Проектирование и разработка программ реализации.

Обобщение представлений всех пользователей о данных называетсяконцептуальной моделью (схемой) БД.

Концептуальная модель представляет информационное описание предметной области с учетом логических взаимосвязей, поэтому её еще называют инфологической (информационно-логической) моделью.

Следующий этап разработки базы данных предполагает выбор представления концептуальной модели с помощью модели данных конкретной СУБД.

Логическая модель – это концептуальная схема, специфицированная в языке конкретной СУБД. Логическая модель представляет данные и элементы данных вне зависимости от их содержания и среды хранения.

Соответствующее «видение» данных прикладными программами (пользователями) представляет собой внешние представления.

Существует 3 уровня описания данных:

- внешнее представление – представление специалиста предметной области (пользователя);

- внешнее представление и логическая модель – представление прикладного программиста, разрабатывающего конкретное приложение для пользователя;

- логическая модель и внутреннее представление – представление системного программиста, администрирующего базу данных

9. Классификация моделей данных.

Модель данных — это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними. В соответствии с рассмотренной ранее трехуровневой архитектурой приходится сталкиваться с понятием модели данных по отношению к каждому уровню

Инфологические модели используются на ранних стадиях проектирования баз данных для формального описания предметной области. Они содержат информацию о классах объектов, их свойствах и взаимосвязях, описания структур данных без привязки к какой-либо конкретной СУБД. Инфологические (или семантические) модели отражают в естественной и удобной для разработчиков и других пользователей форме информацию о предметной области в процессе разработки структуры будущей базы данных.

Физическая модель данных оперирует категориями, касающимися организации внешней памяти и структур хранения, используемых в данной операционной среде. В настоящий момент в качестве физических моделей используются различные методы размещения данных, основанные на файловых структурах: это организация файлов прямого и последовательного доступа, индексных файлов и инвертированных списков. Кроме того, современные СУБД широко используют страничную организацию данных. В этом случае база данных представлена минимальным количеством файлов, а задачи поиска, чтения и записи данных выполняет сама СУБД, а не операционная система. Физические модели данных, основанные на страничной организации, являются наиболее перспективными.

Наибольший интерес вызывают модели данных, используемые на концептуальном уровне. По отношению к ним внешние модели называются подсхемами и используют те же абстрактные категории, что и концептуальные модели данных.Даталогические модели являются моделями концептуального уровня и разрабатываются для конкретной СУБД.

Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке.

Модели, ориентированные на формат документов, связаны прежде всего со стандартным общим языком разметки — SGML (Standart Generalised Markup Language), который был утвержден ISO в качестве стандарта еще в 80-х годах. Этот язык предназначен для создания других языков разметки, он определяет допустимый набор тегов (ссылок), их атрибуты и внутреннюю структуру документа. Контроль за правильностью использования тегов осуществляется при помощи специального набора правил, которые используются программой клиента при разборе документа. Для каждого класса документов определяется свой набор правил, описывающих грамматику соответствующего языка разметки. Гораздо более простой и удобный, чем SGML, язык HTML (HyperText Markup Language – язык разметки гипертекста) позволяет определять оформление элементов документа и имеет некий ограниченный набор инструкций — тегов, при помощи которых осуществляется процесс разметки. Инструкции HTML в первую очередь предназначены для управления процессом вывода содержимого документа на экране программы-клиента и определяют этим самым способ представления документа, но не его структуру. В качестве элемента гипертекстовой базы данных, описываемой HTML, используется текстовый файл, который может легко передаваться по сети с использованием протокола HTTP. В настоящее время все большую популярность приобретает язык XML (eXtensible Markup Language – расширяемый язык разметки), позволяющий описывать документы произвольной структуры и содержания.

Тезаурусные модели основаны на принципе организации словарей. Они содержат определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Эти модели эффективно используются в системах-переводчиках, особенно многоязыковых. Принцип хранения информации в этих системах и подчиняется тезаурусным моделям.

Дескриптпорные модели — самые простые из документальных моделей, они широко использовались на ранних стадиях использования документальных баз данных. В этих моделях каждому документу соответствовал дескриптор — описатель. Этот дескриптор имеет жесткую структуру и описывает документ в соответствии с теми характеристиками, которые требуются для работы с документами в разрабатываемой документальной базе данных. Например, для БД, содержащей описание патентов, дескриптор содержит название области, к которой относился патент, номер патента, дату выдачи патента и еще ряд ключевых параметров, которые заполнялись для каждого патента. Обработка информации в таких базах данных ведется исключительно по дескрипторам, то есть по тем параметрам, которые характеризуют патент, а не по самому тексту патента.

Теоретико-графовые модели отражают совокупность объектов реального мира в виде графа взаимосвязанных информационных объектов. Математической основой таких моделей является теория графов. Реляционная модель будет подробно рассмотрена далее.

10. Реляционная база данных. Основные понятия.

В реляционных базах данных данные собраны в таблицы, которые в свою очередь состоят из столбцов и строк, на пересечении которых расположены ячейки. Запросы к таким базам данных возвращает таблицу, которая повторно может участвовать в следующем запросе. Данные в одних таблицах, как правило, связаны с данными других таблиц, откуда и произошло название "реляционные".

Кратко особенности реляционной базы данных можно описать следующим образом:

· Данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов и строк;

· На пересечении каждого столбца и строчки стоит в точности одно значение;

· У каждого столбца есть своё имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип. Например, в столбце id_forum все значения имеют целочисленный тип, а в строке name - текстовый;

· Столбцы располагаются в определённом порядке, который определяется при создании таблицы, в отличие от строк, которые располагаются в произвольном порядке. В таблице может не быть не одной строчки, но обязательно должен быть хотя бы один столбец;

Осн. Понятия:

Отношения – таблица, специального вида, имеющая поля и записи; у полей уникальные названия.

Домен – множество возможных значений атрибута.

Атрибут – характеристика этого объекта.

Первичный ключ (primary key) – атрибут или группа атрибутов, которая уникально определяет запись в таблице.

Внешний ключ (foreign key) – атрибут, котрый хранится в зависимом отношении и определен на том же самом домене, что и первичный ключ главного отношения.

Альтернативный ключ (Alternative key) – возможный первичный ключ отношения / длинное символьное поле.

Суррогатный ключ – атрибут, которого не было в предметной области и он нужен исключительно для реализации БД.

Картеж – пара(имя атрибута, значение атрибута)

Степень – количество атрибутов в отношении.

Мощность – количество картежей.

11. Свойства реляционных таблиц.

1. Недублируемость картежей (записи не повторяются).

2. Недублируемость атрибутов.

3. Неупорядоченность атрибутов(хранятся в любом порядке; и если назначили первичный ключ, то это не значит что он первый. Он может быть и 4 и 10…).

4. Неупорядоченность картежей(чтобы достать значение из таблицы, нужно указать название атрибута и значение первичного ключа).

5. Атомарность значений атрибутов (в 1 значении должнобыть 1 данное).

12. Ключи и возможные индексы реляционных отношений.

Первичный ключ — понятие теории реляционных баз данных, минимальное множество атрибутов, являющееся подмножеством заголовка данного отношения, составное значение которых уникально определяет кортеж отношения. На практике термин первичный ключ обозначает поле (столбец) или группу полей таблицы базы данных, значение которого (или комбинация значений которых) используется в качестве уникального идентификатора записи (строки) этой таблицы.

Внешний ключ — понятие теории реляционных баз данных. Внешним ключом называется поле таблицы, предназначенное для хранения значения первичного ключа другой таблицы с целью организации связи между этими таблицами.

Индекс — объект базы данных, создаваемый с целью повышения производительности выполнения запросов. Таблицы в базе данных могут иметь большое количество строк, которые хранятся в произвольном порядке, и их поиск по заданному значению путем последовательного просмотра таблицы строка за строкой может занимать много времени. Индекс формируется из значений одного или нескольких столбцов таблицы и указателей на соответствующие строки таблицы и, таким образом, позволяет находить нужную строку по заданному значению. Ускорение работы с использованием индексов достигается в первую очередь за счёт того, что индекс имеет структуру, оптимизированную под поиск - например, балансированного дерева. Некоторые СУБД расширяют возможности индексов введением возможности создания индексов по выражениям. Например, индекс может быть создан по выражению upper(last_name) и соответственно будет хранить ссылки, ключом к которым будет значение поля last_name в верхнем регистре. Кроме того, индексы могут быть объявлены как уникальные и как неуникальные. Уникальный индекс реализует ограничение целостности на таблице, исключая возможность вставки повторяющихся значений.

13. Понятие отношения. Операции над отношениями.

Отношения – таблица, специального вида, имеющая поля и записи; у полей уникальные названия.

1) Выборка (горизонтальная проекция, Select) – выполняется на одном отношении, результатом является новое отношение; все атрибуты которого совпадаю с атрибутом исходного отношения, а катрежи соответствуют определённому условию.

2) Объединение (Union) – объединение картежей односхемных отношений R и S, с исключением повторяющихся. Результат: третье отношение, содержащие все картежи R и S за исключением дублирующихся.

3) Пересечение (Intersection) – выполняется на 2-х односхемных отношениях (R,S). Результатом будет отношение, которое состоит из кортежей, которые принадлежат как к R, так и к S.

4) Вычитание (Difference) - выполняется на 2-х односхемных отношениях (R,S). Результатом будет отношение, которое состоит из кортежей отношения R, но не принадлежат S.

5) Декартово произведение (Product) - выполняется на 2-х разно-схемных отношениях (R,S). В результате получается отношение D, которое содержит атрибуты R и S, и все возможные сочетания кортежей R и S.

6) Вертикальная выборка – на одном отношении, результатом является новое отношение сод-ее 1 атрибут из исходного отношения, а картежи содержат всевозможные значения этого атрибута.

7) Соединение (Join) - во-первых, вычисляется декартово произведение R × S. Затем, выбираются те кортежи, чьи значения общего атрибута C эквивалентны (R.C = S.C). Теперь мы имеем таблицу, которая содержит атрибут C дважды и мы исправим это, выбросив повторяющуюся колонку.

Деление (Divide) – Атрибуты отношения делителя являются подмножителем атрибутов отношения делимого.

R3(a,b)

За исключением атрибутов за исключением R2, а картежи соответствуют условию значений картежей отношения R2.

14. Понятие нормализации. Основные шаги нормализации.

Нормализация отношений - это задача группирования атрибутов в отношении с целью получения рациональных вариантов схем отношений. Задачами нормализации являются: решение аномалий, поддержка целостности и уменьшение избыточности данных.