Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского
Опубликован: 04.06.2009 | Доступ: свободный | Студентов: 14957 / 4368 | Оценка: 4.34 / 4.09 | Длительность: 14:55:00
Лекция 6:

Вторая стадия концептуального проектирования (Модели данных СУБД. Представление концептуальной модели средствами модели данных СУБД)

< Лекция 5 || Лекция 6: 1234 || Лекция 7 >
Аннотация: Лекция посвящена второй стадии концептуального проектирования – представлению 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 слова: представление, модель данных СУБД, представление концептуальной модели, базы данных, сетевая модель, иерархическая модель, многомерная модель, концептуальная модель, СУБД, автоматизированное проектирование баз данных, основные этапы проектирования базы данных, система управления базой данных, база данных, модель данных, логическое проектирование, ПО, предметной области, тип данных, поле, NUMERIC, char, DATE, группа, файл, запись, связь, поиск, операции, алгоритм, БД, внешние ограничения, несоответствие типа, ER-диаграмма, атрибут, conference, data system, атрибут сущности, дополнительная группа, списковая структура, экземпляр сущности, IDM, IMS, персональная ЭВМ, реляционная модель, экземпляр записи, модели жизненного цикла, интерфейс, кодирование, схема базы данных, computer, engineering, приложение, структуры баз данных, программный продукт, Oracle, designer, power, Data, фирма, interface, моделирование, сетевая модель данных, иерархическая модель данных, реляционная модель 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 представляется 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 предыдущей 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 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.

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 запросов пользователей к базе данных с помощью типовых операций СУБД и т. д.

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

< Лекция 5 || Лекция 6: 1234 || Лекция 7 >
Александра Каева
Александра Каева
Карина Максутова
Карина Максутова