Даталогическое проектирование

1. Представление концептуальной модели средствами модели данных СУБД Общие представления о моделях 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.

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. 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 идентифицирующий 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 и других групп.

связи между сущностями " 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).

2. Типовые модели данных СУБД и представление концептуальной модели 2.1. Сетевая модель данных Пример: представление группового отношения M:N В модель вводится дополнительная группа (дополнительный вид записей). Элементы этой записи представляют собой указатели на две исходные группы и указатели на экземпляры рассматриваемой дополнительной записи, связывающие их в список (цепь), соответствующий M и (или) N членам группового отношения.

Представление связей типа M:N

Примеры экземпляров сущностей

Групповые отношения являются отношениями соподчиненности. Группа (запись) – владелец отношения имеет подчиненные группы – члены отношений. Исходная группа называется предком, подчиненная – потомком. Групповые отношения образуют иерархическую структуру, которую можно описать как ориентированный граф следующего вида: –имеется единственная особая вершина (соответствующая группе), называемая корнем, в которую не заходит ни одно ребро (группа не имеет предков); –во все остальные вершины входит только одно ребро (все остальные группы имеют одного предка), а исходит произвольное количество ребер (группы имеют произвольное количество потомков); –отсутствуют циклы Иерархическая модель данных

Иерархическая модель данных может представлять совокупность нескольких деревьев. В терминологии иерархической модели деревья, описывающие структуру данных, называются деревьями описания данных, а сами структурированные данные (база данных) – деревьями данных.

2.3. Реляционная модель данных требования к модели данных: модель должна быть понятна пользователю, не имеющему особых навыков в программировании; появление новых аспектов использования данных и необходимость введения новых связей не должны приводить к реструктуризации всей модели данных и базы данных в целом. Моделью данных, удовлетворяющей вышеуказанным требованиям, является реляционная модель, часто называемая также табличной.

Основное понятие - понятие отношения, представляемого в виде таблицы, столбцы которой соответствуют атрибутам сущности (структура строки таблицы аналогична структуре записи). Каждый атрибут может принимать определенное множество значений, называемое доменом. Строка таблицы с конкретными значениями полей здесь называется кортежем (соответствует понятию "экземпляр записи"). Поля таблицы предполагаются элементарными (неделимыми). Таким образом, понятие "таблица" здесь соответствует понятию "файл" модели данных. Первичный ключ здесь –минимальный набор атрибутов, однозначно идентифицирующий кортеж в отношении.

Групповое отношение может представляться двумя способами. При первом способе в таблицы, соответствующие группам – членам отношения, добавляются столбцы ключевых полей (атрибутов) другого члена отношения (связь описывается через ключевые атрибуты). При втором способе групповое отношение определяется как дополнительная группа (дополнительная таблица). Столбцами этой дополнительной таблицы являются ключи групп – членов отношения. Таким образом, при любом способе соответствующая модель данных представляет собой совокупность структур таблиц.

Для формального описания таблицы используется теоретико- множественное понятие отношения. Схемой отношения R называется перечень имен атрибутов отношения (соответствующих столбцам таблицы) с указанием доменов этих атрибутов и обозначается где {Ai} – множество значений, принимаемых атрибутом Ai(i=1,n). Совокупность схем отношений, используемых для представления концептуальной модели, называется схемой реляционной базы данных, а текущие значения соответствующих отношений – реляционной базой данных.

Алгоритм перехода от базовой ER-модели к схеме реляционной базы данных

1. Отображение простых объектов Определение состава полей основной таблицы. Для каждого простого объекта и его единичных свойств строится отношение, атрибутами которого являются идентификаторы объекта и реквизиты, соответствующие каждому из единичных свойств. Для объекта O 1 отношение может выглядеть следующим образом: R 1 (ИO 1, C 1, C 2, C 5, C 6 ). Отображение множественных свойств объекта. Если у объекта имеются множественные свойства, то каждому из них ставится в соответствие отдельное отношение, полями которого будут идентификатор объекта (при наличии у объекта нескольких идентификаторов - тот из них, который выбран в качестве первичного ключа) и поле, отображающее множественное свойство. Ключ этого отношения будет составным, включающим оба эти атрибута. Так, для множественных свойств С 3, С 4 будут созданы отношения R2 (ИO 1, C 3 );R3 (ИО 1, C 4 ).

Отображение условных свойств объекта. Если объект обладает условными свойствами, то при отображении их в реляционную модель возможны варианты. 1. Если многие объекты обладают рассматриваемым свойством, то его можно хранить в базе данных так же, как и обычное свойство, т.е. в той же таблице, в которой бы атрибут хранился, если бы свойство было определенным для всех экземпляров рассматриваемой сущности. 2. Если только незначительное число объектов обладает указанным свойством, то для многих записей в файле базы данных при ис­ пользовании предыдущего решения значение соответствующего поля будет пустым. Для устранения этого недостатка можно выделить отдельное отношение, которое будет включать идентификатор объекта и атрибут, соответствующий рассматриваемому свойству. R4 (ИO 1, C 5 )

Отображение составных свойств объекта. Если объект имеет составное свойство, то возможны два варианта его отображения в БД: 1. Всему составному свойству ставится в соответствие одно поле. 2. Каждому из составляющих элементов составного свойства ставится в соответствие отдельное поле: Rl (ИО 1, C 1, C 2, C 5, C 7, C 8 ). Выбор варианта будет зависеть в основном от характера преимущественной обработки этой информации.

Отображение связи между объектами Отображение связи типа М:М Если между объектами предметной области имеется связь М:М, то для хранения такой информации потребуются три отношения: по одному для каждой сущности и одно дополнительное - для отображения связи между ними. Последнее отношение будет содержать идентификаторы связанных объектов. Ключ этого отношения будет составным.

Отображение связи типа 1:М.

Отображение связи типа 1:1.

Отображение сложных объектов Отображение агрегированного объекта

Отображение нескольких агрегированных объектов, имеющих одинаковые связи

Отображение обобщенного объекта

Отображение состава изделия