1.4 Er-метод проектирования

Одним из наиболее понятных и практически используемых методов проектирования реляционных баз данных является метод семантического моделирования. В качестве инструмента используются различные варианты диаграмм.

Особенность ER-метода заключается в том, что разные проектировщики могут рассматривать одну и ту же предметную область с различных точек зрения, получая в итоге разные наборы сущностей и связей. Определение лучшего из нескольких возможных наборов является вопросом личного предпочтения.

Связь между двумя сущностями может быть представлена графически в виде ER-диаграммы.

Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты).

Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, места, самолеты, рейсы, вкус, цвет. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе.

Атрибут – поименованная характеристика сущности. Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами отсутствует. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. В другом контексте атрибут может выступать как самостоятельная сущность.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся.

Связь – ассоциирование двух или более сущностей. Если бы назначением базы данных было только хранение отдельных, не связанных между собой данных, то ее структура могла бы быть очень простой. Однако одно из основных требований к организации базы данных – это обеспечение возможности отыскания одних сущностей по значениям других, для чего необходимо установить между ними определенные связи. А так как в реальных базах данных нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей, то теоретически между ними может быть установлено более миллиона связей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей.

Важной характеристикой связи является степень связи. Возможны следующие степени связи: один-к-одному, один-ко-многим и многие-ко-многим.

Связь один – к – одному (1:1): в каждый момент времени каждому представителю (экземпляру) сущности А соответствует 1 или 0 представителей сущности В. Если все экземпляры сущности должны участвовать в связи, то участие называется обязательным, и изображается на ER-диаграмме кружком, помещенным в блок, изображающий сущность. Если не все экземпляры сущности должны участвовать в связи, то участие называется необязательным, и кружок на ER-диаграмме располагается вне блока сущности.

Каждая диаграмма представляет некоторый набор правил, принятых в данной предметной области (например, в издательстве) по поводу того, какого рода информация должна храниться в базе данных.

Правило 1: Если класс принадлежности обеих сущностей является обязательным, то требуется только одна таблица. Первичным ключом этой таблицы может быть ключ любой из двух сущностей.

Правило 2: Если класс принадлежности одной сущности является обязательным, а другой – необязательным, то необходимо построение двух таблиц. Под каждую сущность необходимо выделить по таблице. При этом первичные ключи каждой из сущностей должны быть ключами соответствующих таблиц. Кроме того, ключ сущности, для которой класс принадлежности является необязательным, добавляется в качестве атрибута в таблицу, созданную для сущности с обязательным классом принадлежности.

Правило 3: Если класс принадлежности ни одной из сущностей не является обязательным, то необходимо использовать три таблицы: по одной для каждой сущности, ключи которых служат в качестве первичных ключей соответствующих таблиц, и одну таблицу для связи. Таблица, создаваемая для связи, должна иметь по одному ключу от каждой сущности, т.е. содержать два вторичных ключа.

Связь один – ко – многим (1:М): одному представителю сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В. По-прежнему, если все экземпляры сущности должны участвовать в связи, то участие является обязательным, и изображается на ER-диаграмме кружком, помещенным в блок, изображающий сущность. Если не все экземпляры сущности должны участвовать в связи, то участие является необязательным, и кружок на ER-диаграмме располагается вне блока сущности.

Правило 1: Если класс принадлежности n-связной сущности является обязательным, то достаточно использовать две таблицы (по одной для каждой сущности); ключ каждой сущности служит в качестве первичного ключа соответствующей таблицы. Кроме того, ключ 1-связной сущности должен быть добавлен как атрибут в таблицу, представляющую n-связную сущность.

Правило 2: Если класс принадлежности n-связной сущности не является обязательным, то необходимо формирование трех таблиц – по одной для каждой сущности (ключ каждой сущности служит в качестве первичного ключа соответствующей таблицы), а также таблицы для связи. Таблица, создаваемая для связи, должна иметь по одному ключу от каждой сущности.

Связь многое – ко – многому (М:N). Одному представителю сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В и наоборот. По-прежнему, если все экземпляры сущности должны участвовать в связи, то участие является обязательным, и изображается на ER-диаграмме кружком, помещенным в блок, изображающий сущность. Если не все экземпляры сущности должны участвовать в связи, то участие является необязательным, и кружок на ER-диаграмме располагается вне блока сущности.

Правило 1: В этом случае вне зависимости от класса принадлежности каждой сущности потребуется три таблицы: по одной для каждой сущности (ключ каждой сущности служит в качестве первичного ключа соответствующей таблицы), а также таблицы для связи. Таблица, создаваемая для связи, должна иметь по одному ключу от каждой сущности [8].

Наиболее простым методом для проектирования БД является метод «сущность-связь», или ER-метод. Суть метода состоит в построении ER-диаграмм, отображающих в графической форме основные объекты предметной области и связи между ними, и в определении характеристик этих связей. Затем по четким правилам делается переход от ER-диаграмм к таблицам БД, осуществляется наполнение таблиц атрибутами и проверка их на выполнение условий нормализации. Определяются ключевые атрибуты таблиц и связи между таблицами. Результатом проектирования является схема данных БД [5].

Сущность – это объект, информация о котором должна быть представлена в БД.

Экземпляр сущности – это информация о конкретном представителе объекта.

Связь – соединение между 2 и более сущностями.

Экземпляр связи – это конкретная связь между конкретными представителями объектов.

Атрибут – свойство сущности или связи.

Атрибут или набор атрибутов, используемый для однозначной идентификации сущности, называется ключом сущности.

Анализ ПО – определение сущностей или объектов, определение свойств этих сущностей и установление связей между объектами.

Классификация связей:

а) по классу принадлежности:

1) обязательная;

2) Необязательная;

б) по степени связи:

1) один к одному;

2) один ко многим;

3) многие ко многим.

Целью разработки БД является определение её логической структуры. В результате проектирования должен быть определен состав реляционных таблиц, для каждой таблицы – состав её атрибутов (столбцов) и логической связи между таблицами.

Для каждого атрибута должны быть заданы:

• тип данного;

• размер;

• ограничение целостности.

Для каждой таблицы:

• первичный ключ;

• потенциальные ключи;

• внешние ключи.

При этом получаемая логическая модель оценивается по достижению следующих целей проектирования:

• возможности хранения всех необходимых данных в БД;

• исключение избыточности данных;

• сведение числа хранимых отношений в БД к минимуму;

• нормализации отношений для решения проблем, связанных с обновлением, добавлением и удалением данных.

Первый шаг процесса проектирования состоит в определении всех атрибутов, наличие которых в БД ожидают пользователи, и связей между атрибутами. Этот шаг выполняется на основе анализа документов с данными, запросов пользователей и других сведений об объектах и процессах, характеризующих предметную область.

После определения состава данных, подлежащих хранению в БД, должен быть произведен их анализ и структурирование.

Наиболее простым методом для проектирования БД является метод «сущность-связь», или ER-метод. Суть метода состоит в построении ER-диаграмм, отображающих в графической форме основные объекты предметной области и связи между ними, и в определении характеристик этих связей. Затем по четким правилам делается переход от ER-диаграмм к таблицам БД, осуществляется наполнение таблиц атрибутами и проверка их на выполнение условий нормализации. Определяются ключевые атрибуты таблиц и связи между таблицами. Результатом проектирования является схема данных БД [1].