База данных. ЭУМК Базы данных. Пояснительная записка Теоретический раздел Практический раздел Раздел контроля знаний Вспомогательный раздел Пинск
 Скачать 2.33 Mb.
|
|
Сущность представляет собой объект, информация о котором хранится в БД. Экземпляры сущности отличаются друг от друга и однозначно идентифицируются. Названиями сущностей являются, как правило, существительные, например: ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, ДИСЦИПЛИНА, КАФЕДРА, ГРУППА. Атрибут представляет собой свойство сущности. Это понятие аналогично понятию атрибута в отношении. Так атрибутами сущности ГРУППА могут быть Шифр группы, Факультет, Специальность, Курс, Фамилия_старосты и т.д.Ключ сущности – атрибут или набор атрибутов, используемый для идентификации экземпляра сущности. Понятие ключа сущности аналогично определению ключа отношения. Связь двух или более сущностей предполагает существование зависимостей между атрибутами этих сущностей. Название связи обычно представляется глаголом. Примерами связей между сущностями являются следующие: Преподаватель Ведет Дисциплину (Иванов Ведет «Моделирование»), Преподаватель Преподает в Группе (Иванов Преподает в Группе АИ21), Преподаватель Работает на Кафедре (Иванов Работает на Кафедре АВС). С целью повышения наглядности и удобства проектирования для представления сущностей, экземпляров сущностей и связей между ними используются следующие графические средства: диаграммы ER-экземпляров; диаграммы ER-типа, или ER-диаграммы. На рис. 5 приведена диаграмма ER-экземпляров для сущностей ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и ДИСЦИПЛИНА со связью ВЕДЕТ. ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ВЕДЕТ ДИСЦИПЛИНА СЕРГЕЕВА МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЮРИН ЭЛЕКТРОНИКА БУРКОВСКИЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПОПОВ СХЕМОТЕХНИКА ПИТОЛИН МЕНЕДЖМЕНТ Рис.5. Диаграмма ER-экземпляров Диаграмма ER-экземпляров показывает, какую конкретно дисциплину ведет каждый из преподавателей. На рис. 4.6 представлена диаграмма ER-типа, соответствующая рассмотренной диаграмме ER-экземпляров. Преподаватель Дисциплина Ведет Рис. 6. Диаграмма ER-типа На основе анализа диаграмм ER-типа формируются отношения проектируемой БД. При этом учитывается степень связи сущностей и класс их принадлежности, которые, в свою очередь, определяются на основе анализа диаграмм ER-экземпляров соответствующих сущностей. Степень связи является характеристикой связи между сущностями, которая может быть типа: 1:1, 1:М, М:1, М:М. Класс принадлежности (КП) сущности может быть: обязательным и необязательным. Класс принадлежности сущности является обязательным, если все экземпляры этой сущности обязательно участвуют в рассматриваемой связи, в противном случае класс принадлежности сущности является необязательным. Варьируя классом принадлежности сущностей для каждого из названных типов связи, можно получить несколько вариантов диаграмм ER-типа. Рассмотрим примеры некоторых из них. Пример 1. Связи типа 1:1 и необязательный класс принадлежности. В приведенной на рис.4.5 диаграмме степень связи между сущностями 1:1, а класс принадлежности обеих сущностей необязательный. Действительно, из рисунка видно следующее: каждый преподаватель ведет не более одной дисциплины, а каждая дисциплина ведется не более чем одним преподавателем (степень связи 1:1); некоторые преподаватели не ведут ни одной дисциплины и имеются дисциплины, которые не ведет ни один из преподавателей (класс принадлежности обеих сущностей необязательный). Пример 2. Связи типа 1:1 и обязательный класс принадлежности. На рис. 7 приведены диаграммы, у которых степень связи между сущностями 1:1, а класс принадлежности обеих сущностей обязательный. а) диаграмма ER-экземпляров ПРЕПОДАВАТЕ ЛЬ ВЕДЕТ ДИСЦИПЛИНА СЕРГЕЕВА МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЮРИН ЭЛЕКТРОНИКА БУРКОВСКИЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПОПОВ СХЕМОТЕХНИКА ПИТОЛИН МЕНЕДЖМЕНТ б) диаграмма ER-типа 1 1 Рис.7. Диаграммы для связи 1:1 и обязательным классом принадлежности обеих сущностей В этом случае каждый преподаватель ведет одну дисциплину и каждая дисциплина ведется одним преподавателем. Замечания. На диаграммах ER-типа обязательное участие в связи экземпляров сущности отмечается блоком с точкой внутри, смежным с блоком этой сущности (рис.3б). При необязательном участии экземпляров сущности в связи дополнительный блок к блоку сущности не пристраивается, а точка размещается на линии связи (рис.2). Символы на линии связи указывают на степень связи. Под каждым блоком, соответствующим некоторой сущности, указывается ее ключ, выделяемый подчеркиванием. Многоточие за ключевыми атрибутами означает, что возможны другие атрибуты сущности, но ни один из них не может быть частью ее ключа. Эти атрибуты выявляются после формирования отношений. На практике степень связи и класс принадлежности сущностей при проектировании БД определяется спецификой предметной области. Рассмотрим примеры вариантов со степенью связи 1:М или М:1. Преподаватель Дисциплина Ведет Пример 3. Связи типа 1:М. Каждый преподаватель может вести несколько дисциплин, но каждая дисциплина ведется одним преподавателем. Пример 4. Связи типа М:1. Каждый преподаватель может вести одну дисциплину, но каждую дисциплину могут вести несколько преподавателей. Примеры с типом связи 1:М или М:1 могут иметь ряд вариантов, отличающихся классом принадлежности одной или обеих сущностей. Обозначим обязательный класс принадлежности символом «О», а необязательный – символом «Н», тогда варианты для связи типа 1:М условно можно представить как: О-О, О-Н, Н-О, Н-Н. Для связи типа М:1 также имеются 4 аналогичных варианта. Пример 5. Связи типа 1:М вариант Н-О. Каждый преподаватель может вести несколько дисциплин или ни одной, но каждая дисциплина ведется одним преподавателем (рис. 8). а) диаграмма ER-экземпляров ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ВЕДЕТ ДИСЦИПЛИНА ИНФОРМАТИКА СЕРГЕЕВА МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЮРИН ЭЛЕКТРОНИКА БУРКОВСКИЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПОПОВ СХЕМОТЕХНИКА ПИТОЛИН МЕНЕДЖМЕНТ ИВАНОВА ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ТЕОРИЯ АВТОМАТОВ б) диаграмма ER-типов M 1 Рис.8. Диаграммы для связи типа 1:М варианта Н-О Преподаватель Дисциплина Ведет Пример 6. Связи типа М:М. Каждый преподаватель может вести несколько дисциплин, а каждая дисциплина может вестись несколькими преподавателями. Как и в случае других типов связей, для связи типа М:М возможны 4 варианта, отличающиеся классом принадлежности сущностей. Пример 7. Связи типа М:М и вариант класса принадлежности О-Н. Допустим, что каждый преподаватель ведет не менее одной дисциплины, а дисциплина может вестись более чем одним преподавателем, есть и такие дисциплины, которые никто не ведет. Соответствующие этому случаю диаграммы приведены на рис. 9. а) диаграмма ER-экземпляров ПРЕПОДАВАТ ЕЛЬ ВЕДЕТ ДИСЦИПЛИНА СЕРГЕЕВА ИНФОРМАТИКА НОСАЧЕВА БАЗЫ ДАННЫХ ХОЛОПКИНА ПРОГРАММИРОВАНИЕ СХЕМОТЕХНИКА б) диаграмма ER-типов М М Рис. 9. Диаграммы для связи типа М:М и варианта О-Н Выявление сущностей и связей между ними, а также формирование на их основе диаграмм ER-типа выполняется на начальных этапах метода сущность- связь. Этапы реализации метода сущность-связь. Процесс проектирования базы данных является итерационным – допускающим возврат к предыдущим этапам для пересмотра ранее принятых решений и включает следующие этапы: Выделение сущностей и связей между ними. Построение диаграмм ER-типа с учетом всех сущностей и их связей. Преподаватель Дисциплин а В е д е т Формирование набора предварительных отношений с указанием предполагаемого первичного ключа для каждого отношения. Добавление неключевых атрибутов в отношения. Приведение предварительных отношений к нормальной форме Бойса- Кодда, например, с помощью метода нормальных форм. Пересмотр ER-диаграмм в следующих случаях: некоторые отношения не приводятся к нормальной форме Бойса-Кодда; некоторым атрибутам не находится логически обоснованных мест в предварительных отношениях. После преобразования ER-диаграмм осуществляется повторное выполнение предыдущих этапов проектирования (возврат к этапу 1). Правила формирования отношений. Одним из узловых этапов проектирования является этап формирования отношений. Правила формирования отношений основываются на учете следующего: степени связи между сущностями (1:1, 1:М, М:1, М:М); класса принадлежности экземпляров сущностей (обязательный и необязательный). Рассмотрим шесть правил формирования отношений на основе диаграмм ER-типа. Правила распространяются на связи между двумя сущностями, т.е. на бинарные связи. Формирование отношений для связи 1:1. Правило 1. Если степень бинарной связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей обязательный, то формируется одно отношение. Первичным ключом этого отношения может быть ключ любого из двух сущностей. На рис. 4.10 приведены диаграмма ER-типа и отношение, сформированное по правилу 1 на ее основе. 1 К1,… К2,… С1 С2 К1 v К2,… Рис. 10. Диаграмма и отношения для правила 1 На рисунке используются следующие обозначения: С1, С2 – сущности 1 и 2; К1, К2 – ключи первой и второй сущности соответственно; R1 – отношение 1, сформированное на основе первой и второй сущностей; К1 v К2,…означает, что ключом сформированного отношения может быть либо К1, либо К2. Правило 2. Если степень связи 1:1 и класс принадлежности одной сущности обязательный, а второй – необязательный, то под каждую из сущностей формируется по отношению с первичными ключами, являющимися ключами соответствующих сущностей. Далее к отношению, сущность которого имеет обязательный класс принадлежности, добавляется в качестве атрибута ключ сущности с необязательным классом принадлежности. На рис. 11 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу 2 на ее основе. 1 1 1 К1,… К2,… К1, К2 К2,… Рис. 11. Диаграмма и отношения для правила 2 Правило 3. Если степень связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей является необязательным, то необходимо использовать три отношения. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является R1 С1 С2 R1 R2 связным между первыми двумя, поэтому его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений. На рис. 4.12 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу 3 на ее основе. 1 1 К1,… К2,… К1,… К2,… К1, К2 Рис. 12. Диаграмма и отношения для правила 3 Формирование отношений для связи 1:М. Если две сущности С1 и С2 связаны как 1:М, сущность С1 будет называть односвязной (1-связной), а сущность С2 – многосвязной (М-связной). Определяющим фактором при формировании отношений, связанных этим видом связи, является класс принадлежности М-связной сущности. Так, если класс принадлежности М-связной сущности обязательный, то в результате применения правила получим два отношения, если необязательный – три отношения. Класс принадлежности односвязной сущности не влияет на результат. Правило 4. Если степень связи между сущностями 1:М (или М:1) и класс принадлежности М-связной сущности обязательный, то достаточно формирования двух отношений (по одному на каждую из сущностей). При этом первичными ключами этих отношений являются ключи их сущностей. Кроме того, ключ 1-связной сущности добавляется как атрибут (внешний ключ) в отношение, соответствующее М-связной сущности. R1 R2 R1_R2 С1 С2 На рис. 4.13 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу 4. 1 М К2,… К1,… К2,… К1, К2 Рис. 13. Диаграмма и отношения для правила 4 Правила 5. Если степень связи 1:М (М:1) и класс принадлежности М- связной сущности является необязательным, то необходимо формирование трех отношений (рис. 14). С1 С2 R1 R2 М 1 К1,… К2,… К1,… К2,… К1,К2 Рис. 14. Диаграмма и отношения для правила 5 Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя (его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений). Формирование отношений для связи М:М. При наличии связи М:М между двумя сущностями необходимо три отношения независимо от класса принадлежности любой из сущностей. Использование одного или двух отношений в этом случае не избавляет от пустых полей или избыточного дублирования данных. Правило 6. Если степень связи М:М, то независимо от класса принадлежности сущностей формируются три отношения. Два отношения соответствуют связываемым сущностям и их ключи являются первичными ключами этих отношений. Третье отношение является связным между первыми двумя, а его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений. На рис. 15 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу 6. На рисунке показан вариант с классом принадлежности сущностей Н-Н. М М С1 С2 R1 R2 R1_R2 С1 С2 К1,… К2,… К1,… К2,… К1, К2 Рис. 15. Диаграмма и отношения для правила 6 2.4. Системы управления базами данных (СУБД) Система управления базами данных - комплекс программных и лингвистических средств общего или специального назначения, реализующий поддержку создания баз данных, централизованного управления и организации доступа к ним различных пользователей в условиях принятой технологии обработки данных. Основное назначение СУБД – обеспечить пользователя инструментарием, позволяющим оперировать данными в терминах, не связанных с особенностями их хранения в ЭВМ. В этом смысле СУБД действует как интерпретатор языка высокого уровня, предоставляя возможность описать данные и их обработку. Таким образом, СУБД обеспечивает: 1 описание данных; 2 манипулирование данными; 3 физическое размещение данных; 4 защиту от сбоев, поддержку целостности данных и их восстановление. 5 обеспечение безопасности, секретности и разграничение прав доступа к данным. 6 функцию словаря данных R1 R2 R1_R2 Классификация СУБД. В общем случае под СУБД можно понимать любой программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования базы данных. К СУБД относятся следующие основные виды программ: 1 полнофункциональные СУБД; 2 серверы баз данных; 3 клиенты баз данных; 4 средства разработки программ работы с базой данных. Полнофункциональные СУБД представляют собой традиционные СУБД. Большинство современных СУБД являются полнофункциональными. К ним относятся такие пакеты, как dBaseIV, Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Paradox, R:BASE. Обычно полнофункциональные СУБД имеют развитый интерфейс, позволяющий с помощью команд меню выполнять основные действия с базой данных: создавать и модифицировать структуры таблиц, вводить данные, формировать запросы, разрабатывать и выводить на печать отчеты. Для создания запросов и отчетов не обязательно программирование, удобно пользоваться мастерами, а для создания запросов использовать специальные языки. Многие полнофункциональные СУБД включают средства программирования для профессиональных разработчиков. Некоторые системы имеют средства проектирования схем баз данных или CASE-подсистемы, а также средства доступа к базам данных других типов СУБД. Серверы баз данных предназначены для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Число таких СУБД постоянно растет. Эффективность функционирования информационной системы во многом зависит от ее архитектуры. В настоящее время перспективной является архитектура клиент-сервер. Она предполагает наличие компьютерной сети и распределенной базы данных, включающей корпоративную базу данных (КБД) и персональные базы данных (ПБД). КБД размещается на компьютере-сервере, ПБД на компьютерах сотрудников подразделений, являющихся клиентами корпоративной базы данных. Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиентом – компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса компьютерной сети могут выступать базы данных, файловые системы, службы печати, почтовые службы. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он управляет. Например, если управляемым ресурсом является база данных, то соответствующий сервер называется сервером базы данных. Преимущества организации информационной системы по архитектуре клиент-сервер является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей корпоративной информации с индивидуальной работой пользователей над персональной информацией. Примерами серверов баз данных являются следующие программы: NetWare SQL (Novell), MsSQL Server (Microsoft), InterBase (Borland), SQLBase Server (Gupta), Intelligent Database (Ingress) и т.д. СУБД MsSQL Server это реляционная СУБД, которая работает в среде операционных систем семейства Windows. Основные параметры: может управлять до 32767 базами данных, а каждая база может включать до 2 млрд таблиц. В одной таблице может быть до 1024 столбцов; количество строк не ограничивается. Для одной таблицы может быть определено до 250 индексов. Имеет архитектуру «клиент-сервер». Для формирования запросов применяется язык Transact-SQL. Имеет компоненту «координатор распределенных транзакций» (выполняются на нескольких серверах), что позволяет осуществлять более 30 тыс. транзакций в минуту. Oracle. Объектно-ориентированная СУБД, т.е. построенная на основе соединения объектно-ориентированной и реляционной теорий. Она разработана с ориентацией на большинство ОС, в том числе на Windows и Solaris, Linux и т.д. Система хранит большие системные объемы информации объекта управления, что позволяет не только выполнять классические, традиционные процедуры, но и поддерживать процедуры, принятия управленческих решений. СУБД Oracle может функционировать в среде 10 тыс. пользователей и базах данных объемом 100 терабайт. Выполняет от 40 до110 тыс. транзакций в минуту. Поддерживает технологию распределенной обработки данных, совмещенную с функционированием централизованной базы данных, и архитектуру «клиент-сервер», а также обработку данных в WWW (публикация данных в Интернете). Применяется язык запросов SQL PLUS, который кроме выполнения функций SQL обрабатывает наборы данных связанных объектов. Для программирования задач имеется процедурный язык PL/SQL. Имеет высокоэффективные генераторы экранных форм и отчетов. Поддерживает совместимость баз данных других систем (Access, DB2 и др.). Informix. СУБД реляционного типа, ориентированная на работу в среде ОС UNIX, управляет структурированными и неструктурированными данными. Реализуется параллельная обработка данных различных типов (традиционные, трехмерные данные, звук, видео, изображение, кодированные документы). Соответственно управляет данными географических информационных систем, компьютерной полиграфией. Используется язык доступа к данным Informix-SQL. Организовано взаимодействие Web-приложений с базами данных. DB2. Семейство современных СУБД (DB2MVS, DB2 Common Server и др.) универсального типа. Серверы DB2 работают под управлением Windows NT, Solaris, SCO, SINIX. Обрабатывает мультимедийные данные. Можно создавать приложения на языках С, С++, Basic. Размер одной таблицы может быть до 1 ТВ (терабайта). Применена технология распараллеливания, что обеспечивает поддержку современных баз данных больших объемов. Для пользователей могут создаваться группы с общим доступом к дисковому массиву данных. Клиентскими программами для серверов баз данных могут быть различные программы: полнофункциональные СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры, программы электронной почты и т.д. При этом элементы пары «клиент-сервер» могут принадлежать одному или разным производителям программного обеспечения. Например, для сервера баз данных SQL Server (Microsoft) в роли клиентских программ могут выступать многие СУБД, такие как: MS Access, Visual FoxPro, dBaseIV, Blyth Software, Paradox, Focus и др. |