Создание базы данных
Жизненный цикл БД состоит из шести этапов:
Предварительное планирование.
Проверка осуществимости.
Определение требований.
Концептуальное проектирование.
Реализация.
Оценка работы и поддержка базы данных.
На этапе предварительного планирования определяются требования к системе. Информация документируется в виде обобщенной концептуальной модели данных.
Проверка осуществимости включает подготовку отчетов по следующим вопросам:
Существует ли технология (оборудование и программное обеспечение, необходимые для работы базы данных, или средства для их приобретения), необходимая для реализации запланированной БД?
Располагает ли предприятие персоналом, средствами и экспертами, необходимыми для успешного осуществления плана создания БД?
Окупится ли запланированная система? Определяются: сроки окупаемости; целесообразность совместного использования данных различными отделами; оценка рисков, связанных с реализацией баз данных; выгоды от создаваемых приложений; оценка роли системы в реализации долговременных планов предприятия.
Определение требований включает выбор целей базы данных, определение информационных потребностей различных отделов и руководителей предприятия и требований к оборудованию и программному обеспечению.
Концептуальное проектирование включает создание концептуальной схемы базы данных. На этом этапе создаются модели пользовательских представлений данных, после чего они интегрируются в концептуальную модель, фиксирующую все элементы данных, которые будет содержать база данных.
Реализация включает в себя шаги, которые необходимо выполнить для превращения концептуальной модели в функционирующую базу данных. В процессе реализации базы данных выбирается и приобретается СУБД. Далее подробная концептуальная модель превращается в проект реализации базы данных, создается словарь данных, база данных наполняется данными, создаются прикладные программы и обучаются пользователи.
Оценка и усовершенствование базы данных. На этом этапе выполняется опрос пользователей с целью выяснения неучтенных информационных потребностей пользователей. При необходимости вносятся изменения в базу данных, добавляются новые программы.
Основы концептуального проектирования баз данных
В этом разделе рассматриваются основные приемы концептуального моделирования данных для фиксации данных и отношений между ними на основе пользовательских запросов и существующих отчетов (входных и выходных документов).
База данных воплощает модель предметной области. СУБД управляет базой данных, позволяя каждому пользователю записывать, извлекать и обрабатывать данные, составляющие модель предметной области. Манипулируя данными различным образом, пользователи могут извлекать из них информацию, необходимую для успешной работы предприятия. Таким образом, модели являются мощным средством, помогающим избавиться от несущественных деталей и понять реальные требования конкретных пользователей.
Объекты и отношения
Главными элементами концептуальной модели данных являются объекты и отношения. Объекты часто представляют в виде существительных, а отношения – в виде глаголов.
Объекты представляют собой вещи, которые пользователи считают важными в моделируемой предметной области. Примерами объектов могут быть люди, автомобили, дома, книги. Это конкретные объекты. Примерами концептуальных объектов могут служить компании, навыки, деловые операции, штатное расписание.
В дальнейшем для обозначения множества вещей одного типа будем пользоваться термином объектное множество, а конкретный элемент объектного множества будем называть объект-элемент.
Объектные множества делятся на лексические и абстрактные.
Лексическое объектное множество – объектное множество, состоящее из элементов, которые можно напечатать. Например, ИМЯ, ДАТА, КОЛИЧЕСТВО.
Абстрактное объектное множество состоит из элементов, которые нельзя напечатать. Например, ЧЕЛОВЕК является абстрактным объектным множеством.
В компьютерной реализации концептуальной модели элементы лексических объектов будут представлены в виде строк символов. Элементы абстрактных объектов будут представлены внутренними номерами, не имеющими смысла вне системы. Внутренний номер иногда называют «идентификатор объекта» или суррогатным ключом, так как он представляет и однозначно определяет абстрактный объект-элемент реального мира.
Например, некто Иван Сидоров является элементом объектного множества ЧЕЛОВЕК. В компьютерной реализации этого объектного множества он будет обозначаться некоторым суррогатным ключом (например, «12345678»). Его имя, номер страхового свидетельства, дата рождения, рост, вес и другая информация будет записана в виде лексических данных и связана в базе данных с суррогатным ключом, представляющим ее. Пользователи будут видеть только эти лексические данные, а система будет пользоваться суррогатным ключом во всех возможных многочисленных отношениях в базе данных.
Использование лексических объектов в качестве ключевых часто приводит к серьезным проблемам при работе с базой данных. Например, конкретного человека однозначно идентифицирует номер страхового свидетельства. Если при вводе этого номера была допущена ошибка, то его необходимо исправить. На значение номера страхового свидетельства в базе данных могут иметь место многочисленные ссылки. При некорректном внесении изменений в базу данных в этом случае может быть нарушена целостность данных. Суррогатные ключи позволяют избежать этой проблемы, поскольку они определяются системой и не имеют смысла вне ее.
Некоторые объектные множества содержатся внутри других объектных множеств. Например, МУЖЧИНА содержится внутри множества ЧЕЛОВЕК. Это означает, что каждый мужчина является также человеком. Аналогично, множество ЖЕНЩИНА содержится внутри множества ЧЕЛОВЕК. Альтернативные варианты графического изображения конкретизации/обобщения представлены на рис. 2.
Рис. 2. Альтернативные варианты представления конкретизации и обобщения.
Два объектных множества могут быть связаны между собой отношением. Рассмотрим объектные множества ЖЕНАТЫЙ МУЖЧИНА и ЗАМУЖНЯЯ ЖЕНЩИНА. Между этими множествами можно определить отношение СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С, сопоставив каждому женатому мужчине его жену (или наоборот, каждой женщине – ее мужа). Отношение СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С составлено из множества женатых пар, в каждой из которых мужчина – из объектного множества ЖЕНАТЫЙ МУЖЧИНА, а женщина – из объектного множества ЗАМУЖНЯЯ ЖЕНЩИНА. Графически представляем отношение между двумя объектными множествами в виде соединяющего их отрезка, дополненного ромбом (рис. 3).
Рис. 3. Пример отношения СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С.
Отношение само по себе является объектным множеством, состоящим из пар объектов-элементов, взятых из двух множеств, которые соединяет отношение. Другими словами, каждый элемент отношения – это пара элементов из двух объектных множеств.
Отношение, рассматриваемое как объектное множество, называется составным объектным множеством.
Составным объектным множествам можно давать имена и включать их в отношения, как и обычные объектные множества. На рис. 4 составное множество отношения СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С называется СЕМЕЙНАЯ-ПАРА и участвует в нескольких отношениях. Отношение ПРОЖИВАЮТ связывает пару с их адресом, а отношение ЗАРАБАТЫВАЮТ связывает их с общим совокупным доходом.
Мощность отношения – максимальное количество элементов одного объектного множества, связанных с одним элементом другого объектного множества.
Некоторые отношения не имеют конкретного значения максимальной мощности. В этом случае мощность отношения будем обозначать звездочкой. Примеры отношений различной мощности приведены на рис. 5.
Отношение, максимальная мощность которого в обоих направлениях равна одному, называется отношением один-к-одному.
Отношение, максимальная мощность которого равна одному в одном направлении и многим в обратном, называется отношением один-ко-многим.
Отношение, максимальная мощность которого равна многим в обоих направлениях, называется отношением много-ко-многим.
Рис. 4. Составное объектное множество СЕМЕЙНАЯ-ПАРА.
Рис. 5. Примеры отношений один-к-одному, один-ко-многим и много-ко-многим.