Последовательность проектирования базы данных

Процесс проектирования включает в себя следующие шаги:

1. Определение задач, стоящих перед базой данных.

2. Сбор и анализ документов, относящихся к исследуемой предметной области.

3. Описание особенностей ПрО, которые позволяют установить зависимости и связи между объектами (субъектами) предметной области.

4. Создание модели предметной области.

5. Определение групп пользователей и перечня задач, стоящих перед каждой группой.

6. Выбор аппаратной и программной платформы для реализации БД.

7. Выбор СУБД (системы управления базой данных).

8. Создание логической схемы БД.

9. Создание схем отношений, определение типов данных атрибутов и ограничений целостности.

10. Нормализация отношений (до третьей или четвёртой нормальной формы).

11. Определение прав доступа пользователей к объектам БД.

12. Написание текста создания основных объектов базы данных на языке SQL в синтаксисе выбранной СУБД (пользователи, таблицы и др.).

13. Написание текста создания вспомогательных объектов базы данных (представления, индексы, триггеры, роли и т.д.).

Эти шаги можно объединить с 5 этапов:

1. Инфологическое проектирование (1-5).

2. Определение требований к операционной обстановке, в которой будет функционировать информационная система (6).

3. Выбор системы управления базой данных (СУБД) и других инструментальных программных средств (7).

4. Логическое проектирование БД (8-11).

5. Физическое проектирование БД (12-13).

На сегодняшний день не существует формальных способов моделирования реальности, но инфологический подход закладывает основы методологии проектирования базы данных как модели предметной области.

Инфологическое проектирование

Основными задачами этапа инфологического проектирования являются определение предметной области системы и формирование взгляда на неё с позиций сообщества будущих пользователей БД, т.е. информационно-логической модели ПрО.

Инфологическая модель ПрО представляет собой описание структуры и динамики ПрО, характера информационных потребностей пользователей в терминах, понятных пользователю и не зависимых от реализации БД. Это описание выражается в терминах не отдельных объектов ПрО и связей между ними, а их типов, связанных с ними ограничений целостности и тех процессов, которые приводят к переходу ПрО из одного состояния в другое.

Основными подходами к созданию инфологической модели предметной области являются:

1. Функциональный подход к проектированию БД ("от задач").

2. Предметный подход к проектированию БД ("от предметной области").

3. Метод "сущность-связь" (entity–relation, ER–method).

Мы будем использовать метод "сущность–связь" как наиболее распространённый. Приведём основные термины, которыми мы будем пользоваться:

Сущность – это объект, о котором в системе будут накапливаться данные. Для сущности указывается название и тип (сильная или слабая). Сильные сущности существуют сами по себе, а существование слабых сущностей зависит от существования сильных.

Атрибут – свойство сущности. Различают:

1) Идентифицирующие и описательные атрибуты. Идентифицирующие позволяют отличить один экземпляр сущности от другого. Описательные атрибуты заключают в себе интересующие нас свойства сущности.

2) Составные и простые атрибуты. Простой атрибут имеет неделимое значение. Составной атрибут является комбинацией нескольких элементов, возможно, принадлежащих разным типам данных (ФИО, адрес и др.).

3) Однозначные и многозначные атрибуты (могут иметь соответственно одно или много значений для каждого экземпляра сущности). Например, дата рождения – это однозначный атрибут, а номер телефона – многозначный.

4) Основные и производные атрибуты. Значение основного атрибута не зависит от других атрибутов; значение производного атрибута вычисляется на основе значений других атрибутов. Например, возраст вычисляется на основе даты рождения и текущей даты.

5) Обязательные и необязательные (первые должны быть указаны при размещении данных в БД, вторые могут не указываться).

Для каждого атрибута необходимо определить название, указать тип данных и описать ограничения целостности – множество значений, которые может принимать данный атрибут.

Связь – это осмысленная ассоциация между сущностями. Для связи указывается название, тип (факультативная или обязательная), степень (1:1, 1:n или m:n) и кардинальность (унарная, бинарная, тернарная или n-арная).

На рис. 1 приведены обозначения, которые мы будем использовать в ER-диаграммах.

Рис.1. Обозначения, используемые в ER-диаграммах

Определение требований к операционной обстановке

На этом этапе производится оценка требований к вычислительным ресурсам, необходимым для функционирования системы, определение типа и конфигурации конкретной ЭВМ, выбор типа и версии операционной системы. Объём вычислительных ресурсов зависит от предполагаемого объёма проектируемой базы данных и от интенсивности их использования. Если БД будет работать в многопользовательском режиме, то требуется подключение её к сети и наличие соответствующей многозадачной операционной системы.

Выбор СУБД и других программных средств

Выбор СУБД осуществляется на основании таких критериев, как тип модели данных и её адекватность потребностям рассматриваемой ПрО; характеристики производительности; набор функциональных возможностей; удобство и надежность СУБД в эксплуатации; стоимость СУБД и дополнительного программного обеспечения.

Логическое проектирование реляционной БД

На этапе логического проектирования разрабатывается логическая (концептуальная) структура БД. Для реляционной модели существуют формальные правила, которые позволяют преобразовать инфологическую модель ПрО в виде ER-диаграммы в логическую схему базы данных. Кроме получения схемы БД в целом на этом этапе выполняют создание схем отношений и их нормализацию. Этот этап более подробно рассмотрен в п.2 "Пример проектирования реляционной базы данных".