Лабораторная работа №6 Проектирование реляционных баз данных на основе метода er-диаграмм
Цель работы: Изучить технологию автоматизированного проектирования реляционной базы данных с помощью визуального редактора Azzurri Clay.
Задание на лабораторную работу: Изучить особенности процесса моделирования в Azzurri Clay. Создать логическую и физическую модели базы данных, сгенерировать схему базы данных.
6.1 Краткие теоретические сведения
Под проектированием базы данных (БД) следует понимать процесс создания схемы базы данных и определения необходимых ограничений целостности. Весь процесс проектирования можно разделить на 3 этапа:
концептуальное (инфологическое) проектирование;
логическое проектирование;
физическое проектирование.
Концептуальное проектирование – это построение семантической модели предметной области (ПрО), то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель отображает реальный мир в некоторые понятные человеку концепции, полностью независимые от параметров среды хранения данных, т.е. без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами.
Чаще всего концептуальная модель БД включает в себя:
описание информационных объектов, или понятий ПрО и связей между ними;
описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.
На сегодняшний день существует множество подходов к построению таких моделей: графовые модели, семантические сети, модель "сущность-связь" и т.д. Наиболее популярной из них является модель "сущность-связь".
Логическое (даталогическое) проектирование – создание схемы БД на основе конкретной модели данных, например, иерархической, реляционной, объектной и т.д. Для реляционной модели данных логическая модель представляет собой набор отношений обычно с указанием первичных ключей, а также «связей» между отношениями, представляющих собой внешние ключи.
Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам. На этапе логического проектирования учитывается специфика конкретной модели данных, но может не учитываться специфика конкретной СУБД.
Физическое проектирование – создание схемы БД для конкретной СУБД. Специфика конкретной СУБД может включать в себя ограничения на именование объектов БД, ограничения на поддерживаемые типы данных и т.п. Кроме того, специфика конкретной СУБД при физическом проектировании включает выбор решений, связанных с физической средой хранения данных (выбор методов управления дисковой памятью, разделение БД по файлам и устройствам, методов доступа к данным), создание индексов и т.д.
6.1.1 Концептуальная модель «сущность-связь»
Модель «сущность-связь» (англ. Entity-Relationship model), или ER-модель, предложенная П. Ченом в 1976 г., является наиболее известным представителем класса концептуальных (семантических, инфологических) моделей предметной области. ER-модель обычно представляется в графической форме, с использованием оригинальной нотации П. Чена, называемой ER-диаграмма.
Основные преимущества ER-моделей:
наглядность;
модели позволяют проектировать базы данных с большим количеством объектов и атрибутов;
ER-модели реализованы во многих системах автоматизированного проектирования БД.
Основными элементами ER-модели являются:
объекты (сущности);
атрибуты объектов;
связи между объектами.
Сущность – это реальный или представляемый объект, информация о котором должна сохраняться и быть доступной. В диаграммах ER-модели сущность представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности. При этом имя сущности – это имя типа, а не некоторого конкретного экземпляра этого типа. Для большей выразительности и лучшего понимания имя сущности может сопровождаться примерами конкретных экземпляров этого типа (рисунок 6.1).
Город
например, Киев, Харьков
Рисунок 6.1 – Пример типа сущности
На рисунке 6.1 изображена сущность ГОРОД с примерными экземплярами «Киев» и «Харьков». Эта примитивная диаграмма несет важную информацию. Она показывает, что в БД будут содержаться однотипные структуры данных (экземпляры сущности), описывающие города.
При определении типа сущности необходимо гарантировать, что каждый экземпляр сущности может быть отличим от любого другого экземпляра той же сущности. Это требование в некотором роде аналогично требованию отсутствия кортежей-дубликатов в реляционных таблицах.
Связь – это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя типами сущностей. Как и сущность, связь – это типовое понятие, все экземпляры обоих связываемых типов сущностей подчиняются устанавливаемым правилам связывания. Поэтому правильнее говорить о типе связи, устанавливаемой между типами сущности, и об экземплярах типа связи, устанавливаемых между экземплярами типа сущности. В рассматриваемом варианте ER-модели эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя разными типами сущностей или между типом сущности и им же самим (рекурсивная связь). В любой связи выделяются два конца (в соответствии с существующей парой связываемых сущностей), на каждом из которых указываются имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данного типа сущности должно присутствовать в каждом экземпляре данного типа связи), обязательность связи (т. е. любой ли экземпляр данного типа сущности должен участвовать в некотором экземпляре данного типа связи).
Связь представляется в виде ненаправленной линии, соединяющей две сущности или ведущей от сущности к ней же самой. При этом в месте «стыковки» связи с сущностью используются:
трехточечный вход в прямоугольник сущности, если для этой сущности в связи могут (или должны) использоваться много (many) экземпляров сущности ;
одноточечный вход, если в связи может (или должен) участвовать только один (one) экземпляр сущности.
Связь между сущностями ГРУППА и СТУДЕНТ, показанная на рисунке 6.2, связывает студентов и группы. Конец связи с именем «учится в» позволяет связывать с одной группой более одного студента, причем каждый студент должен быть связан с какой-либо группой. Конец связи с именем «состоит из» показывает, что каждый студент может принадлежать только одной группе, причем группа должна состоять из студентов.
Рисунок 6.2 – Пример типа связи
Лаконичная устная трактовка изображенной диаграммы состоит в следующем:
каждый СТУДЕНТ учится только в одной ГРУППЕ;
каждая ГРУППА состоит из одного или более СТУДЕНТОВ.
Атрибутом сущности является любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики или выражения состояния сущности. Имена атрибутов заносятся в прямоугольник, изображающий сущность, под именем сущности и изображаются малыми буквами, возможно, с примерами.
Пример типа сущности СТУДЕНТ с указанными атрибутами показан на рисунке 6.3. С технической точки зрения атрибуты типа сущности в ER-модели похожи на атрибуты отношения в реляционной модели данных. И в том, и в другом случаях введение именованных атрибутов вводит некоторую типовую структуру данных, имя которой совпадает с именем типа сущности в случае ER-модели или с именем переменной отношения в случае реляционной модели. Этой типовой структуре должны следовать все экземпляры типа сущности или все кортежи отношения.