📈 Масштаб цифровой вселенной

В 2011 году объём данных составил 1,8 зеттабайта. Это как 200 миллионов фильмов в HD, которые можно смотреть без остановки 47 миллионов лет! И каждые два года этот объём удваивается.

🌐 Определения

Предметная область — это та часть реального мира, которую мы рассматриваем в рамках какой-то задачи. Школа, библиотека, поликлиника, интернет-магазин — всё это примеры предметных областей.

Объект предметной области — это факт, лицо, событие, предмет, о котором могут быть собраны данные.

Сущность — это описание целого класса однотипных реальных объектов через набор их свойств (атрибутов).

💻 Пример записи сущности

Сущность УЧЕНИК можно представить так:

УЧЕНИК (НОМЕР_ЛИЧНОГО_ДЕЛА, ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ГОД_РОЖДЕНИЯ)

🎨 Модель "сущность–связь" (ER-модель)

ER-модель (от Entity-Relationship) — это способ наглядно изобразить, какие объекты есть в предметной области и как они связаны между собой.

Модель предметной области, включающая сущности, их атрибуты и связи между сущностями называют моделью «сущность–связь».

✈️ Пример: предметная область "Авиаперелёты"

Рассмотрим две сущности: ПАССАЖИР и БИЛЕТ.

• ПАССАЖИР имеет атрибуты: ИМЯ, ФАМИЛИЯ, ДОКУМЕНТ
• БИЛЕТ имеет атрибуты: НОМЕР, РЕЙС, ДАТА, ВРЕМЯ, РЯД, МЕСТО

Связь между ними — Имеет (тип 1:1). Каждый пассажир имеет билет, каждый билет принадлежит пассажиру. Эта связь обязательная для пассажира (без билета не полетишь) и необязательная для билета (не все билеты могут быть проданы).

📐 Определение

Модель данных — это совокупность структур данных и операций их обработки.

С помощью модели данных могут быть представлены сущности и взаимосвязи между ними.

🌳 Принцип

Данные организованы в виде дерева. У каждого объекта (кроме корневого) есть только один родительский объект, но может быть много потомков.

📚 Пример: структура школы

ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ (Старшая школа)
    ├── КЛАСС (10А)
    │   ├── УЧЕНИК (Князев И.С.)
    │   ├── УЧЕНИК (Кулик М.)
    │   └── УЧЕНИК (Курбатова В.)
    ├── КЛАСС (11А)
    │   ├── УЧЕНИК (Коровкин С.С.)
    │   └── УЧЕНИК (Куницына А.)
    └── КЛАСС (11Б)
        └── ...

🔒 Основное правило целостности

Ни один подчинённый объект (потомок) не может существовать без родительского объекта, за исключением одного основного родительского объекта.

⚙️ Команды для работы

• Найти указанное дерево
• Перейти от одного дерева к другому
• Перейти от родительского объекта к объекту-потомку
• Перейти от одного объекта к другому в иерархическом порядке
• Вставить новый объект в указанном месте
• Удалить текущий объект

🕸️ Принцип

У каждого объекта может быть несколько родителей и несколько потомков. Это более гибкая структура, чем дерево.

🏀 Пример: школьные секции

Ученики могут посещать несколько секций, и в каждой секции занимается много учеников:

• Ученик Курбатова А. → Секции: Баскетбол, Бег
• Ученик Ляпин П. → Секции: Баскетбол, Бег, Волейбол

⚙️ Команды для работы

• Найти указанный объект среди однотипных объектов
• Перейти от родительского объекта к первому потомку
• Перейти от объекта-потомка к родительскому объекту
• Вставить новый объект
• Удалить текущий объект
• Изменить объект
• Включить объект в определённую связь
• Разорвать связь

📊 Принцип

Данные организованы в виде таблиц (отношений). Это самая распространённая модель, на которой основаны большинство современных БД.

👨‍🔬 Эдгар Франк Кодд (1923–2003)

Британский учёный, создавший реляционную модель данных в 1970 году. Он применил математический подход к БД, основанный на теории множеств. Это была революция: вместо сложных иерархических структур — простые и понятные таблицы!

🔒 Целостность в реляционной модели

Обеспечивается двумя принципами:

1. Уникальность идентификации: каждый объект должен однозначно определяться
2. Корректность связей: связи между таблицами должны быть правильными

📝 Основные элементы реляционной таблицы

• Поле (столбец) — элементарная единица данных, соответствует одному атрибуту сущности
• Запись (строка) — набор логически связанных полей, описывающий один конкретный объект

🌊 Пример: таблица "КРУПНЕЙШИЕ ОЗЕРА"

Структура этой таблицы:

КРУПНЕЙШИЕ ОЗЕРА
    НАЗВАНИЕ
    МАТЕРИК
    МАКСИМАЛЬНАЯ ГЛУБИНА
    ПЛОЩАДЬ

🔑 Определение

Первичный ключ (идентификатор) — это поле или набор полей, которые однозначно определяют каждую запись в таблице.

💡 Пример

В таблице "КРУПНЕЙШИЕ ОЗЕРА" первичным ключом может быть поле НАЗВАНИЕ (названия крупных озёр уникальны).

🔗 Внешний ключ

Внешний ключ — это поле в одной таблице, которое ссылается на первичный ключ другой таблицы.

⚙️ Условие

Связь установлена по совпадающим первичным ключам.

Пример:

УЧЕНИК                          УЧЕБНЫЙ_ГОД
- Номер личного дела (ключ) ←→ - Номер личного дела (ключ)
- Фамилия                       - Предмет 1
- Имя                           - Предмет 2
- Отчество                      - Предмет 3
- Дата рождения                 - ...
- Класс                         - Результат

⚙️ Условие

Ключевое поле главной таблицы введено как внешний ключ в подчинённую таблицу.

Пример:

УЧЕБНЫЙ_ГОД (главная)          ПООЩРЕНИЕ (подчинённая)
- Номер личного дела (ключ) ←  - Результат (ключ)
- Предмет 1                 ←  - Средний балл
- Предмет 2                    
- ...
- Результат (внешний ключ) ──┘

Один ученик (одна запись в УЧЕБНЫЙ_ГОД) может получить несколько поощрений (несколько записей в ПООЩРЕНИЕ).

⚙️ Условие

Реализуется через третью связующую таблицу. Связь М:М — это комбинация двух связей 1:М.

Пример: библиотека

ЧИТАТЕЛЬ (главная)             АБОНЕМЕНТ (связующая)          КНИГА (главная)
- Код читателя (ключ) ←─────── - Код выдачи (ключ)    ───────→ - Код книги (ключ)
- Фамилия                       - Код читателя (внеш.)          - Автор
- Имя                           - Код книги (внеш.)             - Название
- Отчество                      - Дата выдачи                   - Год издания
- Адрес                         - Дата возврата                 - Залоговая цена

Один читатель может взять много книг, и одна книга может быть взята многими читателями (в разное время).