Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование моделей данных. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Рязанский государственный радиотехнический университет
им. В.Ф. Уткина
Н.Н. ГРИНЧЕНКО, Н.И. ХИЗРИЕВА, С.Н. БАРАНОВА
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ДАННЫХ
Учебное пособие
Рязань 2022
УДК 004.6
Проектирование моделей данных: учеб. пособие /Н.Н. Гринченко,
Н.И. Хизриева, С.Н. Баранова; Рязан. гос. радиотехн. ун-т. Рязань, 2022. 48
с.
Содержит основные сведения о методах проектирования
реляционных баз данных. Направлено на получение студентами знаний об
основных этапах проектирования и навыков разработки моделей
реляционных баз данных.
Предназначено для бакалавров направлений 02.03.00
«Компьютерные и информационные науки», 09.03.00 «Информатика и
вычислительная техника», 38.03.00 «Экономика и управление» и
студентов специальностей 27.05.01 «Специальные организационнотехнические системы», 09.05.01 «Применение и эксплуатация
автоматизированных систем специального назначения». Может
использоваться также студентами других направлений и специальностей
для изучения основ проектирования реляционных баз данных.
Ил. 45. Библиогр.: 3 назв.
Базы данных, проектирование БД, ER-диаграммы, нормальные
формы, нормализация, сущность, связь
Печатается по решению научно-методического совета Рязанского
государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина.
Рецензенты: кафедра ВПМ Рязанского государственного
радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина (зам. декана ФВТ,
доцент, к.ф-м.н. Бубнов С.А.), заместитель начальника управления
проектной деятельности аппарата Правительства Рязанской области,
доцент, к.т.н Степанов М.А.
© Рязанский государственный
радиотехнический университет
им. В.Ф. Уткина, 2022
ВВЕДЕНИЕ
Данные и методы работы с ними являются ключевыми для
любых систем современного мира. Все функционирующие
информационные системы (ИС) в различных областях деятельности
должны хранить и обрабатывать данные. Для решения таких задач
используют базы данных (БД).
Среди всех типов БД наиболее распространенными являются
реляционные БД. Успешно спроектированная БД позволяет получить
следующие преимущества:
• устранение избыточности данных, что позволяет уменьшить
количество необходимой для хранения памяти;
• поддержка целостности и точности данных;
• обеспечение удобного доступа к данным.
Для проектирования эффективной структуры базы данных
можно выделить основные этапы:
• анализ требований и бизнес-правил;
• анализ связей;
• организацию данных в таблицы;
• указание основных ограничений таблицы;
• нормализацию таблиц.
Ранее наиболее популярным методом проектирования
реляционных БД являлся метод нормальных форм (НФ).
Альтернативой данному методу является ER-метод (Entity-Relation)
или метод «сущность-связь».
В настоящее время в процессе проектирования используются
оба метода: ER-метод – непосредственно для проектирования, а метод
НФ – для проверки правильности результата проектирования.
Учебное пособие рассматривает основные темы, касающиеся
проектирования реляционных БД методами ER-диаграмм и
нормальных форм, и направлено на использование в учебном
процессе.
4
1. Проектирование с помощью ER-метода
Суть метода состоит в построении ER-диаграммы,
отображающей в графической форме основные объекты предметной
области и связи между ними, и в определении характеристик этих
связей. Затем по определенным правилам делается переход от ERдиаграммы к таблицам баз данных (БД). Результатом проектирования
является схема БД.
Определения:
1. Сущность — это объект, информация о котором должна быть
представлена в БД.
2. Экземпляр сущности — информация о конкретном
представителе объекта.
3. Связь — соединение между двумя и более сущностями.
4. Экземпляр связи — информация о конкретной связи между
конкретными представителями объектов.
5. Атрибут — представляет собой свойство сущности.
6. Ключ сущности — множество атрибутов для однозначной
идентификации сущности.
Следует отметить, что в результате проектирования могут быть
получены несколько вариантов одной БД, причем все варианты могут
быть рабочими.
Проектирование РБД с помощью ER-метода включает
следующие этапы:
1. Выделение сущностей и связей.
2. Построение ER-диаграммы классов, включающей все
выделенные сущности и связи. При этом выполняется определение
характеристик связи.
3. Формирование набора предварительных отношений по ER-
диаграмме с указанием предполагаемого ключа для каждого
отношения.
4. Подготовка списка всех представляющих интерес атрибутов,
кроме тех, которые уже представлены в ER-диаграмме классов.
5. Распределение атрибутов из списка, причем каждый атрибут
помещается только в одно из отношений.
6. Проверка отношений с целью выявления тех отношений,
которые не находятся в нормальной форме Бойса - Кодда (БКНФ).
7. Пересмотр ER-диаграммы, который выполняется в
следующих случаях:
• некоторые отношения не находятся в БКНФ;
• некоторым атрибутам не находится логически обоснованных
мест в предварительных отношениях.
5
8. Построение схемы БД.
Этапы 1, 2 относятся к инфологическому проектированию,
этапы 3-8 – к даталогическому проектированию.
В данном учебном пособии будет рассмотрено проектирование
реляционной БД на основе предметной области «Медицинский центр».
2. Краткое описание предметной области
Медицинский центр имеет перечень услуг, которые разделяются
на несколько основных направлений (диагностика, анализы, выдача
справок, лечебные процедуры и тому подобное).
Сотрудники центра занимают должности в соответствии со
своим образованием. Они оказывают услуги, соответствующие их
квалификации, принимают пациентов, ставят диагнозы и ведут
истории болезни. Сотрудники имеют возможность просмотреть список
пациентов, записанных к ним на приём. Врачам различных
направлений необходимо знать о ранее выявленных болезнях и
назначениях по лечению другими специалистами. Сотрудники центра
ведут приём в кабинетах, которые разделяются на приёмные и
процедурные, имеющие специализированное оборудование. Каждый
сотрудник имеет индивидуальный график приёма, в котором указаны
время и кабинет, в котором принимает врач.
Люди, желающие посетить медицинский центр, должны иметь
возможность узнать список услуг, предоставляемых центром, и цену
на них, а также просмотреть график приёма необходимых им
специалистов. Основной возможностью является запись на приём к
врачу онлайн с указанием необходимой услуги. После обследования,
при выявлении какой-либо болезни, пациент может быть записан на
соответствующие лечебные процедуры. При необходимости пациенту
выдаются различные справки, результаты анализов, больничные
листы. Все выявленные болезни и назначения врача хранятся в
истории болезни пациента.
Помимо врачей, ведущих лечебную деятельность, в центре, как
и в любом медицинском учреждении, работает регистратура. Пациент
может не записываться самостоятельно, а прийти в центр и получить
талон в регистратуре, где также может узнать о предоставляемых
услугах и графике работы врачей. Если пациент впервые посещает
центр, он будет добавлен в систему. Работники регистратуры
заполняют график работы для врачей по указанию директора центра.
6
3. Инфологическое проектирование
3.1. Выделение сущностей и связей
Сущность — это множество реальных или абстрактных
предметов, обладающих общими атрибутами или характеристиками.
Перечислим основные правила, связанные с сущностями:
1. Каждая сущность должна иметь уникальное имя, и к одному
и тому же имени должна всегда применяться одна и та же
интерпретация. Одна и та же интерпретация не может применяться к
различным именам, если только они не являются псевдонимами.
2. Сущность обладает одним или несколькими атрибутами,
которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через
отношение.
3. Сущность обладает одним или несколькими атрибутами,
которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности.
4. Каждая сущность может обладать любым количеством
отношений с другими сущностями модели.
5. Если внешний ключ целиком используется в качестве
первичного ключа сущности или его части, то сущность является
зависимой от идентификатора. И наоборот, если используется только
часть внешнего ключа или вообще не используются внешние ключи,
то сущность является независимой от идентификатора.
Выделение сущностей и связей для «Медицинского центра»
В предметной области можно выявить следующие сущности:
1. Пациент (№полиса).
2. Сотрудник (№паспорта).
3. Должность (Должность).
4. Кабинет (№кабинета).
5. Диагноз (Диагноз).
6. Услуги (Услуги).
7. Тип услуги (Тип).
В предметной области можно выявить следующие связи:
1. Сотрудник состоит на Должности.
2. Сотрудник работает по времени в Кабинете.
3. Пациент записывается к Сотруднику на Услугу.
4. Сотрудник ставит Диагноз Пациенту.
5. Услуга назначается в соответствии с Диагнозом.
6. Услуга имеет Тип.
7. Должность является частью Услуги.
7
3.2. Построение ER-диаграмм
Следует отметить, что на данном этапе выделяются только
первичные ключи отношений (выделенные полужирным
начертанием), остальные атрибуты добавляются на следующих этапах.
Связь между сущностями имеет две характеристики [1]:
1. Степень связи:
• тип связи «один-к-одному» (1:1), в котором один экземпляр
одной сущности может быть связан не более чем с одним экземпляром
второй сущности;
• тип связи «один-ко-многим» (1:N), в котором один экземпляр
одной сущности может быть связан с множеством экземпляров второй
сущности;
• тип связи «многие-ко-многим» (N:N), в котором множество
экземпляров одной сущности может быть связано с множеством
экземпляров второй сущности.
2. Класс принадлежности сущности к связи. Может быть:
• обязательным (рисунок 1), тогда каждый экземпляр одной
сущности обязательно связан с экземпляром другой сущности;
Рисунок 1 – Обязательный класс принадлежности
• необязательным (рисунок 2), тогда каждый экземпляр одной
сущности необязательно связан с экземпляром другой сущности.
Рисунок 2 – Необязательный класс принадлежности
Над точкой указывается степень связи.
Построение ER-диаграммы для «Медицинского центра»
На данном этапе для каждой связи, выявленной на предыдущем
этапе проектирования, строят отдельную ER-диаграмму. Такая
диаграмма для отдельной связи называется ER-сегментом. Прежде чем
нарисовать ER-сегмент для связи, нужно записать бизнес-правила,
определяющие каждую из характеристик связи (степень связи, класс
принадлежности сущности к связи). Полная диаграмма для
предметной области включает все отдельные ER-сегменты.
Построение ER-сегментов для связей, выявленных на
предыдущем этапе проектирования:
1. Сотрудник состоит на Должности (рисунок 3).
8
Бизнес-правила для степени связи:
• Сотрудник может состоять только на одной Должности.
• На Должности может состоять несколько Сотрудников.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
• Сотрудник обязательно состоит на Должности.
• На Должности необязательно должен состоять Сотрудник.
Рисунок 3 – ER-сегмент «Сотрудник состоит на Должности»
2. Сотрудник работает по времени в Кабинете (рисунок 4).
Бизнес-правила для степени связи:
• Сотрудник может работать только в одном Кабинете.
• В Кабинете может работать несколько Сотрудников.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
• Сотрудник необязательно работает в Кабинете.
• В кабинете необязательно работают Сотрудники.
Рисунок 4 – ER-сегмент «Сотрудник работает по времени в Кабинете»
3. Пациент записывается к Сотруднику на Услугу (рисунок 5).
Бизнес-правила для степени связи:
1. Пациент записывается к нескольким Сотрудникам на
несколько Услуг.
2. К Сотруднику могут быть записаны несколько Пациентов на
несколько Услуг.
3. На Услугу могут быть записаны несколько Пациентов к
нескольким Сотрудникам.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
1. Пациент необязательно записывается к Сотруднику на
Услугу.
2. К Сотруднику необязательно записаны Пациенты на Услугу.
3. На Услугу необязательно записаны Пациенты к Сотруднику.
9
Рисунок 5 – ER-сегмент «Пациент записывается к Сотруднику
на Услугу»
4. Сотрудник ставит Диагноз Пациенту (рисунок 6).
Бизнес-правила для степени связи:
1. Сотрудник ставит нескольким Пациентам несколько
Диагнозов.
2. Пациенту ставятся несколько Диагнозов несколькими
Сотрудниками.
3. Диагноз ставится несколькими Сотрудниками нескольким
Пациентам.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
1. Сотрудник необязательно ставит Пациенту Диагноз.
2. Пациенту необязательно ставится Диагноз Сотрудником.
3. Диагноз необязательно ставится Сотрудником Пациенту.
Рисунок 6 – ER-сегмент «Сотрудник ставит Диагноз Пациенту»
5. Услуги назначаются в соответствии с Диагнозом (рисунок 7).
Бизнес-правила для степени связи:
1. Услуга может назначаться в соответствии с несколькими
Диагнозами.
2. Диагнозу может назначаться несколько Услуг.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
10
1. Услуга необязательно назначается в соответствии с
Диагнозом.
2. Диагнозу необязательно назначается Услуга.
Рисунок 7 – ER-сегмент «Услуги назначаются в соответствии с
Диагнозом»
6. Услуги имеют Тип (рисунок 8).
Бизнес-правила для степени связи:
1. Услуга может иметь только один Тип.
2. Тип может назначаться нескольким Услугам.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
1. Услуга обязательно имеет Тип.
2. Тип необязательно назначается Услуге.
Рисунок 8 – ER-сегмент «Услуги имеют Тип»
7. Должность является частью Услуги (рисунок 9).
Бизнес-правила для степени связи:
1. Должность может быть частью нескольких Услуг.
2. Частью Услуги может быть несколько Должностей.
Бизнес-правила для класса принадлежности сущности к связи:
1. Должность необязательно является частью Услуги.
2. Частью Услуги необязательно является Должность.
Рисунок 9 – ER-сегмент «Должность является частью Услуги»
Общая ER-диаграмма представлена на рисунке 10.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]