Глава 2 проектирование баз данных

Существуют несколько уровней абстракции структуры БД. Каждому уровню абстракции соответствует своя модель данных. Разделение моделей на ряд уровней обеспечивает ту или иную степень независимости прикладных программ от данных. Различают следующие уровни представления данных: "Внешняя модель -концептуальная модель - внутренняя модель - физическая база данных". Каждому уровню реализации соответствуют элементарные базисные конструкции:

Внешнее представление: объект, свойство, отношение.

Концептуальный уровень: сущность, атрибут, связи.

Логический уровень : записи, элементы данных, связи между записями .

Физическое представление: блоки, указатели, данные переполнения .

При проектировании базы данных различают этап инфологического проекти-

рования и этап даталогического проектирования (рис.2.1) .

8

2.1. Этапы проектирования базы данных

О

Информационные потреб-

ности пользователей

Восприятие, абстрагирование,

изучение и описание ПО

Изучение и описание информационных потребностей пользователей

Проектирование концептуальной инфологической модели и внешних инфологических моделей ПО

Инфологическое

проектирование

Выбор СУБД

Проектирование концептуальной даталогической

модели и внешних даталогических моделей

(логическое проектирование)

Проектирование внутренней даталогической

модели(физическое проектирование)

Даталогическое

проектирование

Рис.2.1. Основные этапы проектирования БД

На этапе инфологического проектирования создается инфологическая модель (ИЛМ) предметной области. Под ИЛМ понимается описание ПО, вы-полненное с использованием специальных языковых средств, не зависящих от используемых в дальнейшем программных средств. Основное требование - это адекватное отображение ПО.

На инфологическом этапе определяются объекты, их свойства и связи. Изучается ПО, накапливаются знания о ней. Производится неформализованное описание ПО с использованием естественного языка, математических формул, диаграмм связей и т. д. Затем компонуется инфологическая модель, основное значение при этом имеют потребности пользователей (их запросы). Каждый запрос соотносится с определенным фрагментом ПО.

На этапе даталогического проектирования создается даталогическая модель (ДЛМ) предметной области. ДЛМ является моделью логического уровня и представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию и среде хранения. Эта модель строится в терминах конкретной СУБД, в среде которой проектируется БД. Описание логической структуры БД на языке СУБД называется схемой.

Физическая модель БД определяет используемые запоминающие устройства, способы физической организации данных в среде хранения. Описание физической структуры БД называется схемой хранения. Сюда относят: выбор типа носителя, способы организации данных, методы доступа,

9

определение размера физического блока, управление размещением данных на внешнем носителе, управление свободной памятью и т. д.

Внешняя модель. Описание структуры БД с точки зрения конкретного пользователя называется внешней моделью (или подсхемой).

На инфологическом этапе производится построение модели типа

"Объект Свойство Отношение".

Для описания ИЛМ используются как языки аналитического (описатель-ного) типа, так и графические средства, которые являются наиболее наглядными.

В ПО, в процессе ее обследования, выделяют классы объектов. Классом объектов называют совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств. Например, ПО - ВУЗ, в ней можно выделить классы объектов:

УЧАЩИЕСЯ, ПРЕПОДАВАТЕЛИ, АУДИТОРИИ и т. д. Каждый объект представляется своим идентификатором, а также определенным набором свойств. Например, для объекта класса "СТУДЕНТ", таким набором свойств, описывающих объекты класса, может быть "ГОД РОЖДЕНИЯ", "ПОЛ" и др. Для построения графических моделей используют следующиеобозначения

На рис. 2.2 представлена графическая модель предметной области "ЛИЧНОСТЬ"

Рис. 2.2. Графическая модель представления ПО "ЛИЧНОСТЬ"

Так как сотрудник может знать несколько иностранных языков, то такое свойство называется множественным (используется 2 стрелки). Постоянные свойства (статические) обозначаются S. Изменяемые свойства (динамические) обозначаются D.

Кроме связи между объектом и его свойствами существуют связи между объектами разных классов. Различают связи типа "один к одному" (1:1), "один ко многим" (1:М), "многие к одному" (М:1), "многие ко многим" (M:N). Эти связи иногда называют степенью связи.

ИЛМ строится не для отдельного объекта, она отображает классы объектов и связи между ними. Соответствующая диаграмма называется диаграммой

10

ER – типа (Entity – сущность, Relationship – связь). Различают типы объектов (набор однородных объектов) и экземпляры (конкретный объект).

Предположим, что сотрудники некоторого учреждения знают иностранный язык (ИЯ), но только по одному. Конечно, многие сотрудники владеют одним и тем же ИЯ. Тогда отношение между объектами будет иметь вид, представленный на рис.2.3.

Личность

Иностранный язык

Личность Иностранный язык

Л1 Я1

Л2 Я2

Л3 Я3

Рис.2.3. Связь типа М:1

Eсли сотрудники могут владеть несколькими ИЯ, то связь будет M:N (рис.2.4).

Личность

Иностранный язык

Рис.2.4. Связь типа M:N

Объеденение объектов. Объекты бывают простые и сложные. Объект простой, если он неделимый и сложный, если представляет объединение других объектов, простых или сложных. Выделяют несколько разновидностей слож ных объектов: составные, обобщенные, агрегированные.

Составной объект соответствует отображению “целое – часть”. Например: “узлы – детали”, “класс – ученики”. Связи здесь следующие: “узлы – детали” связаны отношением M:N, а “класс – ученики” – 1:M.

Обобщенный объект отображает связи “род – вид” , например рис.2.5.

обобщение Студент

УЧАЩИЕСЯ Школьник

Аспирант

Рис.2.5.Обобщенный объект

Объекты, составляющие обобщенный объект, называются его категориями. Пример обобщенного объекта ЛИЧНОСТЬ для вуза представлен на рис. 2.6.

Агрегированные объекты соответствуют обычно какому – либо процессу, в который оказываются вовлечены другие объекты. Например, “ПОСТАВКА” объединяет в себе объекты “ПОСТАВЩИК”, который поставляет продукцию, “ПОТРЕБИТЕЛЬ”, который получает эту продукцию (рис.2.7).

Даталогическим проектированием называют проектирование логической структуры БД в среде конкретной СУБД. На даталогическом этапе произво -

дится построение модели типа “сущность – атрибуты – связь”

11

Рис. 2.6. Инфологическая модель объекта “ЛИЧНОСТЬ”

Поставщик

Получатель

Продукция

Дата

Рис. 2.7. Агрегированная модель объекта “ПОСТАВКА”

При этом используются три основных конструктивных элемента – “сущ-ность”, “атрибут”, ”связь”, что соответствует терминам “объект”, ”свойство”, “связь” инфологического этапа. Информация представляется в виде графических диаграмм. Сущность - это собирательное понятие некоторого объекта, процесса или явления. Сущностью может быть: предприятие, изделие, сотрудники. В моделях ПО каждая рассматриваемая конкретная сущность является узловой точкой сбора информации. В модели используется понятие "экземпляр сущности".

Тип сущности определяет набор однородных объектов , а экземпляр сущности – конкретный объект в наборе.

Атрибут - это поименованная характеристика сущности, которая прини-мает значения из некоторого множества значении. Например, для описания

12

свойств сущности ГРУППА можно использовать атрибуты НОМЕР_ГРУППЫ,

КОЛИЧЕСТВО_СТУДЕНТОВ, СТАРОСТА.

Основное назначение атрибута - описание свойства сущности и идентификация экземпляров сущностей. Например, НОМЕР_ЗАЧЕТНОЙ-КНИЖКИ позволяет однозначно идентифицировать экземпляр сущности СТУДЕНТ.

Связи возникают в модели в качестве средства, с помощью которого представляются отношения между сущностями, имеющими место в ПО. Наиболее часто встречаются бинарные связи типа 1:1 (связь "один к одному"). С помощью отображения 1:1 определяют такой тип связи между типами сущностей А и В, когда каждому экземпляру сущности А соответствует один и только один экземпляр сущности В , и наоборот. Связь типа 1 : М ("один ко многим") возникает тогда, когда одному экземпляру сущности А может соответствовать несколько экземпляров сущности В, однако каждому экземпляру сущности В соответствует лишь один экземпляр сущности А. ОтображениеM:N ("многие ко многим") существует тогда, когда каждому экземпляру сущности А может соответствовать несколько экземпляров сущности В, и наоборот. Например

СТУДЕНТ ДИСЦИПЛИНА

Информацию о модели оформляют составлением спецификаций по сущ-ностям, атрибутам и отношениям с использованием графических диаграмм. При этом вводят следующие обозначения: типы сущностей - прямоугольником, атрибуты - овалами, связи (отношения) - ромбами (рис.2.8).

СЛУЖАЩИЙ

ОТДЕЛ

Рис.2.8. Пример графической модели