13 Проектирование базы данных. Задачи и этапы проектирования баз данных. Проектирование базы данных

Любая база данных является информационной моделью предметной области. Предметная область представляется множеством фрагментов, например, предприятие – цехами, дирекцией, бухгалтерией и т.д. Каждый фрагмент предметной области характеризуется множеством объектов и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей с различными взглядами на предметную область. Для того чтобы представить ПО в базе данных, нужно прежде всего выделить те понятия, которые представляют интерес только с точки зрения создания БД. Иными словами, нужно выполнить классификацию понятий ПО. Далее эти понятия будут представляться в БД. Проведение такой классификации называется концептуальным проектированием данных.

При концептуальном проектировании технические характеристики компьютера и особенности его программного обеспечения в расчет не берутся. Главное на этом этапе – правильно представить многочисленные связи объектов реального мира, т.е. промоделировать объекты и их связи. Описание ПО в терминах некоторой модели данных принято называть концептуальной схемой. Концептуальная схема может быть представлена в виде предложений естественного языка, а возможно представление в виде набора таблиц. Какие именно термины естественного языка будут использованы или что будет внесено в таблицы – определяется конкретной ПО. В любом случае на этапе создания концептуальной схемы объекты ПО, их связи, свойства объектов представляются именами.

Обычно для отдельных пользователей базы данных интерес представляет только часть ПО. Это означает, что в общей концептуальной схеме для отдельного пользователя необходимо выделить некоторую подобласть понятий и, возможно, даже преобразовать ее для конкретного применения. Такая выделенная часть концептуальной схемы называется внешней схемой. Одной ПО соответствует одна концептуальная схема и большое количество внешних схем.

Описание концептуальной схемы в терминах данных, представляемых в памяти компьютера, называется внутренней схемой.

Рссмотрим условную предметную область «Учебный процесс», включающую следующие основные понятия: «студент», «преподаватель», «изучаемая дисциплина», «оценки». Пусть требуется создать базу данных для хранения данных о студентах, преподавателях и изучаемых дисциплинах, используя которую можно, например, получить сведения о студентах, имеющих право получать стипендию.

На этапе логического проектирования необходимо выделить основные объекты предметной области, которые требуется моделировать, дать им имена и описать их атрибуты. Приведем эти объекты в виде списка имен, за которыми в скобках следует список атрибутов.

Можно выделить четыре объекта - Студенты, Дисциплины, Оценки и Преподаватели:

        Студенты (код студента, фамилия, имя, отчество, номер группы, дата рождения, стипендия, оценки).

        Дисциплины (код дисциплины, название дисциплины),

        Оценки (код студента, код дисциплины, оценка),

        Преподаватели (код преподавателя, код дисциплины, фамилия, имя, отчество, дата рождения, телефон, название дисциплины).

В реляционной базе данных в качестве объектов рассматриваются отношения, которые можно представить в виде таблиц. Таблицы между собой связываются посредством общих полей, т.е. одинаковых по форматам и, как правило, по названию, имеющихся в обеих таблицах.

Рассмотрим, какие общие поля надо ввести в таблицы для обеспечения связности данных. В таблицах Студенты и Оценки таким полем будет «Код студента», в таблицах Дисциплины и Оценки – «Код дисциплины», в таблицах Преподаватели и Дисциплины – «Код дисциплины». Выбор цифровых кодов вместо фамилий или названий дисциплин обусловлен меньшим размером данных в таких полях: например, число «2» по объему занимаемой памяти значительно меньше слова «математика». На рис. 89 представлена схема базы данных, где жирными буквами выделены ключевые поля.

Ключом называют любую функцию от атрибутов отношения, с помощью которой можно однозначно определить конкретный кортеж. Такая функция может быть значением одного из атрибутов (простой ключ), задаваться алгебраическим выражением, включающим значения нескольких атрибутов (составной ключ). Это означает, что данные в строках каждого из столбцов составного ключа могут повторяться, но комбинация данных каждой строки этих столбцов является уникальной. Например, в таблице Студенты есть столбцы Фамилии и Год рождения. В каждом из столбцов есть некоторые повторяющиеся данные, т.е. одинаковые фамилии и одинаковые года рождения. Но если студенты, имеющие одинаковые фамилии, имеют разные года рождения, то эти столбцы можно использовать в качестве составного ключа. Как правило, ключ является уникальным, т.е. каждый кортеж определяется значением ключа однозначно, но иногда используют и неуникальные ключи (ключи с повторениями). Обозначение на схеме соответствует типу связи между таблицами «один-ко-многим». При таком типе связи одной строке таблицы, например, Студенты с уникальным значением ключа «Код студента» может соответствовать множество строк таблицы Оценки с таким же значением поля «Код студента».