ЛЕКЦИИ

Лекция на тему

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ

Разработчик: доц. Оскерко В.С.

План лекции

1. Требования, предъявляемые к базе данных

2. Этапы жизненного цикла базы данных

3. Модель "сущность–связь"

4. Преобразование  ER-модели в реляционную

5. Нормализация таблиц

6. Этапы проектирования базы данных и их процедуры

Литература

Глоссарий

&

3. Модель "сущность–связь"

Средством моделирования предметной области на этапе концептуального проектирования является модель "сущность–связь". Часто ее называют ER-моделью (Entity – сущность, Relation – связь). В ней моделирование структуры данных предметной области базируется на использовании графических средств – ER-диаграмм (диаграмм "сущность–связь"). В наглядном виде они представляют связи между сущностями.

Основные понятия ER-диаграммы  – сущность, атрибут, связь.

Сущность – это некоторый объект реального мира, который может существовать независимо. Сущность имеет экземпляры, отличающиеся друг от друга значениями атрибутов и допускающие однозначную идентификацию. Атрибут – это свойство сущности. Например, сущность КНИГА характеризуется такими атрибутами, как автор, наименование, цена, издательство, тираж, количество страниц. Конкретные книги являются экземплярами сущности КНИГА. Они отличаются значениями указанных атрибутов и однозначно идентифицируются атрибутом "наименование". Атрибут, который уникальным образом идентифицирует экземпляры сущности, называется ключом. Может быть составной ключ, представляющий комбинацию нескольких атрибутов.

Предположим, что проектируется база данных, предназначенная для хранения информации о деятельности некоторого банка. Этот банк имеет филиалы. Филиалы управляются менеджерами. Клиенты имеют в филиалах счета разных типов – текущие, срочные, до востребования, депозитные, карточные. Филиалы обрабатывают эти счета. Описываемую предметную область назовем БАНК. В ней могут быть выделены  четыре сущности: филиал, менеджер, счет, клиент.

На ER-диаграмме сущность изображается прямоугольником, в котором указывается ее имя. Например,

В реальном мире существуют связи между сущностями. Связь представляет взаимодействие между сущностями. Она характеризуется мощностью, которая показывает, сколько сущностей участвует в связи. Связь между двумя сущностями называется бинарной, а связь между более чем с двумя сущностями – тернарной.

В рассматриваемой предметной области БАНК можно выделить три связи.

1. МЕНЕДЖЕР  – УПРАВЛЯЕТ – ФИЛИАЛ

2. ФИЛИАЛ  – ОБРАБАТЫВАЕТ – СЧЕТ

3. КЛИЕНТ  – ИМЕЕТ – СЧЕТ

На ER-диаграмме связь изображается ромбом. Например,

Важной характеристикой связи является тип связи (кардинальность). Рассмотрим типы связей 1–3.

Так как менеджер управляет только одним филиалом, то каждый экземпляр сущности МЕНЕДЖЕР может быть связан не более чем с одним экземпляром сущности ФИЛИАЛ. В этом случае  связь 1 имеет тип "один-к-одному" (1:1). На рис. 1.1 представлена ER-диаграмма для связи типа 1:1.

Так как филиал обрабатывает несколько счетов, а счет обрабатывается только одним филиалом, то каждый экземпляр сущности ФИЛИАЛ может быть связан более чем с одним экземпляром сущности СЧЕТ, а каждый экземпляр сущности СЧЕТ может быть связан не более чем с одним экземпляром сущности ФИЛИАЛ.  В этом случае связь 2 имеет тип "один-ко-многим" (1:М). На рис. 1.2 представлена ER-диаграмма для связи типа 1:М.

Так как счет может совместно использоваться несколькими клиентами и клиент может иметь несколько счетов, то каждый экземпляр сущности СЧЕТ может быть связан с несколькими экземплярами сущности КЛИЕНТ и каждый экземпляр сущности КЛИЕНТ может быть связан с несколькими экземплярами сущности СЧЕТ. В этом случае  связь 3 имеет тип "многие-ко-многим" (М:N). На рис. 1.3 представлена ER-диаграмма для связи типа М:N.

Рассмотрим понятие класс принадлежности сущности.

Если каждый экземпляр сущности А связан с экземпляром сущности В, то класс принадлежности сущности А является обязательным.  Этот факт отмечается на ER-диаграмме черным кружочком, помещенным в прямоугольник, смежный с прямоугольником сущности А.

Если не каждый экземпляр сущности А связан с экземпляром сущности В, то класс принадлежности сущности А является необязательным. Этот факт отмечается на ER-диаграмме черным кружочком, помещенным на линии связи возле прямоугольника сущности А.

В качестве примера на рис. 1.4 изображены возможные ER-диаграммы для связи М:N c учетом класса принадлежности сущности.

На ER-диаграмме 1 класс принадлежности  обеих сущностей необязательный.

На ER-диаграмме 2 класс принадлежности  сущности  КЛИЕНТ обязательный, а сущности СЧЕТ необязательный.

На ER-диаграмме 3 класс принадлежности  сущности  КЛИЕНТ необязательный, а сущности СЧЕТ обязательный.

На ER-диаграмме 4 класс принадлежности  обеих сущностей  обязательный.

Предположим, что в  рассматриваемой предметной области БАНК класс принадлежности всех четырех сущностей является обязательным. Тогда ER-модель предметной области БАНК будет иметь вид, представленный на рис. 1.5.

Каждая из четырех сущностей приведенной ER-модели может быть описана своим набором атрибутов (рис. 1.6).

ER-модель в совокупности с наборами атрибутов сущностей  может служить примером концептуальной модели предметной области или концептуальной схемы базы данных.

В связи с наглядностью представления концептуальных схем баз данных ER-модели получили широкое распространение в CASE-средствах.  Эти средства  предназначены  для  автоматизированного  проектирования   реляционных баз данных.

Рис.1.6. Наборы атрибутов сущностей предметной области БАНК

Примечание. Ключевые атрибуты выделены жирным шрифтом.

Широко распространены CASE-системы, позволяющие выполнять ER-диаграммы в соответствии со стандартом IDEF1X. К ним относятся, в частности, Erwin,  Design/IDEF, Power Designer.

CASE-средства позволяют строить ER-диаграммы в реальном масштабе времени, что дает возможность наглядно изучать концептуальную модель данных и перестраивать ее соответственно поставленным целям и имеющимся ограничениям.