Моделирование баз данных. Учебное пособие

4

ВВЕДЕНИЕ

Деятельность многих людей всё больше зависит от их информативности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Возрастание объема информации стало заметно в середине ХХ века: увеличился рост числа документов, отчетов, профессиональных периодических изданий. Это породило парадоксальную ситуацию: в мире накоплен громадный потенциал знаний, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме из-за ограниченности своих возможностей.

Внедрение новых информационных технологий, обеспечивающих оперативное понимание информации и ее накопление, позволяет эффективнее обрабатывать полученные данные во многих сферах человеческой деятельности.

Формами организации информации являются: файлы, базы данных, базы знаний, базы пространственных данных для использования в географических информационных системах, распределенные базы данных [2].

Недостатками файловых систем являются слабые возможности управления данными, большие трудозатраты программистов, дублирование разработок. Преимуществами баз данных являются возможность интегрированного хранения данных и метаданных, поддержка целостности базы данных, одновременный доступ к данным нескольких пользователей, простота подготовки запросов и отчетов.

База данных представляет собой совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, которые относятся к определенной части реального мира, представляющей интерес для конкретного исследования [1].

Базы данных занимают лидирующее положение в области информационных технологий, так как обеспечивают новые гибкие подходы к управлению большими объемами данных. Современные системы управления базами данных обладают следующими средствами [2]:

представлением сложных структур информации, когда объектом хранения являются не только данные, но описания структур данных;

сокращением дублирования информации;

независимостью прикладных программ от изменений описаний данных

инаоборот;

сокращением затрат на обслуживание базы данных;

5

интеграцией данных (множество пользователей, прикладных программ, типов данных).

За последние 30 лет в области теории систем баз данных была проведен ряд исключительно продуктивных исследований. Полученные результаты вполне можно считать наиболее важным достижением информационных технологий за этот период. Базы данных стали основой информационных систем и в корне изменили методы работы многих организаций. В частности, в последние годы развитие технологии баз данных привело к созданию весьма мощных и удобных в эксплуатации систем, благодаря этому системы баз данных стали доступными широкому кругу пользователей [5].

Однако кажущаяся простота таких систем способствовала тому, что пользователи стали самостоятельно создавать базы данных и приложения, не имея достаточных знаний о методах моделирования эффективно работающих систем, что часто приводило к непроизводительным затратам ресурсов и некачественным результатам. Вызванная этим неудовлетворенность пользователей стала причиной возникновения известного «кризиса программного обеспечения», или так называемой «депрессии программного обеспечения», последствия которой не устранены и поныне [5].

Настоящее учебное пособие предназначено для выработки у студентов практических навыков моделирования баз данных.

Цель учебного пособия – изучить теоретические основы модели «сущ- ность-связь» и правила моделирования баз данных.

Учебное пособие состоит из двух глав. В первой главе пособия рассматриваются теоретические основы моделирования баз данных. Рассмотрены понятие модели данных, стадии моделирования информационных систем, элементы инфологического моделирования. Подробно рассмотрены основные понятия модели «сущность-связь» и алгоритмы ее усовершенствования, которые позволяют создавать намного более качественные модели данных с использованием подклассов. Рассмотренная модель имеет практическое применение и апробирована на конкретном примере базы данных.

Во второй главе учебного пособия приводится описание основных элементов реляционной модели данных, которая является основой современных систем управления данными. Рассмотрены методы преобразования разработанной модели «сущность-связь» в реляционную модель и улучшение полученной модели с помощью проверки функциональных зависимостей объектов.

6

Важность организации информации в виде баз данных постоянно возрастает. Многочисленная литература по системам управления базами данных конкретизирована вплоть до кнопок, но при этом моделированию как начальному этапу проектирования баз данных уделяется мало внимания. Неправильно разработанная модель может привести в дальнейшем к снижению скорости и увеличению сложности алгоритмов обработки информации, поэтому моделирование является главным этапом создания информационных систем.

7

ГЛАВА 1. ПРОЕКТРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ

Процесс проектирования базы данных начинается с анализа предметной области, т.е. информации, которая должна быть представлена в базе данных и взаимосвязей между элементами этой информации. Далее разрабатывается ее структура средствами различных языков с последующим преобразованием схемы в форму, которая может быть воспринята системой управления базами данных.

Предметная область имеет сложную структуру и неупорядочена. Ведь если бы она была простой и упорядоченной, то не понадобились бы базы данных. Но для успешной реализации проекта необходимо ограничить проектируемую систему определенными рамками, в которые будет входить определенная совокупность объектов и связей между ними. Только после этого можно правильно оценить масштабы проектируемой системы.

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру, т.е. представлены некоторой моделью, поддерживаемой системой управления базами данных.

Под термином «модель данных» понимают концептуальное описание предметной области. Она включает определения сущностей, их атрибутов и определяемые для сущностей ограничения. Модель данных не содержит ссылок

иуказаний на физическую модель самой системы [7].

Вданном пособии рассмотрены модель «сущность-связь» и практическое применение этой модели для проектирования реляционных баз данных.

Реляционной называется база данных, которая обеспечивает надежную защиту данных от случайных потерь или изменений, экономно использует ре-

сурсы (как людские, так и технические) и снабжена механизмами поиска информации, удовлетворяющими разумным требованиям к производительности [7].

Проектирование баз данных состоит из трех стадий: инфологической, датологической и физической (рис. 1) [5].

8

модели зависит от используемой системы управления базами данных, поэтому в данной работе она не рассматривается.

Для инфологического моделирования существуют специальные графические языки диаграмм, а также средства компьютерного построения и анализа этих диаграмм. Наиболее распространенным является язык диаграмм «сущ- ность-связь» (entity-relationship, ER), диалекты которого реализованы, в частно-

сти, в CASE-средствах ERwin и Oracle Designer/2000.

1.1. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ

Инфологическая модель выполняется с использованием специальных искусственно формализованных языковых средств. Основное требование к инфологическому моделированию – это адекватное отражение предметной области. Дополнительные требования связаны с обеспечением возможности композиции и декомпозиции модели.

Инфологическая модель включает ряд компонентов (рис. 2). К ним относятся [6]:

информационные потребности пользователя, которые представляют собой сохраняемую и получаемую информацию на основе исходных данных;

алгоритмические зависимости показателей, служащие исходными для вычисления других показателей;

описание объектов и связей с помощью ER-модели;

лингвистические отношения, представляющие собой описания и согласование одних и тех же данных на разных этапах моделирования;

ограничения целостности, которые представляют собой утверждения о допустимых значениях отдельных информационных единиц и связях между ними.

10