Финансовые аспекты вступления в ВТО России

Тема: Проектирования БД "Учебный процесс"

План

1)Введение

2)Глава 1: Проектирования БД

3)Глава 2: Проектирования БД "Учебный процесс"

4)Заключение

5)Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Базы данных предназначены для  хранения и обработки большого количества однородной информации, которая может  представлять собой, например, сведения о сотрудниках университета, справочник лекарственных средств, результаты измерения температуры, давления и  влажности в течение года, сведения о банковских вкладах, список счетов для оплаты телефонных переговоров  и т. д.

Идея использовать компьютер для  накопления и обработки больших  объемов информации появилась почти  сразу после его создания. Одновременно с развитием компьютерной техники  развивалась и теория баз данных, изменялись структура представления  информации, хранения данных на физических носителях, методы доступа и обработки  данных. В результате появились модели баз данных, методики проектирования баз данных, специальное программное  обеспечение для работы с базами данных, называемое системой управления базами данных, языки баз данных.

Системы управления базами данных (СУБД) реализуют хранение данных в соответствии с одной или несколькими моделями данных, выполнение стандартных операций обработки данных, таких как внесение новой информации или корректировка  уже введенной, поиск данных, удовлетворяющих  заданным критериям, упорядочение данных и другие, а также поддерживают один или несколько языков баз  данных.

Наиболее  популярными сейчас являются реляционные  СУБД, в которых данные хранятся в реляционных таблицах, и для  них разработан стандарт языка обработки  – SQL (термин «реляционная» будет  пояснен далее в тексте пособия), поэтому пособие ориентировано  именно на реляционные базы данных. В пособии рассмотрены следующие  темы: уровни представления информации, построение инфологической модели данных, реляционная модель данных и основы реляционной алгебры, теория нормализации, пример проектирования базы данных для  конкретной предметной области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1: Проектирования БД

1. Этапы проектирования  базы данных

В базе данных обычно хранится информация из некоторой сферы деятельности, например, данные по отгрузке готовых  изделий со склада, или по успеваемости студентов факультета, или по оплате телефонных разговоров и т. п. Эту сферу деятельности мы будем называть предметной областью. Таким образом, база данных будет содержать информацию из предметной области, которую необходимо хранить и обрабатывать с помощью компьютера.

База  данных представляет собой структурированный  набор данных, поэтому без специальной  предварительной подготовки информацию в той форме, в которой мы ее обычно получаем, воспринимаем, передаем, нельзя представить в памяти компьютера и обрабатывать по формальным алгоритмам, реализованным в виде программ. Чтобы  компьютерная обработка (хранение, сортировка, поиск и т. д.) стала возможной, информацию необходимо структурировать по определенным правилам.

В результате развития концепций баз  данных были выделены три уровня представления  информации: инфологический, даталогический и физический. На каждом уровне проводится структуризация информации таким образом, чтобы на третьем уровне информация могла быть представлена в виде структур данных, реализуемых в памяти ЭВМ.

На  первом уровне, который называется инфологическим, определяется, какая  информация о предметной области  будет храниться и обрабатываться в компьютере, и в результате исследования предметной области строится ее инфологическая модель. Информация в инфологической модели представляется вне зависимости от того, какие программные и технические средства будут использованы в дальнейшем для ее хранения и обработки. На этом уровне предметная область описывается в терминах классов объектов и их взаимосвязей, которые являются понятными конечным пользователям и людям, работающим в предметной области, не знакомым с принципами организации баз данных.

На  втором уровне, который называется даталогическим, или концептуальным, информация представляется в виде данных и логических связей между данными вне зависимости от того, что представляют собой данные и какие технические средства будут использованы для хранения данных, но с учетом программных средств (СУБД). Существует несколько видов даталогических моделей данных: сетевая, иерархическая, реляционная, объектная и другие.

На  третьем, физическом, уровне определяется, как и где на физическом носителе будут храниться данные.

Для представления информации о предметной области с точки зрения одного конкретного пользователя или группы пользователей могут быть построены внешние модели первого и второго уровней,    т. е. инфологические и даталогические.

На рисунке ниже отражена взаимосвязь  моделей представления информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Информация  о предметной области, с которой  работают пользователи, отображается сначала в инфологической модели, затем в даталогической и, наконец, в физической модели. Представления отдельных пользователей оформляются внешними инфологическими и даталогическими моделями. Здесь нужно обратить внимание на то, что внешние модели должны быть обязательно согласованы с соответствующими инфологической и даталогической моделями. Это означает, что они ни в коем случае не дополняют соответствующие модели, а являются их проекцией на уровень заинтересованности отдельного пользователя в информации.

Даталогические и физическая модели непосредственно реализуются в СУБД.

Физическая  модель определяет структуру хранения данных на физических носителях.

Замечания

1. Обычно процесс построения моделей не является строго линейным. На любом шаге проектирования возможно возвращение к предыдущему этапу и исправление ранее построенной модели.
2. Построение внешних моделей может выполняться как параллельно с построением других моделей, так и после окончания построения всех моделей. Главное требование к внешним моделям заключается в том, что внешние модели должны быть согласованы с инфологической и концептуальной (даталогической) моделью данных, т. е. являться частью этих моделей, но никак не дополнением к ним.

2. Модель предметной области

Модель  предметной области (инфологическая модель) – это описание  предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические  средства. Цель инфологического проектирования заключается в представлении  семантики (т. е. смысла) предметной области. Эта модель должна быть понятна заказчику, который не является специалистом в  области баз данных.

Для описания предметной области наиболее часто используется модель «сущность–связь», предложенная П. Ченом в 1976 году (или ее модификации). Сокращенно такую модель называют ER-моделью от английского названия «Entity–Relationship» («Сущность–связь»). Диаграмма модели имеет лексикографическую структуру, т. е. включает в себя текст и элементы графики. Из названия модели понятно, что основными ее структурными элементами будут объекты и связи между ними. Рассмотрим каждый из структурных элементов.

2.1. Объекты и классы объектов

Предметная  область состоит из объектов, в  качестве которых могут выступать  люди, материальные предметы, производственные отделы, бумажные документы, операции, явления, абстрактные идеи. Отобразить в модели каждый объект предметной области не представляется возможным. Модель предполагает некоторое обобщение  и сведение всего к общей структуре. Поэтому среди всех конкретных объектов необходимо выделить их общие признаки, характеристики и по ним объединить объекты в классы.

Каждый  класс определяется набором атрибутов, т. е. свойств, которыми обладает каждый объект, принадлежащий к этому  классу.

Свойства  могут носить статический или  динамический характер, что означает, что значение свойства не может измениться или может измениться с течением времени.

В терминах модели «сущность–связь» классы объектов обозначаются прямоугольниками, а свойства – овалами. Внутри прямоугольника записывается название класса, внутри овала – название свойства. Изменчивость свойств на схеме обозначается латинскими буквами S и D. Буква S означает статический  характер свойства, буква D – динамический.

2.2. Связи  между классами объектов

Между классами объектов могут существовать некоторые отношения, называемые связями.

Связи могут быть бинарными, т. е. между  двумя классами объектов, или между бóльшим количеством классов. Можно определить и циклические связи, т. е. связи между объектами одного и того же класса.

Между одними и теми же классами может  существовать любое количество связей. Связи, как и классы, могут иметь  свойства.

В терминах ER-диаграмм связь изображается в виде ромба, внутри которого записывается название связи. Классы объектов, участвующие в этой связи, соединяются с ромбом стрелками.

 

2.3. Типы связей в предметной  области

Кроме свойств связи могут иметь и другие характеристики.

2.3.Характеристика однозначности для бинарных связей

1. Связь 1:1, «один-к-одному». Эта связь означает, что каждому объекту из первого класса соответствует ровно один объект из второго класса и, наоборот, каждому объекту из второго класса соответствует ровно один объект из первого класса. В отношение вступают два объекта из разных классов.
2. Связь 1:M, «один-ко-многим» (или M:1, «многие-к-одному»). Эта связь означает, что одному объекту из первого класса соответствует несколько объектов второго класса, но каждому объекту второго класса соответствует только один объект первого класса. В такое отношение вступают несколько объектов – один объект из первого класса, остальные из второго, и если какой-то объект из второго класса уже входит в отношение с каким-то объектом из первого класса, то он уже не может входить в такое же отношение с другим объектом первого класса.

 

3. Связь M:N, «многие-ко-многим». Эта связь означает, что одному объекту первого класса соответствует несколько объектов второго класса и каждому объекту второго класса соответствует несколько объектов первого класса. В отношение входит несколько объектов от одного и от другого класса.

2.4 Характеристика полноты связи

Характеристика полноты  отражает зависимость класса от связи, в которую он входит.

 

1. Необязательная по отношению к классу связь означает, что существование объектов класса не зависит от наличия связи.
2. Обязательная по отношению к классу связь означает, что существование объектов класса зависит от наличия связи.

 

На  схеме обязательная по отношению  к классу связь обозначается квадратом  с точкой внутри, примыкающим к  прямоугольнику, представляющему класс, перед входящей в него стрелкой связи.

 

Общая схема, содержащая все классы объектов, их свойства, связи между классами и свойства этих связей, и будет  инфологической моделью предметной области, иногда ее называют концептуальной моделью.

После того как построена инфологическая модель предметной области, можно переходить к построению модели данных.

3. Реляционная модель  данных

Модель  данных является моделью логического  уровня и представляет собой отображение  логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию. Эта модель строится в терминах информационных единиц, допустимых в конкретной системе  управления базами данных, в среде которой мы проектируем базу данных.

Модель  данных включает в себя структуру  данных, множество операций над данными  и ограничения целостности. Можно  назвать четыре основных модели данных: сетевая, иерархическая, реляционная  и объектная. В основе их классификации  лежит структура данных.

Рассмотрим  наиболее популярную модель данных –  реляционную, основанную на некоторых  положениях математики (в основном теории множеств и логике предикатов). Название модели произошло от английского  слова «relation», что в переводе означает отношение, именно математическое отношение лежит в основе структуры реляционной модели. Принципы реляционной модели были заложены в 1969–70-х годах американским ученым Е. Ф. Коддом (E. F. Codd), в то время работавшим в корпорации IBM. За эту модель Кодд был удостоен престижной премии Тьюринга в области теоретических основ вычислительной техники.

3.1. Операции

Операции  реляционной модели данных можно  условно разделить на две группы: операции обновления отношений и  операции реляционной алгебры.

Операции  обновления предназначены для добавления, удаления и изменения кортежей отношения.

Операции  реляционной алгебры используют в качестве операндов реляционные  отношения, и результатом операции также является реляционное отношение. Именно поэтому они образуют алгебру. Основу этой группы операций составляют 8 операторов, предложенных Коддом, это  так называемая «начальная» алгебра.

Группу  реляционных операторов можно разбить  еще на две группы:

1. Традиционные операции над множествами: объединение, пересечение, вычитание и декартово произведение.
2. Специальные реляционные операции: селекция (выборка), проекция, соединение и деление.

3.2. Функциональные зависимости

Объединение нескольких атрибутов в одно отношение  выполняется не случайным образом. Данные, которые будут храниться  в этом отношении, взаимосвязаны  между собой. Эта взаимосвязь  определяется множеством функциональных зависимостей между атрибутами отношения. Это означает, что значения одного атрибута зависят от значений других атрибутов, т. е. допустимы не любые  сочетания значений атрибутов. Зависимости  эти вытекают из ограничений предметной области.