Объектов и взаимосвязей между ними. Описание объектов и связей между ними

Одно – однозначные связи

Одно – однозначные связи имеют место, когда каждому экземпляру первого объекта (А) соответствует только один экземпляр второго объекта (В)и наоборот, каждому экземпляру второго объекта (В) соответствует только один экземпляр первого объекта (А). Следует заметить, что такие объекты легко могут быть объединены в один, структура которого образуется объединением реквизитов обоих исходных объектов, а ключевым реквизитом может быть выбран любой из альтернативных ключей, т.е. ключей исходных объектов. Графическое изображение одно – однозначных связей являются группа – староста, фирма – расчетный счет в баке и т.п.

Рис.1 Графическое изображение одно – однозначных отношений объектов

Одно – многозначные связи (1:М)

Одно – многозначные связи (1:М) – это такие связи, когда экземпляру одного объекта (А) может соответствовать несколько экземпляров другого объекта (В), а каждому экземпляра второго объекта (В) может соответствовать только один экземпляр первого объекта (А).

Рис.2 Графическое изображение одно – многозначный связи отношений объектов.

В такой связи объект А является главным объектом, а объект В – подчиненным, т.е. имеет место иерархическая подчиненность объекта В объекту А. Примером одно – многозначных связей являются подразделения – сотрудники, кафедра – преподаватель, группа студент и т.п.

Много – многозначные связи (M:N)

Много – многозначные связи (M:N) – это когда, каждому экземпляру одного объекта (А) могут соответствовать несколько экземпляров второго объекта (В) и наоборот, каждому экземпляру второго объекта (В) может соответствовать тоже несколько экземпляров первого объекта (А).

Рис.3 Преобразование связи типа M:N через объект – связку

Объект – связка должен иметь идентификатор, образованный из идентификаторов исходных объектов Ка и Кб.
Примером много – многозначных связей является связь поставщики – товары, если один поставщик поставляет разные наименования товаров, а товар одного наименования поставляется несколькими поставщиками.

Определение связей между информационными объектами

Рассмотрим определение связей между информационными объектами и тип отношений, которыми они характеризуются, для предметной области Учебный процесс .

Связи между объектами ГРУППА - СТУДЕНТ характеризуются одно – многозначными отношениями (1:М), поскольку одна группа включает много студентов, а один студент входит только в одну группу. Связь между ними осуществляется по номеру группы, который является уникальным идентификатором главного объекта ГРУППА входит в составной идентификатор объекта СТУДЕНТ (см.табл.1)

Аналогично устанавливается связь между объектами КАФЕДРА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ , которые также находятся в одно – многозначных отношениях. Связь между ними осуществляются по уникальному ключу главного объекта КАФЕДРА – коду кафедры, который в подчиненном объекте ПРЕПОДАВАТЕЛЬ является описательным.

Таблица 1. Объекты справочной информации о студентах, группах и предметах

Таблица 2. Группировка реквизитов по информационным объектам документа Список преподавателей кафедры

В таблице приняты обозначения для ключа: П – простой, У – уникальный.

В каждой группе в течение семестра проводятся занятия по разным предметам (объект ИЗУЧЕНИЕ ). С другой стороны, каждое занятие определенно для каждой группы. Поэтому имеет место связь типа один – ко – многим между объектами ПРЕДМЕТ - ИЗУЧЕНИЕ .

По каждому предмету проводится множество занятий в различных группах разными преподавателями. С другой стороны, каждое занятие проводится по конкретному предмету, что определяет отношения типа один – ко – многим между объектами ПРЕДМЕТ - ИЗУЧЕНИЕ . Аналогично определяются отношения типа один – ко – многим между объектами ПРЕПОДАВАТЕЛЬ – ИЗУЧЕНИЕ .
Объект ИЗУЧЕНИЕ фактически играет роль объекта связки в много – многозначных отношениях объектов.

Рис.4 Много – многозначные связи информационных объектов

Рис.5 Информационно – логическая модель предметной области Учебный процесс

Объект УСПЕВАЕМОСТЬ содержит данные об успеваемости (оценку) конкретного студента по конкретному занятию. Поэтому он является связанным с объектом СТУДЕНТ и объектом ИЗУЧЕНИЕ . Один студент имеет оценки по нескольким занятиям, но каждая оценка всегда относится к одному конкретному студенту. Это означает, объект УСПЕВАЕМОСТЬ является подчиненным и находится в одно – многозначных отношениях с объектом СТУДНТ . Объект УСПЕВАЕМОСТЬ , а также является подчиненным и находится в одно – многозначных отношениях с объектом ИЗУЧЕНИЕ. Объект УСПЕВАЕМОСТЬ выполняет роль объект – связки много – многозначных отношениях объектов СТУДЕНТ и ИЗУЧЕНИЕ . Много – многозначные отношения между этими объектами определяются тем, что одному студенту соответствует много занятий, отображаемых объектом ИЗУЧЕНИЕ , а одно занятие проводится со многими студентами.

В табл.3 перечислены все одно – многозначные связи между объектами, указаны ключи, по которым должны устанавливаться связи, и определены главные и подчиненные информационные объекты в этих связях.

Таблица 3 Связи информационных объектов

Информационно – логическая модель предметной области Учебный процесс

Информационно – логическая модель приведена в каноническом виде и объекты в ней размещены по уровням. Уровень остальных объектов определяется наиболее длинным путем к объекту от нулевого уровня. Такое размещение объектов дает представление об их иерархической подчиненности, делает модель более наглядной и облегчает понимание одно – многозначных отношений между объектами.

Логическая структура реляционной базы данных

Логическая структура реляционной базы данных Access является адекватным отображением полученной информационно – логической модели, не требующим дополнительных преобразований. Каждый информационный объект модели данных отображается соответствующей реляционной таблицей. Структура реляционной таблицы определяется реквизитным составом соответствующего информационного объекта, где каждый столбец (поле) соответствует одному из реквизитов объекта. Ключевые реквизиты объекта образуют уникальный ключ реляционной таблицы. Для каждого столбца задается тип, размер данных и другие свойства. Строки (записи) таблицы соответствуют экземплярам объекта и формируются при загрузке таблиц.

Связи между объектами модели данных реализуются одинаковыми реквизитами – ключами связи в соответствующих таблицах. При этом ключом связи всегда является уникальный ключ главной таблицы. Ключом связи в подчиненной таблице является либо некоторая часть уникального ключа в ней, либо поле, не входящее в состав первичного ключа (например, код кафедры в таблице ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ). Ключ связи в подчиненной таблице называется внешним ключом . В Access может быть создана схема данных , наглядно отображающая логическую структуру базы данных. Определение одно – многозначных связей в этой схеме должно осуществляться в соответствии с построенной моделью данных. Внешний вид схемы данных практически совпадает с графическим представлением информационно – логической модели. Для модели данных, построенной в рассмотренном примере, логическая структура базы данных в виде схемы данных Access приведена на рис.2.7.

На этой схеме прямоугольники отображают таблицы базы данных с полным списком их полей, а связи показывают, по каким полям осуществляется взаимосвязь таблиц. Имена ключевых полей находятся в левой части полного списка полей каждой таблицы.

Вторая фаза анализа предметной области состоит в выборе информационных объектов, задании необходимых свойств для каждого объекта, выявлении связей между объектами, определении ограничений, накладываемых на информационные объекты, типы связей между ним, характеристики информационных объектов.

При выборе информационных объектов необходимо ответить на ряд вопросов:

1. На какие таблицы можно разбить данные, подлежащие хранению в БД?

2. Какое имя можно присвоить каждой таблице?

3. Какие наиболее интересные характеристики (с точки зрения пользователя) можно выделить?

4. Какие имена можно присвоить выбранным характеристикам?

В нашем случае предполагается завести следующие таблицы (рис 4):

Выделим связи между информационными объектами (рис.5)

В ходе этого процесса необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Какие типы связей между информационными объектами?

2. Какое имя можно присвоить каждому типу связей?

3. Каковы возможные типы связей, которые могут быть использованы впоследствии?

Попытка задать ограничения на объекты, их характеристики и связи приводит к необходимости ответа на следующие вопросы:

1. Какова область значений для числовых характеристик?

2. Каковы функциональные зависимости между характеристиками одного информационного объекта?

3. Какой тип отображения соответствует каждому типу связей?

При проектировании БД существуют взаимосвязи между информационными объектами трех типов: «один к одному», «один ко многим», «многие ко многим» (рис.6).

Например:

Построение концептуальной модели

В простых случаях для построения концептуальной схемы используют традиционные методы агрегации и обобщения. При агрегации объединяются информационные объекты (элементы данных) в один в соответствии с семантическими связями между объектами. Например, урок истории в 10 «а» классе проводится в кабинете №7, начало в 9-30. Методом агрегации создаем информационный объект (сущность) РАСПИСАНИЕ со следующими атрибутами: «класс», «предмет», «кабинет», «время». При обобщении информационные объекты (элементы данных) объединяются в родовой объект (рис.7):

Выбор модели диктуется прежде всего характером предметной области и требованиями к БД. Другим немаловажным обстоятельством является независимость концептуальной модели от СУБД, которая должна быть выбрана после построения концептуальной схемы.

Модели «сущность-связь», дающие возможность представлять структуру и ограничения реального мира, а затем трансформировать их в соответствии с возможностями промышленных СУБД, являются весьма распространенными.

Под сущностью понимают основное содержание того явления, процесса или объекта, о котором собирают информацию для БД. В качестве сущности могут выступать место, вещь, личность, явление и т.д. При этом различают тип сущности и экземпляр сущности. Под типом сущности обычно понимают набор однородных объектов, выступающих как целое. Понятие «экземпляр сущности» относится к конкретному предмету. Например:

Тип сущности - ученик

Экземпляр сущности - Иванов, Петров, Сидоров и др.

В нашем примере Школа, Класс, Предметы, Ученики, Учителя, Оценки – сущности. Проанализируем связи между сущностями (рис.8).

Теперь можно перейти к проектированию информационной (концептуальной) схемы БД (атрибуты сущностей на диаграмме не показаны) (рис.9).

принадлежит		Школа
Класс		Учится		Ученик
работает				изучает
Учитель		Преподает		Предмет
			экзамен
			Ведомость

Логическое проектирование

Логическое проектирование представляет собой необходимый этап при создании БД. Основной задачей логического проектирования является разработка логической схемы, ориентированной на выбранную систему управления базами данных. Процесс логического проектирования состоит из следующих этапов:

1. Выбор конкретной СУБД;

2. Отображение концептуальной схемы на логическую схему;

3. Выбор языка манипулирования данными.

Выбор конкретной СУБД

Одним из основных критериев выбора СУБД является оценка того, насколько эффективно внутренняя модель данных, поддерживаемая системой, способна описать концептуальную схему. Системы управления базами данных, ориентированные на персональные компьютеры, как правило поддерживают реляционную или сетевую модель данных. Подавляющее большинство современных СУБД – реляционные.

Конструирование баз данных на основе реляционной модели имеет ряд важных преимуществ перед другими моделями

· Независимость логической структуры от физического и пользовательского представления.

· Гибкость структуры базы данных – конструктивные решения не ограничивают возможности разработчика БД выполнять в будущем самые разнообразные запросы.

Так как реляционная модель не требует описания всех возможных связей между данными, впоследствии разработчик может задавать запросы о любых логических взаимосвязях, содержащихся в базе, а не только о тех, которые планировались первоначально.

| Планирование уроков и материалы к урокам | 8 классы | Планирование уроков на учебный год | Табличные модели

Урок 12
Табличные модели

Табличные модели

Изучаемые вопросы:

Таблицы типа «объект-свойство».
- Таблица типа «объект-объект».
- Двоичные матрицы.

Таблицы типа «объект-свойство»

Еще одной распространенной формой информационной модели является прямоугольная таблица , состоящая из строк и столбцов. Использование таблиц настолько привычно, что для их понимания обычно не требуется дополнительных объяснений.

В качестве примера рассмотрим таблицу 2.1.

При составлении таблицы в нее включается лишь та информация, которая интересует пользователя. Например, кроме тех сведений о книгах, которые включены в таблицу 2.1, существуют и другие: издательство, количество страниц, стоимость. Однако для составителя таблицы 2.1 было достаточно сведений об авторе, названии и годе издания книги (столбцы «Автор», «Название», «Год») и информации, позволяющей найти книгу на полках книжных стеллажей (столбец «Полка»). Предполагается, что все полки пронумерованы и, кроме того, каждой книге присвоен свой инвентарный номер (столбец «Номер»).

Таблица 2.1 - это информационная модель книжного фонда домашней библиотеки.

Таблица может отражать некоторый процесс, происходящий во времени (табл. 2.2).

Показания, которые занесены в таблицу 2.2, снимались в течение пяти дней в одно и то же время суток. Глядя на таблицу, легко сравнить разные дни по температуре, влажности и пр. Данную таблицу можно рассматривать как информационную модель процесса изменения состояния погоды.

Таблицы 2.1 и 2.2 относятся к наиболее часто используемому типу таблиц. Их называют таблицами типа «объект-свойство» .

В одной строке такой таблицы содержится информация об одном объекте (книга в библиотеке или состояние погоды в 12-00 в данный день). Столбцы - отдельные характеристики (свойства) объектов.

Конечно, строки и столбцы в таблицах 2.1 и 2.2 можно поменять местами, повернув их на 90°. Иногда так и делают. Тогда строки будут соответствовать свойствам, а столбцы - объектам. Но чаще всего таблицы строят так, чтобы строк в них было больше, чем столбцов. Как правило, объектов больше, чем свойств.

При разработке базы данных сначала исследуется предметная область (например, «Университет»). В ней выделяются основные объекты. Они могут быть реальными («Студент») или абстрактными («Дисциплина»). Каждый объект характеризуется набором свойств – атрибутов объекта (поля данных) . Для каждого объекта атрибуты заполняются определенными значениями. Атрибуты могут быть простыми и ключевыми.

Ключевой атрибут (ключ) – это отдельные элементы данных, по которым можно определить все остальные элементы данных («Номер зачетной книжки»). Ключ может быть простым или составным («Фамилия», «Имя», «Отчество»).

После определения основных объектов предметной области с помощью их ключевых атрибутов устанавливаются связи между этими объектами:

a) 1:1 ("один к одному») – каждому экземпляру объекта А соответствует только один экземпляр объекта В и наоборот (рисунок 17).

Рисунок 17 – Связь «один к одному»

b) 1:М («один ко многим») – каждому экземпляру объекта А может соответствовать 0, 1 или несколько экземпляров объекта В, однако каждому экземпляру объекта В соответствует только 1 экземпляр объекта А (рисунок 18).

Рисунок 18 – Связь «один ко многим»

c) М:М («многие ко многим») – каждому экземпляру объекта А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров объекта В и наоборот (рисунок 19).

Рисунок 19 - Связь «многие ко многим»

Выделенные основные объекты предметной области с установленными связями между ними представляют собой инфологическую модель.

Отношения

Объект предметной области может быть представлен в виде таблицы-отношения – таблицы особого рода, у которой:

· каждая строка содержит информацию об одном экземпляре объекта (строка отношения - кортеж );

· все столбцы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип и длину, имеют имя и содержат информацию об отдельном атрибуте объекта;

· каждый элемент представляет собой один элемент данных об объекте;

· все строки и столбцы уникальны (нет повторений);

· в таблицах нет пустых ячеек.

Базы данных, основанные на таблицах-отношениях, называются реляционными (relation - отношение). Набор отношений (таблиц) используется в БД для хранения информации об объектах реального мира и моделирования связей между ними. Например, для хранения объекта «студент» используют отношение СТУДЕНТ , в котором свойства объекта располагаются в столбцах таблицы, являющихся атрибутами объекта (таблица 8):

Таблица 8 – Отношение СТУДЕНТ

Список имен атрибутов отношения называется схемой отношения . Схему отношения СТУДЕНТ можно записать так:СТУДЕНТ = (Фамилия, Возраст, Группа).

Реляционная БД – набор взаимосвязанных отношений. Каждое отношение (таблица) в ЭВМ представляется в виде файла записей.

Над таблицами - отношениями можно выполнять восемь различных операций теории множеств и реляционной алгебры (объединение, выборка, проекция, пересечение, сложение, умножение, разность, деление). Вследствие этого из введенных (базовых) отношений можно получать много новых (вычисляемых) таблиц - отношений (отчетов, выборок, запросов и т.п.).

Благодаря тому, что информация в базах данных представлена в двух видах – хранимая информация (исходные, введенные таблицы) и вычисляемая информация (таблицы, полученные на основании исходных), можно существенно экономить память и ускорить процесс обработки этой информации.

Для создания простой и надёжной базы данных необходимо нормализовать отношения. Нормализация отношений – пошаговый процесс разложения отношений на более мелкие и простые. Не смотря на увеличение при этом количества отношений, операции доступа к данным существенно ускоряются благодаря улучшению корректности, устранению дублирования и обеспечению непротиворечивости данных в базе.

Существует несколько нормальных форм :

1-я нормальная форма. Отношение считается находящимся в первой нормальной форме, если все его атрибуты – неделимые (простые). К примеру, приведенное ниже на рисунке 20 отношение не нормализовано, поскольку содержит сложный атрибут Спорт . Чтобы привести это отношение к нормализованному виду, нужно избавиться от этого сложного атрибута.

Рисунок 20 – Приведение к первой нормальной форме

В полученном отношении ключ является составным, состоящим из атрибутов Фамилия и Вид спорта .

2-я нормальная форма . Отношение считается находящимся во второй нормальной форме, если все его атрибуты зависят от составного ключа в целом, а не от его частей. Следовательно, если отношение находится в первой нормальной форме и имеет простой, а не составной ключ, то оно автоматически находится и в первой, и во второй нормальной форме.

Например, в отношении ВЕДОМОСТЬ (рисунок 21), имеющем составной ключ «Студент, Дисциплина», атрибут Лектор зависит только от Дисциплины , а не от всего ключа. Это отношение можно нормализовать, «разбив» его на два отношения УСПЕВАЕМОСТЬ и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ :

ВЕДОМОСТЬ = (Студент, Дисциплина, Лектор, Оценка)

УСПЕВАЕМОСТЬ = (Студент, Дисциплина , Оценка) ПРЕПОДАВАТЕЛЬ = (Дисциплина , Лектор)

Рисунок 21 – Приведение ко второй нормальной форме

3-я нормальная форма. Отношение считается находящимся в третьей нормальной форме, если устранены зависимости между не ключевыми атрибутами (транзитивные зависимости). Например, в отношении ПРЕДМЕТ = (Название, Лектор, Кафедра, Телефон) не ключевой атрибут Телефон зависит от не ключевого атрибута Кафедра .

Для устранения транзитивной зависимости необходимо «расщепить» исходное отношение на два ДИСЦИПЛИНА = (Название , Лектор, Кафедра) и ДАННЫЕ КАФЕДРЫ = (Кафедра , Телефон).

Дальнейшее упрощение таблиц связано с дальнейшим ограничением типов зависимости между атрибутами отношений.

После нормализации отношений и установления связей между ними формируется инфологическая модель предметной области. Ниже (на рисунке 22) представлен пример инфологической модели фирмы, оформляющей сделки с заказчиками через своих сотрудников-менеджеров:

Заказчик Фамилия И. О. № сделки Фамилия И. О. Должность Дата Адрес Стаж Фамилия И. О. менеджера Телефон Фамилия И. О. заказчика

Рисунок 22 – Модель фирмы

На основании инфологической модели разрабатывается модель данных, которая дает описание логической структуры базы данных на языке описания данных (ЯОД), – даталогическая модель (ДМ) .

Для привязки ДМ к среде хранения используется модель данных физического уровня – физическая модель (ФМ). На этом этапе физического проектирования базы данных осуществляется выбор типа носителя, разрабатывается формат хранимых записей и проектируются методы доступа к данным.

СУБД

После этого уже возможно формирование (заполнение) базы данных и непосредственно работа с ней. Работа с базами данных сводится к выполнению следующих операций:

1) запись (заполнение базы данных);

2) просмотр;

3) редактирование (добавление, удаление, исправление);

4) выборка (запросы, отчеты).

Эти операции накопления и манипулирования данными выполняет специальная программа – система управления базами данных (СУБД).

По технологии решения задач, выполняемых СУБД, базы данных можно разделить на два вида:

Централизованная БД (хранится целиком на ВЗУ одной вычислительной системы и, если система входит в состав сети, то возможен доступ к этой БД других систем);

Распределенная БД (состоит из нескольких, иногда пересекающихся или дублирующих друг друга БД, хранящихся на ВЗУ разных узлов сети).

СУБД предоставляет доступ к данным БД двумя способами:

Локальный доступ (предполагает, что СУБД обрабатывает БД, которая хранится на ВЗУ того же компьютера);

Удаленный доступ (это обращение к БД, которая хранится на одном из узлов сети).

Удаленный доступ может быть выполнен по технологии файл-сервер или клиент-сервер. Технология файл-сервер предполагает выделение одной из вычислительных систем, называемой сервером, для хранения БД. Все остальные компьютеры сети (клиенты) исполняют роль рабочих станций, которые копируют требуемую часть централизованной БД в свою память, где и происходит обработка. Технология клиент-сервер предполагает, что сервер, выделенный для хранения централизованной БД, дополнительно производит обработку запросов клиентских рабочих станций. Клиент посылает запрос серверу. Сервер пересылает клиенту данные, являющиеся результатом поиска в БД по ее запросу.

Система управления базами данных– совокупность программных и языковых средств.

Программные средства обеспечивают организацию ввода, обработки и хранения данных, а также обеспечивают взаимодействие всех частей системы при её функционировании (настройка, тестирование, восстановление).

Языковые средства обеспечивают взаимодействие пользователя с базой данных. К ним относятся:

• языки манипулирования данными (ЯМД) – языки запросов к БД, представляющие собой систему команд для работы с данными (выборка, запрос, вставка, удаление и т.п.);
• языки определения данных (ЯОД) – языки, предназначенные для создания схемы базы данных (описания типов данных, структуры базы, взаимодействия и связей между элементами).

Рисунок 22 - Схема взаимодействия пользователя с базой данных

Современная СУБД – прикладная программа, которая предназначена для облегчения работы неквалифицированного пользователя с БД. Он работает с ней на естественном языке без знания языка манипулирования данными и языка определения данных (рисунок 22). Одним из примеров такой СУБД является широко известный продукт фирмы Microsoft – СУБД Access.

Основы информационных систем. Базы данных.

План.

1. Основные понятия.

2. Классификация баз данных.

3. Модели данных.

4. Информационные объекты и связи.

5. Проектирование баз данных.

6. Состав файла БД. Архитектура СУБД.

7. Связывание таблиц. Целостность данных.

8. Виды запросов. Структура запросов.

Основные понятия.

В истории развития вычислительной техники наблюдалось два основных направления ее применения.

Первое связано с выполнением больших численных расчетов, которые трудно или невозможно произвести вручную. Развитие этой области способствовало ускорению развития методов математического моделирования, численных методов, языков программирования высокого уровня, рассчитанных на удобное представление вычислительных алгоритмов.

Второе направление связано с использованием вычислительной техники для создания, хранения и обработки больших массивов данных. Такие задачи решают информационные системы (ИС). К ним относятся поисковые, справочные, банковские системы, автоматизированные системы управления предприятием.

Для задач первого типа характерны большие объемы вычислительной работы при относительно небольших потребностях в памяти. Задачи второго типа, наоборот, требуют больших объемов внешней памяти при относительно небольших расчетах. Вторая область применения возникла несколько позже первой. Это связано с тем, что на первых этапах внешняя память вычислительных систем была несовершенной, т.е. надежное хранение больших объемов данных не представлялось возможным.

Для облегчения обработки информации создаются информационные системы. Информационная система представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

· ввод данных об объектах некоторой предметной области;

· надежное хранение и защита данных во внешней памяти вычислительной системы;

· дополнение, удаление, изменение данных;

· сортировка, выборка данных по запросам пользователей;

· выполнение специфических для данной предметной области преобразований информации;

· предоставление пользователям удобного интерфейса; обобщение данных и составление отчетов.

Объем данных в ИС может исчисляться миллиардами байт. Отсюда необходимость устройств, хранящих большие объемы данных во внешней памяти. Число пользователей ИС может достигать десятков тысяч, что создает немало проблем в реализации эффективных алгоритмов функционирования ИС. Успешно решаются эти задачи, если данные в информационной системе структурированы .

Пример структурированных данных - студенческая группа. Каждый член группы во многом индивидуален, и характеризовать его можно с разных сторон. Но деканат, скорее всего, заинтересуют следующие данные (предметная область): фамилия студента, имя, отчество, курс, наименование группы, массив оценок по изучаемым дисциплинам. Таким образом, из всего многообразия данных выбираются только некоторые, т.е. создается информационная модель объекта. Данные упорядочиваются по порядку следования, по применяемым типам (форматам) данных, после чего они могут быть обработаны автоматом, каковым является компьютер.

Совокупность взаимосвязанных данных называется структурой данных . Совокупность структурированных данных, относящихся к одной предметной области, называется базой данных (БД) . Совокупность программ, реализующих в БД функции ИС в удобной для пользователя форме, называется системой управления базой данных (СУБД) . Программы, производящие специфическую обработку данных в БД, составляют пакет прикладных программ (ППП). Итак, можно заключить, что ИС - это организационное объединение аппаратного обеспечения (АО), одной или нескольких баз данных (БД), системы управления базами данных (СУБД) и пакетов прикладных программ (ППП).

Классификация баз данных.

По технологии обработки данных БД подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная БД хранится целиком в памяти одной вычислительной системы. Если система входит в состав сети, то возможен доступ к этой БД других систем.

Распределенная БД состоит из нескольких, возможно пересекающихся или дублирующих друг друга БД, хранимых в памяти разных вычислительных систем, объединенных в сеть.

По способу доступа к данным БД распределяются на локальный и удаленный (сетевой) доступ.

Локальный доступ предполагает, что СУБД обрабатывает БД, которая хранится на той же вычислительной системе.

Удаленный доступ - это обращение к БД, которая хранится на одной из систем, входящих в компьютерную сеть. Удаленный доступ может быть выполнен по принципу файл-сервер или клиент-сервер.

Архитектура файл-сервер предполагает выделение одного из компьютеров сети (сервер) для хранения централизованной БД. Все остальные компьютеры сети (клиенты) исполняют роль рабочих станций, которые копируют требуемую часть централизованной БД в свою память где и происходит обработка. Однако при большой интенсивности запросов к централизованной БД увеличивается нагрузка на каналы сети, что приводит к снижению производительности ИС в целом.

Архитектура клиент-сервер предполагает, что сервер, выделенный для хранения централизованной БД, дополнительно производит обработку клиентских запросов. Клиенты получают по сети уже обработанные данные. Учитывая широкое распространение БД в самых различных областях, в последнее время архитектура клиент-сервер применяется и на одиночных вычислительных системах. В этом случае клиент- программа, которой понадобились данные из БД, посылает запрос серверу - программе, управляющей ведением БД, на специальном универсальном языке запросов. Сервер пересылает программе данные, являющиеся результатом поиска в БД по ее запросу. Этот способ удобен тем, что программа - клиент не обязана содержать все функции поддержания и ведения БД, этим; занимается сервер. В результате упрощается написание программ - клиентов, Кроме того, к серверу может обращаться любое количество клиентов.

Модели данных.

Для реализаций основных функций в ИС используются различные принципы описания данных. Ядром любой БД является модель представления данных .

Модель данных определяет логическую структуру хранимых в базе данных (т.е. введение каких-то соглашений о способах представления данных) и взаимосвязи между ними.

К основным моделям представления данных относятся:

· Иерархическая

· Сетевая

· Реляционная

· Постреляционная

· Многомерная

· Объектно-ориентированная

Наибольшее распространение получила реляционная модель данных, она является наиболее универсальной и к ней могут быть сведены другие модели.. Реляционная модель данных ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.

Важнейшим понятием реляционных моделей данных является сущность . Сущность - это объект любой природы, данные о котором хранятся в БД. Данные о, сущности хранятся в двумерных таблицах, которые называют реляционными .

Каждая реляционная таблица должна обладать следующими свойствами:

· один элемент таблицы - один элемент данных;

· каждый столбец таблицы содержит однородные по типу данные (целочисленный, числовой, текстовый, и т.д.);

· каждый столбец имеет уникальное имя;

· число столбцов задается при создании таблицы;

· порядок записей в отношении может быть произвольным;

· записи не должны повторяться;

· количество записей в отношении не ограничено.

Объекты, их взаимосвязи и отношения представлены в виде таблиц . Формальное построение таблиц связано с фундаментальным понятием отношение (термин реляционная исходит от английского слова relation - отношение).

Для заданных произвольных конечных множеств М 1 , М 2 , ..., M N множество всевозможных наборов вида (μ 1 , μ 2 , …, μ Ν), где μ 1 Є М 1 , μ 2 Є М 2 , …, μ Ν Є M N называют их декартовым произведением М 1 ×М 2 ×...×M N . Отношением R , определенным на множестве М 1 , М 2 , ..., M N , называется подмножество декартова произведения М 1 ×М 2 ×...×M N . При этом множества М 1 , М 2 , ..., M N называются доменами отношения, а элементы декартова произведения - кортежами отношения. Число N определяет степень отношения, количество кортежей - его мощность .

В реляционной таблице каждый столбец есть домен (его альтернативное название поле ), а совокупность элементов каждой строки - кортеж (или запись ).

Строка заголовков называется схемой отношения .

Например , схема отношения СТУДЕНТ может быть следующей:

СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ФАКУЛЬТЕТ, КУРС, ГРУППА), здесь СТУДЕНТ - отношение, а ФАМИЛИЯ, ИМЯ и т.д. - атрибуты.

В отношении каждый конкретный экземпляр сущности представляется строкой, которая называется кортежем (или записью) .

Следующая таблица представляет отношение СТУДЕНТ

ФАМИЛИЯ	ИМЯ	ОТЧЕСТВО	ФАКУЛЬТЕТ	КУРС
Иванов	Иван	Иванович	ИЭФ
Петров	Петр	Петрович	РТФ
Сидоров	Антон	Егорович	ВТ

Первичным ключом отношения называется поле или группа полей, однозначно определяющие запись. В отношении СТУДЕНТ первичным ключом может быть поле ФАМИЛИЯ, если во всем с нет однофамильцев - это будет простой ключ. Если есть однофамильцы, то совокупность полей - фамилия, имя, отчество - создадут составной первичный ключ. На практике обычно в качестве ключевого выбирают поле, в котором совпадения заведомо исключены.

Для рассматриваемого примера таким полем может служить номер зачетной книжки студента.

Свойства первичного ключа:

· уникальность - в таблице может быть назначен только один первичный ключ, у составного ключа поля могут повторяться, но не все;

· неизбыточность - не должно быть полей, которые, будучи удаленными из первичного ключа, не нарушат его уникальность;

· в состав первичного ключа не должны входить поля типа, комментарий и графическое.

Чтобы избежать повторяющихся записей, приходят к связыванию таблиц. Например, если в отношении СТУДЕНТ надо описать вуз, в котором он обучается, то, на первый взгляд, можно было бы включить в отношение следующие поля СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ФАКУЛЬТЕТ, КУРС, ГРУППА, НАЗВАНИЕ вуза, АДРЕС). Но при заполнении такой таблицы для каждого студента придется указывать довольно длинное наименование вуза и его адрес, что неудобно. Более того, любая незначительная ошибка во вводе этих полей приведет к нарушению непротиворечивости базы данных. Например, ошибка в адресе вуза приведет к тому, что в БД появятся два вуза с одинаковым наименованием и разными адресами. Поступают в таком случае так: в отношение СТУДЕНТ вводят поле «код вуза» (целое число) и добавляют еще одно отношение ВУЗ (код вуза, название, адрес). Тогда отношения СТУДЕНТ и ВУЗ при этом будут связаны по полю «код вуза».

СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ФАКУЛЬТЕТ, КУРС, ГРУППА, КОД вуза)

ВУЗ (КОД вуза, НАЗВАНИЕ, АДРЕС, ТЕЛЕФОН)

При работе с такими таблицами повторяться могут только данные в поле «КОД вуза», а все необходимые сведения о вузе можно взять из отношения ВУЗ. Заметим при этом, что ввод в поле «КОД вуза» целого числа, вместо длинного названия, принесет гораздо меньше ошибок. В отношении ВУЗ поле «КОД вуза» будет первичным ключом, а в отношении СТУДЕНТ поле «КОД вуза» будет внешним ключом.

Для связи реляционных таблиц необходимо ввести в обе таблицы одинаковые по типу поля, по которым определится связь между записями обеих таблиц. Связи бывают нескольких типов «один к одному», «один ко многим», «многие ко многим». В вышеприведенном примере была установлена связь «один ко многим», т.е. одной записи в таблице ВУЗ соответствуют многие записи в таблице СТУДЕНТ.

Информационные объекты и связи.

Информационным объектом называется описание реального объекта, процесса или явления в виде совокупности его характеристик (информационных элементов), называемых реквизитами . Информационный объект определенной структуры (реквизитного состава) образует тип (класс), которому присваивают уникальное имя. Информационный объект с конкретными характеристиками называют экземпляром. Каждый экземпляр идентифицируется заданием ключевого реквизита (ключа). Одни и те же реквизиты в различных информационных объектах могут быть как ключевыми, так и описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.

Пример . Информационный объект СТУДЕНТ имеет реквизитный состав: номер (номер зачетной книжки - ключевой реквизит), фамилия , имя , отчество , дата рождения , код места обучения . Информационный объект ЛИЧНОЕ ДЕЛО: номер студента , домашний адрес , номер аттестата о среднем образовании , семейное положение , дети . Информационный объект МЕСТО ОБУЧЕНИЯ включает реквизитъг, код (ключевой реквизит), наименование вуза , факультет , группа . Информационный объект ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: код (ключевой реквизит), кафедра , фамилия , имя , отчество , ученая степень , ученое звание , должность .

Отношения, существующие между реальными объектами, определяются в информационных моделях как связи . Существует три вида связей: один к одному (1:1), один ко многим (1:∞) и многие ко многим (∞:∞).

Связь один к одному определяет соответствие одному экземпляру информационного объекта X не более одного экземпляра информационного объекта Y, и наоборот.

Пример . Информационные объекты СТУДЕНТ и ЛИЧНОЕ ДЕЛО будут связаны отношением один к одному. Каждый студент имеет определенные уникальные данные в личном деле.

При связи один ко многим одному экземпляру информационного объекта X может соответствовать любое количество экземпляров информационного объекта Y, но каждый экземпляр объекта Y связан не более чем с одним экземпляром объекта X.

Пример . Между информационными объектами МЕСТО ОБУЧЕНИЯ и СТУДЕНТ необходимо установить связь один ко многим. Одно и то же место обучения может многократно повторяться для различных студентов.

Связь многие ко многим предполагает соответствие одному экземпляру информационного объекта X любое количество экземпляров объекта Y, и наоборот.

Пример . Информационные объекты СТУДЕНТ и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ имеют связь многие ко многим. Каждый студент обучается у множества преподавателей, а каждый преподаватель учит множество студентов.

В Access можно задать три вида связей между таблицами: один ко многим , многие ко многим и один к одному . Связь один ко многим является наиболее часто используемым типом связи между таблицами. Связи многие ко многим реализуется только с помощью третьей (связующей) таблицы, ключ которой состоит из, по крайней мере, двух полей, одно из которых является общим с табли­цей X, а другое - общим с таблицей Y. Связь один к одному используют не очень часто, поскольку такие данные могут быть помещены в одну таблицу. Связь с отношением один к одному используют для разделения очень широких таблиц, для отделения части таблицы по соображениям защиты, а также для сохранения сведений, относящихся к подмножеству записей в главной таблице.

Похожая информация.