Проектирование базы данных

Все тонкости построения информационной модели преследуют одну-единственную цель - получить хорошую базу данных. А что это такое?
Существует очень простое понятие базы данных как большого по объему хранилища, в которое организация помещает все используемые ею данные и из которого различные пользователи могут их получать, используя различные приложения. Такая единая база данных представляется идеальным вариантом, хотя на практике это решение по различным причинам труднодостижимо. Поэтому чаще всего под базой данных понимают любой набор хранящихся в компьютере взаимосвязанных данных.
В этом параграфе мы изучим:

• методику проектирования базы данных на основе последовательного построения информационной модели;
• принципы нормализации данных;
• основные требования к реализации физической модели.

В основу проектирования БД должны быть положены представления конечных пользователей конкретной организации - концептуальные требования к системе. Именно конечный пользователь в своей работе принимает решения с учетом получаемой в результате доступа к базе данных информации. От оперативности и качества этой информации будет зависеть эффективность работы организации. Данные, помещаемые в базу данных, также предоставляет конечный пользователь.
При рассмотрении требований конечных пользователей 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 конечных пользователей.
• База данных должна легко расширяться при реорганизации и расширении предметной области.
• База данных должна легко изменяться при изменении программной и аппаратной среды.
• Загруженные в базу данных корректные данные должны оставаться корректными.
• Данные до включения в базу данных должны проверяться на достоверность.
• Доступ к данным, размещаемым в базе данных, должны иметь только лица с соответствующими полномочиями.

В результате анализа поставленной заказчиком задачи и обработки требований конечных пользователей составляется концептуальная модель.
При разработке логической модели базы данных прежде всего необходимо решить, какая модель данных наиболее подходит для отображения конкретной концептуальной модели предметной области. Коммерческие системы управления базами данных поддерживают одну из известных моделей данных или некоторую их комбинацию. Почти что все популярные системы для персональных компьютеров поддерживают реляционную модель данных.
Отображение концептуальной модели данных на реляционную модель производится относительно просто. Каждый прямоугольник концептуальной модели отображается в одно отношение, которое отражает представление пользователя в удобном для него табличном формате. Простота отображения связана с тем, что при разработке концептуальной модели использовался реляционный подход.
Рассмотрим этапы проектирования базы данных, которые должны обеспечить необходимую независимость данных и выполнение эксплуатационных требований (пожеланий пользователей).

Вопрос 15.

Проектирование базы данных. Определение сущностей.

Основное правило при создании таблиц сущностей - это «каждой сущнос­ти - отдельную таблицу» (как в популярном лозунге: «каждой семье - от­дельную квартиру»).

Поля таблиц сущностей могут быть двух видов: ключевые и неключевые. Введение ключей в таблице практически во всех реляционных СУБД позво­ляет обеспечить уникальность значений в записях таблицы по ключу, уско­рить обработку записей таблицы, а также выполнить автоматическую сорти­ровку записей но значениям в ключевых полях.

Обычно достаточно определения простого ключа, реже - вводят составной ключ. Таблицей с составным ключом может быть, например, таблица хранения списка сотрудников (фамилия, имя и отчество), в котором встречаются однофа­мильцы. В некоторых СУБД пользователям предлагается определить автомати­чески создаваемое ключевое поле нумерации (в Access - это поле типа «счет­чик»), которое упрощает решение проблемы уникальности записей таблицы.

Иногда в таблицах сущностей имеются поля описания свойств или характерис­тик объектов. Если в таблице есть значительное число повторений по этим полям и эта информация имеет существенный объем, то лучше их выделить в отдельную таблицу (придерживаясь правила: «каждой сущности - отдельную таблицу»). Тем более, следует образовать дополнительную таблицу, если свойства взаимосвязаны.

В более общем виде последние рекомендации можно сформулировать так:

информацию о сущностях следует представить таким образом, чтобы неклю­чевые поля в таблицах были взаимно независимыми и полностью зависели от ключа (см. определение третьей нормальной формы).

В процессе обработки таблиц сущностей надо иметь в виду следующее. Новую сущность легко добавить и изменить, но при удалении следует уничтожить все ссылки на нее из таблиц связей, иначе таблицы связей будут некорректными. Мно­гие современные СУБД блокируют некорректные действия в подобных операциях.

Вопрос 16.

Проектирование баз данных. Определение взаимосвязи между сущностями.

Записи таблицы связей предназначены для отображения связей между сущностями, информация о которых находится в соответствующих табли­цах сущностей.

Обычно одна таблица связей описывает взаимосвязь двух сущностей. По­скольку таблицы сущностей в простейшем случае имеют по одному ключе­вому полю, то таблица связей двух таблиц для обеспечения уникальности записей о связях должна иметь два ключа. Можно создать таблицу связей, как и таблицу объектов, и без ключей, но тогда функции контроля за уникально­стью записей ложатся на пользователя.

Более сложные связи (не бинарные) следует сводить к бинарным. Для опи­сания взаимосвязей N объектов требуется N-1 таблиц связей. Транзитивных связей не должно быть. Избыток связей приводит к противоречиям Не следует включать в таблицы связей характеристики сущностей, иначе неизбежны аномалии. Их лучше хранить в отдельных таблицах сущностей.

С помощью таблиц связей можно описывать и несколько специфичный вид связи - линейную связь, или слабую связь. Примером линейной связи можно считать отношение принадлежности сущностей некоторой другой сущ­ности более высокого порядка (системы, состоящие из узлов; лекарства, со­стоящие из компонентов; сплавы металлов и т. д.). В этом случае для описа­ния связей достаточно одной таблицы связей.

При работе с таблицами связей следует иметь в виду, что любая запись из таблицы связей легко может быть удалена, поскольку сущности некоторое вре­мя могут обойтись и без связей. При добавлении или изменении содержимого записей таблицы надо контролировать правильность ссылок на существующие объекты, так как связь без объектов существовать не может. Большинство со­временных СУБД контролируют правильность ссылок на объекты.

ПРИМЕР

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

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.

Рис. 2.2. Взаимосвязи между двумя объектами: а) «один к одному»;

б) «один ко многим»; в) «многие ко многими

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.

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 покупок, которые он сделал и сведения о которых хранятся в объекте МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ, как это показано на рис. 2.4. В случае, если в дочернем объекте будут какие-то записи, для которых нет соответствую­щих записей в объекте КЛИЕНТ, то мы их не увидим. В этом случае говорят, что объект содержит потерянные (одинокие) записи. Это не допустимо, и в дальнейшем вы узнаете, как избегать подобных ситуаций.

Рис. 2.4. Взаимосвязь между данными при отношении ^один ко многими

Если мы будем просматривать записи объекта МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ, то в объекте КЛИЕНТ мы сможем получить данные о клиенте, купившем данный автомобиль (см. рис. 2.4). Обратите внимание, что для потерянных записей сведений о клиенте мы не получим.

Вопрос 19.

Дата добавления: 2015-11-16