Глава 2

Основы теории проектирования баз данных

2.1. Информационная модель данных

Последовательность создания информационной модели Взаимосвязи в модели Типы моделей данных

2.2. Проектирование базы данных

Этап 1. Определение сущностей

Этап 2. Определение взаимосвязей между сущностями

Этап 3. Задание первичных и альтернативных ключей, определение атрибутов сущностей Этап 4. Приведение модели к требуемому уровню нормальной формы Этап 5. Физическое описание модели

2.3. Словарь данных

2.4. Администрирование базы данных

Если вам удалось осмыслить задачу, поставленную перед вами заказчиком, примерно так, как было описано в предыдущей главе, вы на правильном пути. Но это не означает, что наконец-то настала пора воплощать задуманное в "материализованном" виде. Необходимо потратить еще немного усилий для приведения полученной от заказчика информации к наиболее подходящему

виду.

2.1. Информационная модель данных

При проектировании системы обработки данных именно данные и интересуют нас в первую очередь. Причем больше всего нас интересует организация данных. Помочь понять организацию данных призвана информационная модель.

В этом параграфе мы познакомимся:

• с общими принципами разработки информационной модели;

• с отличиями между концептуальной, логической и физической моделями данных;

• с различными видами взаимосвязей между элементами модели.

Система автоматизированной обработки данных основывается на использовании определенной модели данных или информационной модели. Модель данных отражает взаимосвязи между объектами.

Последовательность создания информационной модели

Процесс создания информационной модели начинается с определения концептуальных требований ряда пользователей (рис. 2.1). Концептуальные требования могут определяться и для некоторых задач (приложений), которые в ближайшее время реализовывать не планируется. Это может несколько повысить трудоемкость работы, однако поможет наиболее полно учесть все нюансы функциональности, требуемой для разрабатываемой системы, и снизит вероятность ее переделки в дальнейшем. Требования отдельных пользователей интегрируются в едином "обобщенном представлении". Последнее называют концептуальной моделью.

Концептуальная модель представляет объекты и их взаимосвязи без указания способов их физического хранения.

Для пользователей: ПЭВМ не ниже Pentium 100/16/420 с операционной системой Windows 95 или Windows NT Workstation и пакетом программ MS Office.

Сервер не ниже Pentium 166/32/1000 с операционной системой Windows NT Server и MS SQL Server 6. х. Локальная сеть.

Сетевой лазерный или струйный принтер.

Логическая модель отражает логические связи между элементами данных вне зависимости от их содержания и среде хранения.

Логическая модель данных может быть реляционной, иерархической или сетевой. Пользователям выделяются подмножества этой логической модели, называемые внешними моделями (в некоторых источниках их также называют подсхемами), отражающие их представления о предметной области. Внешняя модель соответствует представлениям, которые пользователи получают на основе логической модели, в то время как концептуальные требования отражают представления, которые пользователи первоначально желали иметь и которые легли в основу разработки концептуальной модели. Логическая модель отображается в физическую память, такую, как диск, лента или какой-либо другой носитель информации.

Физическая модель, определяющая размещение данных, методы доступа и технику индексирования, называется внутренней моделью системы.

Внешние модели никак не связаны с типом физической памяти, в которой будут храниться данные, и с методами доступа к этим данным. Это положение отражает первый уровень независимости данных. С другой стороны, если концептуальная модель способна учитывать расширение требований к системе в будущем, то вносимые в нее изменения не должны оказывать влияния на существующие внешние модели. Это - второй уровень независимости данных. Уровни независимости данных показаны на рис. 2.1. Важно помнить, что построение логической модели обусловлено требованиями используемой СУБД. Поэтому при замене СУБД она также может измениться.

С точки зрения прикладного программирования независимость данных определяется не техникой программирования, а его дисциплиной. Например, для того чтобы при любом изменении системы избежать перекомпиляции приложения, рекомендуется не определять константы (постоянные значения данных) в программе. Лучшее решение состоит в передаче программе значений в качестве параметров.

Все актуальные требования предметной области и адекватные им "скрытые" требования на стадии проектирования должны найти свое отражение в концептуальной модели. Конечно, нельзя предусмотреть все возможные варианты использования и изменения базы данных. Но в большинстве предметных областей такие основные данные, как объекты и их взаимосвязи, относительно стабильны. Меняются только информационные требования, то есть способы использования данных для получения информации.

Степень независимости данных определяется тщательностью проектирования базы данных. Всесторонний анализ объектов предметной области и их взаимосвязей минимизирует влияние изменения требований к данным в одной программе на другие программы. В этом и состоит всеобъемлющая независимость данных.

Основное различие между указанными выше тремя типами моделей данных (концептуальной, логической и физической) состоит в способах представления взаимосвязей между объектами. При проектировании БД нам потребуется различать взаимосвязи между объектами, между атрибутами одного объекта и между атрибутами различных объектов.

Взаимосвязи в модели

Взаимосвязь выражает отображение или связь между двумя множествами данных. Различают взаимосвязи типа "один к одному", "один ко многим" и "многие ко многим".

Таким образом, концептуальная модель является, по существу, моделью предметной области. При проектировании концептуальной модели все усилия разработчика должны быть направлены в основном на структуризацию данных и выявление взаимосвязей между ними без рассмотрения особенностей реализации и вопросов эффективности обработки. Проектирование концептуальной модели основано на анализе решаемых на этом предприятии задач по обработке данных. Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, представляющих интерес в рассматриваемой предметной области и выявляемых в результате анализа данных. Здесь имеются в виду данные, используемые как в уже разработанных прикладных программах, так и в тех, которые только будут реализованы.

Концептуальная модель транслируется затем в модель данных, совместимую с выбранной СУБД. Возможно, что отраженные в концептуальной модели взаимосвязи между объектами окажутся впоследствии нереализуемыми средствами выбранной СУБД. Это потребует изменения концептуальной модели. Версия концептуальной модели, которая может быть обеспечена конкретной СУБД, называется логической моделью.

Рис. 2.3. Взаимосвязь между данными при отношении "один к одному"

Взаимосвязь " один ко многим" ( между двумя типами объектов)

В определенный момент времени один клиент может стать обладателем нескольких моделей автомобилей, при этом несколько клиентов не могут являться обладателями одного автомобиля. Взаимосвязь "один ко многим" можно обозначить с помощью одинарной стрелки в направлении к "одному" и двойной стрелки в направлении ко "многим", как это показано на рис. 2.2,6.

В этом случае одной записи данных первого объекта (его часто называют родительским или основным) будет соответствовать несколько записей второго объекта (дочернего или подчиненного). Взаимосвязь "один ко многим" очень распространена при разработке реляционных баз данных. В качестве родительского объекта часто выступает справочник, а в дочернем хранятся уникальные ключи для доступа к записям справочника. В нашем примере в качестве такого справочника можно представить объект КЛИЕНТ, в котором хранятся сведения о всех клиентах. При обращении к записи для определенного клиента нам доступен список всех

В рассматриваемой задаче по автоматизации управления работой дилера по продаже легковых автомобилей, если клиент производит заказ на покупку автомобиля впервые, осуществляется первичная регистрация его данных и сведений о сделанном заказе. Если же клиент производит заказ повторно, осуществляется регистрация только данного заказа. Вне зависимости от того, сколько раз данный клиент производил заказы, он имеет уникальный идентификационный номер (уникальный ключ клиента). Информация о каждом клиенте включает наименование клиента, адрес, телефон, факс, фамилию, имя, отчество, признак юридического лица и примечание. Таким образом, атрибутами объекта КЛИЕНТ являются "УНИКАЛЬНЫЙ КЛЮЧ КЛИЕНТА",

"НАИМЕНОВАНИЕ КЛИЕНТА", "АДРЕС КЛИЕНТА" и т. д.

Следующий представляющий для нас интерес объект - МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ. Этот объект

имеет атрибуты "УНИКАЛЬНЫЙ КЛЮЧ МОДЕЛИ", "НАИМЕНОВАНИЕ МОДЕЛИ" и т. д.

Третий рассматриваемый объект - ЗАКАЗ. Его атрибутами являются "НОМЕР ЗАКАЗА", "КЛЮЧ КЛИЕНТА" и "КЛЮЧ МОДЕЛИ".

И четвертый рассматриваемый объект - ПРОДАВЕЦ. Его атрибутами являются "УНИКАЛЬНЫЙ КЛЮЧ ПРОДАВЦА", "ИМЯ ПРОДАВЦА", "ФАМИЛИЯ" и "ОТЧЕСТВО".

Взаимосвязь "один к одному" (между двумя типами объектов)

Мысленно вернемся к временам планово-распределительной экономики. Допустим, в определенный момент времени один клиент может сделать только один заказ. В этом случае между объектами КЛИЕНТ и ЗАКАЗ устанавливается взаимосвязь "один к одному", обозначаемая одинарными стрелками, как это показано на рис. 2.2,а.

Между данными, хранящимися в объектах КЛИЕНТ и ЗАКАЗ, будет существовать взаимосвязь, в которой каждая запись в одном объекте будет однозначно указывать на запись в другом объекте. На рис. 2.3 приведен пример такой взаимосвязи между данными. Ни в одном, ни в другом объекте не может существовать записи, не связанной с какой-либо записью в другом объекте.

Объе1а КЛИЕНТ