19. Концептуальное моделирование баз данных. Модель "сущность-связь" и ее применение.

Концептуальное моделирование базы данных - процесс создания модели используемой на предприятии информации, не зависящей от любых физических аспектов ее представления.

Первый этап процесса проектирования базы данных называется концептуальным проектированием базы данных. Он заключается в создании концептуальной модели данных для анализируемой части предприятия. Эта модель данных создается на основе информации, записанной в спецификациях требований пользователей. Концептуальное проектирование базы данных абсолютно не зависит от таких подробностей ее реализации, как тип выбранной целевой СУБД, набор создаваемых прикладных программ, используемые языки программирования, тип выбранной вычислительной платформы, а также от любых других особенностей физической реализации.

При разработке концептуальная модель данных постоянно подвергается тестированию и проверке на соответствие требованиям пользователей. Созданная концептуальная модель данных предприятия является источником информации для этапа логического проектирования базы данных.

Одним из средств формализованного представления предметной области является модель «сущность-связь» (ERM – Entity-Relationship Model), предложенная Питером Ченом в 1976 г. Моделирование предметной области базируется на использовании ER-диаграмм, причем существует большое число нотаций и методик их построения. Базовыми понятиями модели являются сущность, связь и атрибут.

Сущность (Entity) – реальный или абстрактный объект, имеющий существенное значение для предметной области. Сущность должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном числе (рис. 18). Примерами могут быть такие классы объектов, как Поставщик, Сотрудник, Заказ.

Неформальный способ идентификации сущностей – это поиск абстракций, описывающих объекты, процессы, роли и другие понятия. Формальный способ идентификации сущностей – анализ текстовых описаний предметной области, выделение имен существительных и выбор их в качестве абстракций.

Экземпляр сущности – это конкретный представитель данной сущности. Например, экземпляром сущности Сотрудник может быть сотрудник Иванов.

Каждая сущность должна обладать следующими свойствами:

• иметь уникальное имя;

• обладать одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;

• обладать одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности.

Атрибут (Attribute) – характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Сущность Сотрудник может иметь атрибуты: Табельный номер, Фамилия, Имя, Отчество, Должность. Атрибуты изображаются в пределах прямоугольника, определяющего сущность.

Существуют следующие виды атрибутов:

• простой – состоит из одного элемента данных;

• составной – состоит из нескольких элементов данных;

• однозначный – содержит одно значение для одной сущности;

• многозначный – содержит несколько значений для одной сущности;

• необязательный – может иметь пустое (неопределенное) значение;

• производный – значение, производное от значения другого атрибута.

Уникальным идентификатором (Ключ сущности) называется набор атрибутов, значения которых в совокупности являются уникальными для каждого экземпляра сущности. Удаление любого атрибута из идентификатора нарушает его уникальность. Уникальные идентификаторы изображаются на диаграмме подчеркиванием.

Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями. Связь (Relationship) – поименованная ассоциация между сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Степенью связи называется количество сущностей, участвующих в связи. Связь степени 2 называется бинарной, степени N – N-арной. Связь, в которой одна сущность участвует в разных ролях, называется рекурсивной (унарной). Один из вариантов графического изображения связи показан на рис

Пары чисел на диаграмме отражают две важные характеристики связи – класс принадлежности (первое число) и мощность связи (второе число).

Класс принадлежности характеризует обязательность участия экземпляра сущности в связи. Может принимать значение 0 (необязательное участие – экземпляр сущности может быть связан с одним, несколькими или ни с одним экземпляром другой сущности) или 1 (обязательное участие – экземпляр сущности должен быть связан не менее чем с одним экземпляром другой сущности). Классы принадлежности на рис. 21 означают: в каждом отделе работает хотя бы один сотрудник, некоторые сотрудники могут не работать в отделах (работают в цехах).

Мощность связи – число экземпляров сущности, участвующих в связи. Мощность связи может быть равна 1, N или конкретному числу. Мощности связи на рис. 21 означают: каждый сотрудник может работать не более чем в одном отделе, а в каждом отделе может работать любое число сотрудников.

В зависимости от значения мощности связь может иметь один из трех типов:

• один-к-одному (обозначается 1:1)

• один-ко-многим (обозначается 1:N)

• многие-ко-многим (обозначается M:N)