Модели данных. Введение. Лекция 1

1.

Лекция №1
Введение
Модели данных
2025

2.

Программа курса
1.Что такое база данных?
2.Модели данных
3.Моделирование данных при помощи ER-диаграмм
4.Реляционная алгебра как основа управления
данными
5.Язык запросов SQL
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

3.

Что такое база данных?
База данных — это упорядоченный набор структурированной
информации или данных, которые обычно хранятся в
электронном виде в компьютерной системе. База данных обычно
управляется системой управления базами данных (СУБД).
Данные вместе с СУБД, а также приложения, которые с ними
связаны, называются системой баз данных, или, для
краткости, просто базой данных.
Данные в наиболее распространенных типах современных баз
данных обычно формируются в виде строк и столбцов в ряде
таблиц, чтобы обеспечить эффективность обработки и запросов
данных. Затем можно легко получать доступ к данным,
управлять ими, изменять, обновлять, контролировать и
упорядочивать. В большинстве баз данных для записи и
запросов данных используется язык структурированных
запросов (SQL).
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

4.

Пример таблицы базы данных
Номер
ФИО
Группа
Курс
Основание
1
Иванов И.И
ИСЭбд-21
2
Бюджет
2
Петров П.И.
ПИбд-21
2
По договору
3
Федоров В.П.
ПИбд-22
2
Бюджет
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

5.

В чем заключается различие между базой
данных и электронной таблицей?
Базы данных и электронные таблицы (в частности, Microsoft Excel)
предоставляют удобные способы хранения информации. Основные
различия между ними заключаются в следующем:
Способ хранения и обработки данных
Полномочия доступа к данным
Объем хранения данных
Электронные таблицы изначально разрабатывались для одного
пользователя, и их свойства отражают это. Они отлично подходят для
одного пользователя или небольшого числа пользователей, которым не
нужно производить чрезвычайно сложные операции с данными. С другой
стороны, базы данных предназначены для хранения гораздо больших
наборов упорядоченной информации—иногда огромных объемов. Базы
данных позволяют множеству пользователей в одно и то же время
быстро и безопасно получать доступ к данным и запрашивать их,
используя весьма сложную логику и язык.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

6.

Эволюция баз данных
Базы данных значительно изменились с момента их появления в
начале 1960-х годов. Исходными системами, которые
использовались для хранения и обработки данных, были
навигационные базы данных – например, иерархические базы
данных (которые опирались на древовидную модель и допускали
только отношение «один-ко-многим») и базы данных с сетевой
структурой (более гибкая модель, допускающая множественные
отношения). Несмотря на простоту, эти ранние системы были
негибкими. В 1980-х годах стали популярными реляционные базы
данных, в 1990-х годах за ними последовали объектноориентированные базы данных. Совсем недавно вследствие роста
Интернета и возникновения необходимости более быстрой
обработки неструктурированных данных появились базы данных
NoSQL. В настоящее время облачные базы данных и автономные
базы данных открывают новые возможности в отношении способов
сбора, хранения, использования данных и управления ими.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

7.

Системы управления базами данных
Системой управления базами данных (Data-base
Management System) называется совокупность
программных средств, необходимых для
использования базы данных и предоставляющих
разработчикам и пользователям множество
различных представлений данных.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

8.

Современные СУБД
Реляционные СУБД:
MySQL
PostgreSQL
SQLite
NoSQL СУБД:
MongoDB
Redis
Графовая СУБД:
Облачные сервисы баз данных:
Microsoft Azure
Amazon Web Services
Yandex Cloud
Mail.ru Cloud Solutions
Google Cloud Platform
Neo4j
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

9.

Концепция Базы данных
Идея повышения степени
независимости
обрабатывающих программ
от способов хранения и
содержания хранимых
данных впервые была
использована в концепции
баз данных путем
разделения логического и
физического уровней
хранения данных в 1964
году в исследованиях
сотрудников фирмы IBM.
База Данных
Логический
уровень
Физический
уровень
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

10.

Модель данных
Концептуальная модель
Логическая модель
Физическая модель
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

11.

Модель данных
Представление информации с помощью данных
требует унифицированного подхода к понятию
данных как независимого объекта
моделирования.
Поэтому для разработчика ИС выбор
соответствующей модели данных является
одной из самых важных проблем. Выбор
модели данных влечет за собой выбор
средств анализа предметной области (ПО БД)
как сферы реального мира, подлежащего
изучению и обработке средствами ВТ.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

12.

Модель данных
Понятие модели данных является одним из
фундаментальных понятий информатики, от которого
во многом зависят механизмы реализации ИС как
программно-аппаратного комплекса.
В самом общем случае модель данных - это
логическое представление данных и совокупность
операций над ними.
Модель данных (Data Model) есть логическая
структура данных, которая представляет присущие
этим данным свойства, не зависимые от аппаратного
и программного обеспечения и не связанные с
функционированием компьютера.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

13.

Модель данных
Рассматривают несколько аспектов моделирования в обработке
данных:
информационное моделирование:
концептуальное моделирование (моделирование семантики
предметной области);
логическое моделирование данных;
физическое моделирование:
создание моделей доступа к данным;
оптимизация физической организации данных в
аппаратной среде.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

14.

Модель данных
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

15.

Модель данных
Объектами
информационной
модели
являются
реального мира из предметной области.
Свойства объектов (сущностей) называют атрибутами.
Сущности вступают
атрибуты.
Эти три компонента информационной модели представляют
субъективные средства описания модели, которые после
определенной формализации дают внешнюю схему данных БД
ИС.
в
связи
друг
с
другом
Ульяновский государственный технический университет
сущности
через
свои
ULSTU.RU

16.

Модель данных
Атрибут
связь
Студент
- ФИО
Кафедра
учится
- Название
Сущность
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

17.

Модель данных
В рамках информационного моделирования существует несколько
точек зрения (схем) на абстрагирование данных.
С точки зрения пользователя (называемой внешней схемой),
определение данных представляется в контексте языка
предметной области. Структура данных и содержание меняется
в зависимости от сферы деятельности и особенностей
конкретного пользователя.
С точки зрения компьютера (называемой внутренней схемой),
данные определяются в терминах файловых структур для
хранения и поиска. Структура данных в этом случае зависит
от конкретной компьютерной технологии и от требований
эффективности обработки данных.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

18.

Модель данных
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

19.

Модель данных
В настоящее время для баз структурированных
данных различают три основных типа
логических моделей данных в зависимости от
характера поддерживаемых ими связей между
элементами данных:
• сетевую,
• иерархическую,
• реляционную.
Классифицирующими признаками в этих моделях
являются: степень жесткости (фиксации)
связи, математическое представление
структуры модели и допустимые типы данных.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

20.

Модель данных
При сопоставлении моделей следует помнить,
что все они теоретически эквивалентны.
Эквивалентность моделей состоит в том, что
они могут быть сведены одна к другой путем
формальных преобразований.
Модель данных
Характер связи между
объектами
Формальное
представление
Иерархическая
Жесткие связи
Древовидная структура
Сетевая
Полужесткие связи
Произвольный граф
Реляционная
Изменчивые связи
Плоский файл
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

21.

Модель данных
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

22.

Иерархические модели данных
Иерархическая модель данных организует данные в виде древовидной структуры
и является реализацией логических связей между данными отношений типа
"часть-целое".
Примером простого иерархического представления может служить
административная структура организации.
Деревом в информатике называют совокупность корневого элемента и множества
подчиненных ему элементов, в которой отношения между элементами носят
подчиненный вертикальный характер. Горизонтальные связи в такой системе
отношений не допускаются.
В иерархической модели имеется корневой узел или корень дерева.
Остальные узлы называются порожденными и связаны между собой следующим
образом: каждый узел имеет исходный, находящийся на вышестоящем уровне.
Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями.
Корневой узел
Порожденный узел
Порожденный узел
Лист
Лист
Лист
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

23.

Иерархические модели данных
К иерархической модели данных можно отнести
такие представления данных как XML и JSON.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

24.

Иерархические модели данных
К основным недостаткам иерархической модели можно
отнести:
сложность отображения связи "многие-к-многим“;
усложнение операции включения новых объектов и
удаления устаревших объектов непосредственно в
базе данных (в особенности обновление и удаление
связей);
неоднозначность представления данных о предметной
области;
дублирование данных.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU

25.

Сетевые модели данных
Сетевая модель данных является моделью объектов-связей, где
допускаются только бинарные связи типа "многие-к-одному", что
позволяет использовать для представления данных простую модель
ориентированных графов.
В настоящее время применяется в графовых базах данных.
Недостатки сетевой модели:
сложность самой модели данных и сложность освоения средств
манипулирования данными в ней;
при анализе ПО БД и программировании особенно
тщательно приходится отлеживать цепочки
связанных групповыми отношениями
данных при операциях вставки,
обновления и удаления.
Ульяновский государственный технический университет
ULSTU.RU