2026_Лекция_БД_3

1.

Базы данных
доктор технических наук, профессор департамента бизнес-информатики
Стоянова Ольга Владимировна
ostoyanova@hse.ru

2.

Проектирование реляционных БД

3.

Изучаемые вопросы
01
Реляционные БД и СУБД:
ключевые концепты
02
Нормализация реляционных БД
03
Процесс проектирования. Концептуальная,
логическая и физическая модели данных

4.

Реляционные БД и СУБД:
ключевые концепты

5.

Определения
База данных (БД) - это совокупность данных, организованных
в соответствии с концептуальной структурой, описывающей
характеристики этих данных и взаимосвязи между их
элементами.
ГОСТ Р ИСО/МЭК 20546-2021 (Большие данные. Обзор и словарь)
Система управления базами данных (СУБД) - совокупность
программных и лингвистических средств общего или
специального назначения, обеспечивающих управление
созданием и использованием баз данных.
------
ГОСТ 33707-2016 (ISO/IEC 2382:2015) Информационные технологии (ИТ). Словарь
5

6.

Характеристики СУБД
Модель данных (Data model)/
Структура данных /
Организация данных
Согласованность данных
(Data consistency)/ Целостность
данных
Доступ к данным (Data access)
/ Манипулирование данными
6

7.

Виды СУБД по модели данных
Реляционные
Объектно-реляционные
Ключ-значение
Документо-ориентированные
Колоночные
Семейство столбцов
Графовые
7

8.

Рейтинг популярности СУБД (DB-Engines)
8

9.

Реляционные СУБД (харакетристики)
Структура (модель)
Структура данных описывается в виде отношений (логических
сущностей), хранится в виде таблиц
Согласованность (целостность)
Ограничения на возможное состояние БД – ограничения целостности.
Ограничения на уровне домена, отношения, базы данных
Манипулирование данными
Для манипулирования данными используются операторы реляционной
алгебры, на физическом уровне реализованные в виде операторов SQL
9

10.

Основоположники: Эдгар Франк Кодд
1969 – понятие реляционной модели
1981 – Премия Тьюринга
E. F. Codd “Derivability, Redundancy, and Consistency
of Relations Stored in Large Data Banks,” IBM Research Report RJ599
(August 19th, 1969)
E. F. Codd “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks,” CACM
13, No. 6 (June 1970)
10

11.

Основоположники: Кристофер Дейт
1975 – выход первого издания
An Introduction to Database Systems
700000 экземпляров на английском
C. J. Date: An Introduction to Database Systems, Eighth Edition. Boston, Mass.:
Addison-Wesley (2004). The first edition of this book was published in 1975
C. J. Date and Hugh Darwen: Databases, Types, and the Relational Model: The
Third Manifesto, Third Edition. Reading, Mass.: Addison-Wesley (2006). The first
edition of this book appeared (under a different title) in 1998.
11

12.

Ключевые определения (по Э. Кодду)
Отношение (Relation) - это конечное подмножество декартова
произведения одного или нескольких доменов. Каждое отношение
обладает уникальным именем и фиксированной структурой.
Кортеж (Tuple) - это элемент отношения (строка),
представляющий собой упорядоченную последовательность
значений.
Атрибут (Attribute) - это именованный столбец в отношении.
Число атрибутов определяет степень (degree) отношения.
Домен (Domain) - это исходный набор атомарных (неделимых)
значений, из которых атрибут может принимать свои значения.
12

13.

Сравнение терминов
Теоретический
термин (Кодд / Дейт)
Эквивалент в SQL
Разница
Отношение (Relation /
Relvar)
Таблица (Table)
В SQL-таблице технически могут
быть строки-дубликаты, в отношении
- нет.
Кортеж (Tuple)
Строка / Запись
(Row / Record)
Строки в SQL имеют физический
порядок на диске, в теории кортежи
неупорядочены.
Атрибут (Attribute)
Столбец / Поле
(Column / Field)
Столбцы SQL упорядочены слева
направо, атрибуты - нет.
Домен (Domain)
Тип данных (Data
Type)
SQL-типы часто шире, домен в
теории - это строгое подмножество с
правилами валидации.
13

14.

Нормализация БД

15.

Актуальность
Каковы плюсы и минусы представленной ниже организации данных?
15

16.

Понятие нормализации
Нормализация - это процесс организации данных в базе
данных с целью устранения избыточности (дублирования)
и предотвращения аномалий модификации, удаления и
добавления данных.
16

17.

Три нормальные формы (3НФ)
1НФ
атомарность атрибутов отношения
2НФ
1НФ + каждый неключевой атрибут неприводимо зависит от
первичного ключа
3НФ
2НФ + ни один неключевой атрибут не является транзитивно
зависимым от первичного ключа
17

18.

Проверка на 1НФ
Является отношением?
Атрибуты атомарны?
18

19.

Проверка на 1НФ
нарушение
19

20.

Понятие потенциального и первичного ключа
Потенциальный ключ - подмножество атрибутов
отношения, удовлетворяющее требованиям
уникальности и минимальности (несократимости).
Первичный ключ - потенциальный ключ, выбранный
в качестве основного.
20

21.

Понятие потенциального и первичного ключа
Первичный ключ по
происхождению атрибутов
- естественный
- искусственный:
• случайный
• композитный
Первичный ключ по
составу атрибутов:
- простой
- составной
21

22.

Проверка 2НФ
1НФ + каждый неключевой атрибут неприводимо зависит от
первичного ключа (не зависит от части ключа)
22

23.

Проверка 2НФ
Нарушение
Дисциплина
ОП
Номер учебного
плана
Семестр
реализации
БД
ТАБД
11111
1
23

24.

Проверка на 3НФ
2НФ + ни один неключевой атрибут не является транзитивно
зависимым от первичного ключа (отсутствует зависимость между
неключевыми атрибутами)
24

25.

Процедура нормализации
Если проверки соответствия нормальным формам не пройдены,
то проводят процедуру нормализации.
Процедура нормализации предусматривает разбиение, или
декомпозицию, переменной отношения на другие переменные
отношения, причем декомпозиция должна быть обратимой, т.е.
выполняться без потерь информации.
25

26.

Тренировка
БД соответствует 3НФ?
26

27.

Денормализация
Денормализация - это процесс осознанного нарушения
правил нормализации (внесения избыточности в структуру
базы данных) с целью повышения производительности.
Способы денормализации
❏
❏
❏
Дублирование неключевых атрибутов
Добавление вычисляемых значений
Слияние таблиц (связь 1:1)
27

28.

Процесс проектирования. Концептуальная,
логическая и физическая модели данных

29.

Регламентация процесса проектирования
Документ Описание БД должен включать:
❏ Перечень объектов предметной области АС;
❏ Перечень сущностей, их атрибутивный состав и характеристики;
❏ Описание связей между сущностями на уровне атрибутов.
-ГОСТ Р 59795-2021 «Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов»
Связь между моделями
29

30.

Корпоративная модель данных (КМД)
По материалам летней школы Sber
30

31.

Сценарии использования КМД
По материалам летней школы Sber
31

32.

Пример процесса проектирования.
Шаг 1. Постановка задачи
Организация.
ИТ-компания, занимающаяся разработкой ПО. Предлагает
коробочные решения и решения на заказ. Имеет штатных
разработчиков, тестировщиков, архитекторов, свой отдел
маркетинга. Осуществляет поддержку своих программных
продуктов в разных регионах.
Проект направлен на разработку базы данных и инструментов
анализа
и
визуализации
данных
для
поддержки
управленческого кадрового учета и управления обучением и
развитием персонала (L&D).
32

33.

Шаг 2. Декомпозиция задачи
Рассматриваемые процессы и функциональные области
Кадровый учет и оплата
Учет сотрудников
Оплата труда
…
Управление обучением и развитием (L&D)
Управление обучением
Управление карьерным развитием
…
33

34.

Шаг 3. Проектирование концептуальной
модели
Фрагмент концептуальной модели данных (Кадровый учет и оплата)
34

35.

Шаг 4. Описание бизнес-сущностей и источников
данных
35

36.

Шаг 5. Описание бизнес-правил
1. Все сотрудники компании работают в штате
2. Внутреннее совместительство отсутствует
3. Оплата труда складывается из оклада, премий и штрафов.
Начисление происходит ежемесячно. Премия
устанавливается как процент от оклада на срок от 1 месяца и
более.
4.…
36

37.

Шаг 6. Проектирование логической модели
Фрагмент логической модели данных (краткой) в нотации Crow’s foot
Фрагмент логической модели данных (подробной) в нотации Crow’s foot
37

38.

Шаг 7. Проектирование физической модели
Фрагмент физической модели данных в нотации IDEF1X
38