Лекция №6
Этапы проектирования базы данных
Полный цикл разработки базы данных включает концептуальное, логическое и физическое ее проектирование.
При проектировании базы данных решаются три основных проблемы:
· Как адекватно отразить предметную область и информационные потребности пользователей в концептуальной модели? Эту проблему называют проблемой инфологического проектирования баз данных. Цель инфологического этапа проектирования состоит в получении семантических (смысловых) моделей, отражающих информационное содержание проблемы. Построение концептуальной модели данных осуществляется на основе анализа описания предметной области на основе естественном языке.
· Каким образом отобразить объекты предметной области в абстрактные объекты модели данных так, чтобы то отображение не противоречило семантике предметной области, и было, по возможности, наилучшим. Это проблема известна как проблема логического проектирования баз данных. Цель логического этапа проектирования – организация данных, выделенных на предыдущем этапе, в форму, принятую в выбранной СУБД.
· Как обеспечить эффективность выполнения запросов к базе данных, т.е. каким образом, имея в виду особенности конкретной СУБД, расположить данные во внешней памяти и т.д.? Эту проблему называют проблемой физического проектирования баз данных. Цель физического этапа – выбор рациональной структурой хранения данных и методов доступа к ним.
Реальным средством моделирования данных является не формальный метод нормализации отношений, а так называемое семантическое моделирование. В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты диаграмм сущность-связь (ER - Entity-Relationship).
Инфологическое проектирование. Метод «Сущность-связь»
Цель инфологического моделирования (концептуального проектирования) - обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных. Поэтому инфологическую модель данных пытаются строить по аналогии с естественным языком.
Одной и наиболее популярных семантических моделей данных на этапе инфологического проектирования является «Сущность-Связь»(Entity-Relationship – ER - модель). Модель была предложена Ченом (Chen) в 1976 г. Моделирование предметной области базируется на использовании графических диаграмм, включающих небольшое число разнородных компонентов. В связи с наглядностью представления концептуальных схем баз данных ER – модели получили широкое распространение в CASE – системах (Сomputer Aided Software Engineering – программные средства, поддерживающие процессы автоматизированного проектирования баз данных, создания и сопровождения ПО и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование и управление проектом).
Существует большое число нотаций ER – модели, несущественно отличающихся между собой:
· Нотация Баркера;
· Нотация IDEF1, предложенная T.Ramey (Design/IDEF, Silverrun);
· Нотация Yourdona (Vantage Team Builder (бывший Vestmount I-CASE)).
Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты).
Сущность - любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, места, самолеты, рейсы, вкус, цвет и т.д.
Атрибут – именованный элемент информации, описывающий сущность. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различного типа сущностей. Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности.
Сущности делятся на сильные и слабые. Сильные(стержневые) сущности существуют объективно, и их существование не зависит от какой-то другой сущности. Слабые сущности связаны со стержневой сущностью, экземпляр слабой сущности не может существовать, если не существует экземпляр стержневой сущности. Слабые сущности могут делиться на характеристики и обозначения.
Характеристикой называется слабая сущность, являющаяся дополнением стержневой сущности. В характеристику может быть выделена часть атрибутов стержневой сущности, которая обрабатывается отдельно, или каждому экземпляру стержневой сущности может соответствовать характеристика одного из нескольких типов.
Обозначения – это атрибут, развернутый в отдельную сущность. Чаще всего в обозначения выделяются атрибуты, значения которых выбираются из ограниченного множества значений.
Ключ - минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся.
Связь (ассоциативная сущность) – сущность, которая служит для обеспечения взаимодействия между и более другими сущностями.
При графическом представлении ER-модели обычно применяются следующие графические элементы:
Рис. 5.
Поясним использование сущностей и связей на примере. На рисунке 6 представлена модель семейных отношений.
Рис. 6.