3.1.2. Диаграммы «сущность-связь»: нотация Чена; нотация Баркера; построение модели

Диаграммы «сущность-связь» (ERD) предназначены для разработки моделей данных и обеспечивают стандартный способ определения данных и отношений между ними. С помощью ERD-диаграмм осуществляется детализация хранилищ данных моделируемой и проектируемой системы путем идентификации и документирования объектов (сущностей), важных для предметной области, свойств этих объектов (атрибутов) и их отношений с другими объектами (связей).

Нотация Чена

Нотация ERD-диаграмм была предложена Ченом. Нотация Чена предоставляет богатый набор средств моделирования данных, включая собственно ERD-диаграммы, а также диаграммы атрибутов и диаграммы категоризации. Эти диаграммные техники используются для моделирования и проектирования как реляционных, так и иерархических и сетевых баз данных.

Сущность представляет собой множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, предметов, состояний, идей и т.п.), обладающих общими характеристиками (атрибутами). Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, Город, а не Москва).

Отношение представляет собой связь между двумя и более сущностями. Именование отношения осуществляется с помощью грамматического оборота глагола (Имеет, Определяет, Может владеть и т.п.).

Другими словами, сущности представляют собой базовые типы информации, хранимой в базе данных, а отношения показывают, как эти типы данных взаимоувязаны друг с другом. Введение подобных отношений преследует две основополагающие цели:

• обеспечение хранения информации в единственном месте (даже если она используется в различных комбинациях);

• использование этой информации различными приложениями. Символы ERD-диаграмм, соответствующие сущностям и отношениям, приведены на рис. 3.11.

Рис. 3.11. - Символы ERD-диаграмм в нотации Чена.

Независимая сущность представляет независимые данные, которые всегда присутствуют в системе. При этом отношения с другими сущностями могут как существовать, так и отсутствовать. В свою очередь, зависимая сущность представляет данные, зависящие от других сущностей в системе. Поэтому она должна всегда иметь отношения с другими сущностями. Ассоциированная сущность представляет данные, которые ассоциируются с отношениями между двумя и более сущностями.

Неограниченное (обязательное) отношение представляет собой безусловное отношение, т.е. отношение, которое всегда существует до тех пор, пока существуют относящиеся к делу сущности. Ограниченное (необязательное) отношение представляет собой условное отношение между сущностями. Существенно-ограниченное отношение используется, когда соответствующие сущности в системе взаимозависимы.

Для идентификации отношений, в которые вовлекаются сущности, используются связи. Каждая связь соединяет сущность и отношение и может быть направлена только от отношения к сущности. Значение связи характеризует ее тип и, как правило, выбирается из следующего множества:

{«0 или 1». «0 или более», «1», «1 или более», “p : q” ( диапазон )}.

Пара значений связей, принадлежащих одному и тому же отношению, определяет тип этого отношения. Практика показала, что для большинства приложений достаточно использовать следующие типы отношений:

• 1*1 (один-к-одному). Отношения данного типа используются, как правило, на верхних уровнях иерархии модели данных, а на нижних уровнях встречаются сравнительно редко.

• 1*n (один-к-многим). Отношения данного типа являются наиболее часто используемыми.

• n*m (многие-к-многим). Отношения данного типа обычно используются на ранних этапах проектирования с целью прояснения ситуации. В дальнейшем каждое из таких отношений должно быть преобразовано в комбинацию отношений типов 1 и 2 (возможно, с добавлением вспомогательных сущностей и с введением новых отношений).

На рисунке 3.12 приведен пример диаграммы «сущность–связь», моделирующей отношения между сущностями, содержащимися в хранилищах системы управления лифтом, в нотации Чена.

Рис. 3.12. - ERD-диаграмма в нотации Чена.

Каждая сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности. При этом любой атрибут может быть определен как ключевой.

Детализация сущности осуществляется с использованием диаграммы атрибутов, которая раскрывает характеристики (атрибуты) сущности. Диаграмма атрибутов состоит из детализируемой сущности, соответствующих атрибутов и доменов, описывающих области значений атрибутов.

Пример диаграммы атрибутов, приведен на рис. 3.13. На диаграмме каждый атрибут представляется в виде связи между сущностью и соответствующим доменом, являющимся графическим представлением множества возможных значений атрибута. Все атрибутные связи имеют значения на своем окончании. Для идентификации ключевого атрибута используется подчеркивание имени атрибута.

Рис. 3.13. - Диаграмма атрибутов.

Сущность может быть разделена и представлена в виде двух или более сущностей-категорий, имеющих общие атрибуты и/или отношения. Эти атрибуты определяются однажды на верхнем уровне для разделяемой сущности (общей сущности) и наследуются на нижнем. Сущности-категории должны иметь и свои собственные атрибуты и/или отношения, а также, в свою очередь, могут быть декомпозированы своими сущностями-категориями на следующем уровне. На промежуточных уровнях декомпозиции одна и та же сущность может быть как общей сущностью, так и сущностью-категорией.

Для демонстрации декомпозиции сущности на категории используется диаграмма категоризации. Такая диаграмма содержит общую сущность, две и более сущности-категории и специальный узел-дискриминатор, который описывает способы декомпозиции сущностей (см. рис. 3.14).

Рис. 3.14. - Диаграмма категоризации.

Существуют 4 возможных типа дискриминатора:

• Е/М (exclusive/mandatory) – полное и обязательное вхождение – сущность должна быть одной и только одной из категорий декомпозиции.

• Е/0 (exclusive/optional) – полное и необязательное вхождение – сущность может быть одной и только одной из категорий декомпозиции.

• VM (inclusive/mandatory) – неполное и обязательное вхождение –сущность должна быть по крайней мере одной из категорий декомпозиции.

• I/O (inclusive/optional) – неполное и необязательное вхождение – сущность может быть, по крайней мере, одной из категорий декомпозиции.