Реляционная модель данных

В развитых реляционных СУБД обычно можно выбрать способ поддержания  ссылочной целостности для каждой отдельной ситуации определения  внешнего ключа. Конечно, для принятия такого решения необходимо анализировать  требования конкретной прикладной области. Хотя большинство современных СУБД обеспечивает ссылочную целостность  данных, все же следует помнить, что  существуют реляционные СУБД, в которых  не выполняются ограничения ссылочной  целостности.

При установлении связи между  двумя таблицами одна из них будет являться глав ной (master), а вторая — подчиненной (detail). Различие между ними несколько упрощенно можно пояснить следующим образом. В главной таблице всегда доступны все содержащиеся в ней записи. В подчиненной же таблице доступны только те записи, у которых значение атрибутов внешнего ключа совпадает со значением соответствующих атрибутов текущей записи главной таблицы. Причем изменение текущей записи главной таблицы приведет к изменению множества доступных записей подчиненной таблицы, а изменение текущей записи в подчиненной таблице не вы зовет никаких изменений ни в одной из таблиц. На практике часто связывают более двух таблиц. Одна и та же таблица может быть главной по отношению к одной таблице и подчиненной по отношению к другой. Или у одной главной таблицы может находиться в подчинении не одна, а несколько таблиц. Однако подчиненная таблица не может управляться двумя таблицами. Таким образом, у главной таблицы может быть несколько подчиненных, но у подчиненной таблицы может быть только одна главная.

Различают четыре типа связей между таблицами реляционной  базы данных:

• один к одному — каждой записи одной таблицы соответствует только одна запись другой таблицы;
• один ко многим — одной записи главной таблицы могут соответствовать несколько записей подчиненной таблицы;
• многие к одному — нескольким записям главной таблицы может соответствовать одна и та же запись подчиненной таблицы;
• многие ко многим — одна запись главной таблицы связана с несколькими записями подчиненной таблицы, а одна запись подчиненной таблицы связана с не сколькими записями главной таблицы.

Различие между типами связей «один ко многим» и «многие  к одному» зависит от того, какая  из таблиц выбирается в качестве главной, а какая в качестве подчиненной [8].

Рассмотрим теперь некоторые  важнейшие свойства отношений реляционной  модели данных.

 

1.3 Свойства отношений  реляционной модели данных 

 

Можно по-разному характеризовать  понятие модели данных. С одной  стороны, модель данных – это способ структурирования данных, которые рассматриваются как некоторая абстракция в отрыве от предметной области. С другой стороны, модель данных – это инструмент представления концептуальной модели предметной области и динамики ее изменения в виде базы данных.

Учитывая обе вышеуказанные  стороны, определим основные структуры  моделей данных, используемые для  представления концептуальной модели предметной области (сущностей, атрибутов, связей).

Элемент данных (поле) – наименьшая поименованная единица данных. Используется для представления значения атрибута.

Запись – поименованная совокупность полей. Используется для представления совокупности атрибутов сущности (записи о сущности).

Экземпляр записи – запись с конкретными значениями полей.

Агрегат данных – поименованная  совокупность элементов данных внутри записи, которую можно рассматривать  как единое целое.

Файл – поименованная  совокупность экземпляров записей  одного типа. Используется для представления  однородного набора сущностей.

Набор файлов – поименованная  совокупность файлов, обрабатываемых в системе. Используется для представления  нескольких наборов сущностей.

Введем понятие «группа», обобщающее понятия «агрегат» и  «запись».

Группа – это поименованная  совокупность элементов данных или  элементов данных и других групп.

Важнейшим понятием концептуальной модели является понятие связи между  сущностями (наборами сущностей). В  моделях данных соответствующее  понятие отражается понятием «групповое отношение».

Групповое отношение –  поименованное бинарное отношение, заданное на двух множествах экземпляров  рассматриваемых групп. По характеру  бинарных связей различают групповые  отношения вида 1:1, 1:M, M:1, M:N. Пары чисел называют коэффициентами группового отношения. В групповом отношении один член группы назначается владельцем отношения, другой – членом.

База данных – поименованная совокупность экземпляров групп и групповых отношений.

Для представления группового отношения используется две формы:

а) Графовая. Группы изображаются вершинами графа, связи между группами – дугами, направленными от группы-владельца к группе-члену с указанием имени отношения и коэффициента.

По типу графов различают:

• иерархическую модель (граф без циклов – дерево);
• сетевую модель (ориентированный граф общего вида).

б) Табличная. Связь между группами изображается таблицей, столбцы которой представляют ключи соответствующих групп. Для формального описания таблицы используется математическое (теоретико-множественное) понятие отношения. Соответствующая модель данных называется реляционной моделью.

Модель данных описывается  следующим образом:

1) определяются типы и характеристики логических структур данных

(полей, записей, файлов);

2) описываются правила составления структур более общего типа из структур более простых типов;

3) описываются возможные действия над структурами и правила их

выполнения, включающие:

− основные элементарные операции над данными;

− обобщенные операции (процедуры);

− средства контроля относительно простых условий корректности ввода  данных (ограничения);

− средства контроля сколь  угодно сложных условий корректности выполнения определенных действий (правила). В качестве основных элементарных операций обычно рассматриваются следующие: поиск записи с заданным значением  ключа, чтение нужной записи, добавление записи, корректировка, удаление. В  моделях данных также предусматриваются  специальные операции для установления групповых отношений.

Обобщенные операции или  процедуры – последовательность операций, реализующая определенный алгоритм обработки данных. Процедуры  могут инициироваться СУБД автоматически, а также могут запускаться  пользователем. Примерами процедур являются процедуры копирования  БД, восстановления БД, процедуры, вычисляющие  значения определенных атрибутов в  БД по значениям других атрибутов, и  т.п. [1, c. 90].

Средства контроля используются для реализации ограничений целостности  концептуальной модели. Простейшие средства контроля ограничения используются для реализации, как внешних ограничений  концептуальной модели, так и внутренних ограничений модели данных. В качестве последних ограничений, в частности, реализованы ограничения на ввод данных несоответствующего типа, несоответствующей  характеристики (по числу битов, по числу полей, по количеству записей  и т.п.). Более сложные средства контроля (правила) позволяют вызывать выполнение определенной последовательности операций (сколь угодно сложной) при  изменении или добавлении данных в БД и тем самым реализовывать  ограничения целостности, описанные  с помощью специальных конструкций.

 

 

 

2 Создание реляционной  базы данных в программном  комплексе Microsoft Ассеss

 

2.1 Общее понятие о реляционной базе данных

 

База данных Access является реляционной базой данных. Такая база данных состоит из взаимосвязанных реляционных таблиц. На этапе проектирования базы данных должна быть определена логическая структура базы данных для выбранной предметной области. Проект логической структуры БД устанавливает состав реляционных таблиц, их структуру и логические связи между таблицами. При формировании структуры каждой таблицы определяется совокупность полей (столбцов), для каждого из которых даются описание типа, размера данных и других свойств. Кроме того, должен быть указан уникальный ключ таблицы, который может состоять из одного или нескольких полей.

При проектировании базы данных, отвечающей требованиям нормализации, между таблицами определяются логические связи типа 1:М. Такие связи позволят осуществлять в Access автоматическое поддержание связной целостности и непротиворечивости данных в базе.

Для проектирования базы данных необходимо располагать описанием  выбранной предметной области, которое  должно охватывать реальные объекты  и процессы, определять все необходимые  источники информации для обеспечения  предполагаемых запросов пользователя и решаемых в приложении задач. Следует  заметить, что чаще всего базы данных создаются средствами СУБД в области  организационно-экономического управления.

Определение состава и  структуры данных, которые должны быть загружены в базу данных, осуществляется на основе анализа предметной области. Структура данных предметной области  может отображаться информационно-логической моделью (ИЛМ). Если при построении такой  модели обеспечены требования нормализации данных и она соответственно представлена в каноническом виде, далее легко определяется проект логической структуры нормализованной базы данных. На основе канонической модели можно создать реляционную базу без дублирования данных [4].

При разработке модели данных предметной области могут использоваться два подхода. В первом подходе (аналитическом  или процессном) сначала формулируются  основные задачи, для решения которых  строится база, выявляются информационные потребности задач приложения пользователя, и соответственно определяются состав и структура информационных объектов модели, а также связи между  ними. При втором подходе (интуитивном) сразу устанавливаются типовые  объекты предметной области и  их взаимосвязи. Наиболее рационально  сочетание обоих подходов. Это  связано с тем, что на начальном  этапе, как правило, нет исчерпывающих  сведений обо всех задачах. Использование  такой технологии тем более оправдано, что гибкие средства создания реляционной  базы данных в Access позволяют на любом этапе разработки внести изменения в базу данных и модифицировать ее структуру без ущерба для введенных ранее данных.

В процессе разработки канонической модели данных предметной области для  проектирования реляционной базы данных необходимо выделить информационные объекты (ИО), соответствующие требованиям  нормализации данных, и определить связи между ИО с типом отношений  один-ко-многим (1:М)

При определении проекта  логической структурой реляционной  базы данных каждый информационный объект канонической модели предметной области  адекватно отображается реляционной  таблицей, а связям между информационными  объектами соответствуют логические связи между парой соответствующих  таблиц. Такие связи устанавливаются  по уникальному ключу одной из этих таблиц, которая является главной  в связи. Во второй таблице, которая  является подчиненной, поле связи может  быть либо частью ее уникального ключа, либо быть не ключевым.

В процессе создания базы данных на компьютере сначала осуществляется конструирование ее таблиц средствами Access. Далее создается схема данных, в которой устанавливаются логические связи таблиц. В схеме данных базы могут быть заданы параметры поддержания связной целостности данных, если модель данных была разработана в соответствии с требованиями нормализации.

Связная целостность данных означает, что в базе данных установлены  и корректно поддерживаются взаимосвязи  между записями разных таблиц при  загрузке, добавлении и удалении записей  в связанных таблицах, а также  при изменении значений ключевых полей. При обеспечении связной  целостности в подчиненной таблице  не может существовать запись, для  которой отсутствует связанная  запись в главной таблице [3].

После формирования в Access схемы данных можно приступать к вводу данных в базу — загрузке с документов предметной области, являющихся источниками данных. В практических приложениях пользователя обычно не используется ввод непосредственно в таблицы, а применяются создаваемые; специально экранные формы, выполняющие роль интерфейса пользователя.

Проектирование базы данных, основанное на построении нормализованной  модели данных предметной области, позволяет  легко получить логическую структуру  реляционной базы данных Access, в которой автоматически поддерживается целостность и непротиворечивость данных.

Рисунок 2.1 - Главное окно базы данных в Access

Очевидно, что отправной  точкой в процессе работы с любой  СУБД является создание файла (или группы файлов) базы данных. На рисунке 2.1 показано окно, которое появляется после создания новой базы.

Основные разделы главного окна соответствуют типам объектов, которые может содержать база данных Access. Это Таблицы, Запросы, Отчеты, Макросы и Модули. Заголовок окна содержит имя файла базы данных. В данном случае он называется TradeTest.