Основы проектирования баз данных

ОСНОВЫ 

ПРОЕКТИРОВАНИЯ 

БАЗ ДАННЫХ

В.Н. ШИТОВ

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия 

для учебных заведений, реализующих программу среднего 

профессионального образования по специальности 

09.02.07 «Информационные системы и программирование» 

(протокол № 7 от 21.09.2022)

Москва
ИНФРА-М

202УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 004.65(075.32)
ББК 32.972.134я723
 
Ш64

ISBN 978-5-16-017461-7 (print)
ISBN 978-5-16-106073-5 (online)

© Шитов В.Н., 2022
© ООО «АВАНГАРД-БУКС», 2022

Шитов В.Н.

Ш64  
Основы проектирования баз данных : учебное пособие / В.Н. Ши-

тов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 236 с. — (Среднее профессиональное 
образование). — DOI 10.12737/1855782.

ISBN 978-5-16-017461-7 (print)
ISBN 978-5-16-106073-5 (online)
В учебном пособии описаны основные понятия баз данных, взаимо-

связи в моделях и реляционный подход к построению моделей, этапы проектирования 
баз данных, проектирование структур баз данных, организация 
запросов SQL и многое другое. Приведено 18 практических работ.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова-

тельных стандартов среднего профессио нального образования последнего 
поколения.

Может быть использовано для изучения дисциплины «Основы про-

ектирования баз данных» по специальности «Информационные системы 
и программирование» при освоении квалификаций: «Администратор баз 
данных», «Программист», «Разработчик Web и мультимедийных приложений», «
Специалист по информационным системам», «Специалист 
по тестированию в области информационных технологий», «Технический 
писатель».

УДК 004.65(075.32)
ББК 32.972.134я723

Предисловие

Учебная дисциплина «Основы проектирования баз данных» 
принадлежит к общепрофессио нальному циклу.
В результате изучения дисциплины «Основы проектирования 
баз данных» студент должен освоить основной вид деятельности 
по проектированию баз данных и соответствующие ему общие 
и профессио нальные компетенции. В результате изучения материалов 
пособия студент будет:
знать
 
• основы теории баз данных;
 
• модели данных;
 
• особенности реляционной модели и проектирование баз данных;
 
• изобразительные средства, используемые в ER-моделировании;
 
• основы реляционной алгебры;
 
• принципы проектирования баз данных;
 
• обеспечение непротиворечивости и целостности данных;
 
• средства проектирования структур баз данных;
 
• язык запросов SQL;
уметь
 
• проектировать реляционную базу данных;
 
• использовать язык запросов для программного извлечения сведений 
из баз данных;
 
• выбирать способы решения задач профессио нальной деятельности 
применительно к различным контекстам;
 
• осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой 
для выполнения задач профессио нальной деятельности;
 
• 
осуществлять сбор, обработку и анализ информации для проектирования 
баз данных;
 
• разрабатывать объекты базы данных в соответствии с результатами 
анализа предметной области;
 
• реализовывать базу данных в конкретной системе управления 
базами данных;
 
• защищать информацию в базе данных с использованием технологии 
защиты информации;
владеть навыками
 
• разработки современных реляционных баз данных;
 
• создания запросов;
 
• использования информационных технологий в профессиональной 
деятельности;

 
• проектирования базы данных на основе анализа предметной области;
 
• 
администрирования баз данных.
Объем учебной дисциплины и виды учебной работы:
 
• объем образовательной программы — 68 ч, в том числе:
 
• теоретическое обучение — 36 ч;
 
• практические занятия — 30 ч;
 
• самостоятельная работа;
 
• промежуточная аттестация — 2 ч.

Глава 1. 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ БАЗ ДАННЫХ

1.1. ТЕРМИНОЛОГИЯ БАЗ ДАННЫХ

В п. 3 ГОСТ 34.320–96 «Информационные технологии. Система 
стандартов по базам. Концепции и терминология для концептуальной 
схемы и информационной базы» описываются основные 
понятия для концептуальной схемы и информационной базы. 
К таким основным терминам относятся следующие.
Сущность — любой конкретный или абстрактный объект, 
включая связи между объектами.
Высказывание — возможное состояние сущностей, по поводу 
которого можно утверждать или отрицать, что такое состояние 
имеет место. Высказывание может относиться к одной сущности, 
нескольким отдельным сущностям, к группе сущностей и т.д.
Лингвистический объект — грамматически допустимая языковая 
конструкция. Лингвистические объекты сами могут считаться 
сущностями.
Обмениваться информацией о сущностях можно только посредством 
описаний высказываний.
Предложение — лингвистический объект, представляющий 
определенное высказывание.
Предложения состоят из термов и предикатов.
Терм — лингвистический объект, обозначающий сущность.
Предикат — лингвистический объект, аналогичный глаголу, сообщающий 
что-либо о сущностях, обозначенных термами.
Например, предложение «Автомобиль РСХХ999 является моделью 
Мустанг» — это пример высказывания. В этом предложении 
глагол «является» представляет собой предикат.
Термы «автомобиль РСХХ999» и «модель Мустанг» относятся 
к сущностям.
Лексический объект (имя) — простой лингвистический объект, 
используемый только для ссылки на сущность. Как правило, лексический 
объект состоит из одного или нескольких существительных.
Особый вид связи между «основными» сущностями и лексическими 
объектами, относящимися к ним, называется соглашением 
об именовании. Если такое соглашение между сущностью и лексическим 
объектом установлено корректно, то всегда возможно, 

хотя бы в принципе, выявить причинную цепочку по поводу использования 
этого лексического объекта.
Часть работы проектировщика информационной системы состоит 
в том, чтобы гарантировать, что на все рассматриваемые сущности 
можно каким-то образом сослаться. По этой причине проектировщику 
информационной системы требуется дополнительное 
описание (в концептуальной схеме и информационной базе) согласованных 
способов обращения к сущностям.
Синонимы — различные термы, обозначающие одну и ту же 
сущность.
Омонимы — идентичные термы, обозначающие различные сущности. 
Омонимы могут привести к некоторой неоднозначности. 
В некоторых информационных системах они запрещены. Это запрещение 
не является фундаментальным требованием.
Пространство сущностей — совокупность сущностей, воспринимаемых 
как единое целое. В одно и то же или в различное время 
можно различать много разных пространств сущностей. Кроме 
того, сущность может принадлежать многим пространствам сущностей.

Пространство высказываний — совокупность высказываний, 
каждое из которых истинно для данного пространства сущностей. 
Совокупность предложений, выражающих высказывания 
пространства высказываний, содержит информацию о соответствующем 
пространстве сущностей.
Проблемная область — все сущности, являющиеся объектом интереса, 
которые были, есть или когда-либо могут быть. Проблемная 
область является областью возможных сущностей. Проблемная область 
ограничивается возможными сущностями, представляющими 
для пользователя базой данных (БД) интерес.
Все высказывания, которые могут выполняться в одном или нескольких 
пространствах сущностей, вместе составляющих проблемную 
сферу, формируют область возможных высказываний. 
Проектировщика информационной системы должны интересовать 
те высказывания, которые выполняются во всех возможных пространствах 
сущностей.
Необходимое высказывание — высказывание, которое должно 
содержаться во всех возможных пространствах высказываний и является 
истинным во всех пространствах сущностей.
Необходимые высказывания определяют состояния, обязательные 
для всех сущностей во всех пространствах сущностей. Эти 
высказывания представляют абстракцию всех пространств сущностей, 
обобщающую то, что у них общее.

Необходимые высказывания определяют, какие сущности могут 
встретиться в любом пространстве сущностей (возможные сущности). 
В соответствующих случаях они определяют также, какие 
сущности должны появляться в каждом пространстве сущностей 
(необходимые сущности).
Классификации, правила, законы и т.д. проблемной области 
образуют необходимые высказывания.
Класс (сущностей) — сущности проблемной области, для которых 
данное высказывание является истинным.
Каждый класс сущностей полностью определяется его возможными 
элементами. Любая сущность может быть элемен том многих 
классов, по это му классы могут пересекаться. Сами классы являются 
сущностями, и им могут быть даны имена.
Тип (сущности) — высказывание, устанавливающее, что сущность 
принадлежит к определенному классу сущностей. Подразумевается, 
что такой класс сущностей существует.
На тип можно ссылаться посредством имени типа. Для обозначения 
имени типа используется имя (существительное) в единственном 
числе, а для обозначения имени класса — имя (существительное) 
во множественном числе.
Проектировщик информационной системы произвольно 
определяет, следует ли связывать понятие типа с определенным 
классом сущностей. Это зависит от того, что считается удобным 
или обыч ным для пользователей концептуальной схемы.
Реализация (экземпляр) (типа сущности) — отдельная сущность, 
для которой истинно некоторое высказывание по поводу ее 
типа.
При проектировании информационных систем понятия класса 
и типа используются, в частности, для установления совокупности 
необходимых высказываний. С некоторым классом или типом 
может быть связана совокупность соответствующих необходимых 
высказываний, которые выполняются для возможных сущностей, 
являющихся элементами этого класса.
Высказывания, определяющие такие классы или типы, сами относятся 
к необходимым высказываниям.
Концептуальная схема — непротиворечивая совокупность предложений, 
выражающих необходимые высказывания, относящиеся 
к проблемной области.
Все возможные пространства сущностей, составляющие проблемную 
область, имеют общую концептуальную схему. Эта концептуальная 
схема определяет проблемную область, так как она 

несет информацию о том, какой именно должна быть совокупность 
всех возможных сущностей.
Какие высказывания являются необходимыми, а следовательно, 
какими будут границы концептуальной схемы, определяется произвольно 
и зависит от того, какой степени подробности добивается 
разработчик информационной системы. Эти границы со временем 
могут изменяться, требуя дополнительных изменений в уже сформулированной 
концептуальной схеме.
Информационная база — совокупность предложений, выражающих 
высказывания, отличные от необходимых высказываний, 
согласующиеся друг с другом и с концептуальной схемой, а также 
истинные в некотором пространстве сущностей.
Совокупность предложений, составляющих эту концептуальную 
схему и информационную базу, вместе описывают все высказывания, 
относящиеся к некоторому пространству сущностей, и тем 
самым дают описание пространства высказываний для этого пространства 
сущностей. Предполагается, что данные высказывания 
выполняются для этого пространства сущностей, воспринимаемого 
как «реальность». Совокупность предложений, составляющих концептуальную 
схему и информационную базу, должна обязательно 
быть непротиворечивой, если она претендует на то, чтобы быть 
истинным описанием этих высказываний.
Информационная база вместе с концептуальной схемой определяют 
некоторое пространство сущностей. Пространство сущностей 
состоит в точности из тех конкретных и абстрактных объектов, 
сущностей, на которые можно сослаться с помощью термов 
в предложениях, содержащихся в информационной базе и концептуальной 
схеме, вместе взятых.
Возможно описание одной проблемной области или одного 
определенного пространства сущностей в более чем одной концептуальной 
схеме и информационной базе.
Информационная база может предназначаться для того, чтобы 
выдавать информацию о сущностях, которые присутствуют в момент 
или в период времени, обыч но называемый «сейчас», «текущее 
время», «настоящий момент». Тем не менее актуальная 
информационная база может относиться к «прошлому» или «будущему» 
пространства сущностей.
Актуальная информационная база — информационная база, существующая 
в указанный момент или период времени, который 
классифицируется как «сейчас», и отражающая дополнительные 
высказывания, отличные от необходимых.

Актуальное пространство сущностей — совокупность сущностей, 
которая описана в актуальной информационной базе и ее концептуальной 
схеме.
Информационная база и концептуальная схема со временем 
изменяются, отражая изменения в выбранной части мира, составляющей 
проблемную область, так как в информационной 
базе и концептуальной схеме должны быть только предложения, 
истинные в этой проблемной области.
Изменения в выбранной части мира могут быть, например, такими:
 
• 
сущности, появляющиеся или исчезающие в выбранной части;
 
• сущность, изменяющая свое состояние или связи с другими 
сущностями;
 
• классификация сущностей или какие-либо правила или ограничения, 
относящиеся к изменяющимся сущностям;
 
• исследуемая область изменяется в том смысле, что выбранная 
часть мира расширяется или сокращается.
Такие изменения могут повлечь за собой изменения как информационной 
базы, так и концептуальной схемы. Влияние первых 
двух типов изменений может ограничиться только информационной 
базой, последние два типа вызовут также изменения и в концептуальной 
схеме.
Основным понятием манипулирования информацией в информационной 
базе или концептуальной схеме является элементарное 
действие. Определено три вида элементарных действий: вставка, 
удаление и выборка.
Вставка — добавление предложения к информационной базе 
или концептуальной схеме.
Другие предложения, не являющиеся логически выводимыми 
до вставки, могут стать таковыми и, таким образом, становятся выводимой 
частью информационной базы или концептуальной схемы.
Логически выводимое предложение само по себе фактически 
не вставляется.
Удаление — извлечение ранее вставленного предложения из информационной 
базы или концептуальной схемы.
Выводимое предложение, которое не может быть выводимо без 
исключенного предложения, больше не будет выводимым и по-
это му не будет больше выводимой частью информационной базы 
или концептуальной схемы.
Выводимое предложение может быть одновременно вставлено 
явно. В этом случае исключение другого предложения, от которого 
существенно зависит выводимость данного предложения, не при-

водит к автоматическому удалению явно вставленного предложения. 
Исключение этого другого предложения только сделает невозможным 
выведение явно вставленного предложения.
Выборка — поиск и выдача предложения, которое есть в информационной 
базе или концептуальной схеме или выводится из предложений, 
имеющихся в них.
Выборка выводимого предложения из информационной базы 
или концептуальной схемы возможна только в случае, если информационная 
система знает, как вывести это предложение из других 
доступных или выводимых предложений в концептуальной схеме 
и информационной базе.
Допустимы комбинации элементарных действий, предназначенные 
для получения определенного результата.
Действие — одно или несколько элементарных действий, которые 
в качестве единого целого изменяют определенную совокупность 
предложений в информационной базе или концептуальной 
схеме и (или) предоставляют о них информацию.
Типичным примером действия является замена определенного 
предложения другим, т.е. удаление, за которым следует вставка. 
Поскольку этот класс действий встречается часто, целесообразно 
определить его как вид действия.
Модификация — замена предложения в информационной базе 
или концептуальной схеме на другое.
Для исключения недопустимых действий и управления ими 
необходимо определить для действий правила и ограничения. Поэтому 
введем определение действий, рассматриваемых как атомарные 
единицы исполнения.
Допустимое действие — действие, удовлетворяющее установленным 
правилам или ограничениям и изменяющее непротиворечивую 
совокупность предложений в информационной базе 
или концептуальной схеме на другую непротиворечивую совокупность 
предложений и (или) предоставляющее информацию о непротиворечивой 
совокупности предложений в информационной 
базе или концептуальной схеме.
Только окончательная совокупность предложений, полученная 
в результате допустимого действия, должна быть непротиворечивой 
совокупностью предложений. Если промежуточные совокупности 
предложений распознаваемы, то они не обязательно непротиворечивы.

Определенные допустимые действия могут изменять предположительно 
непротиворечивую, но в действительности не «истинную» 
совокупность предложений, не соответствующую действитель-