Моделі даних машинною іб розглядається на

двох рівнях: логічному та фізичному.

Логічний рівень - це абстрактний погляд на дані , на ньому вони представляються у такому вигляді і мають таку назву, як у реальному світі. Наприклад, “Постійний клієнт”, “Відділ”, “Прізвище співробітника”. Об’єкти моделі логічного рівня називаються сутностями та атрибутами.

Сутність – це множина подібних індивідуальних об’єктів, кожен з яких називається екземпляром.

Атрибут – виражає визначену властивість об’єкта.

Сутність можна визначити як об’єкт, подію або концепцію, інформація про яких повинна зберігатися.

Фізична модель даних відображає інформацію про всі об’єкти БД, яка в цілому і кожний її об’єкт визначаються в форматі вибраної СКБД.

Розділення моделей даних на логічні та фізичні дозволяє розв’язати задачі документування моделі та масштабування.

Підготовлена фізична модель за обмеженнями СКБД є непонятою фахівцям предметної області, оскільки в ній використовується позначення сутності, атрибутів і зв’язків в скороченій формі за допомогою латинських літер, цифр та спеціальних символів, а не тих познчень, які використовуються в житті. Наявність логічної моделі знімає цю проблему, тобто розв’язує задачу документування моделі.

CASE – системи дозволяють при наявності логічної моделі автоматично побудувати за вибраною СКБД фізичну модель, системний каталог та відповідний SQL – скрипт, тобто виконати пряме проектування. Але CASE – системи дозволяють виконати і зворотне проектування – при наявності системного каталогу та SQL – скрипту згенерувати фізичну та логічну моделі для первісної та інших СКБД, а це означає що є можливість розв’язувати задачу масштабування – задачу по переносу структури даних з одного сервера на інші.

В логічній моделі даних не надається інформація по її об’єктах, в фізичній – надається. Наприклад, в фізичній моделі визначається тип для кожного атрибута, а в логічній не визначається. Логічна модель може мати зв’язки між об’єктами типу “багато до багатьох”, а фізична – ні (вони повинні бути перетворені на зв’язки типу “один до багатьох”.

Приклади логічної та фізичної моделей БД кінофільмів, які беруться у прокат наведені на рис. 2 та 3.

Ефективність роботи БД залежить від якості реалізованої в неї моделі. У зв’язку з цим методам створення оптимальних моделей приділяється велика увага зі сторони проектувальників.

Під оптимальною логічною моделлю баз даних розуміють модель, яка не має аномалій, пов’язаних з модифікацією БД, тобто проблем, що можуть виникнути у зв’язку з замінами, вставками і вилученнями даних із БД. Для створення оптимальної моделі БД застосовується теорія нормалізації реляційних БД.

Нормалізація відношень – це процес декомпозиції відношення на дві (або більше) проекції з метою вилучення аномалій, які пов'язані з її модіфікацією, це ітераційний зворотний процес.

В табл. 1 наведено тлумачення основних термінів реляційної моделі.

Терміни реляційної моделі Табл. 1

Реляційний термін	Пояснення
Відношення	Таблиця
Кортеж	Рядок або запис
Карденальне число	Кількість рядків
Атрибут	Стовпчик або поле
Ступінь	Кількість стовпчиків
Первинний ключ	Унікальний ідентифікатор
Домен	Загальна сукупність допустимих даних

Потенційний ключ- це підмножина множини атрибутів відношення, яка має властивості унікальності та ненадлишковості.

Властивість унікальності означає, що у відношенні не має кортежів з однаковим значенням визначеного ключа.

Властивість ненадлишковості означає, що не яка підмножина визначеного ключа не має властивості унікальності.

Визначемо поняття „Функціональна залежність”: R-відношення, Х та Y – вільні підмножини множини атрибутів відношення R, тоді множина Y функціонально залежна від Х (позначається Х Y) тоді і тільки тоді, коли кожне значення множини Х відношення R зв’язано у точністі з одним значенням множини Y відношення R.

Детермінант- це ліва частина (X) символьного запису функціональної залежності (Х Y).

Залежна частина – це права частина (Y) символьного запису функціональної залежності (Х Y).

Існує п’ять нормальних форм. При цьому третя нормальна форма уточнюється додатковою нормальною формою Бойса-Кодда (НФБК).

Рис.2. Повна атрибутивна логічна схема моделі даних кінофільмів, які беруться на прокат

Наприклад, нормалізоване відношення не може мати атрибут "Адреса", оскільки він є агрегатом даних і складається з чотирьох атрибутів: "Місто","Вулиця", "Номер дому", "Номер квартири". Останні атрибути є скалярними (неподільними) і можуть бути включені у нормалізоване відношення.

Рис. 3. Фізична схема моделі БД кінофільмів, які

беруться на прокат

Наприклад, відношення "Постачання товарів", наведене на рис. 4, не є нормалізованим за 2НФ, оскільки атрибути НП, МП, С функціонально зв’язані з атрибутом П# ; атрибути НТ, В, МТ з атрибутом Т# і тільки атрибут К має залежність від всьго ключа П#,Т#.

ПОСТ(П#, Т#, НП, НТ, В, МП, МТ, С, К)

Позначення:

П#, Т# - відповідно номер постачальника та товару;

НП,НТ- відповідно назва постачальника та товару;

МП,МТ - відповідно місто розташування постачальника та виробництва товару;

В- вартість товару, С- статус, К- кількість товару;

П#,Т# - первинний ключ

Рис.4. Відношення "Постачання товарів"

Для нормалізації відношення ПОСТ за 2НФ необхідно його розділити на три відношення: Т- товар, П- постачальник та ПТ- постачання:

Т(Т#, НТ, В, МТ),

П(П#, НМ, С, МП),

ПТ(П#, Т#, К),

де Т# ;П# ;П#,Т# - первинні ключи.

Так, відношення Т та ПТ нормалізовані за 3НФ, а відношення П - ні, оскільки атрибути НП та МП мають функціональну залежність від первинного ключа П#, а атрибут С - від неключового атрибута МП. В зв’язку з наведеним, відношення П необхідно розділити на два відношення М та ПТ:

ПТ(П#, НП, МП),

М(МП, С),

де П#, МП- первинні ключи.

Третя нормальна форма не зовсім підходить для відношень з двома (або більше) потенційними складними ключами, які перекриваються (тобто мають, принаймі , один спільний атрибут). . Наприклад, відношення "Постачання товарів" (ПТОВ) наведене на рис. 5 знаходиться у 3НФ, але не знаходиться в НФБК. Така ситуація виникла оскільки атрибути П#, НП є детермінантами(вони визначають один одного), але не є потенційними ключами.

ПТОВ(П#, НП, Т#, К),

де П#,Т# - потенційний складний ключ,

НП,Т# - потенційний складний ключ (НП однозначно ідентифікує постачальника)

Рис. 5. Відношення "Постачання товарів" доповнене атрибутом НП

Для нормалізації відношення за НФБК неохідно його розділити на два відношення П та ДП:

П(П#, Т#, К),

де П#,Т# - первинний ключ;

ДП(П#,НП),

де П#- первинний ключ.

Наприклад, відношення "Навчання" (НАВ) наведене на рис. 6, яке має інформацію про курси, викладачів та підручники не знаходиться у 4НФ. В цьому відношенні, кожний курс може викладатися одним викладачем відповідної групи та використовувати один із підручників відповідної групи. Крім того, викладачі та рекомендовані підручники є зовсім незалежні один від одного (припустимо). В зв’язку з цим відношення має багатозначну не функціональну залежність Курс-->> Викл| Підручн.

НАВ(Курс, Викл, Підручн)

Рис. 6. Відношення НАВ з багатозначною залежністю Курс-->> Викл| Підручн

Для нормалізації відношення НАВ за 4НФ необхідно її поділити на два відношення КВ та КП:

КВ(Курс, Викл),

КП(Курс, Підруч),

де Курс, Викл ;Курс, Підруч - потенційні ключи.

Відношення, які знаходяться у 4НФ формуються за допомогою декомпозиції початкового відношення на дві проекції без втрат даних при їх з'єднанні. Але є відношення, які неможливо піддати декомпозиції на дві проекції без втрат , але які можна піддати декомпозиції на три( або більш ) проекції без втрат .

Наприклад, відношення ПТЕ , яке відображає дані пов’язані з постачальниками, товарами та проектами (див. рис.7), не знаходиться у 5НФ, оскільки його можна декопозитувати на три проекції: ПТ, ТЕ та ЕП без втрат даних при їх з'єднанні. Останні відношення знаходяться у 5НФ. Відношення ПТЕ є повністю ключовим.

Рис. 7. Декомпозиція відношення ПТЕ на проекції ПТ,ТЕ, ЕП (які мають багатозначні функціональні залежності) та їх з’єднання без втрат даних.

Контрольні запитання

1.Дайте визначення наступних термінів: інформаційна база, позамашинна та машинна ІБ.

2. Які задачі необхідно вирішувати під час проектуван-ня первинних документів?

3. Що визначає поняття "Уніфікована система первин-ної документації" ?

4. Навести визначення термінів : СКБД, база даних, модель даних.

5. Які компоненти входять до складу АБД?

6. Дайте порівняльну характеристику логічної та фізич-ної моделей.

7. Що таке нормалізоване відношення?

8. Які властивості притаманні відношенню нормалізо-ваному за 1НФ, 2НФ, 3НФ, НФБК, 4НФ,5НФ?