Математическая (инфологическая) модель

 

 

Проектирование БД – это упорядоченный, формализованный процесс создание системы взаимосвязанных описаний, т.е. таких моделей программного обеспечения (ПО), которые связывают хранимые в базе данные с объектами ПО, описываемые этими данными.

Проектирование начинается с анализа ПО и выявления функциональных и других требований к проектируемой системе.

Инфологическая модель конструктивно ограничивает область применения, а также определяет круг задач, которые будут решаться в рамках БД. Это человеко-ориентированная модель, почти не зависит от физических параметров среды хранения данных. Не изменяется до тех пор, пока изменения в реальном мире не позволят ей адекватно отражать ПО.

Этапы проектирования баз данных:

- формализация задачи;

- построение объектной модели;

- формирование набора таблиц;

- нормализация таблиц;

- реализация бизнес логики.

Концептуальное проектирование – сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:

- обследование предметной области, изучение ее информационной структуры;

- выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами;

- моделирование и интеграция всех представлений.

По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели «сущность-связь».

Логическое проектирование – преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

Физическое проектирование – определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.

 Концептуальная схема

Сущность – это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов.

Сущность фактически представляет из себя множество атрибутов, которые описывают свойства всех членов данного набора сущностей.

Общий вид записи: сущность (Атрибут 1, Атрибут 2, …, Атрибут N).

Главная сущность «Компьютер», эта сущность имеет следующие атрибуты «Номер компьютера», «Разработчик», «Месторасположение», «Дата приобретения». Каждый компьютер имеет программное обеспечение. Сущность «Программное обеспечения», с атрибутами «Наименование программы», «Разработчик», «Содержание». Каждый компьютер имеет аппаратную конфигурацию. Сущность «Аппаратная конфигурация» с атрибутами «ЦПУ (МГц)», «Жесткий диск», «Оперативная память», «Дисковод», «Акустическая система», «Видеокарта». Также компьютер имеет периферийное оборудование. Сущность «Периферийное оборудования» с атрибутами «Номер», «Наименование» и «Описание».

Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой, реляционной модели данных, созданной Коддом в 1970 году и вызвавшей всеобщий интерес. Реляционная модель была попыткой упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.

Достоинства реляционной модели:

- простота и доступность для понимания пользователем. Единственной используемой информационной конструкцией является «таблица»;

- строгие правила проектирования, базирующиеся на математическом аппарате;

- полная независимость данных. Изменения в прикладной программе при изменении реляционной БД минимальны;

- для организации запросов и написания прикладного программного обеспечения нет необходимости знать конкретную организацию БД во внешней памяти.

В реляционной модели данных с понятием тип данных тесно связано понятие домена, которое можно считать уточнением типа данных.

Домен – это семантическое понятие. Домен можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных имеющих определенный смысл.

Отношение – подмножество декартова произведения одного или более доменов.

Атрибут – свойство объекта, явления или процесса. Примеры атрибутов: фамилия, имя, отчество, дата рождения.

Кортеж – элемент отношения, это отображение имен атрибутов в значения, взятые из соответствующих доменов. Конечное множество кортежей образует отношение.

В разрабатываемой базе данных представлены следующие сущности: «Компьютер», «Центральный процессор», «Материнская плата», «Поставщик», «Наименование ПО», «Видеокарта».

Отношение определяется на множестве доменов и содержит заголовок (атрибуты) и тело (множество кортежей). Заголовок также является множеством значений, все имена в нем уникальны. В данной БД все связи типа «один-ко-многим».

Рисунок 1 – Схема базы данных

Физические модели данных описывают то, как данные хранятся в компьютере, представляя информацию о структуре записей, их упорядоченности и существующих путях доступа. Физическая организация данных оказывает основное влияние на эксплуатационные характеристики БД.

Модель данных оперирует категориями, касающимися организации внешней памяти и структур хранения, используемых в данной операционной среде. В настоящий момент в качестве физических моделей используются различные методы размещения данных, основанные на файловых структурах: это организация файлов прямого и последовательного доступа, индексных файлов и инвертированных списков. Кроме того, современные СУБД широко используют страничную организацию данных. В этом случае база данных представлена минимальным количеством файлов, а задачи поиска, чтения и записи данных выполняет сама СУБД, а не операционная система. Физические модели данных, основанные на страничной организации, являются наиболее перспективными.

На рисунках 2 и 6 представлены структуры таблиц базы данных.

Рисунок 2 – Структура таблицы «Computer»

Рисунок 3 – Структура таблицы «PO»

Рисунок 4 – Структура таблицы «hlp_namePO»

Рисунок 5 –Структура таблицы «hlp_typePO»

 

Рисунок 6 – Структура таблицы «hlp_videocard»