Называется версия концептуальной модели которую можно обеспечить средствами субд

Обновлено: 04.07.2024

Предметная область – часть реального мира отражённая в базе данных. Объединяя частные представления о содержимом базы данных, полученные в результате опроса пользователей, и свои представления о данных, которые могут потребоваться в будущих приложениях, АБД сначала создает обобщенное неформальное описание создаваемой базы данных. Концептуальной моделью данных называется описание, выполненное с использованием естественного языка, математических формул, таблиц,графиков и других средств, понятных всем людям, работающих над проектированием базы данных.[3]

Целью концептуального моделирования является обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных. Поэтому концептуальную модель данных пытаются строить по аналогии с естественным языком. Основными конструктивными элементами концептуальных моделей являются сущности (объекты), их атрибуты и связи между ними. В первой главе были приведены понятия данных элементов концептуальной модели.

При определении концептуальной модели необходимо принимать во внимание следующее:

база данных должна удовлетворять актуальным информационным потребностям организации. Получаемая информация должна по структуре и содержанию соответствовать решаемым задачам;

база данных должна обеспечивать получение требуемых данных за приемлемое время, то есть отвечать заданным требованиям производительности;

база данных должна удовлетворять выявленным и вновь возникающим требованиям всех пользователей;

база данных должна легко расширяться при реорганизации и расширении предметной области;

база данных должна легко изменяться при изменении программной и аппаратной среды.

2.6.2.2 Инфологическая модель данных "сущность-связь"

Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных.

Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD). С их помощью определяются важные для предметной области объекты (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи). ER-модели получили широкое распространение в системах CASE, поддерживающих автоматизированное проектирование реляционных баз данных.

Логическое проектирование базы данных

Цель второй фазы проектирования базы данных состоит в создании логической модели данных для исследуемой части предприятия. Процесс проектирования БД должен опираться на определенную модель данных (реляционная, сетевая, иерархическая), которая определяется типом предполагаемой для реализации информационной системы СУБД. После чего сама концептуальная модель данных уточняется и преобразуется в логическую модель данных. Дальнейшее проектирование базы данных в дипломной работе будет опираться на реляционную модель данных, поэтому на этапе логического проектирования рассмотрим более подробно проектирование реляционной базы данных.

Созданная логическая модель базы данных должна пройти проверку с использованием процедуры последовательной нормализации, а также должна пройти контроль на возможность выполнения всех необходимых пользователю транзакций. Таким образом, данная фаза логического проектирования предполагает следующие действия:

преобразование концептуальной модели данных в логическую модель, в результате которого будет определена схема реляционной модели данных:

исключение связи типа "многие ко многим";

исключение сложных связей;

исключение рекурсивных связей (рекурсивная связь – это особый вид связи, в которой одни и те же экземпляры объекта участвуют несколько раз в разных ролях, поэтому с точки зрения их реализации относятся к нежелательным структурам);

исключение связей с атрибутами;

исключение множественных атрибутов;

исключение избыточных связей;

проверка модели с помощью концепций нормализации – целью применения этой процедуры является получение гарантий того, что каждое из отношений, полученных на основе концептуальной модели, находится, по крайней мере, в третьей нормальной форме;

проверка модели в отношении транзакций пользователей – созданная реляционная модель предметной области должна быть проанализирована в плане возможности выполнения всех транзакций, предусмотренных представлениями пользователя;

· проверка поддержки целостности данных:

возможность для атрибутов иметь пустые значения;

ограничения для доменов атрибутов;

Построенная логическая модель данных в дальнейшем будет востребована на этапе физического проектирования, а также на этапе эксплуатации и сопровождения уже готовой системы, позволяя наглядно представить любые вносимые в базу данных изменения.[3]

Концептуальное и логическое проектирование – это итеративные процессы, которые включают в себя ряд уточнений, продолжающиеся до тех пор, пока не будет получен наиболее соответствующий структуре предприятия продукт.

Традиционно процедуру проектирования базы данных разбивают на три этапа, каждый из которых завершается созданием соответствующей информационной модели.

Этап 1-й. Концептуальное проектирование – создание представления (схемы, модели) БД, включающего определение важнейших сущностей (таблиц) и связей между ними, но не зависящего от модели БД (иерархической, сетевой, реляционной и т. д.) и физической реализации (целевой СУБД).

Этап 2-й. Логическое проектирование – развитие концептуального представления БД с учетом принимаемой модели (иерархической, сетевой, реляционной и т.д.).

Этап 3-й. Физическое проектирование – развитие логической модели БД с учетом выбранной целевой СУБД.

Концептуальное и логическое проектирование вместе называют также инфологическим или семантическим проектированием.

ERD были впервые предложены П. Ченом в 1976 г. Основные элементы ERD перечислены ниже .

Сущность (таблица, в РБД – отношение) – реальный либо воображаемый объект, имеющий существенное значение для рассматриваемой предметной области, информация о котором подлежит хранению. Если выражаться точнее, то это не объект, а набор объектов (класс) с одинаковыми свойствами. Примеры сущностей: работник, деталь, ведомость, результаты сдачи экзамена и т. д.

Экземпляр сущности (запись, строка, в РБД – кортеж) – уникально идентифицируемый объект.

Атрибут (столбец, поле) – свойство сущности или связи.

Большинство современных CASE-средств моделирования данных, как правило, поддерживает несколько графических нотаций построения информационных моделей. В частности система ERwin фирмы Computer Associates поддерживает две нотации: IDEF1X и IE (англ. Information Engineering – информационное проектирование). Данные нотации являются взаимно-однозначными, т. е. переход от одной нотации к другой и обратно выполняется без потери качества модели. Отличие между ними заключается лишь в форме отображения элементов модели.

При использовании любого CASE-средства вначале строится логическая модель БД в виде диаграммы с указанием сущностей и связей между ними. Логической моделью называется универсальное представление структуры данных, независимое от конечной реализации базы данных и аппаратной платформы. На основании полученной логической модели переходят к физической модели данных. Физическая модель представляет собой диаграмму, содержащую всю необходимую информацию для генерации БД для конкретной СУБД или даже конкретной версии СУБД. Если в логической модели не имеет значения, какие идентификаторы носят таблицы и атрибуты, тип данных атрибутов и т. д., то в физической модели должно быть полное описание БД в соответствии с принятым в ней синтаксисом, с указанием типов атрибутов, триггеров, хранимых процедур и т. д. По одной и той же логической модели можно создать несколько физических. Например, ERwin 4.0 позволяет на основании логической модели сформировать физические более, чем для 20 популярных СУБД (ORACLE, Informix, DB2, MS SQL Server, Access, Foxpro, Paradox и т. д.). На основании физической модели можно сгенерировать либо саму БД или DDL-скрипт 1 , который, в свою очередь, может быть использован для генерации БД.

Перечисленный выше порядок действий называется прямое проектирование БД (Forward Engineering DB). CASE-средства позволяют выполнять также обратное проектирование БД (Reverse Engineering DB), т.е. на основании системного каталога БД или DDL-скрипта построить физическую и, далее, логическую модель данных.

Кроме режимов прямого и обратного проектирования, CASE-средства обычно поддерживают синхронизацию между моделью и системным каталогом БД, т. е. при изменении модели они могут автоматически внести все необходимые изменения в существующую БД и наоборот.

Развитые CASE-средства обладают также встроенной подсистемой поиска и исправления ошибок в модели. Особенно полезна эта функция при проектировании больших БД, содержащих десятки или сотни таблиц, а также при обратном проектировании.

Следует отметить, что современные СУБД обладают своими встроенными средствами визуального моделирования данных. Некоторые из них даже поддерживают классические нотации ERD. Недостатками такого моделирования является построение только физической модели данных и невозможность быстрого перехода на другую СУБД, если такое решение принято. Достоинством этого подхода является более полное использование потенциала СУБД, ведь разработчики СУБД лучше других знают ее особенности и возможности.

Далее рассматривается процедура прямого проектирования с использованием методологии IDEF1X. Методология IDEF1 была разработана Т. Рэмеем. В настоящее время на основе IDEF1 создана ее новая версия – методология IDEF1X, которая в 1981 г. принята ICAM в качестве федерального стандарта США.

1 Data Definition Language – язык определения данных, подмножество языка SQL.

Цель концептуального проектирования – создание концептуальной модели данных на основе представлений о предметной области каждого отдельного типа пользователей. Концептуальная модель представляет собой описание основных сущностей (таблиц) и связей между ними без учета принятой модели БД и синтаксиса целевой СУБД. Часто на такой модели отображаются только имена сущностей (таблиц) без указания их атрибутов. Представление пользователя включает в себя данные, необходимые конкретному пользователю для принятия решений или выполнения некоторого задания.

Ниже рассматривается последовательность шагов при концептуальном проектировании.

1. Выделение сущностей.

Возможные трудности в определении объектов связаны с использованием постановщиками задачи:

Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

· должна иметь уникальное имя, и к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация;

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

· обладать одним или несколькими атрибутами (первичным ключом), которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности, т. е. делают уникальной каждую строку таблицы;

· может обладать любым количеством связей с другими сущностями.

В графической нотации IDEF1X для отображения сущности используются обозначения, изображенные на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Сущности

2. Определение атрибутов.

Выявленные атрибуты могут быть следующих видов:

· однозначный – содержит только одно значение для одного экземпляра сущности (например, у кривой в плане может быть только одно значение радиуса, угла поворота, возвышения наружного рельса и т. д.);

· многозначный – содержит несколько значений (например, у одного отделения компании может быть несколько контактных телефонов);

· ключевой – служит для уникальной идентификации экземпляра сущности (входит в состав первичного ключа);

· неключевой (описательный) – не входит в первичный ключ;

· обязательный – при вводе нового экземпляра в сущность или редактировании обязательно указывается допустимое значение атрибута, т. е. оно после редактирования не может быть неопределенным (NOT NULL).

После определения атрибутов задаются их домены (области допустимых значений), например:

· наименование участка – набор из букв русского алфавита длиной не более 60 символов;

· радиус кривой – положительное число не более 4 цифр.

Задание доменов определяет набор допустимых значений для атрибута (нескольких атрибутов), а также тип, размер и формат атрибута (атрибутов).

На основании выделенного множества атрибутов для сущности определяется набор ключей. Ключ – один или несколько атрибутов сущности, служащих для однозначной идентификации ее экземпляров или для их быстрого поиска. Выделяют следующие типы ключей:

· потенциальный ключ (potential key) – суперключ, который не содержит подмножества, также являющегося суперключом данной сущности, т. е. суперключ, содержащий минимально необходимый набор атрибутов, единственным образом идентифицирующих экземпляр сущности. Сущность может иметь несколько потенциальных ключей. Если ключ состоит из нескольких атрибутов, то он называется составным ключом. Среди всего множества потенциальных ключей для однозначной идентификации экземпляров выбирают один, так называемый первичный ключ, используемый в дальнейшем для установления связей с другими сущностями;

· первичный ключ (primary key) – потенциальный ключ, который выбран для уникальной идентификации экземпляров внутри сущности;

· альтернативные ключи (alternative key) – потенциальные ключи, которые не выбраны в качестве первичного ключа.

Если некий атрибут (набор атрибутов) присутствует в нескольких сущностях, то его наличие обычно отражает наличие связи между экземплярами этих сущностей. В каждой связи одна сущность выступает как родительская, а другая – в роли дочерней. Это означает, что один экземпляр родительской сущности может быть связан с несколькими экземплярами дочерней. Для поддержки этих связей обе сущности должны содержать наборы атрибутов, по которым они связаны. В родительской сущности это первичный ключ. В дочерней сущности для моделирования связи должен присутствовать набор атрибутов, соответствующий первичному ключу родительской. Однако здесь этот набор атрибутов уже является вторичным ключом. Данный набор атрибутов в дочерней сущности принято называть внешним ключом (foreign key).

Рассмотрим пример. Пусть имеется таблица, содержащая сведения о студенте, со следующими столбцами:

· номер пенсионного страхового свидетельства (НПСС);

· дата выдачи паспорта;

· организация, выдавшая паспорт.

Для каждого экземпляра (записи) в качестве суперключа может быть выбран весь набор атрибутов. Потенциальными ключами (уникальными идентификаторами) могут быть:

· номер пенсионного страхового свидетельства;

Если в сущности нет ни одной комбинации атрибутов, подходящей на роль потенциального ключа, то в сущность добавляют отдельный атрибут – суррогатный ключ (искусственный ключ, surrogate key). Как правило, тип такого атрибута выбирают символьный или числовой. В некоторых СУБД имеются встроенные средства генерации и поддержания значений суррогатных ключей (например, MS Access).Также стоит отметить, что некоторые разработчики вместо поиска потенциальных ключей и выбора из них первичного в каждую сущность добавляют искусственный атрибут, который в дальнейшем и используют в качестве первичного ключа.

Если потенциальных ключей несколько, то для выбора первичного ключа рекомендуется придерживаться следующих правил:

· количество атрибутов, входящих в ключ, должно быть минимальным (желательно, чтобы ключ был атомарным, т. е. состоял из одного атрибута);

· размер ключа в байтах должен быть как можно короче;

· тип домена ключа – числовой. При выборе символьных атрибутов в ключ часто возникают проблемы с вводом ошибочных значений (путают регистр букв; добавляют лишние пробелы; используют буквы, пишущиеся на разных языках одинаково). В числовых атрибутах вероятность ошибки при вводе значения меньше;

В нотации IDEF1X атрибуты изображаются в виде списка имен внутри блока сущности. Атрибуты, определяющие первичный ключ, размещаются наверху списка и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой. Предварительная идентификация атрибутов на примере двух сущностей показана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Сущности

3. Определение связей.

Наиболее характерными типами связей между сущностями являются:

Среди них выделяются только те связи, которые необходимы для удовлетворения требований к разработке БД.

Связь характеризуется следующим набором параметров:

· именем – указывается в виде глагола и определяет семантику (смысловую подоплеку) связи;

· типом: идентифицирующая (атрибуты одной сущности, называемые внешним ключом, входят в состав дочерней и служат для идентификации ее экземпляров, т.е. входят в ее первичный ключ) и неидентифицирующая (внешний ключ имеется в дочерней сущности, но не входит в состав первичного ключа);

· обязательностью: обязательная (при вводе нового экземпляра в дочернюю сущность заполнение атрибутов внешнего ключа обязательно и для введенных значений должен существовать экземпляр в родительской сущности) и необязательная (заполнение атрибутов внешнего ключа в экземпляре дочерней сущности необязательно или введенным значениям не соответствует экземпляр в родительской сущности);

o кватернарная и т.д.

В методологии IDEF1X степень участия может быть только унарной или бинарной. Связи большей степени приводятся к бинарному виду.

Внешний вид связи на диаграммах IDEF1X указывает на ее мощность, тип и обязательность (табл. 7.1).

Концептуальная модель базы данных это некая наглядная диаграмма, нарисованная в принятых обозначениях и подробно показывающая связь между объектами и их характеристиками. Создается концептуальная модель для дальнейшего проектирования базы данных и перевод ее, например, в реляционную базу данных. На концептуальной модели в визуально удобном виде прописываются связи между объектами данных и их характеристиками.

Принятые определения в концептуальной базе данных

Для единообразия программирования баз данных введены следующие понятия для концептуальных баз данных:

Объект или сущность. Это фактическая вещь или объект (для людей) за которой пользователь (заказчик) хочет наблюдать. Например, Иванов Иван Иванович;
Атрибут это характеристика объекта, соответствующая его сущности. Например. Задаем себе вопрос: Какую информацию нужно хранить об Иванове Иване Ивановиче? Ответы на этот вопрос и будут атрибуты объекта Иванов Иван Иванович;
Третье понятие в проектировании концептуальной базы данных это связь или отношения между объектами.

Лексически более правильно говорить связь между объектами КБД и отношения между сущностями КБД (концептуальная база данных), но встретить можно самые различные сочетания сущности, объекта, связи и отношения (огрехи переводов).

Концептуальная модель базы данных условные обозначения

Концептуальная модель базы данных: принятые графические обозначения

Диаграмма сущность/отношения (объект/связь) называют ER-диаграммой или EDR (entity-relationship diagram). Сама модель сущность-связь была предложена профессором Peter Pin-Shen Chen (Питер Чен) в 1976 году. Правила написания и условные обозначения ER-диаграммы называют нотацией. Распространены две основные нотации ER-диаграмм:

Нотация Питера Чена;
Нотация Gordon Everest (Гордона Эверста). Под назаванием Crow’s Foot или Fork (вилка).

Обозначения ER-диаграммы по Питеру Чену

Чен предложил и это приняли следующие условные обозначения для ER-диаграмм:

Сущность или объект обозначать прямоугольником;
Отношения обозначать ромбом;
Атрибуты объектов, обозначаются овалом;
Если сущность связана с отношением, то их связь обозначается прямой линией со стрелкой. Необязательная связь обозначается пунктирной линией. Мощная связь обозначается двойной линией.

Каждый атрибут может быть связан с одним объектом (сущностью).

Нотация Gordon Everest

Gordon Everest ввел новое обозначение связей, которые получили название вилка или воронья лапа. Также он ввел, что объект должен обозначаться прямоугольником с названием типа объекта в виде имени существительного внутри прямоугольника. Причем, это имя должно быть уникальным в пределах создаваемой базы данных.

Атрибуты не выделяются в отдельную фигуру, а вписываются в прямоугольник объекта именем существительным с уточняющим словом.

концептуальная модель базы данных ERD Fork

Дополнения

Атрибуты в ER диаграмме, могут иметь свои собственные атрибуты (композитный) атрибут.

Как нарисовать ER-диаграмму-советы

Простую ER диаграмму нарисовать достаточно просто. Другое дело насыщенная, объемная ER диаграмма. Ниже приведены некоторые советы, которые помогут вам построить эффективные ER схемы: