3.4 Типы логических моделей данных

При разработке логической модели базы данных прежде всего необходимо решить, какая модель данных наиболее подходит для отображения конкретной концептуальной модели предметной области.

Иерархическая и сетевая модели данных стали применяться в системах управления базами данных в начале 60-х годов. В начале 70-х годов была предложена реляционная модель данных. Эти три модели различаются в основном способами представления взаимосвязей между объектами.

Коммерческие системы управления базами данных поддерживают либо одну из них, либо некоторую их комбинацию.

Иерархическая модель

Иерархическая модель данных строится по принципу иерархии типов объектов, то есть один тип объекта является главным, а остальные, находящиеся на низших уровнях иерархии – подчиненными. Между главным и подчиненными объектами устанавливается взаимосвязь «один ко многим». Для каждого экземпляра главного объекта может быть несколько экземпляров подчиненных типов объектов.

Узлы и ветви образуют иерархическую древовидную структуру. Узел является совокупностью атрибутов, описывающих объект. Наивысший в иерархии узел называется корневым (это главный тип объекта). Корневой узел находится на первом уровне. Зависимые узлы (подчиненные типы объектов) находятся на втором, третьем и т.д. (пример – каталоги ЭВМ).

Сетевая модель

В сетевой модели данных понятия главного и подчиненного объектов несколько расширены. Любой объект может быть и главным и подчиненным (в сетевой модели главный объект обозначается термином «владелец набора», а подчиненный – термином «член набора»). Один и тот же объект может одновременно выступать и в роли владельца и в роли члена набора. Это означает, что каждый объект может участвовать в любом числе взаимосвязей.

Реляционная модель

В реляционной модели данных объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц. При этом взаимосвязи также рассматриваются в качестве объектов.

Таблица – это некоторая регулярная структура, состоящая из конечного набора однотипных записей. В базах данных столбцы называются полями, а строки – записями. Каждая запись одной таблицы состоит из конечного числа полей, причем конкретное поле каждой записи одной таблицы может содержать данные только одного типа.

Каждая таблица представляет один объект и состоит из строк и столбцов. В реляционной базе данных каждая таблица должна иметь первичный ключ (ключевой элемент) – поле или комбинацию полей, которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице.

Благодаря своей простоте и естественности представления реляционная модель получила наибольшее распространение в СУБД для персональных компьютеров.

3.5 Построение реляционной субд

Все СУБД позволяют пользователю вводить, редактировать, просматривать и распечатывать информацию, содержащуюся в одной или нескольких таблицах. В этом смысле они мало чем отличаются от обычных электронных таблиц. Но при этом реляционные СУБД имеют следующие преимущества:

• позволяют обрабатывать очень большие объемы данных;

• информационные массивы можно без труда трансформировать, связывать, представляя их в виде еди­ной таблицы;

• дублирование информации сведено к минимуму. В таблицах повторяются только коды, связывающие различные данные.

Благодаря отсутствию дублирования данных, для реляционных СУБД значительно снижаются требова­ния к памяти и дисковому пространству. Поэтому большинство СУБД для персональных компьютеров поддерживают реляционную модель данных.

При отображении концептуальной модели на выбранную реляционную модель каждый объект предметной области отображается в одно отношение в удобном для пользователя табличном формате.

Например, при создании базы данных для учета заказов, ее пользователь не должен вводить реквизиты клиен­тов больше одного раза. Каждому клиенту присваивается уникальный код, а вся информацию о клиентах вместе с их кодами помещается в отдельную таблицу. Чтобы указать, каким клиентом сделан заказ, достаточно восполь­зоваться кодом клиента.

Подобным же образом в таблицу заказов не следует помещать подробную инфор­мацию о каждом заказанном товаре, только его код. Информация же о товарах должна быть вынесена в отдельную таблицу, где каждый товар описан только один раз. Таким образом, запись в таблице заказов будет состоять из номера заказа, кода клиента, кода товара и его количества. При такой схеме хранения информации ввод данных о заказах значительно упрощается.

Итак, таблицы заказов, товаров и клиентов связаны между собой с помощью кодов. Коды эти уникаль­ны, благодаря чему по коду клиента можно сразу найти запись о нем в таблице клиентов, а по коду товара – запись в таблице товаров. При выводе информации о заказах на экран к записям таблицы заказов присоединяется информация из таблиц клиентов и товаров, осуществляется так называемое объединение таблиц.

Полученная в результате виртуальная таблица содержит полную информацию о заказах, собран­ную из нескольких исходных таблиц. Для получения таких итоговых таблиц используются запросы. Кроме данных исходных таблиц, результат выполнения запроса может содержать информацию о стоимости заказанных товаров с учетом скидок. Стоимость вычисляется, исходя из цены, количества заказанного товара и установ­ленных процентов скидок.

Данные помещаются в отдельный столбец итоговой таблицы. Здесь же могут быть определены налоги, стоимость доставки и подсчитан общий объем заказанных товаров. Все подобные зна­чения, которые могут быть вычислены на основании остальных данных, в таблицах хранить не нужно.

Для построения реляционной информационной модели важно следующее свойство базы данных. Если известно значение, которое принимает один элемент данных объекта, мы можем идентифицировать значения, которые принимают другие элементы данных этого же объекта. Такой элемент, по которому можно определить значения других элементов данных, называется ключевым элементом данных.

Однозначно идентифицировать объект могут два и более элемента данных. В этом случае их называют «кандидатами» в ключевые элементы данных. Вопрос о том, какой из кандидатов использовать для доступа к объекту, решается разработчиком системы. Правильный выбор ключевых элементов данных способствует созданию достоверной концептуальной модели.

Первичный ключ – это атрибут (или группа атрибутов), которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице. Понятие первичного ключа является исключительно важным в связи с понятием целостности баз данных.

Альтернативный ключ – это атрибут (или группа атрибутов), не совпадающий с первичным ключом и уникально идентифицирующий экземпляр объекта. Например для объекта «служащий», который имеет атрибуты «ИДЕНТИФИКАТОР», «ФАМИЛИЯ», «ИМЯ», «ОТЧЕСТВО», последние три атрибута могут являться альтернативным ключом по отношению к атрибуту «ИДЕНТИФИКАТОР».

Запись данных – это совокупность значений связанных элементов данных. Записи хранятся на некотором носителе, в качестве которого может выступать лист бумаги, память ЭВМ, внешнее запоминающее устройство и т.п.

Тип данных характеризует вид хранящихся данных. В современных базах данных допускается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, а также данных специальных форматов (дата, время, денежная сумма и т.д.). При выборе типа данных необходимо учитывать возможности СУБД, с помощью которой реализуется логическая модель информационной системы.

Доменом называется набор значений элементов данных одного типа, отвечающий поставленным условиям. 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, который «выбраковывает» недопустимые значения. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена.