Логичные модели данных

Логічні моделі даних
Мета лекції:
Зміст:
Розглянути логічні моделі даних.
Ієрархічна, мережна та інші концепції баз даних.
Порівняльна оцінка.
Реляційні бази даних (РБД).
Основні поняття РБД.
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Предметна галузь - частина реального світу, данні про яку ми хочемо відобразити в базі даних.
Концептуальна модель предметної галузі – наші знання про предметну галузь; надається у вигляді основних понять (концептів) предметної галузі та зв’язків меж ними.
Логічна модель даних – описує за допомогою тієї або іншої формальної моделі не тільки поняття предметної галузі та їх взаємозв’язки, але й обмеження на данні, що накладуються предметною галуззю.
Фізична модель даних – описує дані засобами конкретної СУБД.
Рівні моделювання при створенні БД
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Мережна модель даних;
Ієрархічна модель даних;
Реляційна модель даних;
Постреляційна модель даних;
Багатовимірна модель даних;
Об’єктно-орієнтована модель даних;
Об’єктно-реляційна модель даних.
Логічні моделі даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Організація даних визначається розмаїтістю та кількістю типів об’єтів моделі даних.
Обмеження цілістності визначають обмеження на значення даних та існуючи асоціації.
Множина операцій визначає операції вибірки даних та операції, що змініють стан БД.
Модель даних - інструментар для відображення предметної галузі, визначається:
Дозволеною організацією даних;
Обмеженнями цілістності (семантикою);
Множиною операцій, що дозволені над об’єктами моделі даних.
Логічні моделі даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Ідеолог мережної МД - Ч.Бахман (СУБД CODASYL)
Організація даних мережної моделі: елемент – найменьша одиниця структури БД ;
/ рік народження, діагноз, колір та інше /
агрегат даних – именована сукупність елементів або інших агрегатів;
/ Адреса (індекс, місто, вулиця, номер дому, номер квартири) /
запис (група даних) – агрегат, який не входе у склад ніякого іншого агрегату та складає основну одиницю обробки БД;
/ Мешканець (ПІБ, Адреса (індекс, …), Робота (посада, …)) /
групове відношення – ієрархічне відношення між записами двох типів.
/ Полікліника (…) [Диспанцерізація] Мешканець (…) /
Мережна модель даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Властник відношення
Полікліника
Мешканець
[ Диспанцерізація ]
Підпорядковане в відношенні
Діаграма Бахмана
Полікліника № 12
Іванов
Сидоров
Петров
Екземпляр групового відношення
Приклад групового відношення та екземпляра відношення
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Кожен тип групового відношення характеризується прикметами (задають обмеження цілістності):
Засобом упорядкування підпорядкованих записів;
Режимом включення у відношення (автоматичний / ручний);
Режимом виключення із відношення.
Обмеження цілістності
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Приклади мережних моделей даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Включити до групового відношення;
Переключити на інше відношення;
Витягти запис-власника з відношення;
Виключити з групового відношення та інші.
Приклад зберігання:
Іванов(…) [Основна робота] (ХНУРЕ, Адреса(пр.Леніна, 14), доцент, …);
Іванов(…) [Диспанцерізація] (Полікліника№30(771-12-34, Адреса(… ), …);
Множина операцій
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Ієрархічна модель даних
Ощадна книжка
Банк
Вкладник
А1
В2
М2
М1
В1
В3
М3
М4
М5
Основна структура надання даних має форму дерева.
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Множина операцій
Додати дерево;
Видалити піддерево;
Змінити значення;
Витягти піддерево та інше.
Достоїнства ієрархічної моделі даних:
Достатньо ефективне використання пам’яті
Непогані часові показники виконання операцій над даними
Недоліки:
Ця модель може використовуватися для роботи з ієрархічно організованою інформацією
Достатньо складні логічні зв’язки та відповідно громіздкість в обробці даних.
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Ідеолог реляційних БД - Е. Кодд
У 1970 році показав, що любе надання даних можна звести до сукупності двомірних таблиць особого вигляду, що відомий в математиці, як відношення (relation).
Структурна частина (які об’єкти реляційної БД розглядаються): єдиною структурою даних є нормалізованя n-арні відношення ;
Цілісна частина описує обмеження спеціального вигляду, які повиннi виконуватися для любих відношень в любих реляційних БД: цілісність сутностей та цілісність зовнішніх ключів;
Маніпуляційна частина описує два еквівалентні способи маніпулювання реляційними даними: реляційну алгебру та реляційне обчислення.
Реляційна модель даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Основні поняття реляційних баз даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Основні поняття реляційних баз даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Відділи
Проекти
Співробітники
Завдання
Приклад схеми реляційної бази даних
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Достоїнства та недоліки реляційних моделей
Достоїнства:
Спрощення схеми даних для користувача (схема даних, яка подається у вигляді таблиць)
Забезпечення користувача мовами високого рівня.
Поліпшення цілісності та захисту даних.
Недоліки:
Негнучкість структури для БД, які розвиваються
Труднощі в побудові концептуальної моделі для об'єктів з численними зв'язками «багато - до - багатьох»
При розширенні бази даних до певних меж, виникають великі накладні витрати.
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]

Постреляційна модель
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
- знімає обмеження неподільності даних; допускаює багатозначні поля, значення яких складаються з підзначень;
набір значень сприймається як самостійна таблиця, вбудована в головну таблицю.
Специфіка постреляційної моделі:
– підтримка множинних груп, названих асоційованими множинними полями,
- сукупність об'єднаних множинних полів називається асоціацією.
Достоїнства: можливість представлення сукупності пов'язаних реляційних таблиць у вигляді однієї постреляційної таблиці.
Недолік: складність забезпечення цілісності і несуперечності даних.
Реалізована в таких СУБД, як uniVers, Bubba і Dasdb.

Приклад реляційної та багатомірної моделей
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
Сир Молоко Масло
Реляційна модель даних
Багатомірна модель (зріз)

Основні поняття багатовимірної моделі
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
- агрегуємість даних - розгляд і можливість аналізу даних на різних рівнях узагальнення (для користувача, аналітика, керівника);
історичність даних означає прив'язку їх до часу і високий рівень незмінності (статичності) даних та їх взаємозв'язків;
- прогнозованість даних припускає завдання функцій прогнозування і застосування їх по різних тимчасових інтервалах.

Фрагмент об'єктно-орієнтованої моделі «Бібліотека»
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних

Специфічні властивості об'єктно-орієнтованої моделі
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
інкапсуляція - об'єднання в єдине ціле даних та алгоритмів (функцій і методів) їх обробки, а також приховування даних всередині об'єктів, що підвищує надійність розроблюваного програмного забезпечення (вся інформація про об'єкт укладена у визначенні його класу, доступ до об'єкта може здійснюватися тільки через його інтерфейс);
спадкування поширює безліч властивостей і методів на всіх нащадків об'єкта (аналог - розбиття на підтипи);
- поліморфізм допускає в об'єктах різних типів наявність методів (процедур і функцій) з однаковими іменами, що означає здатність одного і того ж програмного коду працювати з різнотипними даними.

Об'єктно-реляційна модель
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
Розширена реляційна модель (Extended Relation Data Model-ERDM) включила в себе основні переваги об'єктно-орієнтованої моделі і одночасно успадкувала простоту структури реляційних моделей.
До недоліків ERDM відносять:
відсутність уніфікованої теорії, яка є в реляційних моделях;
відсутність формальної методології проектування баз даних, як нормалізація в реляційних базах;
відсутність спеціальних засобів створення запитів;
- відсутність загальних правил визначення цілісності.

Література
Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных. Пер. с англ. 8-е изд. К.: Диалектика, 2006
Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. М.: Издательский дом "Вильямс", 2003, 1440 с Мейер М. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1987
Объектно-реляционные базы данных: прошедший этап или недооцененные возможности? С.Д.Кузнецов http://citforum.ru/database/articles/ordbms10/
М. Стоунбрейкер Объектно-реляционные системы баз данных. Открытые Системы N 4 1994
Е. Булах Средства доступа к базам данных в Internet и свободно доступная СУБД POSTGRES95. СУБД N 2, 1997
БД. Лекція № 5. Логічні моделі даних
© ХНУРЕ, факультет КН, кафедра ПІ, тел. [phone], e-mail: [e-mail]