Литература

1. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах: Пер. с англ. /Под ред. А.А. Стогния и А.Л. Щерса. – М.: Мир, 1980. – 664 с.

2. Крёнке Д. Теория и практика построения баз данных. 8-е изд. – СПб.: Питер, 2003. – 800 с.

3. Конноли Т., Бэгг К., Страчан А. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 1120 с.

4. Карпова Т. Базы данных. Модели, разработка, реализация. – СПб.: Питер, 2001. – 304 с.

5. Хансен Г., Хансен Дж. Базы данных: разработка и управление: Пер. с англ. – М.: ЗАО «Издательство «БИНОМ», 1999. – 704 с.

6. Четвериков В.Н., Ревунков Г.И., Самохвалов Э.Н. Базы и банки данных. М.: ВШ, 1986, 1992.

7. Ульман Дж. Д., Уидом Дж. Введение в системы баз данных: Пер. с англ. – М.: Лори, 2000. – 374 с.

8. Швецов В.И., Визгунов А.Н., Мееров И.Б. Базы данных. Учебное пособие. Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2004. 271 с.

9. Толстобров А.П. Управление данными. Учебное пособие. Воронеж: Изд-во Воронежского ГУ, 2007 – 205 с.

10. Горев А., Ахаян Р., Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД. СПб.: Питер, 1997. – 700 с.

Лекция 6. Вторая стадия концептуального проектирования (Модели данных СУБД. представление концептуальной модели средствами модели данных СУБД)

Лекция посвящена второй стадии концептуального проектирования – представлениию концептуальной модели в терминах модели данных определенной СУБД. Здесь дается общее понятие модели данных СУБД, рассматриваются типовые классические модели данных, рассматриваются принципы автоматизированного проектирования баз данных.

Ключевые термины: модель данных, сетевая модель, иерархическая модель, реляционная модель, многомерная модель, представление концептуальной модели, логическое проектирвание, автоматизированное проектирование баз данных.

Цель лекции: дать общее представление о модели данных СУБД как средства для представления концептуальной модели при создании базы данных, рассмотреть типовые модели данных (сетевая модель, иерархическая модель, реляционная модель, многомерная модель), показать как представляяется концептуальная модель в разных СУБД, рассмотреть основные принципы работы средств автоматизированного проектирования баз данных.

6.1. Представление концептуальной модели средствами модели данных СУБД

Общие представления о моделях данных СУБД

В соответствии с основными этапами проектирования базы данных после построения концептуальной модели выбирается система управления базой данных, с помощью которой будет организована база данных и работа с ней. Каждая СУБД поддерживает определенные виды и типы данных, а также средства представления связей между данными, составляющими модель данных СУБД. Вторая стадия проектирования базы данных состоит в представлении построенной на предидущей стадии концептуальной модели средствами модели данных СУБД или в отображении концептуальной модели в модель данных СУБД. Этот этап часто называют логическим проектированием базы данных. Полученная при этом модель часто также называется концептуальной моделью или схемой (но специфицированной к понятиям модели данных СУБД). В некоторых источниках полученную модель называют логической структурой данных или моделью данных базы данных.

Можно по-разному характеризовать понятие модели данных СУБД. С одной стороны, модель данных СУБД – это способ структурирования данных, которые рассматриваются как некоторая абстракция в отрыве от предметной области. С другой стороны, модель данных СУБД– это инструмент представления концептуальной модели предметной области и динамики ее изменения в виде базы данных.

Учитывая обе вышеуказанные стороны, определим основные структуры моделей данных СУБД, используемые для представления концептуальной модели предметной области (сущностей, атрибутов, связей).

Элемент данных (поле) – наименьшая поименованная единица данных. Используется для представления значения атрибута.

С элементом данных неразрывно связано понятие «тип данных», который может принимать соответствующее поле. В разных СУБД могут использоваться разные типы данных, наиболее распространенными из которых (используемые во многих СУБД) являются следующие: числовой (numeric), символьный (char), дата (date) и т.д.

Запись – поименованная совокупность полей. Используется для представления совокупности атрибутов сущности (записи о сущности).

Экземпляр записи – запись с конкретными значениями полей.

Первичный ключ – минимальный набор полей записи, однозначно идентифицирующих экземпляр записи файла.

Файл – поименованная совокупность экземпляров записей одного типа. Используется для представления однородного набора сущностей.

Набор файлов – поименованная совокупность файлов, обрабатываемых в системе. Используется для представления нескольких наборов сущностей.

Введем понятие «группа», обобщающее понятия «файл» и «запись».

Группа – это поименованная совокупность элементов данных или элементов данных и других групп.

Важнейшим понятием концептуальной модели является понятие связи между сущностями (наборами сущностей). В моделях данных СУБД соответствующее понятие отражается понятием «групповое отношение».

Групповое отношение – поименованное бинарное отношение, заданное на двух множествах экземпляров рассматриваемых групп. По характеру бинарных связей различают групповые отношения вида 1:1, 1:M, M:1, M:N. Пары чисел называют коэффициентами группового отношения. В групповом отношении один член группы назначается владельцем отношения, другой – членом.

База данных – поименованная совокупность экземпляров групп и групповых отношений.

Для представления группового отношения используется две формы:

а) Графовая. Группы изображаются вершинами графа, связи между группами – дугами, направленными от группы-владельца к группе-члену с указанием имени отношения и коэффициента.

По типу графов различают:

• иерархическую модель (граф без циклов – дерево);

• сетевую модель (ориентированный граф общего вида).

б) Табличная. Связь между группами изображается таблицей, столбцы которой представляют ключи соответствующих групп. Для формального описания таблицы используется математическое (теоретико-множественное) понятие отношения. Соответствующая модель данных называется реляционной моделью.

Модель данных СУБД описывается следующим образом:

• определены возможные типы и характеристики логических структур данных (полей, записей, файлов);

• заданы правила составления структур более общего типа из структур более простых типов (например, записей из полей, файлов из записей и т.д.);

• определен способ представления связей (отношений) между файлами и записями) с помощью дополнительных полей ;

• определены возможные действия над структурами и правила их выполнения, включающие:

  • основные элементарные операции над данными;

  • обобщенные операции (процедуры);

  • средства контроля относительно простых условий корректности операций добавления, обновления или удаления данных (ограничения), реализуемые автоматически запускаемыми при выполнении вышеуказанных операций специальными процедурами (триггерами);

  • средства контроля сколь угодно сложных условий корректности выполнения определенных действий (правила);

  • специальный класс процедур (триггеры).

В качестве основных элементарных операций обычно рассматриваются следующие: поиск записи с заданным значением ключа, чтение нужной записи, добавление записи, корректировка, удаление. В моделях данных СУБД также предусматриваются специальные операции для установления групповых отношений.

Обобщенные операции или процедуры – последовательность операций, реализующая определенный алгоритм обработки данных. Процедуры могут инициироваться СУБД автоматически, а также могут запускаться пользователем. Примерами процедур являются процедуры копирования БД, восстановления БД, процедуры, вычисляющие значения определенных атрибутов в БД по значениям других атрибутов, и т.п.

Средства контроля используются для реализации ограничений целостности концептуальной модели. Простейшие средства контроля – ограничения – используются для реализации как внешних ограничений концептуальной модели, так и внутренних ограничений модели данных. В качестве последних ограничений, в частности, реализованы ограничения на ввод данных несоответствующего типа, несоответствующей характеристики (по числу битов, по числу полей, по количеству записей и т.п.). Более сложные средства контроля (правила) позволяют вызывать выполнение определенной последовательности операций (сколь угодно сложной) при изменении или добавлении данных в БД и тем самым реализовывать ограничения целостности, описанные с помощью специальных конструкций.

Построение модели данных базы данных (отображение концептуальной модели в модель данных СУБД)

После первой стадии концептуального проектирования у нас сформировано обобщенное представление пользователей о данных, как правило, представленное в виде ER-диаграммы .На следующей стадии (после того, как выбрана определенная СУБД с конкретной моделью данных) необходимо записать концептуальную схему в терминах и понятиях выбранной СУБД. На этой стадии каждая сущность концептуальной модели описывается как запись, состоящая из полей. Каждый атрибут описывается как поле с типом и характеристиками, возможными в выбранной СУБД. Описываются связи концептуальной модели в понятиях, соответствующих выбранной СУБД, определяется порядок реализации запрсов пользователей к базе данных с помощью типовых операций СУБД и т. д.

Результатом зтой стадии проектирования будет концептуальная модель, специфицированная к конкретной СУБД.

6.2 Типовые модели данных СУБД и представление концептуальной модели