1.Информационные модели

Под информационной моделью понимается модель в терминах информационных данных. Основными понятиями являются понятия информационных элементов и отношений между ними. К основным информационным моделям относятся:

1. Модели в терминах свойство – связь.

2. Реляционная модель.

3. Многомерная модель данных.

4. Объектная и объектно – реляционная модель данных.

Наиболее простой, с которой и началась история БД, является модель свойство – связь.

.Модель свойство-связь

Основными понятиями данной мод ели являются понятия информационного элемента и отношений между этими элементами.

Информационным элементом называется единая неделимая единица информации, которая характеризуется именем, типом, размером и экземпляром. Под именем понимается идентификатор, позволяющий однозначно определить данный элемент. Под типом информационного элемента будем понимать вещественный тип (E), целый (I), текстовый (T), дату (D) и Булев (B). Размером информационного элемента называется сколько места он занимает в памяти в байтах. Экземпляром информационного элемента называется одно из возможных значений, которые он может принимать. Например, информационный элемент «Ф.И.О. студента» можно задать следующим образом:

• Имя элемента - FIOS.

• Тип элемента – T.

• Размер элемента – 30 байт.

• Экземпляр элемента – Иванов С.Ю.

Основными отношениями, используемыми в данной модели данных, являются:

• Одно-однозначное отношение (1:1). Отношение между элементами A и B называется одно-однозначным, если одному экземпляру A соответствует один экземпляр B, и наоборот. Это отношение обозначается A(1:1)B и изображается в виде:

Примером такого отношения может служить ИНН и номер пенсионного страхования.

• Одно – многозначное отношение (1:n). Отношение между элементами A, B называется одно – многозначным, если одному экземпляру A соответствует несколько экземпляров B, но одному экземпляру B соответствует один экземпляр. Такое отношение обозначается A(1:n)B и изображается:

Примером такого отношения может служить № группы и № зачетки.

• Много – многозначное отношение (m:n). Элементы A, B находятся в много – многозначном отношении, если одному экземпляру A соответствует много экземпляров B и наоборот.

Если это особо не оговорено, то на графе связь не изображается. В противном случае изображается следующим образом:

Примером такого отношения может служить № зачетки студента и ИНН преподавателя.

Таким образом, модель свойство-связь можно представить в виде графа. Для построения этого графа используется графический метод проектирования.

Графический метод проектирования

Графический метод проектирования состоит из следующих этапов:

1. Выделение информационных элементов и связей между ними.

2. Агрегирование элементов.

3. Удаление транзитивных зависимостей.

4. Введение фиктивных элементов.

Выделение информационных элементов можно проводить с помощью двух подходов: функционального и объектного. В первом случае анализируются задачи, которые предполагается решать с использованием данного приложения базы данных. Например, если в ходе эксплуатации приложения предполагается необходимость ответа на запрос:

В какой группе обучается студент Иванов М.М.

Здесь «В какой группе» является целевой частью запроса, в которой можно рассматривать № группы, как информационный элемент, а «обучается студент» - квалифицирующая часть, где Иванов М. М. – экземпляр информационного элемента Ф. И. О. студента. Недостатком данного подхода является то, что при изменении запросов, в БД может не оказаться требуемая информация. При объектном подходе анализируется объект, для которого строится база, и в нее вносятся все возможные элементы, выявляемые в ходе анализа. Недостатком данного подхода является то, что база может оказаться избыточной, и в нее могут быть включены элементы, к которым не будет проводиться обращение. Поэтому на практике используют комбинацию подходов. Пусть в ходе выделения информационных элементов был выделены следующие элементы:

№	Имя	Тип	Размер	Экземпляр
1	Факультет	Текстовый	12	ФИТ
2	№ группы	Текстовый	12	АП51
3	№ зачетки	Текстовый	12	АП03\5
4	№ пропуска	Текстовый	12	АП03\5
5	Ф.И.О. студента	Текстовый	25	Иванов М.М.
6	Кафедра	Текстовый	10	ИТАС
7	Ф.И.О. преподавателя	Текстовый	25	Попов С.Н.

Для установления связей анализируется каждая пара информационных элементов. Получаем:

Здесь предполагается, что среди студентов и преподавателей могут быть однофамильцы.

На следующем шаге агрегируются (объединяются) информационные элементы, находящиеся в одно-однозначном соответствии. Такими элементами являются № зачетки и № пропуска. Получаем новый граф:

На следующем шаге удаляются транзитивные связи. Транзитивные связи имеют на графе следующий вид:

Здесь можно удалить перечеркнутую связь. Фактически задача сводится к оставлению в графе путей наибольшей длины, связывающих вершины. В нашем случае получим:

Недостаток этого графа заключается в том, что он не является связанным. Для того чтобы устранить этот недостаток вводится фиктивный информационный элемент, который находился бы в одно-многозначном соответствии с какими-либо элементами несвязанных подграфов. Для нашего примера таким элементом является ИНН преподавателя. Получаем:

Такой граф принято изображать следующим образом. На верхнем уровне изображаются корневые вершины, а на нижнем – вершины листья.

В зависимости от получаемого графа различают три структуры данных: строка, дерево, сеть.

Граф, полученный в примере, соответствует сети.

Строка – это такая структура данных, в которой в вершину входит не более одной дуги, и выходит из нее также не более одной дуги (плоские БД).

В структуре данных дерево в вершину входит не более одной дуги, а исходит из нее сколь угодно много (иерархические БД – IMS).

В сети в вершину может входить сколь угодно много дуг и из вершины также выходит сколь угодно много дуг (сетевые БД – IDMS).

В БД выделяют три уровня

Внешний уровень – представление БД с точки зрения пользователя. Этот уровень задает ту часть БД, которая относится к каждому пользователю. Это верхний уровень, на котором имеется несколько внешних схем или подсхем.

Концептуальный уровень – обобщающее представление БД. Этот уровень задает то, какие данные хранятся в БД, а также связи имеющиеся между ними. Это описание называют концептуальной схемой.

Внутренний уровень – физическое представление БД в компьютере. Этот уровень определяет, как информация хранится в БД. Это самый низкий уровень абстракции или внутренняя схема.

2. ER – модель

Основные концепции этой модели – типы сущностей, типы связей и атрибуты.

Типы сущностей – объект или концепция, которые характеризуются в данном проекте как имеющие независимое существование.

Сущность – экземпляр типа сущности, который может быть идентифицирован уникальным образом. Каждый тип сущности идентифицируется именем и списком свойств.

Слабая сущность – тип сущности, существование которого зависит от какого-то другого типа сущности (прямоугольник с двойным контуром).

Сильный тип сущности – тип сущности, существование которого не зависит от какого-то другого типа сущности.

Атрибут – свойство типа сущности или типа связи.

Д омен атрибута – набор значений, которые могут быть присвоены атрибуту.

Простой атрибут – атрибут, состоящий из одного компонента с независимым существованием (эллипс).

Составной атрибут – атрибут, состоящий из нескольких компонентов, каждый из которых характеризуется независимым существованием (присоединенные эллипсы).

Однозначный атрибут – атрибут, который содержит одно значение для одной сущности.

Многозначный атрибут – атрибут, который содержит несколько значений для одной сущности (двойной контур).

Производный атрибут – атрибут, который представляется значениями, производными от значения, связанного с ним атрибута или атрибутов (пунктирный контур).

Потенциальный ключ – атрибут или набор атрибутов, который уникально определяет отдельные экземпляры типа сущности.

Первичный ключ – потенциальный ключ, который выбран в качестве основного ключа (подчеркивается).

Составной ключ – потенциальный ключ, который состоит из двух и более атрибутов.

Тип связи – осмысленная ассоциация между сущностями разных типов.

Связь – ассоциация между сущностями, включающая по одной сущности из каждого участвующего в связи типа сущности.

Степень связи – количество сущностей, которые охвачены данной связью.

Рекурсивная связь – связь, в которой одни и те же сущности участвуют несколько раз и в разных ролях.

У связей могут быть атрибуты.

Показатель кардинальности – описывает количество возможных связей для каждой из сущностей участниц (1:1, 1:N, M:N).

Степень участия – определяет, зависит ли существование некоторой сущности от участия в связи некоторой другой сущности