Инфологическое проектирование

Http://rema44.ru/resurs/study/dbprj/dbprj.html

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)

Кафедра вычислительных систем и сетей

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ

Методические указания к курсовому проектированию по курсу "Базы данных"

Составитель: к.т.н. И.П. Карпова

 

СОДЕРЖАНИЕ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Общие положения

1.2. Этапы проектирования базы данных

1.2.1. Инфологическое проектирование

1.2.2. Определение требований к операционной обстановке

1.2.3. Выбор СУБД и других программных средств

1.2.4. Логическое проектирование БД

1.2.5. Физическое проектирование БД

1.3. Особенности проектирования реляционной базы данных

1.3.1. Нормализация отношений

ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ

ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель курсового проектирования – применение на практике знаний, полученных в процессе изучения курса "Технология баз данных", и приобретение практических навыков создания автоматизированных информационных систем (АИС), основанных на базах данных.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Общие положения

Проектирование базы данных (БД) – одна из наиболее сложных и ответственных задач, связанных с созданием информационной системы (ИС).

В результате её решения должны быть определены:

- содержание БД

- эффективный способ организации данных

- инструментальные средства управления данными.

Основная цель проектирования БД - создание проекта, удовлетворяющего следующим требованиям:

1. Корректность схемы БД, т.е. каждому объекту предметной области соответствуют данные в памяти ЭВМ, а каждому процессу – адекватные процедуры обработки данных.
2. Гибкость, т.е. возможность развития и адаптации к изменениям предметной области и/или требований пользователей.
3. Простота и удобство эксплуатации.
4. Защита данных от аппаратных и программных сбоев и несанкционированного доступа.
5. Эффективность функционирования, т.е. соблюдение ограничений на время реакции системы на запрос и обновление данных.
6. Обеспечение ограничений на ресурсы вычислительной системы.

Удовлетворение требований 1–4 обязательно для принятия проекта.

Этапы проектирования базы данных

Процесс проектирования включает в себя следующие этапы:

1. Инфологическое проектирование.
2. Определение требований к операционной обстановке, в которой будет функционировать информационная система.
3. Логическое проектирование БД.
4. Выбор СУБД и других инструментальных программных средств.
5. Физическое проектирование БД.

Инфологический подход не предоставляет формальных способов моделирования реальности, но он закладывает основы методологии проектирования баз данных.

Инфологическое проектирование

Основными задачами инфологического проектирования являются определение предметной области системы и формирование взгляда на предметную область с позиций будущих пользователей БД,

Инфологическая модель базы данных представляет собой описание структуры и динамики предметной области, характера информационных потребностей пользователей в терминах, понятных пользователю и не зависимых от реализации БД.

Рассмотрим основные подходы к созданию инфологической модели предметной области.

Функциональный -реализует принцип "от задач" и применяется тогда, когда известны функции некоторой группы лиц и/или комплекса задач, для обслуживания информационных потребностей которых создаётся рассматриваемая БД.

Предметный -применяется в тех случаях, когда у разработчиков есть чёткое представление о предметной области, о том, какую именно информацию нужно хранить в БД, но не определена (или не полностью определена) структура запросов. Основное внимание уделяется наиболее адекватному отображению предметной области в БД с учётом информационных запросов к ней.

Проектирование с использованием модели "сущность-связь".

Модель "сущность–связь" или ER–модель является комбинацией двух предыдущих подходов и обладает достоинствами обоих.

Этап инфологического проектирования начинается с моделирования предметной области. Проектировщик разбивает её на ряд областей, каждая из которых включает в себя информацию, достаточную для обеспечения запросов отдельной группы будущих пользователей или решения отдельной задачи (подзадачи). Каждое локальное представление моделируется отдельно, затем они объединяются.

Выбор локального представления зависит от предметной области. Обычно она разбивается на локальные области таким образом, чтобы каждая из них соответствовала отдельному внешнему приложению.

Сущность – это объект, о котором в системе будет накапливаться информация. Сущности бывают как физически существующие (например, СОТРУДНИК или АВТОМОБИЛЬ), так и абстрактные (например, ЭКЗАМЕН или ДИАГНОЗ).

Для сущностей различают тип сущности и экземпляр. Тип характеризуется именем и списком свойств, а экземпляр – конкретными значениями свойств.

Типы сущностей можно классифицировать как сильные и слабые. Сильные сущности существуют сами по себе, а существование слабых сущностей зависит от существования сильных. Например, читатель библиотеки – сильная сущность, а абонемент этого читателя – слабая, которая зависит от наличия соответствующего читателя. Слабые сущности называют подчинёнными (дочерними), а сильные – базовыми (основными, родительскими).

Для каждой сущности выбираются свойства (атрибуты). Различают:

1. Идентифицирующие и описательные атрибуты. Идентифицирующие атрибуты имеют уникальное значение для сущностей данного типа и являются потенциальными ключами. Они позволяют однозначно распознавать экземпляры сущности. Из потенциальных ключей выбирается один первичный ключ (ПК). В качестве ПК обычно выбирается потенциальный ключ, по которому чаще происходит обращение к экземплярам записи. Кроме того, ПК должен включать в свой состав минимально необходимое для идентификации количество атрибутов. Остальные атрибуты называются описательными и заключают в себе интересующие свойства сущности.
2. Составные и простые атрибуты. Простой атрибут состоит из одного компонента, его значение неделимо. Составной атрибут является комбинацией нескольких компонентов, возможно, принадлежащих разным типам данных (например, ФИО или адрес). Решение о том, использовать составной атрибут или разбивать его на компоненты, зависит от характера его обработки и формата пользовательского представления этого атрибута.
3. Однозначные и многозначные атрибуты (могут иметь соответственно одно или много значений для каждого экземпляра сущности).
4. Основные и производные атрибуты. Значение основного атрибута не зависит от других атрибутов. Значение производного атрибута вычисляется на основе значений других атрибутов (например, возраст студента вычисляется на основе даты его рождения и текущей даты).

Спецификация атрибута состоит из его названия, указания типа данных и описания ограничений целостности – множества значений (или домена), которые может принимать данный атрибут.

Далее осуществляется спецификация связей внутри локального представления. Связи могут иметь различный содержательный смысл (семантику). Различают связи типа "сущность-сущность", "сущность-атрибут" и "атрибут-атрибут" для отношений между атрибутами, которые характеризуют одну и ту же сущность или одну и ту же связь типа "сущность-сущность".

Каждая связь характеризуется именем, обязательностью, типом и степенью. Различают факультативные и обязательные связи. Если вновь порождённый объект одного типа оказывается по необходимости связанным с объектом другого типа, то между этими типами объектов существует обязательная связь (обозначается двойной линией). Иначе связь является факультативной.

По типу различают множественные связи "один к одному" (1:1), "один ко многим" (1: n) и "многие ко многим" (m: n). ER–диаграмма, содержащая различные типы связей, приведена на рис. 1. Обратите внимание, что обязательные связи на рис. 1 выделены двойной линией.

Рис.1. ER–диаграмма с примерами типов множественных связей

Степень связи определяется количеством сущностей, которые охвачены данной связью. Пример бинарной связи – связь между отделом и сотрудниками, которые в нём работают. Примером тернарной связи является связь типа экзамен между сущностями ДИСЦИПЛИНА, СТУДЕНТ, ПРЕПОДАВАТЕЛЬ. Из последнего примера видно, что связь также может иметь атрибуты (в данном случае это Дата проведения и Оценка). Пример ER–диаграммы с указанием сущностей, их атрибутов и связей приведен на рис. 2.

Рис.2. Пример ER–диаграммы с однозначными и многозначными атрибутами

После того, как созданы локальные представления, выполняется их объединение. При небольшом количестве локальных областей (не более пяти) они объединяются за один шаг. В противном случае обычно выполняют бинарное объединение в несколько этапов.

При объединении проектировщик может формировать конструкции, производные по отношению к тем, которые были использованы в локальных представлениях. Такой подход может преследовать следующие цели:

• объединение в единое целое фрагментарных представлений о различных свойствах одного и того же объекта;
• введение абстрактных понятий, удобных для решения задач системы, установление их связи с конкретными понятиями, использованными в модели;
• образование классов и подклассов подобных объектов (например, класс "изделие" и подклассы типов изделий, производимых на предприятии).

На этапе объединения необходимо выявить и устранить все противоречия. Например, одинаковые названия семантически различных объектов или связей, или несогласованные ограничения целостности на одни и те же атрибуты в разных приложениях. Устранение противоречий вызывает необходимость возврата к этапу моделирования локальных представлений с целью внесения в них соответствующих изменений.

По завершении объединения результаты проектирования являют собой концептуальную инфологическую модель предметной области. Модели локальных представлений – это внешние инфологические модели.