Основные модели данных

Проектирование баз данных

В федеральном законе Российской Федерации «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» под информационной системой понимается совокупность содержащейся в ней информации, её обработка с помощью информационных технологий и технических средств. Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах реального мира и представление необходимой информации. … Информационная система должна работать с данными конкретной предметной области, для которой должно существовать описание в виде информационной модели [1].

Предметная область – это часть реального мира, образующая совокупность объектов, которые находятся между собой в определенных отношениях и связях. В теории проектирования информационных систем предметную область принято рассматривать в виде трех представлений: в реально существующем виде, в виде восприятия ее человеком (проектировщик базы данных), в виде формального описания. База данных – это поименованная совокупность структурированных данных некоторой предметной области [1].

Модель предметной области – знания о закономерностях предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области, выраженные в виде словесных моделей: наборы должностных инструкций, амбулаторные карты пациентов, бланки анализов и т.п. Мы имеем дело с описанием (представлением) реальности и с данными, которые отражают это представление, то есть с информационными моделями. Применительно к базам данных информационные модели получили название – модель данных [1].

Иерархическая модель данных. Представляется в виде иерархической структуры и отображается в виде графа. Один информационный объект является главным (верхний уровень), остальные – подчиненными (второй уровень). Информационным объектам второго уровня подчиняются несколько информационных объектов третьего уровня и т.д. Примером такой модели данных является служба имен доменов в Интернет (DNS) позволяющая переводить имена доменов Интернет из символов в числовые адреса протокола передачи данных IP или предметный каталог библиотеки. В обобщенном виде модель изображается в виде дерева, элементами которого являются узлы, распределенные по уровням и дуги. Узел представляет информационную модель объекта, находящегося на данном уровне иерархии. Дуги показывают связи между объектами разных уровней [1].

Сетевая модель данных. Все элементы имеют вертикальные и горизонтальные связи. Базируется на тех же понятиях: узел, уровень, связь. Каждые узлы одного уровня могут быть связаны с любым количеством узлов другого уровня. Узлы одного уровня образуют класс. Примером сетевой модели данных является служба WWW сети Интернет.

Реляционная модель данных. Английское слово relation (отношение) дало название модели данных, которая строиться по принципу взаимосвязанных таблиц. Каждая таблица описывает один класс объектов. При этом столбцы таблицы называются полями, а строки – записями. Поля содержат определенные названия параметров (характеристики) объектов и отображают структуру записи. В записи хранится информация об одном конкретном объекте. Таким образом, мы получаем описание объектов в виде двумерной таблицы. Если записи во многих полях дублируют друг друга, то такую таблицу удобнее представить в виде нескольких таблиц, относящихся к различным классам, и, затем, связать их между собой.

Связи между таблицами могут быть одного из трех типов:

1. «один-к-одному» - связанные таблицы имеют одинаковое количество записей и между этими записями установлено взаимно-однозначное соответствие.

2. «один-ко-многим» означает, что каждой записи в одной (главной) таблице соответствует несколько записей в другой (подчиненной) таблице, а запись в подчиненной таблице не может иметь более одной соответствующей ей записи в главной таблице.

3. «многие-ко-многим» возникает между двумя таблицами в тех случаях, когда: одной записи в первой таблице могут соответствовать несколько записей во второй таблице и наоборот. Две таблицы, находящиеся в отношении «многие-ко-многим», могут быть связаны только с помощью третьей (связующей) таблицы.

В большинстве случаев любые две таблицы связаны отношением «один-ко-многим».

Реляционная модель данных была изобретена в 70-х годах британским ученым Эдгаром Коддом (Ted Codd), в которой устранены недостатки сетевой и иерархической моделей данных. В настоящее время, для организации данных реляционная модель данных считается самой мощной и эффективной.

На основе информационной модели предметной области создается логическая модель данных.

Логическая модель данных. Логическая модель описывает объекты предметной области, их взаимосвязь и ограничения, налагаемые предметной областью. Примеры объектов – «пациент», «врач», «отделение», «палата». Примеры взаимосвязей между понятиями – «у каждого пациента есть история болезни», «врач может вести много историй болезни», «на одном отделении расположено несколько палат». Логическая модель отражает сведения о структуре базы данных, записях и связях между записями.

Физическая модель данных – описываетреализацию конкретной логической модели данных с помощью специальных программных средств. Для создания, наполнения и обработки баз данных разработаны системы управления базами данных (СУБД). Отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, параметры объектов становятся столбцами таблиц, каждый из которых имеет определенный тип данных, для ключевых полей создаются уникальные индексы, определяются особенности хранения данных, методов доступа, т.д.

При проектировании базы данных должно быть определено содержание базы данных, эффективный способ организации данных для будущих пользователей и инструментальные средства управления данными. Почти все современные СУБД основаны на реляционной модели данных, в которой связи между таблицами обеспечивают целостность базы данных и позволяют автоматизировать задачи обслуживания.

Дата добавления: 2017-01-14