Концептуальные модели данных

В отличие от инфологической модели ПО, описывающей по некоторым правилам сведения об объектах материального мира и связи между ними, которые следует иметь в БД, концептуальная модель описывает хранимые в ЭВМ данные и связи. В силу этого каждая модель данных неразрывно связана с языком описания данных конкретной СУБД (см. рис. 2.1).

По существу модель данных - это совокупность трех составляющих:

· типов (структур) данных;

·   операций над данными;

·   ограничений целостности.

Типы структур данных. Среди широкого множества определений, обозначающих типы структур данных, наиболее распространена терминология КОДАСИЛ (Conference of DAta SYstems Language) - международной ассоциации по языкам систем обработки данных, созданной в 1959 г.

В соответствии с этой терминологией используют пять типовых структур (в порядке усложнения):

· элемент данных;

·   агрегат данных;

·   запись;

·   набор;

·   база данных.

Дадим краткие определения этих структур.

Элемент данных - наименьшая поименованная единица данных, к которой СУБД может адресоваться непосредственно и с помощью которой выполняется построение всех остальных структур данных.

Агрегат данных - поименованная совокупность элементов данных, которую можно рассматривать как единое целое. Агрегат может быть простым или составным (если он включает в себя другие агрегаты).

Запись - поименованная совокупность элементов данных и (или) агрегатов. Таким образом, запись - это агрегат, не входящий в другие агрегаты. Запись может иметь сложную иерархическую структуру, поскольку допускает многократное применение агрегации.

Набор - поименованная совокупность записей, образующих двухуровневую иерархическую структуру. Каждый тип набора представляет собой связь между двумя типами записей. Набор определяется путем объявления одного типа записи "записью-владельцем", а других типов записей - "записями-членами". Например, если рассматривать связь "учится" между сущностями "учебная группа" и "студент", то первая из сущностей объявляется "записью-владельцем" (она в экземпляре набора одна), а вторая - "записью-членом" (их в экземпляре набора может быть несколько).

База данных - поименованная совокупность экземпляров записей различного типа, содержащая ссылки между записями, представленные экземплярами наборов.

Рассмотренные типы структур данных могут быть представлены в различной форме - графовой; табличной; в виде исходного текста языка описания данных конкретной СУБД.

Операции над данными. Операции, реализуемые СУБД, включают селекцию (поиск) данных; действия над данными.

Селекция данных выполняется с помощью критерия, основанного на использовании либо логической позиции данного (элемента; агрегата; записи), либо значения данного, либо связей между данными.

Селекция на основе логической позиции данного базируется на упорядоченности данных в памяти системы. При этом критерии поиска могут формулироваться следующим образом:

· найти следующее данное (запись);

·   найти предыдущее данное;

·   найти n-ое данное;

·   найти первое (последнее) данное. Этот тип селекции называют селекцией посредством текущей, в качестве которой используется индикатор текущего состояния, автоматически поддерживаемый СУБД и, как правило, указывающий на некоторый экземпляр записи БД.

Критерий селекции по значениям данных формируется из простых или булевых условий отбора. Примерами простых условий поиска являются:

· ВУС = 200100;

·   ВОЗРАСТ > 20;

·   ДАТА < 19.04.2002 и т. п.

Булево условие отбора формируется путем объединения простых условий с применением логических операций, например:

· (ДАТА_РОЖДЕНИЯ < 28.12.1963) И (СТАЖ> 10);

·   (УЧЕНОЕ_ЗВАНИЕ=ДОЦЕНТ) ИЛИ (УЧЕНОЕ ЗВАНИЕ=ПРОФЕССОР) и т. п.

Ограничения целостности. Ограничения целостности - логические ограничения на данные - используются для обеспечения непротиворечивости данных некоторым заранее заданным условиям при выполнении операций над ними. По сути ограничения целостности - это набор правил, используемых при создании конкретной модели данных на базе выбранной СУБД.

Различают внутренние и явные ограничения.

Ограничения, обусловленные возможностями конкретной СУБД, называют внутренними ограничениями целостности. Эти ограничения касаются типов хранимых данных (например, "текстовый элемент данных может состоять не более чем из 256 символов" или "запись может содержать не более 100 полей") и допустимых типов связей (например, СУБД может поддерживать только так называемые функциональные связи, т. е. связи типа 1:1, 1:М или М:1). Большинство существующих СУБД поддерживают прежде всего именно внутренние ограничения целостности, нарушения которых приводят к некорректности данных и достаточно легко контролируются.

Ограничения, обусловленные особенностями хранимых данных о конкретной ПО, называют явными ограничениями целостности. Например, если элемент данных "зачетная книжка" в записи "студент" определен как ключ, он должен быть уникальным, т. е. в БД не должно быть двух записей с одинаковыми значениями ключа.