Физическое проектирование БД

Этап физического проектирования заключается в определении схемы хранения, т.е. физической структуры БД. Схема хранения зависит от той физической структуры, которую поддерживает выбранная СУБД. Физическая структура БД, с одной стороны, должна адекватно отражать логическую структуру БД, а с другой стороны, должна обеспечивать эффективное размещение данных и быстрый доступ к ним. Результаты этого этапа документируются в форме схемы хранения на языке определения данных (DDL, Data Definition Language) выбранной СУБД. Принятые на этом этапе решения оказывают огромное влияние на производительность системы.

Одной из важнейших составляющих проекта базы данных является разработка средств защиты БД. Защита данных имеет два аспекта: защита от сбоев и защита от несанкционированного доступа. Для защиты от сбоев на этапе физического проектирования разрабатывается стратегия резервного копирования. Для защиты от несанкционированного доступа каждому пользователю доступ к данным предоставляется только в соответствии с его правами доступа, набор которых также является составной частью проекта БД.

Особенности проектирования реляционной базы данных

Проектирование реляционной базы данных проходит в том же порядке, что и проектирование БД других моделей данных, но имеет свои особенности.

Проектирование схемы БД должно решать задачи минимизации дублирования данных и упрощения процедур их обработки и обновления. При неправильно спроектированной схеме БД могут возникнуть аномалии модификации данных. Они обусловлены отсутствием средств явного представления типов множественных связей между объектами ПрО и неразвитостью средств описания ограничений целостности на уровне модели данных.

Для решения подобных проблем проводится нормализация отношений.

Механизм нормализации реляционных отношений разработал Э.Ф. Кодд (E.F. Codd). Этот механизм позволяет по формальным признакам любое отношение преобразовать к третьей нормальной форме.

Нормализация схемы отношения выполняется путём декомпозиции схемы. Декомпозицией схемы отношения R называется замена её совокупностью схем отношений А_i таких, что

,

и не требуется, чтобы отношения А_i были непересекающимися.

Первая нормальная форма относится к понятию простого и сложного (составного или многозначного) атрибута (см. п.1.2.1).

Первая нормальная форма (1НФ).

Отношение приведено к 1НФ, если все его атрибуты простые.

Для того чтобы привести к 1НФ отношение, содержащее сложные атрибуты, нужно:

- разбить составные атрибуты на простые,

- построить декартово произведение всех многозначных атрибутов с кортежами, к которым они относятся.

Для идентификации кортежа в этом случае понадобится составной ключ, включающий первичный ключ исходного отношения и все многозначные атрибуты.

Вторая нормальная форма основана на понятии функциональной зависимости. Пусть X и Y – атрибуты некоторого отношения. Если в любой момент времени каждому значению X соответствует единственное значение Y, то говорят, что Y функционально зависит от X (X®Y). Атрибут X в функциональной зависимости X®Y называется детерминантом отношения.

В нормализованном отношении все неключевые атрибуты функционально зависят от ключа отношения. Неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа, если он функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Вторая нормальная форма (2НФ).

Отношение находится во 2НФ, если оно приведено к 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от составного первичного ключа.

(Таким образом, если отношение в 1НФ имеет простой первичный ключ, оно сразу находится во второй нормальной форме).

Для того чтобы привести отношение ко 2НФ, нужно:

- построить его проекцию, исключив атрибуты, которые не находятся в функционально полной зависимости от составного первичного ключа;

- построить дополнительно одну или несколько проекций на часть составного ключа и атрибуты, функционально зависящие от этой части ключа.

Третья нормальная форма основана на понятии транзитивной зависимости. Пусть X, Y, Z – атрибуты некоторого отношения. При этом X®Y и Y®Z, но обратное соответствие отсутствует, т.е. Z не зависит от Y или Y не зависит от X. Тогда говорят, что Z транзитивно зависит от X (X®®Z).

Третья нормальная форма (3НФ).

Отношение находится в 3НФ, если оно находится во 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Для того чтобы привести отношение к 3НФ, нужно:

- построить проекцию, исключив транзитивно зависящие от ключа атрибуты;

- построить дополнительно одну или несколько проекций на детерминанты исходного отношения и атрибуты, функционально зависящие от них.

Исключение составляют случаи, когда для транзитивной зависимости X®®Z (X®Y и Y®Z) либо Z зависит от Y, либо Y зависит от X, т.е. между атрибутами X и Y, например, существует связь 1:1. В такой ситуации декомпозиция отношения не производится.

Четвертая нормальная форма основана на понятии многозначной зависимости. Многозначная зависимость существует, если заданным значениям атрибута X соответствует множество, состоящее из нуля (или более) значений атрибута Y (X–»Y).

Различают тривиальные и нетривиальные многозначные зависимости. Тривиальной называется такая многозначная зависимость X–»Y, для которой Y Ì X или X U Y = R, где R – рассматриваемое отношение. Тривиальная многозначная зависимость не нарушает 4НФ. Если хотя бы одно из двух этих условий не выполняется, то такая зависимость называется нетривиальной.