Этап проектирования БД

Раздел 3. Основы проектирования баз данных

1. П.В. Бураков, В.Ю. Петров ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМЫ БАЗ ДАННЫХ Учебное пособие, Санкт-Петербург 2010

2. Проектирование реляционных баз данных: Метод. указания к курсовому проектированию по курсу "Базы данных" / Московский государственный институт электроники и математики; Сост.: И.П. Карпова. – М., 2010.

3. КРАМОРЕНКО Н. В. БАЗЫ ДАННЫХ, ВЛАДИВОСТОК 2004

 

Тема 3.1. Основы проектирования БД

Основные понятия БД

 

Одним из важнейших понятий в теории баз данных является понятие информации. Под информацией понимаются любые сведения о каком-либо событии, процессе, объекте. 

Данные — это информация, представленная в определенном виде, позволяющем автоматизировать ее сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством. Для компьютерных технологий данные — это информация в дискретном, фиксированном виде, удобная для хранения, обработки на ЭВМ, а также для передачи по каналам связи.

База данных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области, или иначе БД — это совокупность взаимосвязанных данных при такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений в определенной предметной области. БД состоит из множества связанных файлов.

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

Функции СУБД

Управление данными во внешней памяти

Данная функция предоставляет пользователям возможности выполнения самых основных операций, которые осуществляются с данными, — это сохранение, извлечение и обновление информации. Она включает в себя обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например для ускорения доступа к данным. 

Управление транзакциями

Транзакция — это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Транзакция представляет собой набор действий, выполняемых с целью доступа или изменения содержимого базы данных. Примерами простых транзакций может служить добавление, обновление или удаление в базе данных сведений о некоем объекте. Сложная же транзакция образуется в том случае, когда в базу данных требуется внести сразу несколько изменений. Инициализация транзакции может быть вызвана отдельным пользователем или прикладной программой.

Восстановление базы данных

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.

Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: ƒ

- мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания); ƒ

- жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти.

Поддержка языков БД

Для работы с базами данных используются специальные языки, называемые языками баз данных. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language — язык структурированных запросов). Язык SQL позволяет определять схему реляционной БД и манипулировать данными.

Управление параллельным доступом

Одна из основных целей создания и использования СУБД заключается в том, чтобы множество пользователей могло осуществлять параллельный доступ к совместно обрабатываемым данным. Параллельный доступ сравнительно просто организовать, если все пользователи выполняют только чтение данных, поскольку в этом случае они не могут помешать друг другу. Однако когда два или больше пользователей одновременно получают доступ к базе данных, конфликт с нежелательными последствиями легко может возникнуть, например, если хотя бы один из них попытается обновить данные. СУБД должна гарантировать, что при одновременном доступе к базе данных многих пользователей подобных конфликтов не произойдет.

Контроль доступа к данным

СУБД должна иметь механизм, гарантирующий возможность доступа к базе данных только санкционированных пользователей и защищающий ее от любого несанкционированного доступа.

Поддержка целостности данных

Термин целостность используется для описания корректности и непротиворечивости хранимых в БД данных. Реализация поддержки целостности данных предполагает, что СУБД должна содержать сведения о тех правилах, которые нельзя нарушать при работе с данными, и обладать инструментами контроля за тем, чтобы данные и их изменения соответствовали заданным правилам.

Каждая ИС в зависимости от ее назначения имеет дело с той или иной частью реального мира, которую принято называть предметной областью (ПрО) системы. Выявление ПрО — это необходимый начальный этап разработки любой ИС, здесь определяются те данные, которые будут хранится в соответствующей БД. 

Отдельные программы или комплекс программ, реализующие автоматизацию решения прикладных задач обработки данных, называются приложениями. Приложения, созданные средствами СУБД, относят к приложениям СУБД. Приложения, созданные вне среды СУБД с помощью систем программирования, использующих средства доступа к БД, к примеру, Delphi или Visual Studio, называют внешними приложениями.

Жизненный цикл БД

Как и любой программный продукт, база данных обладает собственным жизненным циклом (ЖЦБД). ЖЦБД включает в себя следующие основные этапы:

1. планирование разработки базы данных;

2. определение требований к системе;

3. сбор и анализ требований пользователей;

4. проектирование базы данных: ƒ

                                  концептуальное проектирование базы данных; ƒ

                                  логическое проектирование базы данных; ƒ

                                  физическое проектирование базы данных;

5.разработка приложений:

                                  проектирование транзакций; ƒ

                                  проектирование пользовательского интерфейса;

6. реализация;

7. загрузка данных;

8. тестирование;

9. эксплуатация и сопровождение:

                                  анализ функционирования и поддержка исходного варианта БД; ƒ

                                  адаптация, модернизация и поддержка переработанных вариантов.

Этап проектирования БД

Полный цикл разработки базы данных включает концептуальное, логическое и физическое ее проектирование.

1 – концептуальное проектирование (концептуальный уровень, концептуальная модель БД) – общее представление о сущностях предметной области и связях, т.е. разрабатывается модель данных, которая содержит несколько высокоуровневых сущностей и связей, затем продолжается уточнений сущностей, связей и относящихся к ним атрибутов.

Такой подход называется нисходящим проектированием (сверху-вниз).  А модель называется "сущность — связь" (Entity-Relationship model — ER-модель), предложенная Питером Ченом. (Peter Chen) — американский ученый в области информатики, предложивший в 1976 году ER-модель данных.

В построении концептуальной модели данных выделяют ряд этапов. ƒ

· Выделение сущностей, описывающих локальную предметную область проектируемой БД, и описание атрибутов, составляющих структуру каждой сущности. ƒ

· Выделение ключевых атрибутов. ƒ

· Установление связей между сущностями.

· Удаление избыточных связей. ƒ

· Анализ и добавление неключевых атрибутов. ƒ

Существуют разные нотации ER-модели.

Практика 3.1

Созданная концептуальная модель данных предприятия является источником информации для логического проектирования базы данных.

2 – логический

На этапе логического проектирования разрабатывается логическая структура БД, которая опирается на определенную модель БД (сетевая, иерархическая и реляционная).

Для реляционной модели существуют формальные правила, которые позволяют преобразовать ER-диаграмму в схему реляционной БД. Кроме получения схемы БД в целом на этом этапе выполняют нормализацию отношений.

3 – физический уровень БД непосредственно спроектированная в некой СУБД.