ответы к зачёту по Базам Данных (2009), страница 9

Ограниченность проектирования:

1. Реляционная модель данных не предлагает какого-либо механизма для разделения сущностей объектов предметной области и связей между ними,

2. Модель не обеспечивает достаточных средств для представления смысла данных,

3. Во многих прикладных областях трудно моделировать предметную область на основе плоских таблиц,

4. Хотя весь процесс проектирования происходит на основе учета зависимостей, реляционная модель не предоставляет какие-либо формализованные средства для представления этих зависимостей,

5. На ранних стадиях требуется участие специалистов данной ПО.

Информационная модель – способ представления понятий или объектов ПО, описание сущностей для данного предприятия совокупности объектов, их параметры, поведение и отношение между ними.

Достоинства информационного моделирования:

1. Построение мощной и наглядной концептуальной схемы БД позволяет более полно оценить специфику моделируемой предметной области и избежать возможных ошибок на стадии проектирования схемы реляционной БД

2. Информационная модель в виде документации (хотя бы в виде вручную нарисованных диаграмм и комментариев к ним), которая может оказаться очень полезной не только при проектировании схемы реляционной БД, но и при эксплуатации, сопровождении и развитии уже заполненной БД.

3. На рынке представлены CASE-системы, обеспечивает автоматизированное преобразование диаграммных концептуальных схем баз данных, представленных в той или иной семантической модели данных, в реляционные схемы, специфицированные чаще всего на языке SQL

CASE – computer aided software engineering.

Система поддержки технической автоматизации проектрирования, реализации и сопроводления сложных тпрограммных систем на всех этапах их жизненного цикла

1. ER-модель. Основные понятия. Представление на диаграммах сущностей, атрибутов и связей. Примеры. Уникальные идентификаторы типов сущностей.

Entity – Relation модель (сущность - связь) предназначается для описания ПО в целях проектирования БД(моделирование базовых понятий на простых графиках и диаграммах).

Основные понятия:

С ущность - это реальный или представляемый объект, информация о котором должна сохраняться и быть доступной (изображается прямоугольником)

Атрибут (сущности) – любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, численной характеристики или выражения состояния сущности.

(Пример справа)

Связь – это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя сущностями.

ER-модели связи бинарные. В любой связи выделяются два конца, на каждом из которых указываются имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данного типа сущности должно присутствовать в каждом экземпляре связи), обязательность связи.

Связь представляется в виде ненаправленной линии, соединяющей две сущности или ведущей от сущности к ней же самой. При этом в месте «стыковки» связи с сущностью используются трехточечный вход (в связи могут/должны использоваться много экземпляров сущности) либо одноточечный вход(может/должен участвовать только один экземпляр сущности).

Обязательный конец связи изображается сплошной линией, а необязательный – прерывистой линией.

Примеры.

«Многие к одному»

• каждый БИЛЕТ предназначен для одного и только одного ПАССАЖИРА;

• каждый ПАССАЖИР может иметь один или более БИЛЕТОВ.

«Рекурсивная модель»

• каждый МУЖЧИНА является сыном одного и только одного МУЖЧИНЫ;

• каждый МУЖЧИНА может являться отцом одного или более МУЖЧИН.

Как отмечалось выше, при определении типа сущности необходимо гарантировать, что каждый экземпляр сущности является отличимым от любого другого экземпляра той же сущности. Необходимо сообщить системе автоматизации проектирования БД, каким образом будут различаться эти экземпляры, т. е. сообщить, как конструируются уникальные идентификаторы экземпляров каждого типа сущности.

Уникальным идентификатором сущности может быть атрибут, комбинация атрибутов, связь, комбинация связей или комбинация связей и атрибутов, уникально отличающая любой экземпляр сущности от других экземпляров сущности того же типа.

1. Получение реляционной схемы из ER-диаграммы. Пошаговый алгоритм (без учета наследования и взаимно исключающих связей).

1. Каждый простой тип сущности превращается в таблицу.

Имя сущности – имя таблицы. Экземпляр – строка.

Простым типом сущности называется тип сущности, не являющийся подтипом и не имеющий подтипов (см. опр. в Б36).

1. Каждый атрибут => столбец таблицы

2. Компоненты уникального идентификатора сущности превращаются в первичный ключ таблицы.

Если в состав уникального идентификатора входят связи, к числу столбцов первичного ключа добавляется копия уникального идентификатора сущности, находящейся на дальнем конце связи

1. Связи «многие к одному» (и «один к одному») становятся внешними ключами, т.е. образуется копия уникального идентификатора сущности на конце связи «один», и соответствующие столбцы составляют внешний ключ таблицы, соответствующей типу сущности на конце связи «многие».

Необязательные связи соответствуют столбцам внешнего ключа, допускающим наличие неопределенных значений; обязательные связи – не допускают.

Если между двумя типами сущности A и B имеется связь «один к одному», то соответствующий внешний ключ по желанию проектировщика может быть объявлен как в таблице A, так и в таблице B. Чтобы подчеркнуть единственность в определении таблицы, соответствующий столбец должен быть специфицирован как возможный ключ таблицы.

1. связь «многие ко многим» между типами сущности A и B создается дополнительная таблица AB с двумя столбцами, один из которых содержит уникальные идентификаторы экземпляров сущности A, а другой – уникальные идентификаторы экземпляров сущности B.

1. Наследование сущностей в ER-модели. Примеры. Отображение диаграммы с наследованием в реляционную схему.

Тип сущности может быть расщеплён на несколько подтипов, каждый из которых включает общие атрибуты и/или связи.

Тип сущности, на основе которого определяются подтипы, называется супертипом.

ER-модели не ограничивает подтипизацию, обычно оказывается достаточно 2-3 уровней.

Простой тип – не является подтипом и не имеет подтипов.

Особенности механизма наследования:

1. Включение: для любого b Є Bi => b Є А

2. Отсутствие собственных экземпляров у супертипа: для любого a Є A => a Є Bi.

3. Разъединенность подтипов: для любого b Є Bi => b !Є Bj.

Пример:

Супертипы и подтипы.

1. Общая таблица для всех подтипов

A

T

a1

a2

…

…

…

aM

b11

…

…

…

b1k1

…

…

…

bnkn

‘B1’

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

NULL

NULL

NULL

NULL

T-признак подтипа, X-некоторое значние.

Для супертипа верно что (см след билет):

1. для любого b Є Bi => b Є А

2. для любого a Є A => a Є Bi

3. для любого b Є Bi => b !Є Bj

Извлечь объекты супертипа: PROJECT A{a₁…a_m, b_i1…b_ik}WHERE t =’Bi’

1. Отдельная таблица для каждого подтипа

Собрать супертип: PROJECT B₁{a₁…a_m}UNION…UNION B_n{a₁…a_m}

Достоинства а.

• соответствие логике супертипов и подтипов; поскольку любой экземпляр любого подтипа является экземпляром супертипа, логично хранить вместе все строки, соответствующие экземплярам супертипа;

• обеспечение простого доступа к экземплярам супертипа и не слишком сложный доступ к экземплярам подтипов;

• возможность обойтись небольшим числом таблиц.

Недостатки а.

• усложнение программного кода приложений

• общая таблица потенциально может стать узким местом при многопользовательском режиме

• расход внешней памяти (много NULL)

Достоинства б.

• действуют более понятные правила работы с подтипами (каждому подтипу соответствует одноименная таблица);

• упрощается логика приложений; каждая программа работает только с нужной таблицей.

Недостатки б.

• в общем случае требуется слишком много отдельных таблиц;

• усложнение доступа к экземплярам супертипа;

1. Взаимно исключающие связи в ER-модели. Примеры. Отображение диаграммы со взаимно исключающими связями в реляционную схему.

Для заданной сущности можно определить такой набор связей с другой сущностью, что для каждого экземпляра сущности может/должен существовать только одной связи из данного набора.

Диаграмма со взаимно исключающими связями может быть преобразована к диаграмме с наследованием 2 способами:

1. Специализация (внедрение подтипов). Пример, см рис Б.

2. Введение общего супертипа (обобщение).

Так чтобы у заданной сущности была только одна связь с этим супертипом (который содержал бы в себе остальные экземпляры сущностей).

1. Представление взаимоисключающих связей.

Преобразовать взаимоисключающие связи по пункту 6.

Если связь 1-мн (причем конец много подсоединен к сущности), то следующие выходы:

1. общее хранение внешних ключей;

Если внешние ключи всех потенциально связанных таблиц имеют общий формат, то можно применить способ (a), т. е. создать два столбца: идентификатор связи и идентификатор сущности (возможно, составной).

1. раздельное хранение внешних ключей.

В таблице как минимум n столбцов (любой может быть составным – внешний ключ связи)

Достоинства а.

• минимальное число столбцов

Недостатки а.

• усложнение выполнения операции соединения

Достоинства б.

• Упрощение операции соединение (A NATURAL JOIN B)

Недостатки б.

• Требуется большое число столбцов (в любом может быть NULL) => расход памяти.

1. Диаграммы классов языка UML. Основные понятия. Отображение классов, стереотипов, комментариев и ограничений на диаграммах. Примеры.

UML позволяет моделировать разные виды систем: чисто программные, чисто аппаратные, программно-аппаратные, смешанные, явно включающие деятельность людей и т. д.

Стандарт: 12 диаграмм классов, позволяющих описать статические (структурные) и динамические (поведенческие) свойства систем.

Основные понятия:

Диаграмма классов может включать комментарии (соединяются пунктиром с той сущностью, которую поясняют) и ограничения (заключают в { }). Ограничения могут неформально задаваться на естественном языке или же могут формулироваться на языке объектных ограничений OCL (Object Constraints Language).

Классом называется именованное описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, связями и семантикой (изображается прямоугольником).

Атрибутом класса называется именованное свойство класса, описывающее множество значений, которые могут принимать экземпляры этого свойства. Атрибут является абстракцией состояния объекта.

Операцией класса называется именованная услуга, которую можно запросить у любого объекта этого класса. Операция – это абстракция поведения объекта.