1. Этапы разработки базы данных.ER - диаграммы. Основные понятия. Концептуальные и физические модели.

Проектирование баз данных — процесс создания схемы базы данных и определения необходимых ограничений целостности.

Основные этапы проектирования баз данных

Концептуальное (инфологическое) проектирование — построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова «модель базы данных» и «модель предметной области» (например, «концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

• описание информационных объектов, или понятий предметной области и связей между ними.

• описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

Логическое (даталогическое) проектирование — создание схемы базы данных на основе конкретной модели данных, например, реляционной модели данных. Для реляционной модели данных даталогическая модель — набор схем отношений, обычно с указанием первичных ключей, а также «связей» между отношениями, представляющих собой внешние ключи.

Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам. Этот этап может быть в значительной степени автоматизирован.

На этапе логического проектирования учитывается специфика конкретной модели данных, но может не учитываться специфика конкретной СУБД.

Физическое проектирование — создание схемы базы данных для конкретной СУБД. Специфика конкретной СУБД может включать в себя ограничения на именование объектов базы данных, ограничения на поддерживаемые типы данных и т.п. Кроме того, специфика конкретной СУБД при физическом проектировании включает выбор решений, связанных с физической средой хранения данных (выбор методов управления дисковой памятью, разделение БД по файлам и устройствам, методов доступа к данным), создание индексов и т.д.

2. Общая характеристика реляционной модели данных. Типы данных. Простые типы данных. Структурированные типы данных. Ссылочные типы данных. Типы данных, используемые в реляционной модели. Домены. Отношения. Атрибуты. Кортежи.

Согласно Дейту, реляц. модель представляется в 3 частях:

1.Структурной. 2.Целостной. 3.Манипуляционной.

Структурная часть описывает, какие объекты рассм. реляционной моделью. Целостная часть описывает огр-ния специального вида, которые должны выполняться для любых от.ношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних клю.чей.

Манипуляционная часть –способы манипулирования реляц.данными. Типы данных 3 группы:

1Простые 2Структурированные 3Ссылочные.

Простые типы данных — не имеют внутренней структуры. К ним относятся типы:

1.Логический. 2Строковый. 3Численный.

Различные языки програм-ия могут расширять и добавлять типы такие как: Целый, Вещественный, Дата, Время, Денежный, Перечислимый, Интервальный… Структурированные типы — являются инструментом для создания сложных структур: 1) Массивы 2) Записи. При работе с массивами или записями, ими можно манипулировать как массивом отдельно, так и записью, либо как с единым це-лым (создавать, удалять, копировать целые массивы или записи), так и поэлементно. Ссылочные типы данных — предназначены для возможности указания на другие данные и обработки сложных изменяющихся структур, например деревьев. Типы данных, используемые в реляционной модели. Требование, чтобы тип данных был простым, значит, что в реляционных операциях не должна учитываться внутренняя структура данных. Можно создать свой, тип данных, описать возможные действия с этим типом данных, и, если в операциях не требуется зна-ние внутренней структуры данных, то такой тип данных также будет простым с точки зрения реляционной теории. Можно описать функции сложения, умножения, вычитания и деления, и все действия с компонен-тами x и y выполнять только внутри этих операций.

Домен-это набор значений элементов данных одного типа, отвечающих поставленным условиям. Домен имеет определенное имя, определен на простом типе данных или на другом домене. Домен может иметь логические условия для описания подмножества дан-ных, допустимых для данного домена. Домен имеет определенную смысловую нагрузку. Отношение R, определенное на множестве доменов D1,D2,…Dn, содержит две части: заголовок и тело. Заголовок отно-шения содержит фиксированное количество атрибутов отношени.Тело отношения содержит множество кортежей отношения.

Атрибут отношения есть пара вида <Имя_атрибута:Имя_домена>. 1. Имена атри-бутов должны быть уникальны в пределах отношения. 2. Число атрибутов в отношении называют степе-нью отношения. Кортеж отношения представляет собой множество пар вида<Имя_атрибута : Значе-ние_атрибута>

3. Свойства отношений. Потенциальные ключи. Целостность сущностей. Внешние ключи. Целостность внешних ключей. Стратегия поддержания ссылочной целостности.

Во второй части реляционной модели данных определяются два ограничения, которые должны выполняться в любой реляционной базе данных. Это:

• Целостность сущностей.

• Целостность внешних ключей.

Потенциальные ключи

По определению, тело отношения есть множество кортежей, поэтому отношения не могут содержать одинаковые кортежи. Это значит, что каждый кортеж должен обладать свойством уникальности. На самом деле, свойством уникальности в пределах отношения могут обладать отдельные атрибуты кортежей или группы атрибутов. Такие уникальные атрибуты удобно использовать для идентификации кортежей.

Определение 1. Пусть дано отношение  . Подмножество атрибутов   отношения   будем называтьпотенциальным ключом, если   обладает следующими свойствами:

1. Свойством уникальности - в отношении не может быть двух различных кортежей, с одинаковым значением  .

2. Свойством неизбыточности - никакое подмножество в   не обладает свойством уникальности.

Любое отношение имеет по крайней мере один потенциальный ключ. Действительно, если никакой атрибут или группа атрибутов не являются потенциальным ключом, то, в силу уникальности кортежей, все атрибуты вместе образуют потенциальный ключ.

Потенциальный ключ, состоящий из одного атрибута, называется простым. Потенциальный ключ, состоящий из нескольких атрибутов, называется составным.

Отношение может иметь несколько потенциальных ключей. Традиционно, один из потенциальных ключей объявляется первичным, а остальные - альтернативными. Различия между первичным и альтернативными ключами могут быть важны в конкретной реализации реляционной СУБД, но с точки зрения реляционной модели данных, нет оснований выделять таким образом один из потенциальных ключей.

Замечание. Понятие потенциального ключа является семантическим понятием и отражает некоторый смысл (трактовку) понятий из конкретной предметной области. Для того чтобы проиллюстрировать этот факт рассмотрим следующее отношение "Сотрудники":

Табельный номер	Фамилия	Зарплата
1	Иванов	1000
2	Петров	2000
3	Сидоров	3000

Таблица 4 Отношение "Сотрудники"

При первом взгляде на таблицу, изображающую это отношение, может показаться, что в таблице имеется три потенциальных ключа - в каждой колонке таблицы содержатся уникальные данные. Однако среди сотрудников могут быть однофамильцы и сотрудники с одинаковой зарплатой. Табельный же номер по сути свой уникален для каждого сотрудника. Какие же соображения привели нас к пониманию того, что в данном отношении только один потенциальный ключ - "Табельный номер"? Именно понимание смысла данных, содержащихся в отношении.

Попробуем представить это отношение в другом виде, изменив наименования атрибутов:

A	B	C
1	Иванов	1000
2	Петров	2000
3	Сидоров	3000

Предъявим кому-нибудь эту таблицу и не сообщим смысл наименований атрибутов. Очевидно, что невозможно судить, не понимая смысла данных, может или не может в этом отношении появиться, например, кортеж (1, Петров, 3000). Если бы, кстати, такой кортеж появился (что, на первый взгляд, вполне возможно, т.к. не нарушается уникальность кортежей), то мы точно смогли бы сказать, что не является альтернативным ключом - ни один из атрибутов по отдельности. Но мы не сможем сказать, что же является первичным ключом.

Замечание. Потенциальные ключи служат средством идентификации объектов предметной области, данные о которых хранятся в отношении. Объекты предметной области должны быть различимы.

Замечание. Потенциальные ключи служат единственным средством адресации на уровне кортежей в отношении. Точно указать какой-нибудь кортеж можно только зная значение его потенциального ключа.