Введение в базы данных

1. Введение в базы данных

Карпук Анатолий Алексеевич,
профессор кафедры ПОСТ
e-mail: А_К[email protected]

2. Лекция 5. Построение информационно-логической модели предметной области

Лекция 5.
Построение информационнологической модели предметной
области
Вопросы:
1. Требования к проекту базы данных и этапы
проектирования баз данных
2. Методология проектирования базы данных
3. Требования к инфологической модели данных
4. Модель данных «сущность-связь»
5. Сущности в модели данных «сущность-связь»
6. Атрибуты сущностей
7.Связи между сущностями
8.Обозначения П. Чена и моделирование локальных
представлений

3. 5.1. Требования к проекту базы данных

Основные требования, которым должен удовлетворять
проект базы данных (БД):
1.Корректность схемы БД.
2.Обеспечение ограничений на ресурсы
вычислительной системы.
3.Эффективность функционирования.
4.Обеспечение защиты данных.
5.Гибкость.
6.Простота и удобство эксплуатации.
Удовлетворение первых 4-х требований обязательно
для принятия проекта.

4. 5.1. Этапы проектирования баз данных

1.
Информационно-логическое (инфологическое) проектирование
2.
Определение требований к операционной обстановке:
3.
выбор СУБД;
выбор версии СУБД и архитектуры, в которой она будет работать.
Логическое проектирование БД (даталогическое):
5.
выбор аппаратной платформы;
выбор операционной системы.
Выбор СУБД и других инструментальных программных средств.
4.
анализ предметной области;
построение модели предметной области;
определение границ информационной поддержки;
определение групп пользователей.
преобразование схемы предметной области в схему базы данных;
создание схем отношений;
нормализация отношений.
Физическое проектирование БД:
реализация проекта на DDL-языке выбранной СУБД;
создание дополнительных объектов БД (индексов, представлений, триггеров и
др.).

5. 5.2. Методология проектирования базы данных

6. 5.3. Требования к инфологической модели данных

Инфологическая модель данных, применяемая для описания
предметной области, должна удовлетворять следующим требованиям:
1) средствами модели должны описываться все объекты, предметы,
явления предметной области и все отношения между ними, используемые
при решении ПЗ;
2) средствами модели должны описываться все ограничения
целостности данных, имеющиеся в предметной области;
3) средствами модели должны задаваться все объемные
характеристики данных, необходимые для проектирования логической и
физической структуры БД;
4) базис понятий модели должен быть максимально приближенным к

7. 5.3. Требования к инфологической модели данных

4) базис понятий модели должен быть максимально приближенным к
базису понятий постановок и алгоритмов ПЗ, а также к лексике
специалистов по предметной области;
5) должны существовать методы объединения описаний фрагментов
предметной области, соответствующих отдельным ПЗ, в глобальное
описание всей предметной области;
6) средствами модели должен описываться процесс решения каждой
ПЗ с указанием, какие операции над какими данными и с какой частотой
будут выполняться;
7) должны существовать методы и методики отображения
глобального описания предметной области в логические, внешние и
физические модели данных применяемых СУБД.
Несмотря на многообразие существующих

8. 5.4. Модель данных «сущность-связь»

Для построения инфологической модели предметной
области используются диаграммы «сущность-связь» (ERдиаграммы).
Множество допустимых структурных компонентов модели
данных «сущность-связь»:
• сущность;
• связь между сущностями;
• атрибут сущности;
• первичный ключ сущности;
• уникальный ключ сущности;
• внешний ключ сущности;
• функциональные зависимости (ФЗ) между атрибутами
сущности;
• состав многозначного атрибута сущности;
• ФЗ между элементами многозначного атрибута сущности.

9. 5.5. Сущности в модели данных «сущность-связь»

Сущность – это множество реальных или абстрактных объектов
(людей, предметов, документов и т.п.), обладающих общими
атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может
быть представлен только одной сущностью, которая должна быть
уникально идентифицирована. Именование сущности
осуществляется с помощью существительного в единственном числе.
При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а
не его конкретный экземпляр.
Сущности не существуют отдельно друг от друга. Между ними
имеются отношения, которые должны быть отражены в
инфологической модели предметной области в виде связей.
Связь представляет собой соединение двух сущностей. Связь
описывается вербальными фразами в виде глаголов в двух
направлениях. Каждая связь должна иметь свое уникальное имя
связи.

10. 5.5. Сущности в модели данных «сущность-связь»

Сущности:
базовые (наличие базовых сущностей не зависит от наличия или
отсутствия других сущностей).
зависимые (наличие зависимых сущностей зависит от наличия
или отсутствия других сущностей).
Обычно описание ПО выражается в терминах не отдельных сущностей
и связей между ними, а их типов, связанных с ними ограничений
целостности и тех процессов, которые приводят к переходу ПО из
одного состояния в другое. Такое описание может быть
представлено любым способом, допускающим однозначную
интерпретацию.
Выделяют понятия тип сущности и экземпляр сущности.
Тип позволяет выделить из всего множества сущностей ПрО группу
сущностей, однородных по структуре и поведению (относительно
рамок рассматриваемой ПрО).
Данные в БД представлены экземплярами сущностей.

11. 5.6. Атрибуты сущностей

Атрибут сущности – свойство сущности, имеющее имя,
область допустимых значений (тип и формат) и признак
обязательности атрибута. Значением атрибута может быть
неделимый элемент данных, вектор из элементов
данных, структура из элементов данных,
повторяющаяся группа из элементов данных, векторов
или структур.
Сущность должна иметь обязательный атрибут или
комбинацию обязательных атрибутов, чьи значения
однозначно определяют каждый экземпляр сущности. Эти
атрибуты образуют первичный ключ сущности (Primary
Key, PK). Если сущность имеет несколько таких
подмножеств атрибутов, то одно из них объявляется
первичным ключом, а каждое из остальных объявляется
уникальным или альтернативным ключом.

12. 5.6. Многозначные атрибуты сущностей

Если значением многозначного атрибута является
вектор или структура, то каждому элементу вектора
или структуры ставится в соответствие атомарный
атрибут. В инфологической модели ПрО следует
задать имена, типы и форматы этих атомарных
атрибутов.
Если значением многозначного атрибута является
повторяющаяся группа из элементов данных,
векторов или структур, то в инфологической модели
ПрО следует задать имена, типы и форматы
атомарных атрибутов, входящих в повторяющуюся
группу. Кроме того, среди атомарных атрибутов
повторяющейся группы следует выделить ключевые и
не ключевые атрибуты.

13. 5.6. Функциональные зависимости между атрибутами сущностей

Пусть X – некоторое подмножество атрибутов сущности,
Y – атрибут сущности, не входящий в X.
Множество атрибутов X функционально определяет
атрибут Y (атрибут Y функционально зависит от
атрибутов X), обозначается X → Y, если любой
комбинации значений атрибутов из X соответствует одно
значение атрибута Y. Другими словами, для любых двух
экземпляров сущности из равенства значений атрибутов
из X следует равенство значений атрибута Y.
В левой части ФЗ содержится один или более атрибутов.
Если в правой части ФЗ записано более одного атрибута,
то каждый из этих атрибутов функционально зависит
от левой части ФЗ.

14. 5.6. Классификация атрибутов сущностей

Атрибуты сущностей:
Идентифицирующие и описательные атрибуты. Идентифицирующие
позволяют отличить один экземпляр сущности от другого; описательные
заключают в себе интересующие нас свойства сущности.
Составные и простые атрибуты. Простой атрибут имеет неделимое
значение. Составной атрибут является комбинацией нескольких элементов,
возможно, принадлежащих разным типам данных (ФИО, адрес и др.).
Однозначные и многозначные атрибуты (могут иметь соответственно
одно или много значений для каждого экземпляра сущности). Например, дата
рождения – это однозначный атрибут, а номер телефона – многозначный.
Основные и производные атрибуты. Значение основного атрибута не
зависит от других атрибутов; значение производного атрибута вычисляется на
основе значений других атрибутов. Например, возраст вычисляется на основе
даты рождения и текущей даты.
Обязательные и необязательные (первые должны быть указаны при
размещении данных в БД, вторые могут не указываться).
Для каждого атрибута необходимо определить название, указать тип данных и
описать ограничения целостности – множество значений, которые может
принимать данный атрибут.

15. 5.7. Связи между сущностями

Связи между сущностями:
Для связи указывается:
название,
тип (факультативная или обязательная),
кардинальность (1:1, 1:n или m:n),
степень (унарная, бинарная, тернарная или n-арная).
Различают тип связи и экземпляр связи.
Примеры обязательной и факультативной связей:
замещает
СОТРУДНИК
ДОЛЖНОСТЬ
замещается

16. 5.7. Связи между сущностями

Кардинальность связей между сущностями:
один-к-одному (1:1);
один-ко-многим (1:n);
многие-ко-многим (m:n).
Примеры связей разной кардинальности:
ВРАЧ
N
КОЙКА
1
занимать
ПАЛАТА
лечить
1
M
1
ПАЦИЕНТ
N
находиться

17. 5.7. Связи между сущностями

Степень связей между сущностями:
СОТРУДНИКИ
унарная – связь между разными
экземплярами сущностей одного типа:
1
руководить
N
бинарная – связь между двумя разными
типами сущностей:
ГРУППЫ
1
учатся
N
СТУДЕНТЫ
тернарная – связь между тремя разными
типами сущностей:
ПРЕПОДАВАТЕЛИ
K
ДИСЦИПЛИНЫ
N
экзаменовать
M
СТУДЕНТЫ

18. 5.7. Внешние ключи сущностей

Если между двумя сущностями имеется связь «один к
одному» или «один ко многим» («многие к одному»), то
атрибуты первичного ключа родительской сущности
наследуются в качестве атрибутов подчиненной
сущности. Эти атрибуты называются внешним ключом
(Foreign Key, FK).
Если связь между сущностями идентифицирующая, то
атрибуты внешнего ключа входят в состав первичного
ключа подчиненной сущности, либо входят в состав
альтернативного ключа этой сущности.
Если связь между сущностями не идентифицирующая, то
атрибуты внешнего ключа входят в состав не ключевых
атрибутов подчиненной сущности.

19. 5.8. Обозначения П. Чена, используемые в ER-диаграммах

СОТРУДНИКИ
– базовая сущность
ЗАКАЗЫ
– зависимая сущность
иметь
– связь
N
1
– факультативная связь
– обязательная связь
(с указанием кардинальности связи)

20. 5.8. Моделирование локальных представлений

Если ПрО содержит много сущностей (10 и более), то она разбивается на
ряд локальных областей (локальных представлений) по 6-7
сущностей.
Каждое локальное представление включает в себя информацию,
достаточную для обеспечения информационных потребностей одной
группы будущих пользователей или решения отдельной задачи.
Каждое локальное представление моделируется отдельно, а затем
выполняется их объединение (за 1 шаг попарно).
При объединении локальных представлений используют концепции:
Идентичность. Два или более элементов модели идентичны, если
они имеют одинаковое семантическое значение.
Агрегация. Позволяет рассматривать связь между элементами как
новый элемент.
Обобщение. Позволяет образовывать многоуровневую иерархию
обобщений.
На этапе объединения локальных представлений необходимо устранить
все противоречия.

21. 5.8. Результаты инфологического проектирования

Концептуальная инфологическая модель ПрО. Она
фиксируется в виде общей ER-диаграммы предметной области.
Модели локальных представлений – это внешние
инфологические модели (внешние схемы).
Правила (ограничения) целостности, которым должны
удовлетворять сущности ПО, атрибуты сущностей и связи
между ними. Часть этих правил реализуется в схеме базы
данных, другие – с помощью программного обеспечения.
Перечень групп пользователей системы. Каждая группа
выполняет определённые задачи и обладает разными правами
доступа к системе.
Внешние спецификации функций (процессов), которые будет
выполнять АИС.