ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ РЕЛЯЦИОННОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ
- В основе реляционных систем лежит реляционная модель данных .
- Принципы реляционной модели были заложены в 1969–1970 гг. американским ученым Е. Ф. Коддом (E. F. Codd), в то время работавшим в корпорации IBM. Будучи математиком по образованию, он привнес в область управления базами данных строгие математические принципы и точность, которых не хватало ранним системам. Хотя реляционный подход утвердился не сразу, можно отметить, что почти все созданные с конца 70-х гг. продукты баз данных основаны именно на реляционном подходе.
- Подавляющее большинство научных исследований в области баз данных в течение последних 35 лет также проводилось именно в этом направлении.
- Рассматривая и постепенно уточняя основные понятия реляционной модели, будем иметь в виду три компоненты модели данных:
- структуры данных,
- операции, которые можно выполнять над данными, и
- ограничения, связанные с обеспечением целостности данных.
- Основной структурой данных в реляционной модели являются таблицы , называемые в реляционной теории отношениями. Собственно от термина отношение (по-английски relation) и произошло само название модели – реляционная . На рисунке приведен пример такой таблицы-отношения и пояснение основных терминов реляционной модели – кортеж, кардинальное число, атрибут, степень, домен, первичный ключ .
- Отношение это таблица , подобная приведенной на рисунке, состоящая из строк и столбцов и имеющая вверху строку, называемую заголовок отношения .
- Строки таблицы-отношения называются кортежами (tuple), а столбцы атрибутами (attribute).
- Количество кортежей в отношении называется кардинальным числом отношения, а количество атрибутов называется степенью отношения.
- Каждый атрибут в отношении имеет наименование , которое указывается в заголовочной части отношения.
- Ключ отношения – это атрибут или набор атрибутов отношения такие, что в любой момент времени в отношении не существует строк, для которых значение или комбинация значений ключевых атрибутов являются одинаковыми. Ключ , таким образом, является уникальным идентификатором кортежей отношения (на рисунке ключевой атрибут выделен жирным шрифтом).
- Домен отношения – это множество значений, из которого могут браться значения конкретного атрибута. То есть конкретный набор значений атрибута в любой момент времени должен быть подмножеством множества значений домена, на котором определен этот атрибут. Значения атрибута, которые отсутствуют в множестве, задаваемом доменом, являются недопустимыми.
- Понятие домена является важным для реляционной модели. Домен фактически задает ограничения, которым должны удовлетворять значения соответствующего атрибута.
- Как уже отмечалось, приведенные выше определения не являются строгими. Такие термины как таблица, строка, столбец, строго говоря, не являются полностью эквивалентными используемым в реляционной модели математическим понятиям отношение, кортеж, атрибут соответственно. Однако на практике их часто используют именно как синонимы, что, в общем, допустимо, если при этом понимать, какой действительный смысл вкладывается в эти термины.
- Основные задачи проектирования баз данных:
- Обеспечение хранения в БД всей необходимой информации.
- Обеспечение возможности получения данных по всем необходимым запросам.
- Сокращение избыточности и дублирования данных.
- Обеспечение целостности данных (правильности их содержания): исключение противоречий в содержании данных, исключение их потери и т.д.
- Основные этапы проектирования баз данных:
- 1) Концептуальное (инфологическое) проектирование – построение формализованной модели предметной области. Такая модель строится с использованием стандартных языковых средств, обычно графических, например ER-диаграмм (диаграмм «Сущность-связь»). Такая модель строится без ориентации на какую-либо конкретную СУБД.
- Основные элементы данной модели:
- Описание объектов предметной области и связей между ними.
- Описание информационных потребностей пользователей (описание основных запросов к БД).
- Описание алгоритмических зависимостей между данными.
- Описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.
- 2) Логическое (даталогическое) проектирование – отображение инфологической модели на модель данных, используемую в конкретной СУБД, например на реляционную модель данных. Для реляционных СУБД даталогическая модель – набор таблиц, обычно с указанием ключевых полей, связей между таблицами. Если инфологическая модель построена в виде ER-диаграмм (или других формализованных средств), то даталогическое проектирование представляет собой построение таблиц по определённым формализованным правилам, а также нормализацию этих таблиц. Этот этап может быть в значительной степени автоматизирован.
- 3) Физическое проектирование – реализация даталогической модели средствами конкретной СУБД, а также выбор решений, связанных с физической средой хранения данных: выбор методов управления дисковой памятью, методов доступа к данным, методов сжатия данных и т.д. – эти задачи решаются в основном средствами СУБД и скрыты от разработчика БД.
- На этапе инфологического проектирования в ходе сбора информации о предметной области требуется выяснить:
- основные объекты предметной области (объекты, о которых должна храниться информация в БД);
- атрибуты объектов;
- связи между объектами;
- основные запросы к БД.
- Принципы разработки многопользовательских баз данных долж-ны сводиться к соблюдению двух обязательных условий: систем-ного подхода и стандартизации .
- Системный подход. Системный подход к разработке информа-ционной системы означает, что такая система рассматривается как большая система, состоящая из некоторого множества вза-имосвязанных и взаимодействующих между собой элементов. При проектировании информационных систем необходимо соблюдать следующие принципы:
- учет интересов всех потенциальных пользователей систем;
- модульный принцип разработки и внедрения.
- Стандартизация. Стандартизация разработки информационных систем, учитывая их многопользовательский характер, имеет сле-дующие аспекты:
- информационный;
- программный;
- аппаратный.
- Стандартизация информационного обеспечения обусловлена принципами компьютерной обработки символьной информации, так как объекты баз данных должны однозначно распознаваться компьютером.
- Модель сущность-связь (ERM) - модель данных, позволяющая описывать концептуальные схемы предметной области.
- ER-модель используется при высокоуровневом (концептуальном) проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности и обозначить связи , которые могут устанавливаться между этими сущностями.
- Во время проектирования баз данных происходит преобразование ER-модели в конкретную схему базы данных на основе выбранной модели данных (реляционной, объектной, сетевой или др.).
- ER-модель представляет собой формальную конструкцию , которая сама по себе не предписывает никаких графических средств её визуализации.
- Модель «сущность-связь» была предложена в 1976 году Питером Пин-Шен Ченом (англ. Peter Pin-Shen Chen), американским профессором компьютерных наук в университете штата Луизиана.
- Нотация Питера Чена
- Множества сущностей изображаются в виде прямоугольников, множества отношений изображаются в виде ромбов.
- Если сущность участвует в отношении , они связаны линией. Если отношение не является обязательным, то линия пунктирная.
- Атрибуты изображаются в виде овалов и связываются линией с одним отношением или с одной сущностью
- Преобразование концептуальной модели в реляционную состоит в следующем:
- Построить набор предварительных таблиц и указать первичные ключи.
- Провести процесс нормализации.
- Первый пункт мы рассматривали в третьем уроке, со вторым мы пока не знакомы, но ознакомимся на практике. Итак, нам надо построить набор таблиц.
- Сделать это несложно, т.к. таблицы - это наши объекты, а поля таблиц - атрибуты объектов. Набор предварительных таблиц, исходя из нашей концептуальной модели, выглядит так:
- Таким образом, у нас определены таблицы , поля , первичные ключи (РК) и связи (FK).
- В таблицах Журнал поставок и Журнал покупок первичные ключи - составные , т.е. состоят из двух полей .
- Теоретически бывают таблицы, в которых все поля являются одним составным ключом .
- Нормализация - это пошаговый, обратимый процесс замены исходной схемы другой схемой, в которой таблицы имеют более простую и логичную структуру. Это нужно для устранения избыточности данных.
1 из 21
Презентация на тему:
№ слайда 1
Описание слайда:
№ слайда 2
Описание слайда:
База данных В узком смысле слова, база данных - это некоторый набор данных, необходимых для работы. Однако данные - это абстракция; никто никогда не видел "просто данные"; они не возникают и не существуют сами по себе. Данные суть отражение объектов реального мира.В широком смысле слова база данных - это совокупность описаний объектов реального мира и связей между ними, актуальных для конкретной прикладной области.
№ слайда 3
Описание слайда:
Классификация СУБД от модели данных Традиционно все СУБД классифицируются в зависимости от модели данных, которая лежит в их основе. Принято выделять: Иерархическую модель данныхСетевую модель данныхРеляционную модель данныхИногда к ним добавляют модель данных на основе инвертированных списков.
№ слайда 4
Описание слайда:
Реляционная модель данных Реляционной считается такая база данных, в которой все данные представлены для пользователя в виде прямоугольных таблиц значений данных, и все операции над базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами. Таблица состоит из строк и столбцов и имеет имя, уникальное внутри базы данных. Таблица отражает тип объекта реального мира, а каждая ее строка - конкретный объект.
№ слайда 5
Описание слайда:
Основные понятия базы данных Так, таблица Деталь содержит сведения о всех деталях, хранящихся на складе, а ее строки являются наборами значений атрибутов конкретных деталей. Каждый столбец таблицы - это совокупность значений конкретного атрибута объекта. Так, столбец Материал представляет собой множество значений "Сталь", "Олово", "Цинк", "Никель". В столбце Количество содержатся целые неотрицательные числа. Значения в столбце Вес - вещественные числа, равные весу детали в килограммах.Эти значения не появляются из воздуха. Они выбираются из множества всех возможных значений атрибута объекта, которое называется доменом. Так, значения в столбце материал выбираются из множества имен всех возможных материалов - пластмасс, древесины, металлов и т.д. Следовательно, в столбце Материал принципиально невозможно появление значения, которого нет в соответствующем домене, например, "вода" или "песок".Каждый столбец имеет имя, которое обычно записывается в верхней части таблицы. Оно должно быть уникальным в таблице, однако различные таблицы могут иметь столбцы с одинаковыми именами. Любая таблица должна иметь по крайней мере один столбец; столбцы расположены в таблице в соответствии с порядком следования их имен при ее создании. В отличие от столбцов, строки не имеют имен; порядок их следования в таблице не определен, а количество логически не ограничено.
№ слайда 6
Описание слайда:
№ слайда 7
Описание слайда:
Взаимосвязь таблиц базы данных Взаимосвязь таблиц является важнейшим элементом реляционной модели данных. Она поддерживается внешними ключами. Рассмотрим пример, в котором база данных хранит информацию о рядовых служащих (таблица Служащий) и руководителях (таблица Руководитель) в некоторой организации. Первичный ключ таблицы Руководитель - столбец Номер. Столбец Фамилия не может выполнять роль первичного ключа, так как в одной организации могут работать два руководителя с одинаковыми фамилиями. Любой служащий подчинен единственному руководителю, что должно быть отражено в базе данных. Таблица Служащий содержит столбец Номер руководителя, и значения в этом столбце выбираются из столбца Номер таблицы Руководитель. Столбец Номер Руководителя является внешним ключом в таблице Служащий.
№ слайда 8
Описание слайда:
№ слайда 9
Описание слайда:
Таблицы невозможно хранить и обрабатывать, если в базе данных отсутствуют "данные о данных", например, описатели таблиц, столбцов и т.д. Их называют обычно метаданными. Метаданные также представлены в табличной форме и хранятся в словаре данных.Помимо таблиц, в базе данных могут храниться и другие объекты, такие как экранные формы, отчеты, представления и даже прикладные программы, работающие с базой данных.Для пользователей информационной системы недостаточно, чтобы база данных просто отражала объекты реального мира. Важно, чтобы такое отражение было однозначным и непротиворечивым. В этом случае говорят, что база данных удовлетворяет условию целостности.Для того, чтобы гарантировать корректность и взаимную непротиворечивость данных, на базу данных накладываются некоторые ограничения, которые называют ограничениями целостности.
№ слайда 10
Описание слайда:
Ограничительные условия, поддерживающие целостность В реляционной модели Кодда есть несколько ограничительных условий, используемых для проверки данных в базе данных, а также для придания осмысленности структуре данных. Принято выделять следующие ограничения: Категорная целостностьЦелостность на уровне ссылокФункциональные зависимости
№ слайда 11
Описание слайда:
Целостность категории и ссылок В целостной части реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД. Первое требование называется требованием целостности сущности.Второе требование называется требованием целостности по ссылкам, является более сложным
№ слайда 12
Описание слайда:
№ слайда 13
Описание слайда:
Традиционные операции Объединение двух отношений (С1 = А U В) предполагает, что на входе задано два односхемных отношения А и В. Результат объединения есть построенное по той же схеме отношение С, содержащее все кортежи А и все кортежи отношения В.Пересечение двух отношений (С2=А U В) предполагает на входе два односхемных отношения А и В. На выходе создается отношение по той же схеме, содержащее только те кортежи отношения А, которые есть в отношении В.Вычитание двух отношений (С3=А-В). Все три отношения строятся по одной схеме. В результирующее отношение С3 включаются только те кортежи из А, которых нет в отношении В.Декартово произведение (С4=А X В). Ее важное отличие от предшествующих состоит в том, что отношения А и В могут быть построены по разным схемам, а схема отношения С4 включает все атрибуты отношении А и В.
№ слайда 14
Описание слайда:
Специальные операции Операция селекция выполняется по строкам. На входе операции используется одно отношение. Результат выборки есть новое отношение, построенное по той же схеме, содержащее подмножество кортежей исходного отношения, удовлетворяющих условию выборки.Операция проекция. На входе операции используется одно отношение. Результирующее отношение включает подмножество атрибутов исходного. Каждому кортежу исходного отношения соответствует такой кортеж в результирующем отношении, что значения одинаковых атрибутов этих двух кортежей совпадают. Но при этом в результирующем отношении кортежи-дубликаты устраняются, в связи с чем мощность результирующего отношения может быть меньше мощности исходного.Операция соединение естественное. На входе операции используется два отношения. В каждом из отношений выделен атрибут, по которому будет осуществляться соединение. Оба атрибута должны быть определены на одном и том же домене. Схема результирующего отношения включает все атрибуты двух отношений. Допускается, чтобы в схеме результирующего отношения вместо двух атрибутов, по которым выполняется соединение, был представлен только один. Операция соединение похожа на декартово произведение. Операция деление. На входе операции используется два отношения А и В. Пусть отношение А, называемое делимым, содержит атрибуты (А1,А2, ...,Аn). Отношение В – делитель -содержит подмножество атрибутов А; положим, (А1,А2, ...,Аk), где (k № слайда 15
Описание слайда:
Операции реляционной модели данных предоставляют возможность произвольно манипулировать отношениями, позволяя обновлять БД, а также выбирать подмножества хранимых данных и представлять их в нужном виде.Рассмотренные нами операции реляционной алгебры или алгебры отношений, позволяют пошагово описать процесс получения результирующего отношения. № слайда 16
Описание слайда:
Нормализация отношений Одна из важнейших проблем проектирования схемы БД заключается в выделении типов записей, определении состава их атрибутов. Группировка атрибутов должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.Сначала эти вопросы решались интуитивно. Однако интуиция может подвести даже опытного специалиста, поэтому Коддом был разработан в рамках реляционной модели данных аппарат, называемый нормализацией отношений. И хотя идеи нормализации сформулированы в терминологии реляционной модели данных, они в равной степени применимы и для других моделей данных.Коддом выделено три нормальных формы отношений. Самая совершенная из них - третья. Предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей нормальной форме. В процессе таких преобразований могут выделяться новые отношения. № слайда 17
Описание слайда:
Первая нормальная форма Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме (1НФ), если все его атрибуты простые.Ненормализованное отношение легко сделать нормализованным. Такое преобразование может привести к увеличению мощности отношения и изменению ключа.Функциональная зависимость. Пусть Х и Y - два атрибута некоторого отношения, Говорят, что Y функционально зависит от X, если в любой момент времени каждому значению Х соответствует не более чем одно значение атрибута Y. Функциональную зависимость можно обозначить так: Х>Y.Полная функциональная зависимость. Говорят, что не ключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа, если он функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа. № слайда 18
Описание слайда:
Вторая нормальная форма Отношение находится во второй нормальной форме, если оно находится в первой нормальной форме и каждый не ключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.Чтобы отношение привести ко второй нормальной форме, необходимо:построить его проекцию, исключив атрибуты, которые не находятся в полной функциональной зависимости от составного ключа;построить дополнительно одну или несколько проекций на часть составного ключа и атрибуты, функционально зависящие от этой части ключа.Транзитивная зависимость. Пусть X, Y, Z - три атрибута некоторого отношения. При этом Х>Y и Y>Z, но обратное соответствие отсутствует, т. е. Z не> или Y не>Х. Тогда говорят, что Z транзитивно зависит от X. Другие нормальные формы Первая нормальная форма запрещает таблицам иметь неатомарные, или многозначные атрибуты. Однако существует множество ситуаций моделирования, требующих многозначных атрибутов. Например, преподаватель в вузе отвечает за несколько дисциплин. Существует несколько решений, каждое из которых имеет определенные недостатки. Все они требуют лишней памяти из-за наличия пустых значений, либо из-за необходимости вводить избыточные данные. Те из них, в которых есть пустые значения, нарушают категорийную целостность, поскольку все атрибуты вместе составляют ключ таблицы. Эти кажущиеся связи между независимыми атрибутами можно исключить, потребовав, чтобы каждое значение атрибута сочеталось с каждым значением другого атрибута как минимум в одной строке. Условие, обеспечивающее независимость атрибутов путем обязательного повторения значений, называется многозначной зависимостью. Многозначная зависимость является таким же ограничительным условием, как функциональная зависимость. Очевидно, что поскольку они требуют огромного числа повторений значений данных, важный этап процесса нормализации состоит в избавлении от многозначных зависимостей.Таблица имеет четвертую нормальную форму (4НФ), если она имеет 3НФ и не содержит многозначных зависимостей.Для избавления от некоторых других аномалий были предложены еще несколько нормальных форм: пятая нормальная форма (5НФ), нормальная форма область/ключ (НФОК) и т.д. Однако они имеют очень ограниченное практическое использование. № слайда 21
Описание слайда:
Заключение Необходимо подчеркнуть, что настоящая работа не дает рецепта построения хорошей схемы базы данных. Она, скорее, обозначает проблему и объясняет, как ее можно решить в общем виде. Для того чтобы дать практические рекомендации необходимо выполнить следующие шаги:Выбрать концептуальную модель, с помощью которой будет построена концептуальная схема;Построить точное описание семантических ограничений, поддерживаемых выбранной СУБД;Построить отображение выбранной концептуальной модели в модель данных, поддерживаемую СУБД.Определить, что такое хорошая схема и описать методику ее построения. Презентация на тему "Виды моделей баз данных" по информатике в формате powerpoint. Цель данной данной презентации для школьников 8 класса рассказать учащимся о всех моделях баз данных и способах создания компьютерных баз данных. Автор презентации: учитель информатики, Кондакова Л.В. комплекс программных средств для создания баз данных, хранения и поиска в них необходимой информации Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких таблиц, которые связываются между собой ключами. Ключ – это поле, которое однозначно определяет соответствующую запись Похожа на иерархическую. Она имеет те же основные составляющие (узел, уровень, связь), однако характер их отношений принципиально иной. В сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней. Поурочное планирование 11 класс
2015
Дата: _____________________ Урок 8
Тема урока: «Реляционная база данных»
Цели урока:
Познавательная
знакомить учащихся с понятием реляционной базы данных;
учить создавать многотабличную базу данных и связывать таблицы в ней.
Развивающая
развивать навыки и умения работы с таблицами;
развивать умение анализировать и выделять главное
Воспитательная
Воспитывать аккуратность, внимательность, самостоятельность и дисциплинированность.
Тип урока
: урок изучения нового материала
Вид урока:
урок-деловая игра
Формы работы:
индивидуальная, групповая, фронтальная
Методы:
наглядные, словесные, практические
Материалы и оборудование:
персональные компьютеры;
программное обеспечение: СУБД Microsoft Access;
презентация на тему «Реляционная модель базы данных»;
презентация о туристической фирме «Планета путешествий»
Эпиграф к уроку: “Дорогу осилит идущий, а информатику – мыслящий”. (Гюстав Гийом)
Структура урока:
Орг. момент. (1 мин)
Проверка домашнего задания. (1 мин)
Актуализация знаний. (5 мин)
Работа над темой урока. (18 мин)
Физкультминутка. (3 мин)
Практическая часть. (12 мин)
Итог урока. (2 мин)
Рефлексия. (2 мин)
Домашнее задание. (1 мин)
Ход урока
Организационный момент:
-
приветствие
-
проверка отсутствующих
Проверка домашнего задания:
-
просмотр составленных ребусов по предыдущей теме
Вступительное слово учителя:
Мы начинаем заседание нашей фирмы компьютерных технологий «Инфоинтеллект». Как вам известно, к нам обратилась вновь созданная туристическая фирма «Планета путешествий» с заявкой на создание базы данных своей фирмы. В конце прошлого заседания каждый менеджер нашей кампании получил задание разработать материал по определенному вопросу, чтобы сегодня мы владели информацией по алгоритму создания реляционной БД и могли приступить к этой работе. Для начала суммируем известные нам факты о базе данных в целом. Актуализация опорных знаний
Устный опрос:
Продолжите фразы:
БД – это…
– это совокупность взаимосвязанных данных, которые обладают свойствами структурированности, хранятся во внешней памяти компьютера, и организованы по правилам, предполагающим общие принципы описания, хранения и обработки данных.
БД могут быть использованы для создания …
-
фонда учебной литературы школьной библиотеки,
Кадрового состава предприятия,
Единого реестра препаратов аптеки,
Нормативных актов гражданского права,
Каталога фильмов кинотеатра…
Типы БД - …
-
фактографические и документальные.
Фактографические БД содержат краткие сведения об объектах, представленные в определенном формате, например, Марка машины, завод-изготовитель, год выпуска …
В документальных БД содержится информация разного типа: текстовая, звуковая, графическая, мультимедийная
СУБД – это …
Программное обеспечение, которое позволяет создавать БД, обновлять и дополнять информацию, обеспечивать гибкий доступ к информации.
2. Ответьте на вопросы:
Перечислите основные свойства баз данных (структурированность, взаимосвязанность, независимость от прикладных программ)
Каким требованиям должны удовлетворять СУБД? (возможность манипулирования данными, возможность поиска и формирования запросов, обеспечение целостности данных, обеспечение защиты и секретности)
Назовите простые СУБД, предназначенные для работы в небольших организациях (Access, FoxPro и Paradox)
Назовите СУБД мощного типа (Oracle
, Sybase
, Informix
)
IV
. Работа над новой темой
1. Информация от турфирмы
2. Типы моделей БД
3. Реляционная модель данных
4. Варианты типов связей
5. Составляющие реляционной модели
6. Основные типы полей
1. ИНФОРМАЦИЯ ОТ ТУРФИРМЫ
С этим вопросом нас ознакомит менеджер, принимающий заявки от фирм.
С информацией мы познакомимся, просмотрев презентацию о туристической фирме «Планета путешествий», выполненную нашим коллегой.
Просмотр презентации о туристической фирме «Планета путешествий».
2. "ТИПЫ МОДЕЛЕЙ БАЗ ДАННЫХ"
Это некоторые виды моделей БД.
модель 1 модель 2 модель 3
Тип модели БД определяется по типу связи между элементами БД.
-Существуют три основных типа моделей данных –иерархическая(1) и сетевая(2), реляционная(3).
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Иерархическая модель базы данных представляет
собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево (граф).
-
Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи
.
Принцип работы модели таков, что несколько узлов более низкого уровня соединяется при помощи связи с одним узлом более высокого уровня.
Узел - информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии.
Свойства иерархической модели базы данных:
несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня;
иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), неподчиненный никакой другой вершине;
каждый узел имеет свое имя (идентификатор);
СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ
Сетевая модель базы данных похожа на иерархическую. Она имеет те же основные составляющие (узел, уровень, связь), однако характер их отношений принципиально иной. В сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней
.
Примером может служить база данных, хранящая сведения о закреплении учителей-предметников за определенными классами, где видно, что один учитель может преподавать в нескольких классах, и что один и тот же предмет могут вести разные учителя.
3. РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ
Сегодня на нашем заседании мы должны будем создать многотабличную базу банных
, которая будет представлять собой единую базу данных.
После создания различных таблиц, содержащих данные, относящиеся к различным аспектам базы данных, необходимо обеспечить целостность базы данных. Для этого необходимо их связать
между собой.
Базы данных, состоящие из нескольких связанных двумерных таблиц, называют реляционными
.
Термин «реляционный» (от латинского
relatio
– отношение) -это модель хранения данных построена на взаимоотношении составляющих ее частей.
В простейшем случае она представляет собой двухмерную таблицу, а при создании сложных информационных моделей составит совокупность взаимосвязанных таблиц. Каждая строка такой таблицы называется записью
.
Каждый столбец в такой таблице называется полем
.
Модель данных, как и сама база данных, является объектом, имеющим свои определенные свойства.
Реляционная модель базы данных имеет следующие свойства:
Каждый элемент таблицы – один элемент данных.
Все столбцы в таблице являются однородными, т. е. имеют один тип (числа, текст, дата и т. д.).
Каждый столбец (поле) имеет уникальное имя.
Одинаковые строки в таблице отсутствуют.
Порядок следования строк в таблице может быть произвольным и может характеризоваться количеством полей, количеством записей, типом данных.
Над этой моделью базы данных удобно производить следующие действия:
сортировку данных (например, по алфавиту);
поиск записей (например, по фамилиям) и т. д.
выборку данных по группам (например, по датам рождения или по фамилиям);
Главное достоинство таблиц - в их понятности.
Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких таблиц, которые связываются между собой ключами.
Структура каждой таблицы создаётся с помощью конструктора таблиц. В конструкторе указываются имена полей, типы и форматы полей, назначаются ключи.
Устанавливаются связи между таблицами после их создания, но
до
заполнения данными
.
Для создания реляционной БД в окне СУБД выберем объект Таблицы
и выберем вариант Создание таблицы в режиме конструктора
.
4. ВАРИАНТЫ ТИПОВ СВЯЗЕЙ
База данных – это совокупность данных и связей между ними.
Для связанных таблиц возможно три варианта
типа связи
:
«один к одному»;
«один ко многим»;
«многие ко многим».
1. Связь «один к одному».
Наиболее простой способ указать связь между данными – поместить данные совместно, например, в одной строке ведомости о заработной плате. Тогда наглядно видно, на какой должности работает сотрудник фирмы (фамилия) и какую заработную плату он получает (зарплата). Все строки ведомости имеют один шаблон, столбцы содержат данные одного типа.
2. Связь «один ко многим».
Любому элементу, рассматриваемому как объект, свойство или атрибут в информационной системе, может соответствовать несколько других объектов, свойств или атрибутов. Подобная структура имеет несколько уровней. Каждый ее элемент может быть связан с несколькими другими, находящимися на нижнем уровне, и только с одним из более высокого (верхнего) уровня. Такая структура
называется
древовидной
или
деревом.
Каталоги, подкаталоги и содержащиеся в них файлы образуют древовидную структуру. Такую же структуру имеют практически все министерства, ведомства, армия, предприятия различных отраслей.
3. Связь «многие ко многим».
Производственные отношения между предприятиями часто имеют сложный характер, который отражается в сетевых структурах. Сеть –
многоуровневая структура, каждый элемент которой может быть связан как с несколькими элементами нижнего уровня, так и с несколькими элементами верхнего уровня.
Например, супермаркет получает товары от нескольких поставщиков. Может быть, что один вид товара поставляют разные поставщика и одновременно один поставщик обеспечивает несколькими товарами. Если рассмотреть связи «товар–поставщик», то они представляют собой сеть. Также сетевая модель получится и при рассмотрении связей «учитель – класс».
5. СОСТАВЛЯЮЩИЕ РЕЛЯЦИОННОЙ МОДЕЛИ
Ключ - поле, которое однозначно определяет соответствующую запись.
В реляционных БД строка таблицы называется записью
, а столбец - полем
. В общем виде это выглядит так:
Каждое поле таблицы имеет имя
.
Одна запись содержит информацию об одном объекте той реальной системы, модель которой представлена в таблице. Например, одна запись о каком либо объекте - это информация об одном объекте.
Поля
- это различные характеристики (иногда говорят - атрибуты) объекта. Значения полей в одной строчке относятся к одному объекту. Разные поля отличаются именами. А чем отличаются друг от друга разные записи? Записи различаются значениями ключей.
Главным ключом
в базах данных называют поле (или совокупность полей), значение которого не повторяется у разных записей.
Например, в БД «Школьная библиотека» разные книги могут иметь одного автора, могут совпадать названия книг, год издания, полка. Но инвентарный номер у каждой книги свой (поле НОМЕР). Он-то и является главным ключом для записей в этой базе данных.
Не всегда удается определить одно поле в качестве ключа. Например, база данных областного управления образования «Школы района», в которой содержатся сведения о всех средних школах районных центров в виде следующей таблицы:
В такой таблице у разных записей не могут совпадать одновременно только два поля ГОРОД
и НОМЕР ШКОЛЫ
. Эти два поля вместе образуют составной ключ
: ГОРОД-НОМЕР ШКОЛЫ
. Составной ключ может состоять и более чем из двух полей.
С каждым полем связано еще одно очень важное свойство - тип поля.
Тип определяет множество значений, которые может принимать данное поле в различных записях.
В таблицах, приведённых ниже, показаны примеры простого и составного ключей:
6
. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОЛЕЙ
В реляционных БД столбец называется полем
. В реляционных базах данных используются четыре основных типа полей:
числовой;
символьный;
дата;
логический.
Числовой тип
имеют поля, значения которых могут быть только числами. Для этих данных отводится 1-4 байта. Например, в БД «Ведомость заработной платы предприятия» четыре поля числового типа: ТАРИФНАЯ
СТАВКА, НАЧИСЛЕНИЯ, ОТЧИСЛЕНИЯ, СУММА К ВЫДАЧЕ.
Символьный тип
имеют поля, в которых будут храниться символьные последовательности (слова, тексты, коды и т.п.). Текстовый тип данных предназначен для ввода текста длиной до 255 символов и устанавливается по умолчанию. Примерами символьных полей являются поля АВТОР и НАЗВАНИЕ в БД «Детская библиотека»; поле ТЕЛЕФОН в БД «Гимназия».
Тип «дата»
имеют поля, содержащие календарные даты в форме «день/месяц/год» (в некоторых случаях используется американская форма: месяц/день/год). Для таких данных предусмотрено 8 байт. Тип «дата» имеет поле ДАТА ОТПРАВЛЕНИЯ в БД «Расписание аэровокзала».
Логический тип
предназначен для хранения логического значения Да или Нет, Истина или Ложь.Такое поле занимает 1 бит.
Подведём итог, значения полей - это некоторые величины определенных типов. От типа величины зависят те действия, которые можно с ней производить. Например, арифметические операции можно выполнять с числовыми величинами, а с символьными и логическими - нельзя.
7. Понятия, необходимые для понимания процесса приведения модели к реляционной схеме.
Отношение -
абстракция описываемого объекта как совокупность его свойств. Мы оперируем совокупностью свойств, которые и определяют объект.
Экземпляр отношения -
совокупность значений свойств конкретного объекта.
Первичный ключ -
идентифицирующая совокупность атрибутов, т.е. значение этих атрибутов уникально в данном отношении. Не существует двух экземпляров отношения содержащих одинаковые значения в первичном ключе.
Простой атрибут -
атрибут, значения которого неделимы.
Сложный атрибут -
атрибут, значением которого является совокупность значений нескольких различных свойств объекта или несколько значений одного свойства.
Требования к реляционным моделям:
Рациональные варианты концептуальной схемы базы данных должны удовлетворять третьей нормальной форме, а также следующим требованиям:
Выбранный перечень отношений должен быть минимален. Отношение используется, если только его необходимость обусловлена задачами.
Выбранный перечень атрибутов должен быть минимальным. Атрибут включается в отношение только в том случае, если он будет использоваться.
Первичный ключ отношения должен быть минимальным. То есть нельзя исключить ни один атрибут из идентифицирующей совокупности атрибутов, не нарушив при этом однозначной идентификации.
При выполнении операций над данными не должно возникать трудностей.
Графическая интерпретация реляционной схемы
Отношение представляется в виде полоски, содержащей имена всех атрибутов. Имя отношения пишется над ней.
Первичный ключ отношения должен быть выделен жирной рамкой.
Связи, определенные между отношениями, должны быть показаны линиями, проведенными между связующими атрибутами. Значения экземпляров связующих атрибутов должны совпадать.
V
. Физкультминутка.
Эффект: расслабление тела, снятие нервного напряжения, восстановление нормального ритма дыхания.
Моргать в течении 10сек.
с напряжением закрывать на 3-5 с попеременно один и другой глаз.
В течении 10 с несколько раз сильно зажмуриться.
В течении 10 с менять направление взгляда.
Медленно опустить подбородок на грудь и оставаться в таком
положении 5 с. Выполнить упражнение 3 раза.
Эффект: избавление от усталости.
Помассировать лицо, чтобы снять напряжение лицевых мышц.
Надавливая пальцами на затылок в течении 10 с делать вращательные движения вправо, затем влево.
В положении сидя или стоя опустить руки вдоль тела. Расслабить их. Сделать глубокий вдох и на медленном выдохе в течение 10-15 с слегка потрясти руками. Повторить несколько раз.
VI
. Закрепление нового материала.
Выполнение практического задания на ПК.
Инструктаж по технике безопасности при работе с компьютером.
Задание:
Создать таблицы туристической фирмы в Microsoft Access
Порядок выполнения задания
1. Открыть программу Microsoft Access.
2. Выбрать Новая пустая база данных.
3. Присвоить имя файла Туристическая фирма.
4. Подтвердить Создать.
5. Выбрать Режим таблицы
и заполнить таблицу.
Уровень А (2 балла)
В таблице 2 столбца, 6 строк
Страны
Уровень В (4 балла)
В таблице 3 столбца (из них 2 столбца текстовой информации), 6 строк
Виды туров
: Азовское море, Красное море, Чёрное море, Атлантический океан, Тихий океан
: Туры по Европе, Украина: Донецк, Керчь, Изюм, Луганщина, Карпаты
: Украина, Россия
Эта модель данных
реализована во многих существующих СУБД, причем на сегодняшний день она является
наиболее распространенной. Основные
достоинства реляционного подхода:
небольшой набор простых и точных понятий, которые позволяют моделировать
разнообразные предметные области;теоретическая
поддержка в виде мощного математического аппарата теории множеств и реляционной алгебры; При формальном рассмотрении этой модели, которая относится к низкоуровневым моделям данных, выделяют следующие основные аспекты:
структурная организация данных – от этого зависит эффективность хранения данных и скорость их обработки; способы обеспечения целостности данных
– для исключения противоречий между взаимосвязанными элементами данных; манипулирование данными, т.е.
Основа реляционной модели – математическое понятие отношения
(англ. – relation). Физическим представлением отношения является обычная двумерная таблица
. В отдельной таблице обычно хранятся данные для некоторого информационного объекта (ИО).
При таком способе структурирования данных БД называется реляционной
.
В таблице реляционной БД столбцы называют полями
и они соответствуют реквизитам ИО
, для которого предназначена рассматриваемая таблица. Каждому полю обычно дают содержательное название
,
причем в отдельной таблице названия полей не
должны повторяться
. Строки таблицы для хранения данных называют записями
(или кортежами
). В полях отдельной записи хранятся значения реквизитов для конкретного экземпляра рассматриваемого ИО. При формировании заголовка таблицы порядок расположения столбцов значения не имеет. Количество столбцов определяет степень отношения (таблицы).
Унарное
отношение имеет степень 1, а бинарное
отношение – степень 2. Кардинальность отношения измеряется количеством записей 1.Каждая ячейка отношения содержит только одно элементарное (атомарное, неделимое) значение. 2.Каждая запись является уникальной, т.е. дублирование записей не допускается. Это следует из определения таблицы как множества записей, а каждое множество по определению состоит из различных элементов. 3.Порядок размещения записей не имеет никакого значения, что также вытекает из понятия «множество». При необходимости записи можно упорядочить с помощью операции Эти требования, гарантирующие корректность данных, включают в себя два условия: целостность таблиц (отношений); Требование
целостности таблицы состоит в том, что любая запись в рассматриваемой таблице должна быть отличимой от любой другой записи. идентифицировать каждую запись рассматриваемого отношения, называется
потенциальным ключом. Ключ называют
простым, если он состоит из одного атрибута (поля).
Например, по номеру налогоплательщика (ИНН) можно однозначно определить его адрес, фамилию и другие персональные данные. Ключ называется составным
, если он образован из нескольких атрибутов. Отношение всегда имеет хотя бы один ключ, т.к. в крайнем случае для этой роли можно использовать все множество атрибутов. Тот потенциальный ключ, который выбран для однозначной идентификации записей таблицы, называют первичным ключом
(Primary Key - PK). В составе первичного ключа ни один атрибут не может содержать пустых значений (NULL). Остальные потенциальные ключи становятся
альтернативными ключами (Alternate Key - AK).
Для первичного ключа лучше всего Требование ссылочной
целостности
обусловлено тем, что очень часто данные для взаимосвязанных информационных объектов (ИО) хранятся в разных Преподава таблицах. (РК
Кодтели
преп Код_кафед Отчество Должность Название (FК
Кафедра
Фрагменты из презентации
Цели
СУБД
Реляционная модель
Свойства реляционной модели базы данных:
Иерархическая модель
Свойства
Сетевая модель
Структурная организация данных в реляционной модели
Примеры информационных объектов
Пример таблицы для хранения данных
Фундаментальные (базовые) свойства отношения (таблицы)
Целостность данных в реляционной модели
Минимальный
набор атрибутов, позволяющий однозначно
