Методички по лабам ПрБД, 2 курс 3 семестр (для ИВТ и т.п.) / ПБД_метод к лабам_часть 1_v03 [2022-2023]

УДК 004.6 Д509

Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол № 23 от 11.10.2022

Диязитдинова, А.Р.

Д509 Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ «Введение в реляционные БД» по дисциплине «Проектирование баз данных»: учебнометодическое пособие / А.Р. Диязитдинова, В.В. Герасимов – Самара: ФГБОУ ВО ПГУТИ, 2022. – 48 с.

Ил. 14. Библ. 7. Табл. 13

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ «Введение в реляционные БД» содержит рекомендации по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Проектирование баз данных». Каждая лабораторная работа снабжена указаниями по выполнению. По каждому разделу предусмотрена разработка индивидуального задания. В ходе изучения данной дисциплины обучающийся должен научиться применять полученные знания при решении практических задач, связанных с разработкой и ведением баз данных.

Предлагаемые методические указания предназначены для бакалавров очной формы обучения по направлениям подготовки/специальностям 09.03.01 – Информатика и вычислительная техника, 09.03.03 – Прикладная информатика, 09.03.04 – Программная инженерия, 27.03.05 – Инноватика.

©Диязитдинова, А.Р., 2022 ©Герасимов, В.В., 2022 ©ФГБОУ ВО ПГУТИ, 2022

2

Содержание

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. ПОНЯТИЕ БАЗЫ ДАННЫХ. ВЫДЕЛЕНИЕ СУЩНОСТЕЙ, АТРИБУТОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИК ...4

1.3Пример определения сущностей и их атрибутов реляционной

2.3Описание процесса построения ER-модели в программном

3

Лабораторная работа №1. Понятие базы данных. Выделение сущностей, атрибутов и их характеристик

Тема: Понятие базы данных. Основные типы структур данных. Выделение сущностей, атрибутов и их характеристик.

Цель лабораторной работы: в ходе выполнения лабораторной работы необходимо ознакомиться с основными понятиями реляционных баз данных (БД); в соответствии с выбранной предметной областью выделить основные сущности, атрибуты и их характеристики.

Длительность лабораторной работы: 2 часа (1 занятие).

Задачи:

1)Изучить основные понятия реляционных БД.

2)Осуществить анализ предметной области согласно индивидуальному заданию (вариант получить у преподавателя).

3)Выделить основные сущности выбранной предметной области, определить атрибуты и их тип данных.

1.1Теоретические сведения

База данных – это совокупность связанных данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования, независимая от прикладных программ.

База данных – поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определённой предметной области.

Перед созданием БД необходимо располагать описанием выбранной предметной области, которое должно охватывать реальные объекты и процессы, определить все необходимые источники информации для удовлетворения предполагаемых запросов пользователей и определить потребности в обработке данных.

На основе такого описания на этапе проектирования БД определяются состав и структура данных предметной области, которые должны находиться в БД и обеспечивать выполнение необходимых запросов и задач пользователей. Структура данных предметной области может отображаться информационно-логической моделью. На основе этой модели легко создается реляционная БД.

Реляционная БД – это совокупность связанных между собой двумерных таблиц, в которых хранится информация об объектах. Запись

4

(строка) включает в себя данные об одном объекте, а в полях (столбцах) содержатся различные его характеристики.

Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

−каждый элемент таблицы – один элемент данных;

−все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.);

−каждый столбец имеет уникальное имя;

−одинаковые строки в таблице отсутствуют;

−порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Основными понятиями реляционных БД являются тип данных, домен, атрибут, кортеж, первичный ключ и отношение.

Для начала покажем смысл этих понятий на примере отношения КНИГИ, содержащего информацию о книгах некоторого книжного магазина (Рис. 1).

Рис. 1. Основные компоненты реляционного отношения

Тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в современных реляционных БД допускается хранение символьных, числовых данных,

5

битовых строк, специализированных числовых данных (таких как «деньги»), а также специальных «темпоральных» данных (дата, время, временной интервал).

Понятие домена более специфично для баз данных, хотя и имеет некоторые аналогии с подтипами в некоторых языках программирования. В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена. Наиболее правильной интуитивной трактовкой понятия домена является понимание домена как допустимого потенциального множества значений данного типа. Например, домен «Название книги» в схеме, показанной выше, определен на базовом типе строк символов, но в число его значений могут входить только те строки, которые могут изображать имя (в частности, такие строки не могут начинаться с мягкого знака).

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, – это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. «Значение» является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается).

Отношение – это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Отношения имеют два важных свойства:

−арность – число атрибутов в отношении;

−мощность – это кардинальное число отношения, т.е. число кортежей (строк) в отношении.

Каждое реляционное отношение соответствует одной сущности (объекту предметной области) и в него вносятся все атрибуты сущности. Для каждого отношения необходимо определить первичный ключ и внешние ключи.

Сущность – это множество реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Каждая сущность должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном числе. При этом имя сущности – это имя типа, а не некоторого конкретного экземпляра этого типа. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое.

Экземпляр сущности – это конкретный представитель данной сущности.

6

Экземпляры сущностей должны быть различимы, т.е. сущности должны иметь некоторые свойства, уникальные для каждого экземпляра этой сущности.

Примечание:

Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована.

Примеры:

−Студент – это сущность. Иванов И.И. – это экземпляр сущности.

−Книга – это сущность. Анна Каренина – это экземпляр сущности.

Каждая сущность в модели изображается в виде прямоугольника, содержащего имя сущности:

КНИГА

Атрибут сущности – это поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различного типа сущностей (например, ЦВЕТ может быть определен для многих сущностей: КРАСКА, АВТОМОБИЛЬ, СТЕНА и т.д.). Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности АВТОМОБИЛЬ являются ТИП, МАРКА, НОМЕРНОЙ ЗНАК, ЦВЕТ и т.д.

Здесь также существует различие между типом атрибута и экземпляром. Тип атрибута ЦВЕТ имеет много экземпляров или значений: Красный, Синий, Банановый, Белая ночь и т.д., однако каждому экземпляру сущности присваивается только одно значение атрибута.

Примечание:

Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами отсутствует. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. В другом контексте

7

атрибут может выступать как самостоятельная сущность. Например, для автомобильного завода цвет – это только атрибут продукта производства, а для лакокрасочной фабрики цвет – тип сущности.

Каждый атрибут обеспечивается именем, уникальным в пределах сущности. Наименование атрибута должно быть выражено существительным в единственном числе (возможно, с характеризующими прилагательными).

Примерами атрибутов сущности «КНИГА» могут выступать такие атрибуты как «ISBN», «ФИО автора», «Название», «Тираж», «Дата выхода», «Авторский гонорар» и т.п. Атрибуты изображаются в пределах прямоугольника, определяющего сущность:

КНИГА

ISBN

ФИО автора Название Тираж Дата выхода

Авторский гонорар

Атрибуты могут классифицироваться по принадлежности к одному из трех различных типов: описательные, указывающие, вспомогательные.

−Описательные атрибуты представляют факты, внутренне присущие каждому экземпляру сущности.

−Указывающие атрибуты используются для присвоения имени или обозначения экземплярам сущности.

−Вспомогательные атрибуты используются для связи экземпляра одной сущности с экземпляром другого. Атрибуты подчиняются строго определенным правилам.

Ключ или потенциальный ключ – это минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно выбрать требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся. Каждая сущность должна, но не обязана обладать хотя бы одним возможным ключом. Другими словами ключ – это поле или набор полей, однозначно идентифицирующий запись.

8

Примечание:

Значение первичного ключа в таблице БД должно быть уникальным, то есть в таблице не должно существовать двух или более записей с одинаковым значением первичного ключа.

Первичные ключи облегчают установление связей между таблицами. Поскольку первичный ключ должен быть уникальным, для него могут использоваться не все поля таблицы. Ключевые атрибуты изображаются на диаграмме подчеркиванием:

КНИГА

ISBN УДК

Название рубрики Название ФИО автора Редактор Год издания

Количество стр. Авторский гонорар

В том случае, если базовое отношение не имеет потенциальных ключей, вводится суррогатный первичный ключ, который не несёт смысловой нагрузки и служит только для идентификации записей (например, ID записи).

Примечание:

Суррогатный первичный ключ также может вводиться в тех случаях, когда потенциальный ключ имеет большой размер (например, длинная символьная строка) или является составным (не менее трёх атрибутов).

1.2 Правила определения основных элементов реляционной БД

1.2.1Определение сущностей

Сначала необходимо определить основные объекты (сущности) предметной области, которые могут интересовать пользователя и, следовательно, должны храниться в БД. В процессе выделения сущностей необходимо учитывать наличие:

9

–примеров и аналогий (например, вместо обобщающего понятия «работник» они могут упоминать его функции или занимаемую должность: «руководитель», «ответственный», «контролер», «заместитель»);

–синонимов (например, сотрудник и работник; ведомость и отчет);

–омонимов (например, «программа» может обозначать компьютерную программу, план предстоящей работы или программу телепередач).

Примечание:

Далеко не всегда очевидно то, чем является определенный объект – сущностью, связью или атрибутом. Анализ является субъективным процессом, поэтому различные проектировщики могут создавать разные, но вполне допустимые интерпретации одного и того же факта.

Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

–должна иметь уникальное имя, и к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация;

–сущность должна именоваться существительным в единственном числе;

–обладать одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;

–иметь первичный ключ;

–может обладать любым количеством связей с другими сущностями.

Различают следующие уровни представления сущности (Рис. 2):

–Диаграмма сущность-связь (Entity Relationship Diagram, ERD) – представляет собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области. Такая диаграмма не слишком детализирована, в нее включаются основные сущности и связи предметной области. ERD может включать связи многие-ко-многим и не включать описание ключей. Как правило, ERD используется для презентаций и обсуждения структуры данных с экспертами предметной области.

–Модель данных, основанная на ключах (Key Based model, KB) – более подробное представление данных. Она включает описание всех сущностей и первичных ключей и предназначена для представления структуры данных и ключей, которые соответствуют предметной области;

10