Методы проектирования баз данных

Таким образом, НФБК учитывает ФЗ, в которых участвуют все потенциальные ключи отношения, а не только ПК.

На практике такая ситуация встречается достаточно редко, и для всех прочих отношений 3NF и BCNF эквивалентны.

Для отношения с единственным потенциальным  ключом его 3НФ эквивалентна и НФБК.

Таким образом, для успешного проведения нормализации (до 3НФ) необходимо на основе анализа предметной области (анализа документов предметной области) для каждой схемы реляционного отношения5:

- выявить потенциальные ключи;

- увидеть повторяющиеся группы и не атомарные атрибуты;

- привести схемы отношения к 1НФ;

- определить функциональные зависимости между не ключевыми атрибутами и первичным ключом;

- определить частичные функциональные зависимости;

- осуществить декомпозицию (деление) соответствующих схем отношений для удалений частичных функциональных зависимостей;

- увидеть транзитивные зависимости между не ключевыми атрибутами и первичным ключом;

- исключить транзитивные зависимости путем декомпозиции соответствующих схем отношений.

Проведение этих мероприятий является достаточно трудоемким процессом. Так, например, выявление полного множества функциональных зависимостей потребует знаний теории множеств и предикатной логики.

Для приведения схем отношений к более высоким нормальным формам необходимо проведение дополнительного исследования предметной области для определения детерминантов отношений, выявления многозначных зависимостей между атрибутами отношения, зависимостей соединения.

Рассмотрим на рисунке 2схему процесса нормализации.

Рисунок 2. - Схема процесса нормализации

«Восходящее» проектирование – это достаточно сложная и устаревшая методика, которая подходит для проектирования только небольших баз данных.

Нисходящее проектирование БД

При «нисходящем» проектировании осуществляется структурное проектирование сверху-вниз («нисходящее» проектирование).

Такое проектирование называют анализом – происходит изучение целого (описания предметной области), затем разделение целого на составные части и затем следует последовательное изучение этих частей.

Этапы проектирования БД методом «нисходящего» проектирования представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. - Этапы проектирования БД методом «нисходящего» проектирования.

Для отображения метода использованы следующие обозначения: в кругах описаны названия этапов проектирования, в прямоугольниках – результаты.

Проектирование начинается с анализа предметной области и формирования описания внешнего уровня БД, объединяющего представления всех пользователей разрабатываемой БД, выявления классов объектов (сущностей) предметной области, связей между ними.

На основе описания внешнего уровня строится концептуальная информационно—логическая модель предметной области (ИЛМ), затем на её основе получают даталогическую модель (ДЛМ) базы данных. ДЛМ является основой для следующего этапа проектирования БД – этапа формирования физической модели базы данных.

Такой подход к проектированию БД называют также концептуальным или концептуальным проектированием.

В концептуальном подходе к проектированию БД выделяют следующие три сферы6:

- реальный мир или объектную  систему;

- информационную сферу;

- даталогическую сферу.

1. Основными составляющими  объектной системы являются: объект (экземпляр сущности), свойство (атрибут), отношение (связь) (предметная область  определена, если известны существующие  в ней объекты, их свойства  и отношения между ними)

Объект в концептуальном подходе – это то, о чем в информационной системе должна накапливаться информация.

Объекты объединены в классы объектов (экземпляры сущностей  в сущность, или ещё говорят – тип сущности). Класс объектов может состоять из одного или более объектов.

Например, класс объектов ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО, отдельные объекты – Иванов, Петров, Сидоров.

Каждый класс объектов должен обладать уникальным идентификатором, который однозначно идентифицирует каждый отдельный объект (экземпляр сущности) в классе объектов. Каждый класс объектов должен обладать некоторыми свойствами (атрибутами), количество которых одинаково для каждого объекта в классе объектов, значение же каждого свойства может быть различным в разных объектах. Каждый класс объектов может обладать любым количеством связей с другими классами объектов.

2. Информационная (инфологическая) сфера представляется понятиями, с помощью которых можно формально  описать и проанализировать информацию  об объектной системе.

3. В даталогической сфере рассматриваются вопросы представления предметной области (описанной в информационной сфере) с помощью структур данных, определяемых выбором СУБД. В настоящее время наиболее широко для формирования даталогической сферы используются реляционные СУБД.

В основе концептуального подхода лежит идея установления последовательного соответствия между объектной системой, информационной и далее даталогической сферами.

Происходит последовательное преобразование понимания объектов предметной области и связей между ними в формализованное описание логики информации предметной области и дальнейшее преобразование логики информации предметной области в описание структуры базы данных в терминах выбранных структур данных – построение логики данных.

Такое последовательное преобразование позволяет понятным и простым образом осуществлять правильное отображение смысла реального мира в базе данных. Таким образом, концептуальное проектирование БД состоит из следующих последовательных этапов:

- анализ предметной области, выявление классов объектов и связей между ними (формирование внешнего уровня БД) – описание объектной сферы;

- концептуальное инфологическое  проектирование. Строится концептуальная  информационно—логическая модель (ИЛМ) предметной области, формально (в терминах выбранной методологии построения ИЛМ) описывающая классы объектов и связи между ними (формирование концептуального уровня БД) – описание информационной сферы;

- концептуальное даталогическое  проектирование. На основе ИЛМ  в терминах выбранной модели  данных строится концептуальная даталогическая модель (ДЛМ) БД (формирование концептуального уровня БД) – описание даталогической сферы;

- преобразование ДЛМ в  физическую модель БД, полученную  на ЯОД выбранной СУБД (формирование  внутреннего уровня БД).

Замечание: на втором этапе проектирования ИЛМ можно преобразовать в любую даталогичскую модель – иерархическую, сетевую, реляционную, традиционные файлы.

Метод «нисходящего» проектирования достаточно формализован и используется в CASE (Computer Aided System/Software Engineering — компьютерное проектирование программного обеспечения и систем) средствах.

Замечания по использованию CASE − средств:

- особенно эффективно  их использование при создании  крупных корпоративных АИС большим  коллективом разработчиков;

- современные CASE − средства позволяют поддерживать как начальные этапы разработки АИС, так и проектирование, и генерацию баз данных и пользовательских интерфейсов;

- CASE − средства обеспечивают  качество принимаемых технических  решений и подготовку проектной  документации.

Сравнение методов проектирования (приведено в таблице) (для реляционной модели данных).

 

Таблица - Сравнение методов проектирования БД

Критерии	«Нисходящее» проектирование (Концептуальный подход)	«Восходящее» проектирование (Метод нормализации)
Степень описания семантики (смысла) предметной области	Высокая	Низкая (начальная модель –  ДЛМ РБД, термины РМД не предусматривают  возможность описания полного смысла  предметной области.)
Вероятность появления ошибок в последующей работе АИС	Низкая (при условии качественного  проектирования)	Высокая
Степень формализации процесса (возможность автоматизации процесса)	Высокая	Отсутствует
Объем трудозатрат при приведении ДЛМ БД к заданной НФ	Небольшой	Очень большой

 

 

Заключение

 

Базы данных (БД) составляют в настоящее время основу компьютерного обеспечения информационных процессов, входящих практически во все сферы человеческой деятельности.

Действительно, процессы обработки информации имеют общую природу и опираются на описание фрагментов реальности, выраженное в виде совокупности взаимосвязанных данных. Базы данных являются эффективным средством представления структур данных и манипулирования ими. Концепция баз данных предполагает использование интегрированных средств хранения информации, позволяющих обеспечить централизованное управление данными и обслуживание ими многих пользователей. При этом БД должна поддерживаться в среде ЭВМ единым программным обеспечением, называемым системой управления базами данных (СУБД). СУБД вместе с прикладными программами называют банком данных.

Одно из основных назначений СУБД – поддержка программными средствами представления, соответствующего реальности.

Предметной областью называется фрагмент реальности, который описывается или моделируется с помощью БД и ее приложений. В предметной области выделяются информационные объекты – идентифицируемые объекты реального мира, процессы, системы, понятия и т.д., сведения о которых хранятся в БД.

Этапам реализации баз данных соответствуют уровни описания предметной области: реальность в том виде, как она существует; концептуальное описание реальности; представление описания в виде формального текста и физическая реализация БД на машинных носителях.

Для ввода в ПК полученное описание должно быть представлено в терминах специального языка описания данных, который входит в комплекс средств СУБД.

Список литературы

 

1. Балдин К. В. Информационные системы в экономике: Учебник / К. В. Балдин. – ИНФРА – М, 2008. – 395 с.
2. Барановская Т. П. Информационные системы и технологии в экономике: Учебник / Т. П. Барановская, М. И. Семенов, А. И. Трубилин. - ЮНИТИ – ДАНА, 2007. – 198 с.
3. Исаев Г. И. Информационные системы в экономике / Г. И. Исаев. – Омега – Л, 2008. – 464 с.
4. Филимонова Е. В. Информационные системы в экономике / Е. В. Филимонова, Н. А. Черненко, А. С. Шубин. – М.: Феникс, 2008. – 448 с.
5. Чернышов Ю. И. Информационные технологии в экономике / Ю. И. Чернышов. – Горячая Линия – Телеком, 2008. – 240 с.

1 Чернышов Ю. И. Информационные технологии в экономике / Ю. И. Чернышов. – Горячая Линия – Телеком, 2008. С.76.

2 Чернышов Ю. И. Информационные технологии в экономике / Ю. И. Чернышов. – Горячая Линия – Телеком, 2008. С.78.

3 Исаев Г. И. Информационные системы в экономике / Г. И. Исаев. – Омега – Л, 2008. С.254.

4 Балдин К. В. Информационные системы в экономике: Учебник / К. В. Балдин. – ИНФРА – М, 2008. С.146.

5 Филимонова Е. В. Информационные системы в экономике / Е. В. Филимонова, Н. А. Черненко, А. С. Шубин. – М.: Феникс, 2008. С.354.

6 Барановская Т. П. Информационные системы и технологии в экономике: Учебник / Т. П. Барановская, М. И. Семенов, А. И. Трубилин. - ЮНИТИ – ДАНА, 2007. С.85.