которую поддерживает конкретная СУБД.

Совокупность операций над данными для перевода БД из одного состояния в другое. Каждая операция включает селекцию данных, над которыми должна быть выполнена операция (селекция опирается на определённую упорядоченность данных в памяти компьютера, структуру данных); и собственно действие над выделенными данными. Действие может заключаться в чтении записи, модификации ими удалении найденной записи. Каждая модель данных определяет набор таких операций.

Специальный язык манипулирования данными в реляционных системах базируется на разработанном Е. Коддом математическом аппарате реляционной алгебры (в этом языке все операции с данными описываются в виде операций с таблицами).

Ограничение целостности — определённые логические ограничения, которые должны обеспечивать непротиворечивость данных. При нарушении этих ограничений возникают противоречия в выполнении операций над данными.

Пример:

Если для некоторого отношения задан первичный ключ, то во всех экземплярах записей этого отношения значения первичного ключа должны быть определёнными и различными (уникальными). Это требование из условия что БД отражает некоторую предметную область, а объекты предметной области должны быть определёнными и различными по некоторому идентификатору (первичному ключу). Если же первичный ключ не указан для какой-либо записи, то следует что в изучаемой предметной области существует какой-то неидентифицируемый объект (т.е. этот объект и существует, и не существует).

Ограничения целостности могут накладываться как на объекты, так и на связи.

Пример:

Если в таблице, содержатся сведения о рабочих, в качестве не ключевого атрибута стоит код участка работы, куда определён каждый рабочий, а с другой стороны существует таблица атрибутов этих работ, где код играет роль первичного ключа, то это значит, что если у какого-то рабочего в качестве кода будет стоять неверное число, возникает нарушение ссылочной целостности. МЫ не знаем где работает данный рабочий.

Структурой данных называется множество допустимых типов данных и отношений между ними. Структура данных частично отражает изучаемую предметную область, и частично создается в процессе моделирования данных.

Семантически наполненная совокупность данных, характеризующих тот или иной объект, называется записью.

Запись состоит из элементов данных или элементарных данных — фрагментов логически целостной однотипной информации, соответствующих отдельным атрибутам объекта.

Элементарные данные могут быть простыми или составными.

Например:

возраст — простые, Ф.И.О. — составные элементарные данные.

Таким образом, первый уровень структуры данных — это структура элементов данных внутри записи (элемент записи — поле).

Вторым уровнем структуры данных является структура записей внутри файла. (совокупность однотипных записей образуют файл).

Третий уровень — это сложная связь различных файлов между собой.

Итак, между единицами данных разного уровня, т.е. внутри записи (между ее элементами), между записями в пределах файла, между файлами существует система связей — структура (массив).

К основным структурам данных относятся:

· линейная;

· иерархическая;

· сетевая;

· реляционная.

Линейная (списковая) структура — это структура, при которой связываемые единицы данных следуют одна за другой, т.е. для каждой из них (кроме первой) можно указать одну предыдущую и для каждой (кроме последней) — одну последующую. Такой способ структурирования соответствует отношениям типа “один к одному”.

Пример:

Слово “объект” — элементами здесь выступают буквы, порядок их принципиален.

Текст — его элементы слова.

Геометрический объект линейной структуры — вектор — т.е. упорядоченная последовательность координат.

Рис. 1.Линейная структура данных

Если обобщить понятие линейной структуры и перейти от одномерного к двухмерному (в общем случае многомерному) массиву данных, например, рассмотреть линейно упорядоченную совокупность линейно упорядоченных записей. Такую структуру именуют массивом однородной информации (матрицы).

Иерархическая структура (древовидная) — представляет собой такой вид связи между единицами данных, при котором у каждой есть предыдущая или доминирующая (одна) и произвольное число последующих или подчиненных. Этот способ структурирования предназначен для представления отношений типа "один ко многим".

Рис. 2.Иерархическая структура данных

Примеры:

Структура правительственной организации.

Генеалогическое дерево.

Административно-территориальное деление страны.

Книга — упорядоченность последовательности букв, которые соединяются в слова, слова — в предложения, предложения — в главы и т.д.

Структуру иерархической модели можно представить в виде графа, который называется деревом. Объект самого верхнего уровня называется корнем, а объекты самого нижнего уровня — листьями этого дерева.

Движение по такому возможно лишь сверху вниз или снизу вверх, но не по горизонтали. Такая структура может существовать тогда, когда для каждого объекта указан только один исходный. Если их два (например: родители) привело бы к более сложной структуре — сети.

Сетевая структура — структура, в которой единицы данных являются узлами, связанными произвольным числом других. Сетевая структура предназначена для представления отношений типа "многие ко многим".

Пример:

Простейший пример сетевой структуры дают родственные связи, когда указываем на обоих родителей.

Лексика — т.к. практически каждое слово (единица данных) имеет синонимы, т.е связано отношением синонимии с другими словами.

Рис. 3.Структура сетевой модели данных

Одной из особенностей графовых моделей (иерархической и сетевой) является сложный аппарат навигации, т.е. механизм доступа к данным.

Потребность к разработке модели более независимой от аппаратных средств компьютера, привела к появлению реляционной (табличной) модели. (предложена в 1970 году Кодом Е.)

В реляционной структуре все данные представляются в виде таблиц, в строках которых располагаются записи, различающиеся значениями уникального ключа (идентификатора записи), а в столбцах — элементы (атрибуты) данных, снабжены именами. Реляционная модель обычно представляет отношение типа "один ко многим"; для представления "многие ко многим" потребуется уже не одна, а как минимум две таблицы, определённым образом связанные друг с другом.

Все операции с такими таблицами относятся не к отдельным элементам, а к строкам и столбцам в целом.

По существу не вводится никакого упорядочения строк и столбцов таблицы, которые являются равноправными, и таблица может рассматриваться как простейший последовательный файл, логический порядок записей в котором соответствует их физическому порядку.

Это единственная модель, обеспечивающая единообразие представление данных.

Заметем, что при введении избыточности за счёт многократного повторения некоторых записей в БД сетевые структуры могут быть сведены к иерархическим, а иерархические — к табличным (реляционным).

а)

б)

в)

Рис. 4.Пример перехода от сетевой структуры а) к иерархической б) и реляционной в)

В результате файл будет приведён к виду плоской таблицы, причём некоторая избыточность информации, возникающая при этом, компенсируется более простой структурой представления данных.

1. Основные понятия реляционных баз данных (тип данных, домен, атрибут, кортеж, первичный ключ, отношение).

1. Операции над данными (включить, удалить, обновить, объединение, пересечение, вычитание, декартово произведение, выборка, проекция, соединение, деление).

Все действия пользователя по созданию базы, поиску и модификации информации, анализу и представлению результатов этого анализа основаны на выполнении определенных операций на множестве записей в различных файлах этой базы.

Пользователю необходимы различные наборы и сочетания элементов данных, хранящихся в базе:

· необходимо иметь возможность извлекать определенные столбцы таблицы, строки, удовлетворяющие некоторым условиям, т.е. создавать отношения меньшей размерности и мощности;

· объединять различные таблицы.

Условно говоря пользователь должен иметь возможность разрезать и склеивать таблицы по строкам и столбцам, т.к. табличная структура — это лишь логическая их организация, а физически данные операций размещены на магнитных носителях, а функция ножниц, клея выполняет компьютер. Взаимодействие между пользователем, данными и этим компьютером обеспечивает СУБД.

Операции выполняемые СУБД над таблицами:

· объединение;

· пересечение;

· разность;

· прямое произведение;

· соединение;

· селекция;

· проекция выборки определенных столбцов;

· деление;

Эти восемь операций описал в 1972 году автор реляционной модели Е.Ф. Кодд. Первые четыре операции являются стандартными алгебраическими операциями, слегка моделированными Коддом с учетом того, что они производятся над отношениями, а следующие четыре — это специальные операции реляционной алгебры.