Основные типы организации данных
Скачать 0.58 Mb.
|
Известны три основных типа организации данных и связей между ними: иерархический (в виде дерева), сетевой и реляционный. Иерархическая БД. В иерархической БД существует упорядоченность элементов в записи, один элемент считается главным, остальные — подчиненными. Данные в записи упорядочены в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться лишь последовательным "спуском" со ступеньки на ступеньку. Поиск какого-либо элемента данных в такой системе может оказаться довольно трудоемким из-за необходимости последовательно проходить несколько предшествующих иерархических уровней. Иерархическую БД образует каталог файлов, хранимых на диске; дерево каталогов, доступное для просмотра в Norton Commander, — наглядная демонстрация структуры такой БД и поиска в ней нужного элемента (при работе в операционной системе MS-DOS). Такой же БД является родовое генеалогическое дерево. Сетевая БД. Эта база данных отличается большей гибкостью, так как в ней существует возможность устанавливать дополнительно к вертикальным иерархическим связям горизонтальные связи. Это облегчает процесс поиска требуемых элементов данных, так как уже не требует обязательного прохождения всех предшествующих ступеней. Реляционная БД. Наиболее распространенным способом организации данных является третий, к которому можно свести как иерархический, так и сетевой — реляционный (англ. relation — отношение, связь). В реляционной БД под записью понимается строка прямоугольной таблицы. Элементы записи образуют столбцы этой таблицы (поля). Все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный), а каждый столбец — неповторяющееся имя. Одинаковые строки в таблице отсутствуют. Преимущество таких БД— наглядность и понятность организации данных, скорость поиска нужной информации. Примером реляционной БД служит таблица на странице классного журнала, в которой записью является строка с данными о конкретном ученике, а имена полей (столбцов) указывают, какие данные о каждом ученике должны быть записаны в ячейках таблицы. 2.Предметная область базы данных Основным назначением информационных систем является оперативное обеспечение пользователя информацией о внешнем мире путем реализации вопросно-ответного отношения. Вопросно-ответные отношения, получая интерпретацию во внешнем мире (мире вне информационной системы), позволяют выделить для информационной системы определенный его фрагмент - предметную область, - который будет воплощен в автоматизированной информационной системе. Информация о внешнем мире представляется в информационной системе (ИС) в форме данных. Это ограничивает возможности смысловой интерпретации информации и конкретизирует семантику ее представления в ИС. Совокупность этих выделенных для ИС данных, связей между ними и операций над ними образует информационную ифункциональную модели предметной области, описывающие ее состояние с определенной точностью. Важно понимать, что информационная и функциональная модели предметной области создаются на этапе анализа требований к базе данных и не содержат предположений о технологии реализации базы данных. Они строятся независимо от выбираемой модели данных (сетевой, иерархической, реляционной, объектно-ориентированной, многомерной и т.д.), поддерживаемой СУБД, модели вычислений, программно-аппаратной платформы для базы данных. Информационная и функциональная модели предметной области являются входными данными для процесса проектирования базы данных. Поэтому проектировщик должен уметь правильно интерпретировать их в ходе решения своих проектных задач. Понятие предметной области базы данных является одним из базовых понятий информатики и не имеет точного определения. Его использование в контексте ИС предполагает существование устойчивой во времени соотнесенности между именами, понятиями и определенными реалиями внешнего мира, не зависящей от самой ИС и ее круга пользователей. Таким образом, введение в рассмотрение понятия предметной области базы данных ограничивает и делает обозримым пространство информационного поиска в ИС и позволяет выполнять запросы за конечное время. Совокупность реалий (объектов) внешнего мира - объектов, о которых можно задавать вопросы, - образует объектное ядро предметной области, которое имеет онтологический статус. Нельзя получить в ИС ответ на вопрос о том, что ей неизвестно. Термин объект является первичным, неопределяемым понятием. Синонимами термина "объект" являются "реалия, сущность, вещь". Однако термин сущность понимается нами несколько уже, как компонент модели предметной области, т.е. как уже выделенный на концептуальном уровне объект для базы данных. Таким образом, выделяемые в предметной области объекты превращаются аналитиками (а не проектировщиками базы данных) в сущности. Сущность предметной области является результатом абстрагирования реального объекта путем выделения и фиксации набора его свойств. Сущность является результатом абстрагирования реального объекта, т.е. в нашем контексте имеет гносеологический статус. Хотя далее в контексте сущность нередко отождествляется с объектом. На рис. 2.1 представлен один из подходов к классификации объектов предметной области.  Рис. 2.1. Классификации объектов предметной области Примерами сущностей (с точки зрения ИС) или объектов (с точки зрения внешнего мира) являются отдельный студент, группа студентов, аудитория, время занятий, слова, числа, символы. Обычно считается, что быть объектом - это значит быть дискретным и различимым. Примеры "не-объектов" - это мир, время, смысл, хотя и такие категории могут сохраняться в базе данных. С объектами связано две проблемы: идентификация и адекватное описание. Для идентификации используют имя. При этом предполагается, что происходит отказ от его смысла, который присущ естественному языку. Используется только указательная функция имени. Имя - это прямой способ идентификации объекта. К косвенным способам идентификации объекта относят определение объекта через его свойства (характеристики или признаки). Объекты взаимодействуют между собой через свои свойства, что порождает ситуации. Ситуации - это взаимосвязи, выражающие взаимоотношения между объектами. Ситуации в предметной области описываются посредством высказываний о предметной области с использованием исчисления высказываний и исчисления предикатов, т.е. формальной, математической логики. Например, высказывание "Программист и менеджер есть служащие компании" описывает отношение включения. Таким образом, вся информация об объектах и сущностях предметной области описывается с помощью утверждений на естественном языке. Методы математической логики позволяют формализовать эти утверждения и представить их в виде, пригодном для анализа. Пример. Рассмотрим высказывание: Студент Иванов А.А, родился в 1982 году. Оно выражает следующие свойства объекта "Иванов А.А.":
Первое свойство устанавливает связь между объектами "Иванов А.А." и "Год рождения", а второе - между объектами "Иванов А.А." и "Множество студентов". Формализация этого высказывания представляется как результат присваивания значений переменным, входящим в предикаты: РОДИЛСЯ (Иванов А.А., 1982) ЯВЛЯЕТСЯ СТУДЕНТОМ (Иванов А.А.) Отметим, что в семантике естественных языков ситуация и взаимосвязь считаются почти синонимами. Ситуация содержит высказывание об объектах предметной области, которому можно приписать некоторую оценку истинности и представить в виде предиката после введения переменных. Таким образом, совокупность высказываний о предметной области можно трактовать как определение информационного пространства для базы данных. На рис. 2.2 представлен один из подходов к классификации ситуаций в рамках предметной области.  Рис. 2.2. Классификация ситуаций предметной области Различают статические и динамические ситуации. Примерами статических ситуаций являются такие ситуации, как иметь цвет, иметь возраст. Примерами динамических ситуаций являются такие ситуации, как создать утюг, выпечь хлеб. Обратите внимание на то, что ситуация также может представлять собой объект (см. рис. 2.1) и обладать свойствами. С другой стороны, приведенная классификация рассматривает свойства как специальный случай ситуаций. Подобная коллизия порождает неоднозначность при моделированиипредметной области базы данных. Поставим вопрос - что есть цвет автомобиля? Объект, свойство, ситуация? К обсуждению этого вопроса мы вернемся специально в следующей лекции. Приведенная классификация вводит в предметную область два важных аспекта - пространство и время, причем время и как момент, и как интервал. Предметная область существует в пространстве и во времени, т.е. ей присущи, как и реальному миру, временные и пространственные отношения и связи. Следует отличать реальное время внешнего мира и его отражение в базе данных и в источниках информации. В базе данных взаимосвязи, зависящие от времени, фиксируются только после их регистрации в базе данных. Таким образом, предметная область в каждый конкретный момент времени представляет собой выделенную совокупность определенных объектов и ситуаций, называемую состоянием предметной области (или снимком). Введем определение предметной области. Определение. Предметная область - это целенаправленная первичная трансформация картины внешнего мира в некоторую умозрительную картину, определенная часть которой фиксируется в ИС в качестве алгоритмической модели фрагмента действительности. Понятие предметной области было введено в начале 80-х годов прошлого века, когда учеными в области ИС была осознана необходимость использовать семантические модели для представления информации в компьютерных системах. Так же как требования к компьютерной системе формируются средствами естественного языка, так и информация в компьютерных системах представляется средствами особого языка с определенной семантикой. Такой подход впервые был представлен П. Ченом в 1976 году. Одним из ключевых моментов создания ИС с целью автоматизации информационных процессов организации является всестороннее изучение объектов автоматизации, их свойств, взаимоотношений между этими объектами и представление полученной информации в виде информационной модели данных. Информационная модель данных предназначена для представления семантики предметной области в терминах субъективных средств описания - сущностей, атрибутов, идентификаторов сущностей, супертипов, подтипов и т.д. Информационная модель предметной области базы данных содержит следующие основные конструкции:
Внимание! Элементы информационной модели данных предметной области являются входными данными для решения задачи проектирования базы данных - создания логической модели данных. 3.Первичный ключ записи БД Вторичные ключи Перви́чный ключ (англ. primary key) — в реляционной модели данных один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа (или ключа по умолчанию). Если в отношении имеется единственный потенциальный ключ, он является и первичным ключом. Если потенциальных ключей несколько, один из них выбирается в качестве первичного, а другие называют «альтернативными». С точки зрения теории все потенциальные ключи отношения эквивалентны, то есть обладают одинаковыми свойствами уникальности и минимальности. Однако в качестве первичного обычно выбирается тот из потенциальных ключей, который наиболее удобен для тех или иных практических целей, например для создания внешних ключей в других отношениях либо для создания кластерного индекса. Поэтому в качестве первичного ключа как правило выбирают тот, который имеет наименьший размер (физического хранения) и/или включает наименьшее количество атрибутов. Исторически термин «первичный ключ» появился и стал использоваться существенно ранее термина «потенциальный ключ». Вследствие этого множество определений в реляционной теории были изначально сформулированы с упоминанием первичного (а не потенциального) ключа, например, определения нормальных форм. Так же термин «первичный ключ» вошёл в формулировку 12 правил Кодда как основной способ адресации любого значения отношения (таблицы) наряду с именем отношения (таблицы) и именем атрибута (столбца). Простые и составные ключи Если первичный ключ состоит из единственного атрибута, его называют простым ключом. Если первичный ключ состоит из двух и более атрибутов, его называют составным ключом. Так, имя, фамилия, отчество, номер паспорта, серия паспорта не могут быть первичными ключами по отдельности, так как могут оказаться одинаковыми у двух и более людей. Но не бывает двух личных документов одного типа с одинаковыми серией и номером. Поэтому в отношении, содержащем данные о людях, первичным ключом может быть подмножество атрибутов, состоящее из типа личного документа, его серии иномера. [править]Естественные и суррогатные ключи Первичный ключ может состоять из информационных полей таблицы (то есть полей, содержащих полезную информацию об описываемых объектах). Такой первичный ключ называют естественным ключом. Теоретически, естественный ключ всегда можно сформировать, в этом случае мы получим т. н. интеллектуальный ключ. На практике, однако, использование естественных ключей наталкивается на определённые сложности:
Вследствие этих и других соображений в практике проектирования БД чаще используют т. н. синтетические (суррогатные) ключи — искусственно созданные технические ключевые поля, не несущие информации об объектах. Ключ – это столбец (может быть несколько столбцов), добавляемый к таблице и позволяющий установить связь с записями в другой таблице. Существуют ключи двух типов: первичные и вторичные или внешние. Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах. Внешний (вторичный) ключ - это одно или несколько полей (столбцов) в таблице, содержащих ссылку на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц. Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в форме, отчете или запросе. 4. Модели данных В классической теории баз данных, модель данных есть формальная теория представления и обработки данных в системе управления базами данных (СУБД), которая включает, по меньшей мере, три аспекта: 1) аспект структуры: методы описания типов и логических структур данных в базе данных; 2) аспект манипуляции: методы манипулирования данными; 3) аспект целостности: методы описания и поддержки целостности базы данных. Аспект структуры определяет, что из себя логически представляет база данных, аспект целостности определяет средства описаний корректных состояний базы данных, аспект манипуляции определяет способы перехода между состояниями базы данных (то есть способы модификации данных) и способы извлечения данных из базы данных. Модель данных — это абстрактное, самодостаточное, логическое определение объектов, операторов и прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину доступа к данным, с которой взаимодействует пользователь. Эти объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы — поведение данных[1]. Каждая БД и СУБД строится на основе некоторой явной или неявной модели данных. Все СУБД, построенные на одной и той же модели данных, относят к одному типу. Например, основой реляционных СУБД является реляционная модель данных, сетевых СУБД — сетевая модель данных, иерархических СУБД — иерархическая модель данных и т.д. В литературе, статьях и в обиходной речи иногда встречается использование термина «модель данных» в смысле «схема базы данных» («модель базы данных»). Такое использование является неверным, на что указывают многие авторитетные специалисты, в том числе К. Дж. Дейт, М. Р. Когаловский, С. Д. Кузнецов. Модель данных естьтеория, или инструмент моделирования, в то время как модель базы данных (схема базы данных) есть результат моделирования. По выражению К. Дейта соотношение между этими понятиями аналогично соотношению между языком программирования и конкретной программой на этом языке[1]. М. Р. Когаловский поясняет эволюцию смысла термина следующим образом. Первоначально понятие модели данных употреблялось как синоним структуры данных в конкретной базе данных. В процессе развития теории систем баз данных термин «модель данных» приобрел новое содержание. Возникла потребность в термине, который обозначал бы инструмент, а не результат моделирования, и воплощал бы, таким образом, множество всевозможных баз данных некоторого класса. Во второй половине 1970-х годов во многих публикациях, посвященных указанным проблемам, для этих целей стал использоваться все тот же термин «модель данных». В настоящее время в научной литературе термин «модель данных» трактуется в подавляющем большинстве случаев в инструментальном смысле (как инструмент моделирования)[2]. Тем не менее, длительное время термин «модель данных» использовался без формального определения. Одним из первых специалистов, который достаточно формально определил это понятие, был Э. Кодд. В статье «Модели данных в управлении базами данных»[3] он определил модель данных как комбинацию трех компонентов:
5.Нормализация реляционных БД. Общий алгоритм нормализации Нормализация таблиц базы данных - первый шаг на пути проектирования структуры реляционной базы данных. Строго говоря, конечно, не самый первый - сначала надо решить, что же мы вообще будем хранить в базе, то есть определиться со структурой полей, их типами и размерностью, смыслом хранимой в них информации. Но это, как говорится, подразумевается по умолчанию:). Теория нормализации реляционных баз данных была разработана в конце 70-х годов 20 века. Согласно ей, выделяются шесть нормальных форм, пять из которых так и называются: первая, вторая, третья, четвертая, пятая нормальная форма, а также нормальная форма Бойса-Кодда, лежащая между третьей и четвертой. База данных считается нормализованной, если ее таблицы (по крайней мере, большинство таблиц) представлены как минимум в третьей нормальной форме. Часто многие таблицы нормализуются до четвертой нормальной формы, иногда, наоборот, производится денормализация. Использования таблиц в пятой нормальной форме (вернее сказать, сознательного приведения их к пятой нормальной форме) в реальных базах данных я лично не встречал. Главная цель нормализации базы данных - устранение избыточности и дублирования информации. В идеале при нормализации надо добиться, чтобы любое значение хранилось в базе в одном экземпляре, причем значение это не должно быть получено расчетным путем из других данных, хранящихся в базе. Наверно, нет смысла подробно рассматривать примеры нормализации таблиц. Такой информации и в Интернете, и в книгах более чем достаточно. Напомню только, каким основным требованиям должна удовлетворять каждая из нормальных форм. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Урок 4 Класс: 11. Тема урока: «Способы организации баз данных: иерархический,... ... | | Естественный язык, важнейшее средство человеческого общения Математически операции в С++. Основные типы данных, Операция присваивания. Операции инкремента и декремента |
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Учащиеся должны знать основные типы данных и операции над ними, структуру условного и циклических операторов и их особенности | | Разработка и эксплуатация удаленных баз данных Тема урока: Введение в работу с удаленными базами данных. Типы sql-серверов, особенности операционной среды |
| Реферат Основные типы адаптаций животных организмов к факторам среды Это позволяет организмам существовать в данных условиях среды и оставлять потомство. Критериями адаптации являются: жизнеспособность,... | | Реферат по информатике на тему: ” Excel. Ввод и редактирование данных.... Ввод и редактирование данных. Типы данных. Числа. Текст. Дата и время. Форматирование ячеек. Имена ячеек и диапазонов. Создание и... |
| Реферат: Основные понятия мультимедиа Мультимедиа-это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие... | | Предпосылки формирования цивилизаций. Восточный и западный типы цивилизации. План ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Трехуровневая система организации бд. Модели данных. Классификация моделей данных. Семантические модели данных. Модель полуструктурированных... | | Тема: Система управления базами данных Microsoft Access. Назначение и основные возможности База данных – это совокупность специальным образом организованных данных о конкретной предметной области (информационная система,... |
| Методические рекомендации по курсу базы данных подготовки бакалавриата... Цель данного курса дать основные понятия теории баз данных и подходы к проектированию реляционных баз данных. Представить современные... | | Базы данных, экспертные системы реферат «Реляционная модель данных... ... |
| Рабочая программа по дисциплине В. В компьютерные сети и базы данных Цель данного курса состоит в ознакомлении студентов с основными принципами организации компьютерных сетей и баз данных | | Урок по информатике по теме "Системы управления базами данных. Создание... Повторить понятие “База данных”, “поле базы данных”, “запись базы данных”, “субд” |
| 2. Философия права в системе наук, ее основные вопросы и функции... Вопросы для подготовки студентов к зачету по дисциплине «Философия права» по специальности «Юриспруденция» | | Билет №13 Понятие файла и файловой системы организации данных (папка, иерархическая структура, имя файла, тип файла, параметры файла). Основные... |
