Краткое содержание: Параграф § 12 / Информатика 11 класс

Роль баз данных и моделирования предметной области

Способность накапливать и эффективно управлять информацией является ключевым фактором развития современного общества. В этом контексте База данных (БД) определяется как совокупность данных, организованных по заданным правилам, которые отражают состояние объектов и их взаимосвязи в определенной предметной области (например, транспорт, медицина, образование). БД предназначена для постоянного хранения и использования внешней памяти компьютера. Информационная система (ИС) — это совокупность информации, хранимой в БД, и средств, обеспечивающих её обработку с использованием информационных технологий. ИС широко применяются в различных сферах: производстве, маркетинге, финансах, кадрах и других.

Предметная область — это часть реального мира, которая рассматривается в рамках конкретной деятельности (например, школа, библиотека, кинотеатр). Моделирование предметной области заключается в выделении её ключевых объектов (сущностей) и фиксации их свойств (атрибутов). Объект предметной области — это факт, лицо, событие или предмет, о котором можно хранить данные. Сущность (информационный объект) — это описание класса реальных объектов через набор свойств.

Модель «Сущность-связь» и типы связей

Для создания БД необходимо построить её модель, определив объекты, их атрибуты и связи. Модель, отражающая сущности, их атрибуты и связи между ними, называется ER-моделью (Entity-Relationship) или моделью «сущность-связь». В ER-модели сущности изображают прямоугольниками, атрибуты — овалами, а связи — ромбами.

Связи между сущностями могут быть следующих типов (обозначаются \(\text{M}\) — многие, 1 — один):

• «Один к одному» (\(\text{1} : \text{1}\)): каждому экземпляру одной сущности соответствует один экземпляр другой (например, сущности ВЫПУСКНИК ШКОЛЫ и АТТЕСТАТ).
• «Один ко многим» (\(\text{1} : \text{М}\)): одному экземпляру одной сущности соответствует несколько экземпляров другой (например, сущности МАТЕРИ и ДЕТИ).
• «Многие к одному» (\(\text{М} : \text{1}\)): нескольким экземплярам одной сущности соответствует один экземпляр другой (противоположна \(\text{1} : \text{М}\), например, УЧЕНИКИ и КЛАСС).
• «Многие ко многим» (\(\text{М} : \text{М}\)): нескольким экземплярам одной сущности соответствует несколько экземпляров другой, и наоборот (например, УЧЕНИКИ и ОЦЕНКИ или КНИГА и АВТОР).

Типы моделей данных

Модель данных — это совокупность структур данных и операций их обработки. Различают три основных типа моделей:

• Иерархическая модель: данные организованы в виде древовидной структуры. У каждого объекта есть только один предок (родительский объект), но может быть несколько потомков (дочерних). Исключение — самый верхний объект, не имеющий родителя.
• Сетевая модель: представляет более сложную зависимость, чем иерархия. Каждый объект может быть связан как с несколькими потомками, так и с несколькими родительскими объектами.
• Реляционная модель: основана на табличной структуре. Каждая таблица (отношение) содержит набор свойств (столбцы/поля) объектов предметной области, а каждая строка (запись) представляет один объект.

Реляционная модель данных и ключи

Реляционная БД (БД) — это набор таблиц. Таблицы обладают следующими свойствами:

• Все элементы в одном столбце имеют одинаковый тип и максимальный размер.
• Каждый столбец имеет уникальное имя (имя поля).
• Строки (записи) в таблице не повторяются.
• Порядок строк и столбцов в таблице не имеет значения.

Первичный ключ (идентификатор) реляционной таблицы — это поле или совокупность полей, которое однозначно определяет каждую строку (запись) в таблице. Ключ, состоящий из одного поля, называется простым, а из нескольких — составным.

Основные свойства первичного ключа:

• Однозначная идентификация записи: запись должна однозначно определяться значением ключа.
• Отсутствие избыточности: удаление любого поля составного ключа приводит к нарушению свойства однозначной идентификации.

Для связывания двух реляционных таблиц, например, таблицы \(\text{А}\) и таблицы \(\text{В}\), ключевое поле одной таблицы (\(\text{А}\)) может быть введено в структуру другой таблицы (\(\text{В}\)). Если это поле не является первичным ключом для \(\text{В}\), оно называется внешним ключом. Связи между таблицами устанавливаются с помощью первичных и внешних ключей.

Типы связей между реляционными таблицами:

• «Один к одному» (\(\text{1} : \text{1}\)): Каждая запись в таблице \(\text{А}\) может быть связана не более чем с одной записью в таблице \(\text{В}\), и наоборот. Реализуется через совпадающие первичные ключи.
• «Один ко многим» (\(\text{1} : \text{М}\)): Каждая запись в таблице \(\text{А}\) может быть связана с несколькими записями в таблице \(\text{В}\), но каждая запись в \(\text{В}\) может быть связана только с одной записью в \(\text{А}\). Связь реализуется введением первичного ключа таблицы \(\text{А}\) (главной) в таблицу \(\text{В}\) (подчиненной) как внешнего ключа.
• «Многие ко многим» (\(\text{М} : \text{М}\)): Каждая запись в таблице \(\text{А}\) может соответствовать нескольким записям в таблице \(\text{В}\), и наоборот. Такая связь реализуется с помощью третьей, связующей, таблицы \(\text{С}\), которая представляет собой комбинацию двух связей типа «один ко многим»: между \(\text{А}\) и \(\text{С}\), и между \(\text{В}\) и \(\text{С}\).