Лекция 6 Проектирование реляционных баз данных
Краткая аннотация. В данной лекции изучаются вопросы проектирования реляционных баз данных. Основное внимание уделено изучению семантических методов проектирования баз данных, основанных на модели «сущность-связь». Определяются цели проектирования и критерии оценки качества полученной модели. Рассматриваются этапы и уровни проектирования реляционных баз данных. Приводятся практические примеры использования различных нотаций для проектирования баз данных.
Цель лекции. Изучение принципов построения качественных моделей реляционных баз данных, позволяющих обеспечить эффективное функционирование информационных систем. Знакомство с этапами семантического проектирования баз данных с использованием различных нотаций модели «сущность-связь».
Текст лекции
Основы проектирования реляционных баз данных
Основными целями проектирования базы данных являются:
- представление данных и связей между ними, необходимых для всех основных областей применения информационной системы и любых существующих групп пользователей;
- создание модели данных, способной поддерживать выполнение требуемых транзакций обработки данных с приемлемыми показателями производительности (например, временем реакции системы);
- сокращение избыточности хранимых данных, а, следовательно, экономия объема используемой памяти за счет выполнения принципа «Каждый факт хранится в одном месте»;
- уменьшение затрат на многократные операции обновления избыточных копий и устранение возможности возникновения противоречий из-за хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте.
К сожалению, указанные цели часто являются взаимоисключающими, не всегда легко достижимыми, поэтому в некоторых случаях приходится идти на различные компромиссы.
При разработке базы данных обычно выделяется несколько уровней моделирования, при помощи которых происходит переход от предметной области к конкретной реализации базы данных средствами конкретной СУБД. Можно выделить следующие уровни:
1) Непосредственно предметная область;
2) Модель предметной области или концептуальная модель данных;
3) Логическая модель данных;
4) Физическая модель данных;
5) Собственно база данных и программные приложения.
Предметная область – это часть реального (или «нереального») мира, данные о которой отражаются в базе данных. Например, в качестве предметной области можно выбрать бухгалтерию какого-либо предприятия, отдел кадров, банк, магазин и т.д. Предметная область бесконечна и содержит, как существенно важные понятия и данные, так и малозначащие или вообще не значащие данные. Так, если в качестве предметной области выбрать учет товаров на складе, то понятия «накладная» и «счет-фактура» являются существенно важными понятиями, а то, что сотрудница, принимающая накладные, имеет двоих детей – это для учета товаров неважно. Однако с точки зрения отдела кадров данные о наличии детей являются существенно важными. Таким образом, важность данных зависит от выбора предметной области.
Модель предметной области или концептуальная модель данных. Модель предметной области – это наши знания о предметной области. Знания могут быть, как в виде неформальных знаний в мозгу эксперта, так, и выражены формально при помощи каких-либо средств. В качестве таких средств могут выступать текстовые описания предметной области, наборы должностных инструкций, правила ведения дел в компании и т.п. Примеры понятий предметной области – «сотрудник», «отдел», «проект», «зарплата». Примеры взаимосвязей между понятиями – «Сотрудник числится ровно в одном отделе», «Сотрудник может выполнять несколько проектов», «Над одним проектом может работать несколько сотрудников». Примеры ограничений – «Возраст сотрудника не менее 16 и не более 60 лет».
Логическая модель данных. На следующем уровне находится логическая модель данных предметной области. Логическая модель описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а также ограничения на данные, налагаемые предметной областью в терминах выбранной модели данных. В нашем случае – в терминах реляционной модели данных (РМД).
Физическая модель данных. Физическая модель данных описывает данные средствами конкретной СУБД. В нашем случае физическая модель данных реализована средствами именно реляционной СУБД. Отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в конкретной СУБД.
Собственно база данных и приложения. И, наконец, как результат предыдущих этапов появляется собственно сама база данных. База данных реализована на конкретной программно-аппаратной основе, и выбор этой основы позволяет существенно повысить скорость работы с базой данных. Например, можно выбирать различные типы компьютеров, менять количество процессоров, объем оперативной памяти, дисковые подсистемы и т.п. Очень большое значение имеет также настройка СУБД в пределах выбранной программно-аппаратной платформы.