Концептуальное проектирование порой называют техническим . Его основными этапами являются:

1) предварительное проектирование,

2) эскизное (рабочее или техно-рабочее) проектирование,

3) изготовление, испытания и доводка опытного образца системы (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Этапы концептуального проектирования.

Стадия концептуального проектирования начинается с детального анализа первичных данных и уточнения концептуальной модели данных, после чего проектируется архитектура системы . При этом оценивается возможность использования существующих ИС и выбирается соответствующий метод их преобразования. После построения проекта уточняется исходный бизнес-план. Выходными компонентами этой стадии являются концептуальная модель данных, модель архитектуры системы и уточнённый бизнес-план.

В ходе выполнения последующих стадий проектирования предполагается более глубокая и детализированная проработка решений, выработанных на данной стадии. При этом не исключается появление необходимости их существенного изменения. Хотя действующие нормативные документы предусматривают возможность, внесение изменений в проект или программу (концепцию), как правило, это связано с потерями финансовых, материальных и трудовых ресурсов как со стороны “Заказчика”, так и “Разработчика”. Указанные потери могут оказаться весьма значительными, если необходимо вносить весомые изменения в первоначальные проектные решения и чем позже эта потребность возникает. Отсюда следует особая значимость данной стадии проектирования для успешного создания АИС, а также ответственность Разработчиков и Заказчика при выполнении работ и согласовании итогового документа.

На стадии разработки , интеграции и тестирования должна быть создана тестовая БД и тесты. Проводится разработка, прототипирование и тестирование баз данных и приложений в соответствии с проектом. Отлаживаются интерфейсы с существующими системами. Описывается конфигурация текущей версии ПО. На основе результатов тестирования проводится оптимизация БД и приложений. Приложения интегрируются в систему, проводится их тестирование в составе системы и испытания системы. Основными результатами стадии являются готовые приложения, проверенные в составе системы на комплексных тестах, текущее описание конфигурации ПО, скорректированная по результатам испытаний версия системы и эксплуатационная документация на систему.

В результате такого проектирования должна быть получена логическая структура системы (подсистемы, модуля и др.), схемы вводы, вывода, представления, преобразования данных и т.п.

В соответствии с уставными правилами и документацией проекта заключительный этап создания системы предполагает комплексное тестирование всех её компонентов, обучение пользователей, постоянное администрирование и др.

Стадия внедрения включает в себя действия по установке и внедрению баз данных и приложений. Основной результат стадии – готовая к эксплуатации и перенесенная на программно-аппаратную платформу Заказчика версия системы, документация сопровождения и акт приёмочных испытаний по результатам опытной эксплуатации.

На стадии эксплуатации осуществляется постоянный (лучше – автоматический) контроль работоспособности системы (мониторинг) с целью отслеживания состояния объектов, своевременного выявления ошибок и нештатных ситуаций, её развития.

Стадии сопровождения и развития включают процессы и операции, связанные с регистрацией, диагностикой и локализацией ошибок, внесением изменений и тестированием, проведением доработок, тиражированием и распространением новых версий ПО в места его эксплуатации, переносом приложений на новую платформу и масштабированием системы. Стадия развития фактически является повторной итерацией стадии разработки.

Результатом концептуальной стадии проектирования АИС является итоговый документ – “Концептуальный проект”, “Аванпроект”, “Пилотный проект” или “Концепция и программа создания…”. В дальнейшем будут преимущественно использоваться термины “Концептуальный проект” и “Концепция” или “программа создания…”.

Концептуальное проектирование системы характеризуется сжатыми сроками. По этой причине выполнение работ, связанных с ним и предпроектным обследованием объекта могут осуществляться параллельно или перекрываться по времени их выполнения.

При проектировании, в т.ч. при решении проблем автоматизации процессов, обычно изначально принимается один из двух вариантов: создание системы решающей сиюминутные задачи или включающей и перспективные задачи (“на вырост”), учитывающие будущие потребности.

В первом случае можно выбрать недорогое решение и быстро его реализовать. Однако высока вероятность, что достаточно скоро такую систему потребуется в значительной степени модернизировать или заменить.

Во втором случае потребуется более серьёзная проработка требований и технических решений, влекущая за собой увеличение сроков выполнения и стоимости проекта. Но в этом случае возможно на гораздо больший период времени продлить эффективное функционирование созданной таким образом системы. Однако большие инвестиции сопряжены с бóльшими рисками. Поэтому рекомендуется разбивать предстоящие работы на небольшие этапы, реализация которых способна принести конкретный и ощутимый результат, обеспечивающий решение поставленной задачи. В этом случае при минимальных инвестициях можно обеспечить быструю отдачу и создать фундамент дальнейшего развития системы, способствующий, в том числе, изучению полученных результатов, корректировки дальнейших действий и т.п. Таким образом, разработка системы приобретает цикличный характер. И хотя подобный подход несколько более затратный, чем комплексное решение масштабной задачи, он позволяет уменьшить высокие риски, связанные с изменениями требований к разрабатываемой системе.

Не следует упускать из виду, что быстрое развитие науки, техники и технологий приводит к быстрому старению используемых методов и систем, что отрицательно влияет на эффективность их использования. При этом поэтапно вносить изменения в отдельные компоненты системы значительно проще, чем заменять её полностью. Кроме того, обычно требуется обеспечить быстрый возврат инвестиций, что достаточно сложно организовать при внедрении комплексных решений.

Можно выделить три основных вида проектирования объектов и систем по степени их сложности, объёму и ряду других показателей: крупные, средние и малые (мелкие) проекты.

При реализации крупных проектов обычно прибегают к помощи хорошо зарекомендовавших себя крупных компаний-интеграторов, в том числе консалтинговых и внедренческих организаций.

Для реализации средних проектов стараются обойтись своими силами и (или) используют готовые решения, которые стремятся адаптировать под конкретные требования организации-заказчика.

Малые проекты характеризуются использованием готовых решений и, в ряде случаев, адаптацией их под конкретные условия использования.

Проектирование ИС начинается с составления в текстовой и (или) графической форме плана работ. На первом этапе проектирования необходимо выяснить требования пользователей к системе и, на основании этих требований, сформировать макет системы. Предпочтительно осуществлять проектирование модульным методом. Проектирование информационных систем непосредственно связано с их программированием, поэтому значительная часть проектных работ связана с программированием ИС.

Модульное программирование – метод разработки программ, предполагающий разбиение программы на независимые модули. Считается, что модуль должен обладать оптимальными размерами (как правило, целиком помещаться на экране дисплея) и что разделение большой программы на модули облегчает её разработку, отладку и сопровождение.

Программный модуль, объединяющий в себе данные (свойства) и операции над ними (методы), называют объектом.

Объект – абстрактное множество предметов, все предметы которого имеют одни и те же характеристики.

На выбор средств проектирования могут существенно повлиять следующие особенности методов проектирования:

· ориентация на создание уникального или типового проекта;

· итерационный характер процесса проектирования;

· возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей;

· жёсткая дисциплина проектирования и разработки при их коллективном характере;

· необходимость отчуждения проекта от разработчиков и его последующего централизованного сопровождения.

ER-модели
Моделирование предметной области базируется на использовании графических диаграмм, включающих небольшое число разнородных компонентов. В 1976 году Чен (Chen) предложил для проектирования ИС (баз данных) использовать ER-модели (Entity Relationship model – модель «сущность-связь»), представляющие концептуальные модели данных. Они получили широкое распространение в современных CASE-системах, поддерживающих автоматизированное проектирование ИС и обычно используются на этапе информационно-логического моделирования.

ER-модель наглядно изображает структурные блоки информации и логические взаимосвязи между ними. Основными понятиями являются сущность, связь и атрибут (см. Таблицу).

Таблица понятий: сущность, связь и атрибут.

Тип связи указывается индексами «1» или «М» над соответствующей линией. Например, связь «Руководство» имеет тип «один ко многим»: один сотрудник может руководить многими проектами; связь «Участие» имеет тип «многие ко многим»: один сотрудник может участвовать во многих проектах, и в проекте могут участвовать много сотрудников. На рисунке приведен пример ER-диаграммы.

На основе ER-моделей последовательно формируют реляционные БД.

Важным параметром ИС является простота её использования, включающая обеспечение качества проектной документации. При проектировании следует ориентироваться на следующие документы:

ГОСТ 24.602-86 . Автоматизированные системы управления. Состав и содержание работ по стадиям создания. (Введён с 01.01.89.–М.: Изд-во стандартов, 1986.–12 с.).

ГОСТ 34.601-90 . Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания (Введён с 29.12.90, 24.601-86. 24.602-86. 1997 г.).

ГОСТ 34.602-89 . Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы. Введ. 01.01.90.

ГОСТ 34.603-92 . Информационная технология. Виды испытаний автоматизированных систем.

РД 50-640-87 . Системы автоматизированного проектирования. Порядок выполнения работ при создании систем: Инструкция.–М.: Изд-во стандартов, 1987.–28 с. и др.

КОНСПЕКТ ОБЗОРНОЙ ЛЕКЦИИ

Для студентов специальности
Т1002 «Программное обеспечение информационных технологий»

(Л.В. Рудикова, к.ф.-м.н., доцент)

Вопрос 31. АРХИТЕКТУРА СУБД. РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

1. Понятие базы данных.

2. Трехуровневая архитектура базы данных.

3. Жизненный цикл базы данных.

4. Архитектура СУБД.

5. Реляционная модель данных.

6. Проектирование реляционных баз данных.

7. Нормальные формы отношений.

8. Реляционная алгебра.

1. Понятие базы данных.

Система с базой данных – это любая информационная система на базе компьютера, в которой данные могут совместно использоваться многими приложениями.

Информационная система – автоматическая система, организующая данные и выдающая информацию.

Информационно-управляющая система – система, обеспечивающая информационную поддержку менеджмента.

Данные – разрозненные факты.

Информация – организованные и обработанные данные.

Под базой данных понимается множество взаимосвязанных элементарных групп данных (информации), которые могут обрабатываться одной или несколькими прикладными системами. Система базы данных состоит из базы данных; программного обеспечения общего назначения, которая называется системой управления базой данных (СУБД) , и служит для управления базой данных; соответствующего оборудования и людей.

Каждая СУБД должна удовлетворять следующим требованиям:

· обеспечивать пользователю возможность создавать новые БД и определять их схему (логическую структуру данных) с помощью специального языка - языка определения данных ; поддерживать разнообразные представления одних и тех же данных;

· позволять «запрашивать » данные и изменять их с помощью языка запросов , или языка манипулирования данными ; допускать интеграцию и совместное использование данных различными приложениями;

· поддерживать хранение очень больших массивов данных, измеряемых гигабайтами и более, в течение долгого времени, защищая их от случайной порчи и неавторизованного использования, а также - обеспечивать модификацию БД и доступ к данным путем запросов, т.е. гарантировать безопасность и целостность данных;

· контролировать доступ к данным одновременно для многих пользователей; исключать влияние запроса одного пользователя на запрос другого и не допускать одновременный доступ, который может испортить данные, т.е. гарантировать управление параллельным доступом к данным.

Система с базой данных состоит из следующих компонентов:

· Пользователи, т.е. люди, которые используют данные.

· Приложения, т.е. программы пользователей, которым требуются данные из системы.

· СУБД – программное обеспечение, которое управляет доступом к данным и обеспечивает указанные функциональные возможности системы с базой данных.

· Данные, т.е. строки, хранящиеся в файлах.

· Система-хост – компьютерная система, в которой хранятся файлы. Доступ к строкам данных осуществляется системой-хостом. Роль СУБД состоит в том, чтобы генерировать запросы, позволяющие использовать функциональные возможности системы управления файлами системы-хоста для обслуживания различных приложений. СУБД – это дополнительный уровень программного обеспечения, надстроенный над программным обеспечением системы-хоста.

Таким образом, систему с БД можно представить в виде следующей последовательности уровней:

На самом нижнем уровне находятся данные, хранящиеся в физических файлах (физическая память БД). На верхнем уровне – приложений с их собственными представлениями одних и тех же физических данных. Каждой представление БД – это определенная логическая структура, построенная из лежащих в основе физических данных. Чтобы обеспечить интерфейс между физической памятью БД и ее разнообразными логическими версиями (множеством поддерживаемых представлений) СУБД, в свою очередь должна состоять из нескольких уровней.

2. Трехуровневая архитектура базы данных.

Различие между логическим и физическим представлением данных официально признано в 1978 году, когда комитет ANSI / SPARC предложил обобщенную структуру систем баз данных. Эта структура получила название трехуровневой архитектуры. Три уровня архитектуры следующие: внутренний, концептуальный и внешний.

Внутренний уровень – это уровень, определяющий физический вид базы данных, наиболее близкий к физическому хранению и связан со способами сохранения информации на физических устройствах хранения. С данным уровнем связаны дисководы, физические адреса, индексы, указатели и т.д. За этот уровень отвечают проектировщики физической БД, которые решают, какие физические устройства будут хранить данные, какие методы доступа будут использоваться для извлечения и обновления данных и какие меры следует принять для поддержания или повышения быстродействия системы управления базами данных. Пользователи не касаются этого уровня.

Концептуальный уровень – структурный уровень, определяющий логическую схему базы данных. На данном уровне выполняется концептуальное проектирование базы данных, которое включает анализинформационных потребностей пользователей и определение нужных им элементов данных. Результатом концептуального проектирования является концептуальная схема, логическое описание всех элементов данных и отношений между ними.

Внешний уровень – структурный уровень БД, определяющий пользовательские представления данных. Каждая пользовательская группа получает свое собственное представление данных в БД. Каждое такое представление данных дает ориентированное на пользователя описание элементов данных, из которых состоит представление данных, и отношений между ними. Его можно напрямую вывести из концептуальной схемы. Совокупность таких пользовательских представлений данных и дает внешний уровень.

Представления пользователей и приложений	Внешний уровень
Отображения
Концептуальная схема	Концептуальный уровень
Отображение	Внутренний уровень
Система-хост
Хранящиеся данные

Рис. Уровни СУБД

3. Жизненный цикл базы данных.

Процесс проектирования, реализации иподдержания системы базы данных называется жизненным циклом базы данных (ЖЦБД). Процедура создания системы называется жизненным циклом системы (ЖЦС).

Понимание и правильный подход к ЖЦБД очень важен и требует детального рассмотрения, так как в его основе лежит подход, ориентированный на данные . Элементы данных более стабильны, чем выполняемые функции системы. Создание правильной структуры данных требует сложного анализа классов единиц данных и отношений между ними. Если построить логичную схему базы данных, то в дальнейшем можно создать любое количество функциональных систем, использующих эту схему. Функционально-ориентированный подход можно применять лишь для создания временных систем, которые рассчитаны на недолгое время функционирования.

ЖЦБД состоит из следующих этапов:

1. Предварительное планирование – планирование БД, выполняемое в процессе разработки стратегического плана БД. В процессе планирования собирается следующая информация:

· какие прикладные программы используются, и какие функции они выполняют;

· какие файлы связаны с каждым из этих приложений;

· какие новые приложения и файлы находятся в процессе работы.

Данная информация помогает определить, как используется информация приложений, определить будущие требования к системе БД.

Информация этого этапа документируется в виде обобщенной модели данных.

2. Проверка осуществимости . Здесь определяется технологическая, операционная и экономическая осуществимость плана создания БД, т. е.:

· технологическая осуществимость – есть ли технология для реализации запланированной БД?

· операционная осуществимость – есть ли средства и эксперты, необходимые для успешного осуществления плана создания БД?

· экономическая целесообразность – можно ли определить выводы? Окупится ли запланированная система? Можно ли оценить издержки и выгоду?

3. Определение требований включает выбор целей БД, выяснение информационных требований к системе и требований к оборудованию и программному обеспечению. Таким образом, на данном этапе сбора данных и определения требований создаётся общая информационная модель , выражающаяся в следующих задачах:

· Определяются цели системы путём анализа информационных потребностей. Здесь также обязательно указывается, какую именно БД следует создавать (распределённую, целостную) и какие коммуникационные средства необходимы. Выходной документ – комментарий, описывающий цели системы.

· Определение пользовательских требований: документация в виде обобщённой информации (комментарии, отчёты, опросы, анкеты и т. д.); фиксация функций системы и определение прикладных систем, которые будут выполнять эти требования. Данные представляются в виде соответствующих документов.

· Определение общих требований к оборудованию и программному обеспечению, связанных с поддержанием желаемого уровня быстродействия. (Выяснение количества пользователей системы, числа входных сообщений в день, количество распечаток). Данная информация используется для выбора типов компьютеров и СУБД, объёма дисков, количества принтеров. Данные этого этапа излагаются в отчёте, содержащем примерные конфигурации оборудования и программного обеспечения.

· Разработка плана поэтапного создания системы, включающий выбор исходных приложений.

4. Концептуальное проектирование – создание концептуальной схемы БД. Спецификации разрабатываются в той степени, которая необходима для перехода к реализации.

Основным выходным документом является единая инфологическая модель (или схема БД на концептуальном уровне ). При разработке данной модели используются информация и функции, которые должна выполнить система, определённые на этапе сбора и определения требований к системе. На данном этапе желательно также определить: 1) правила для данных; 2) правила для процессов; 3) правила для интерфейса.

5. Реализация – процесс превращения концептуальной модели в функциональную БД. Он включает в себя следующие этапы.

1) Выбор и приобретение необходимой СУБД.

2) Преобразование концептуальной (инфологической) модели БД в логическую и физическую модель данных:

· на основе инфологической модели данных строится схема данных для конкретной СУБД, при необходимости реализуется денормализация БД с целью ускорения обработки запросов во всех критичных по времени приложениях;

· определяются, какие прикладные процессы необходимо реализовать в схеме данных как хранимые процедуры;

· реализовать ограничения, предназначенные для обеспечения целостности данных и реализации правил для данных;

· спроектировать и сгенерировать триггеры для реализации всех централизованно определённых правил для данных и правил целостности данных, которые не могут быть заданы как ограничения;

· разработать стратегию индексирования и кластеризации; выполнить оценку размеров всех таблиц, кластеров и индексов;

· определить уровни доступа пользователей, разработать и внедрить правила обеспечения безопасности и аудита. Создать роли и синонимы для обеспечения многопользовательского доступа с согласованными уровнями полномочий доступа.

· разработать сетевую топологию БД и механизм бесшовного доступа к удалённым данным (реплицированная или распределённая БД).

3) Построение словаря данных, который определяет хранение определений структуры данных БД. Словарь данных также содержит информацию о полномочиях доступа, правилах защиты данных и контроля данных.

4) Заполнение базы данных.

5) Создание прикладных программ, контроль управления.

6) Обучение пользователей.

6. Оценка и усовершенствование схемы БД. Включает опрос пользователей с целью выяснения функциональных неучтенных потребностей. При необходимости вносятся изменения, добавление новых программ и элементов данных по мере изменения и расширения потребностей.

Таким образом, ЖЦБД включает в себя:

· Изучение предметной области и представление соответствующей документации (1-3).

· Построение инфологической модели (4).

· Реализация (5).

· Оценка работы и поддержка БД (6).

4. Архитектура СУБД.

Рис. Главные компоненты СУБД

Данные, метаданные - содержат не только данные, но и информацию о структуре данных (метаданные ). В реляционной СУБД метаданные включают в себя системные таблицы (отношения), имена отношений, имена атрибутов этих отношений и типы данных этих атрибутов.

Часто СУБД поддерживает индексы данных. Индекс - это структура данных, которая помогает быстро найти элементы данных при наличии части их значения (например, индекс, который находит кортежи конкретного отношения, имеющие заданное значение одного из атрибутов). Индексы - часть хранимых данных, а описания, указывающие, какие атрибуты имеют индексы - часть метаданных.

Менеджер памяти -получает требуемую информацию из места хранения данных и изменяет в нем информацию по требованию расположенных выше уровней системы.

В простых системах БД менеджером памяти может служить система файлов операционной системы. Однако для повышения эффективности, СУБД обычно осуществляет прямой контроль памяти. Менеджер памяти состоит из двух компонентов:

· Менеджер файлов контролирует расположение файлов на диске и получает блок или блоки, содержащие файлы, по запросу менеджера буфера (диск в общем случае делится на дисковые блоки - смежные области памяти, содержащие от 4000 до 16000 байт).

· Менеджер буфера управляет основной памятью. Он получает блоки данных с диска через менеджер файлов и выбирает страницу основной памяти для хранения конкретного блока. Он может временно сохранять дисковый блок в основной памяти, но возвращает его на диск, когда страница основной памяти нужна для другого блока. Страницы также возвращаются на диск по требованию менеджера транзакций.

Процессор «запроса» - обрабатывает запросы и запрашивает изменения данных или метаданных. Он предлагает лучший способ выполнения необходимой операции и выдает соответствующие команды менеджеру памяти.

Процессор (менеджер) запросов превращает запрос или действие с БД, которые могут быть выполнены на очень высоком уровне (например, в виде запроса SQL ), в последовательность запросов на хранимые данные типа отдельных кортежей отношения или частей индекса на отношении. Часто самой трудной частью обработки запроса является его организация , т. е. выбор хорошего плана запроса или последовательности запросов к системе памяти, отвечающей на запрос.

Менеджер транзакций - отвечает за целостность системы и должен обеспечить одновременную обработку многих запросов, отсутствие интерференции запросов (сложение, min , max ) и защиту данных в случае выхода системы из строя. Он взаимодействует с менеджером запросов, т. к. должен знать, на какие данные воздействуют текущие запросы (для избежания конфликтных ситуаций), и может отложить некоторые запросы и операции для избежания конфликтов. Менеджер транзакций взаимодействует также с менеджером памяти, т. к. схемы защиты данных обычно включают в себя хранение файла регистрации изменений данных. При правильном порядке выполнения операции файл регистрации будет содержать запись изменений, поэтому можно заново выполнить даже те изменения, которые не достигли диска из-за сбоя в системе.

Типичные СУБД позволяют пользователю сгруппировать несколько запросов и/или изменений в одной транзакции. Транзакция - это группа операций, которые необходимо выполнить последовательно, как одно целое.

Как правило, система БД поддерживает одновременно множество транзакций. Именно правильное выполнение всех таких транзакций и обеспечивает менеджер транзакций . Правильное выполнение транзакций обеспечивается ACID -свойствами (atomicity , consistency , isolation , durability ):

· атомарность - выполнение либо всех транзакций, либо ни одной из них (например, изъятие денег из банкомата и внесение соответственного дебета в счет клиента должны быть единственной атомарной транзакцией, не допускается выполнение каждой из этих операций по отдельности);

· непротиворечивость - состояние, при котором данные соответствуют всем возможным ожиданиям (например, условие непротиворечивости для БД авиационных линий состоит в том, что ни одно из мест в самолете не бронируется для двух пассажиров);

· изоляция - при параллельном выполнении двух или более транзакций их результаты должны быть изолированы друг от друга. Одновременное выполнение двух транзакций одновременно не должно привести к результату, которого не было бы, если они выполнялись последовательно (например, при продаже билетов на один и тот же рейс в случае свободного последнего места при одновременном запросе двух агентов, запрос одного должен быть выполнен, другого - нет);

· долговременность - после завершения транзакции результат не должен бытьутрачен в случае сбоя системы, даже если этот сбой происходит сразу после завершения транзакции.

Рассмотрим также 3 типа обращения к СУБД:

1. Запросы - вопросы по поводу данных могут генерироваться двумя способами:

a) с помощью общего интерфейса запросов (например, реляционная СУБД допускает запросы SQL , которые передаются процессору запросов, а также получает ответы на них);

б) с помощью интерфейсов прикладных программ - запросы передаются через специальный интерфейс (через этот интерфейс нельзя передавать произвольные запросы);

2. Модификации - это операции по изменению данных. Они также могут выполняться либо с помощью общего интерфейса, либо через интерфейс прикладной программы;

3. Модификации схемы - это команды администраторов БД, которые имеют право изменять схему БД или создавать новую БД.

Архитектура клиент/сервер. Во многих вариантах современного ПО реализуется архитектура клиент/сервер : один процесс (клиент) посылает запрос для выполнения другому процессу (серверу). Как правило, БД часто разделяется на процесс сервера и несколько процессов клиента.

В простейшей архитектуре клиент/сервер вся СУБД является сервером, за исключением интерфейсов запроса, которые взаимодействуют с пользователем и посылают запросы или другие команды на сервер. Например, реляционная СУБД часто использует язык SQL для представления запросов от клиента к серверу. Затем сервер БД предоставляет клиенту ответ в виде таблицы (отношения). Существует тенденция увеличения нагрузки на клиента, т. к. при наличии множества одновременно работающих пользователей БД с сервером могут возникнуть проблемы.

5. Реляционная модель данных.

РМД некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. При создании информационной системы совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними.

Отношение представляет собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные. Математически под N -арным отношением R понимают множество декартова произведения D 1 D 2 … D n множеств (доменов ) D 1, D 2 , …, D n (), необязательно различных:

R D 1 D 2 … D n ,

где D 1 D 2 … D n – полное декартово произведение, т.е. набор всевозможных сочетаний из n элементов каждое, где каждый элемент берется их своего домена.

Домен - это семантическое понятие. Домен можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных имеющих определенный смысл. Домен характеризуется следующими свойствами:

· Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных).

· Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене.

· Домен может иметь некоторое логическое условие , позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена.

· Домен несет определенную смысловую нагрузку .

Атрибут отношения есть пара вида <Имя_атрибута: Имя_домена>. Имена атрибутов должны быть уникальны в пределах отношения. Часто имена атрибутов отношения совпадают с именами соответствующих доменов.

Отношение R , определенное на множестве доменов, содержит две части: заголовок и тело.

Заголовок отношения – это фиксированное количество атрибутов отношения:

Заголовок отношения описывает декартово произведение доменов, на котором задано отношение. Заголовок статичен, он не меняется во время работы с базой данных. Если в отношении изменены, добавлены или удалены атрибуты, то в результате получим уже другое отношение (пусть даже с прежним именем).

Тело отношения содержит множество кортежей отношения. Каждый кортеж отношения представляет собой множество пар вида <Имя_атрибута: Значение_атрибута>:

таких что значение атрибута принадлежит домену . Тело отношения представляет собой набор кортежей, т.е. подмножество декартового произведения доменов. Таким образом, тело отношения собственно и является отношением в математическом смысле слова. Тело отношения может изменяться во время работы с базой данных - кортежи могут изменяться, добавляться и удаляться.

Отношение обычно записывается в виде:

или короче

,

или просто

Число атрибутов в отношении называют степенью (или -арностью ) отношения. Мощность множества кортежей отношения называют мощностью отношения.

Схемой отношения называется перечень имен атрибутов данного отношения с указанием домена, к которому они относятся:

Если атрибуты принимают значения из одного и того же домена, то они называются -сравнимыми, где – множество допустимых операций сравнений, заданных для данного домена. Например, если домен содержит числовые данные, то для него допустимы все операции сравнения, тогда . Однако, и для доменов, содержащих символьные данные, могут быть заданы не только операции сравнения по равенству и неравенству значений. Если для данного домена задано лексикографическое упорядочение, то он имеет также полный спектр операций сравнения.

Схемы двух отношений называются эквивалентными , если они имеют одинаковую степень и возможно такое упорядочение имен атрибутов в схемах, что на одинаковых местах будут находиться сравнимые атрибуты, то есть атрибуты, принимающие значения из одного домена:

Пусть – схема отношения . – схема отношения после упорядочения имен атрибутов. Тогда

~

Таким образом, для эквивалентных отношений выполняются следующие условия:

· Таблицы имеют одинаковое количество столбцов.

· Таблицы содержат столбцы с одинаковыми наименованиями.

· Столбцы с одинаковыми наименованиями содержат данные из одних и тех же доменов.

· Таблицы имеют одинаковые строки с учетом того, что порядок столбцов может различаться.

Все такие таблицы есть различные изображения одного и того же отношения.

Свойства отношений. Свойства отношений непосредственно следуют из приведенного выше определения отношения. В этих свойствах в основном и состоят различия между отношениями и таблицами.

· В отношении нет одинаковых кортежей .

· Кортежи не упорядочены (сверху вниз) .

· Атрибуты не упорядочены (слева направо) .

· Все значения атрибутов атомарны .

Рис. Схематическое изображение отношения

Реляционная модель представляет собой базу данных в виде множества взаимосвязанных отношений. В каждой связи одно отношение может выступать как основное, а другое отношение выступает в роли подчиненного. Таким образом, один кортеж основного отношения может быть связан с несколькими кортежами подчиненного отношения. Для поддержки этих связей оба отношения должны содержать наборы атрибутов, по которым они связаны. В основном отношении это первичный ключ отношения , который однозначно определяет кортеж основного отношения. В подчиненном отношении для моделирования связи должен присутствовать набор атрибутов, соответствующий первичному ключу основного отношения. Однако здесь этот набор атрибутов уже является вторичным ключом или внешним ключом , т.е. он определяет множество кортежей отношения, которые связаны с единственным кортежем основного отношения.

6. Проектирование реляционных баз данных.

При проектирование реляционной БД должны быть решены следующие проблемы:

1) С учетом семантики предметной области необходимо наилучшим способом представить объекты предметной области в виде абстрактной модели данных (даталогическое проектирование). Т.е. - определиться со схемой БД: из каких отношений должны состоять БД, какие атрибуты должны быть у этих отношений, каковы связи между отношениями.

2) Обеспечить эффективность выполнения запросов к базе данных (физическое проектирование БД).

После проведения этапа даталогического проектирования должны быть получены следующие результирующие документы:

· Построение корректной схемы данных ориентируясь на реляционную модель данных.

· Описание схемы БД в терминах выбранной СУБД.

· Описание внешних моделей в терминах выбранной СУБД.

· Описание декларативных правил поддержки целостности БД.

· Разработка процедур поддержки семантической целостности БД.

Итак, задача проектирования реляционной БД состоит в выборе схемы базы из множества альтернативных вариантов.

Корректной называется схема БД, в которой отсутствуют нежелательные зависимости между атрибутами отношений. Процесс разработки корректной схемы БД называется логическим проектированием .

Проектирование схемы БД можно выполнить двумя методами:

· Метод декомпозиции (разбиения) – исходное множество отношений, входящих в схему БД заменяется другим множеством отношений, являющихся проекциями исходных отношений! При этом число отношений возрастает.

· Метод синтеза – компоновка схемы БД из заданных исходных элементарных зависимостей между объектами предметной области.

Классическое проектирование БД связано с теорией нормализацией , которая основана на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Функциональные зависимости определяют устойчивые отношения между объектами и их свойствами в рассматриваемой предметной области.

Метод декомпозиции представляет собой процесс последовательной нормализации схем отношений: каждая новая итерация соответствует нормальной форме более высокого порядка и обладает лучшими свойствами по сравнению с предыдущей. Т.о., изначально предполагается существование универсального отношения, содержащего все атрибуты БД, затем на основе анализа связей между атрибутами осуществляется (или – делается попытка осуществить) декомпозиция универсального отношения, т.е. переход к нескольким отношениям меньшей размерности, причем исходное отношение должно восстанавливаться с помощью операции естественного соединения.

Итак, каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношений находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений.

В теории реляционных БД обычно выделяют следующие нормальные формы:

первая нормальная форма (1 NF );

· вторая нормальная форма (2 NF );

· третья нормальная форма (3 NF );

· нормальная форма Байса-Кодда (BCNF );

· четвертая нормальная форма (4 NF );

· пятая нормальная форма или форма проекции - соединения (5 NF или PYNF ).

Основные свойства нормальных форм:

· каждая следующая нормальная форма в некотором смысле лучше предыдущей;

· при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных свойств сохраняются.

Схемы БД называются эквивалентными , если содержание исходной БД можно получить естественным соединением отношений, входящих в результирующую схему, и при этом не появляется новых кортежей в исходной БД.

7. Нормальные формы отношений.

В основе процесса нормализации лежит адекватное отражение предметной области в виде таблиц, содержащих данные о моделируемом объекте, и возможность изменения состояния базы данных с течением времени. Как правило, из-за несоответствия модели данных предметной области могут возникнуть аномалии, которые проявляются при выполнении соответствующих операций:

· Аномалии вставки (INSERT) – хранение в одном отношении разнородной информации.

· Аномалии обновления (UPDATE) –избыточность данных отношения из-за хранения разнородной.

· Аномалии удаления (DELETE) – хранение разнородной информации в одном отношении.

Следует учитывать также возникающие неопределенные ( NULL ) значения . В разных СУБД при выполнении различных операций (сравнение, объединение, сортировка, группировка и др.) два NULL -значения могут быть или не быть равными друг другу, по разному влиять на результат выполнения операций по определению средних значений и нахождения количества значений. Для исключения ошибок во многих СУБД существует возможность замены NULL -значения нулем при выполнении расчетов, объявление всех NULL -значений равными друг другу и т.п.

Нормализация – разбиение таблицы на несколько, которые обладают лучшими свойствами при обновлении, вставке и удалении данных. Т.е. нормализация представляет собой процесс последовательной замены таблицы ее полными декомпозициями до тех пор, пока все они не будут находиться в 5НФ, однако, на практике достаточно привести таблицы к НФБК.

Процедура нормализации основывается на том, что единственными функциональными зависимостями в любой таблице должны быть зависимости вида , где - первичный ключ, а - некоторое другое поле. Поэтому в процессе нормализации следует избавиться от всех "других" функциональных зависимостей, т.е. от тех, которые имеют иной вид, чем .

Если заменить на время нормализации коды первичных (внешних) ключей, то следует рассмотреть 2 случая:

1. Таблица имеет составной первичный ключ, например и поле , которое функционально зависит от части этого ключа, например, от (от полного ключа не зависит). Рекомендуется сформировать другую таблицу, содержащую и ( – первичный ключ), и удалить из первоначальной таблицы:

Заменить , первичный ключ , ФЗ

на , первичный ключ

и , первичный ключ .

2. Таблица имеет первичный (возможный) ключ , поле , которое не является возможным ключом, но функционально зависит от , а также – другое неключевое поле , функционально зависящее от : . Рекомендуется сформировать таблицу содержащую и ( - первичный ключ), и – удалить из первоначальной таблицы: Следует заметить, что для проведения таких операций первоначально следует иметь, в качестве входных данных некоторые «большие» (универсальные) отношения.

Опр.1. Отношение находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда ни одна из его строк не содержит в любом своем поле одного значения и ни одного из ключевых полей отношения не пусто.

По опр.1, любое отношение будет находиться в 1НФ, т.е. отношение, удовлетворяющее свойствам отношений: в отношении нет одинаковых кортежей; кортежи не упорядочены; атрибуты не упорядочены и различаются по наименованию; все значения атрибутов атомарны.

Опр.2. Отношение находится во второй нормальной форме (2НФ) тогда и только тогда, когда отношение находится в 1НФ и нет неключевых атрибутов, зависящих от части сложного ключа (т.е. все поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом).

Если потенциальный ключ является простым, то отношение автоматически находится в 2НФ.

Чтобы устранить зависимость атрибутов от части сложного ключа, необходимо произвести декомпозицию отношения на несколько отношений. Атрибуты, которые зависят от части сложного ключа, выносятся в отдельное отношение.

Атрибуты отношения называются взаимно-независимыми , если ни один из них не является функционально зависимым от другого.

Опр.3. Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ) тогда и только тогда, когда отношение находятся в 2НФ и все неключевые атрибуты взаимно независимы (т.е. ни одно из неключевые полей отношения не зависит функционально от любого другого неключевого поля).

Чтобы устранить зависимость неключевых атрибутов, нужно произвести декомпозицию отношения на несколько отношений. При этом те неключевые атрибуты, которые являются зависимыми, выносятся в отдельное отношение.

При приведении отношений при помощи алгоритма нормализации к отношениям в 3НФ предполагается, что все отношения содержат один потенциальный ключ. Это не всегда верно. Бывают случаи, когда отношение может содержать несколько ключей.

Опр.4. Отношение находится в нормальной форме Байса-Кодда (НФБК) тогда и только тогда, когда детерминанты всех функциональных зависимостей являются потенциальными ключами (либо - если любая функциональная зависимость между его палями сводится к полной функциональной зависимости от возможного ключа).

Если отношение находится в НФБК, то оно автоматически находится в 3НФ, что следует из определения 4. Чтобы устранить зависимость от детерминантов, не являющихся потенциальными ключами, следует провести декомпозицию, вынося эти детерминанты и зависимые от них части в отдельное отношение.

Бывают случаи, когда отношение не содержит никаких функциональных зависимостей. Т.е. отношение является полностью ключевым, т.е. ключом отношения является все множество атрибутов. Т.о., мы имеем многозначную зависимость, т.к. взаимосвязь между атрибутами все-таки имеется.

Опр.5. Отношение находится в четвертой нормальной форме (4НФ) тогда и только тогда, когда отношение находится в НФБК и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей.

Отношения с нетривиальными многозначными зависимостями возникают, как правило, в результате естественного соединения двух отношений по общему полю, которое не является ключевым ни в одном из отношений. Реально это ведет к хранению в одном отношении информации о двух независимых сущностях.

Для устранения нетривиальных многозначных зависимостей можно декомпозировать исходное отношение на несколько новых.

Опр.6. Отношение находится в пятой нормальной форме (5НФ) тогда и только тогда, когда любая имеющаяся зависимость соединения является тривиальной.

Опр.6. тождественно также следует определению.

Опр.7. Отношение не находится в 5НФ, если в отношении найдется нетривиальная зависимость соединения.

Т.о. если в каждой полной декомпозиции все проекции исходного отношения содержат возможный ключ, можно сделать вывод о том, что отношение находится в 5НФ. Отношение, не имеющее ни одной полной декомпозиции также находится в 5НФ.

Не зная ничего о том, какие потенциальные ключи имеются в отношении и как взаимосвязаны атрибуты, нельзя утверждать, что данное отношение находится в 5НФ или в других нормальных формах.

Возможным ключом отношения называется набор атрибутов отношения, который полностью и однозначно (функционально полно) определит значения всех остальных атрибутов отношения. В общем случае в отношении может быть несколько возможных ключей. Среди всех возможных ключей отношения как правило выбирают один, который считается главным и который называют первичным ключом отношения.

Взаимно-независимые атрибуты – это атрибуты, не зависящие один от другого. Если в отношение существует несколько ФЗ, то каждый атрибут или набор атрибутов, от которого зависит другой атрибут, называется детерминантом отношения.

9. Реляционная алгебра.

Реляционная алгебра представляет собой основу доступа к реляционным данным. Основная цель алгебры – обеспечить запись выражений. Выражения могут использоваться для:

· определения области выборки , т.е. определения данных для их выбора, как результата операции выборки;

· определения области обновления , т.е. определения данных для их вставки, изменения или удаления, как результата операции обновления;

· определение (именованных) виртуальных отношений , т.е. представление данных для их визуализации через представления;

· определение снимка, т.е. определение данных для сохранения в виде «мгновенного снимка» отношения;

· определение правил безопасности, т.е. определение данных, для которых осуществляется контроль доступа;

· определение требований устойчивости, т.е. определение данных, которые входят в область для некоторых операций управления одновременным доступом;

· определение правил целостности, т.е. некоторых особых правил, которым должна удовлетворять база данных, наряду с общими правилами, представляющими часть реляционной модели и применяемыми к каждой базе данных.

В реализациях конкретных реляционных СУБД сейчас не используется в чистом виде ни реляционная алгебра, ни реляционное исчисление. Фактическим стандартом доступа к реляционным данным стал язык SQL (Structured Query Language).

Реляционная алгебра, определенная Коддом состоит из 8 операторов, составляющих 2 группы:

• традиционные операции над множествами (объединение, пересечение, вычитание, декартово произведение);
• специальные реляционные операции (выборка, проекция, соединение, деление).

Кроме того, в состав алгебры включается операция присваивания, позволяющая сохранить в базе данных результаты вычисления алгебраических выражений, и операция переименования атрибутов, дающая возможность корректно сформировать заголовок (схему) результирующего отношения.

Краткий обзор операторов реляционной алгебры.

Выборка – возвращает отношение, которое содержит все кортежи определенного отношения, удовлетворяющие некоторым условиям. Операция выборки называется также операцией ограничения (restrict - ограничение, сейчас чаще принимается выборка - SELECT ).

Проекция – возвращает отношение, содержащее все кортежи (т.е. - под кортежи) определенного отношения после исключения из него некоторых атрибутов.

Произведение – возвращает отношение, содержащее всевозможные кортежи, которые являются сочетанием двух кортежей, принадлежащих соответственно двум определенным отношениям.

Объединение – возвращает отношение, содержащее все кортежи, которые принадлежат или одному из двух определенных отношений, или обоим.

Пересечение – возвращает отношение, содержащее все кортежи, которые принадлежат одновременно двум определенным отношениям.

Вычитание – возвращает отношение, содержащее все кортежи, которые принадлежат первому из двух определенных отношений и не принадлежат второму.

Соединение (естественное) – возвращает отношение, кортежи которого - это сочетание двух кортежей (принадлежащих соответственно двум определенным отношениям), имеющих общее значение для одного или нескольких общих атрибутов этих двух отношений (и такие общие значения в результирующем кортеже появляются только один раз, а не дважды).

Деление – для двух отношений, бинарного и унарного, возвращает отношение, содержащее все значения одного атрибута бинарного отношения, которые соответствуют (в другом атрибуте) всем значениям в унарном отношении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных, 6-е издание: Пер. с англ. – К.; М.; СПб.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 848 с.

2. Конноли Т., Бегг К., Страчан А. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика, 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 1120 с.

3. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация. – СПб.: Питер, 2001. – 304 с.

4. Фаронов В.В., Шумаков П.В. Delphi 4. Руководство разработчика баз данных. – М.: «Нолидж», 1999. – 560 с.

5. Дж. Грофф, П.Вайнберг. SQL: Полное руководство: Пер. с англ. – К.: Издательская группа BHV, 2001. – 816 с.

6. Кен Гетц, Пол Литвин, Майк Гилберт. Access 2000. Руководство разработчика. Т.1, 2. Пер. с англ. – К.: Издательская группа BHV, 2000. – 1264 с, 912 c.

7. Маклаков С.В BPwin и EPwin. CASE-средства разработки информационных систем. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001. – 304 с.

8. Ульман Д., Уидом Д. Введение в системы баз данных / Пер. с англ. – М.: «Лори», 2000. – 374 с.

9. Хомоненко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных: Учебник для высших учебных заведений / Под ред. Проф. А.Д.Хомоненко. – Спб.: КОРОНА принт, 2000. – 416 с.

При использовании спиральной модели:

- происходит накопление и повторное использование проектных решений, средств проектирования, моделей и прототипов информационной системы и информационной технологии;

- осуществляется ориентация на развитие и модификацию системы и технологии в процессе их проектирования;

- проводится анализ риска и издержек в процессе проектирования систем и технологий.

2.3.2. Концептуальное проектирование

Концепция информационной системы

В предыдущем разделе было показано (рис. 2.3.2), что трудовые и финансовые затраты постепенно растут в первых двух фазах жизненного цикла и резко возрастают в фазе практической реализации информационной системы. Между тем, ошибки, допущенные на первых двух этапах, порождают на последующих этапах трудные, часто неразрешимые проблемы, а также могут серьезно повлиять на стоимость, график работ и, в конечном итоге, на результаты работ в целом. С учетом излагаемых ниже причин имеются основания для выделения их в самостоятельный и специфический вид деятельности – концептуальное проектирование информационных систем. Результатом концептуального проектирования является концепция информационной системы , под которой будем понимать системно взаимосвязанную совокупность структурных решенийS ti S t , реализующих требуемое качество информационного обеспеченияQ t .

Вербально введенное понятие можно описать следующим образом: сущность этой концепции составляет оригинальный, объективный, беспристрастный и исчерпывающий подход. Отправным моментом концепции должны служить конечная продукция или требования к функционированию. На этой основе должна быть определена общая структура "идеальной системы" при минимальном учете преобладающих особенностей фирмы или какой-либо организации, используемых методов и оборудования. Конечная цель заключается в выдаче оптимальной информации, обеспечивающей оптимальное сочетание людей и оборудования, для выполнения тех функций, которые наилучшим образом могут быть осуществлены соответственно самим человеком, использующим оборудование в целях наиболее эффективного выполнения поставленных задач.

Этап концептуального проектирования должен быть определен таким образом, чтобы проектировщик все исходные данные на основе своих знаний, опыта и интуиции смог бы преобразовать в предельно формализованные частные задания на проектирование, в том числе и в задание на проектирование структуры объекта.

Определим задачу концептуального проектирования через его компоненты.

Объектом концептуального проектирования является существующее состояние информационной системы

Sc =(Sc		S c ),
где S c – состояние существующей информационной системы,S c				S с

соответственно организационно-техническое, функциональное и информационное структурные решения.

Субъект концептуального проектирования. По общепринятой в отече-

ственной технической литературе терминологии субъект концептуального проектирования следует именовать "разработчик" или "проектировщик". Однако представляется, что названные термины наилучшим образом отражают содержание детального (физического) проектирования. В части, касающейся разработки концепции информационных систем, более привлекателен современный термин "системный интегратор".

Система целей концептуального проектирования. Основная цель кон-

цептуального проектирования может быть сформулирована следующим образом: определение множества состояний информационной системы S t , реали-

зующих требуемый уровень качества информационного обеспечения Q t .

Концептуальное проектирование информационных систем является многоцелевым (оценка и сравнение отдельных целей в единых универсальных единицах невозможна). Поэтому цель концептуального проектирования представим вектором

				S ti= (S ti	S ti	S ti
		; S ti		– i -ое перспективное решение, соответственно:
где S ti	; S ti

- организационно-техническое (целевое состояние организационной и технической структур);

- процедурное (целевое состояние процедурной структуры);

- информационное (целевое состояние информационной структуры). Практическая активность . Для достижения целей концептуального про-

ектирования системный интегратор должен осуществить ряд системно взаимосвязанных работ, направленных на совершенствование организационнотехнической структуры, структуры информационных процессов и структуры информации. Обозначим эти виды работ:

W i o ={w i o } – работы, направленные на совершенствование организационнотехнической структуры до состоянияS ti ;

W i p ={w i p } – работы, направленные на совершенствование функциональной структуры до состоянияS ti p ;

W i i ={w i i } – работы, направленные на совершенствование информационной структуры до состоянияS ti i .

Задача концептуального проектирования информационных систем.

Структуризация понятия концептуального проектирования и формализация его основных компонентов позволяет сформулировать в организационнотехнических терминах задачу концептуального проектирования информационных систем:

В выражении (3.8) S t – множество целевых в смысле выражения состояний информационной системы, вектор цели концептуального проектирования. За-

данные условия S * включают вектор текущего состояния информационной системыS с и множество допустимых операторовW , переводящих информацион-

ную систему из существующего состояния в целевое. Таким образом, формально задачу концептуального проектирования информационных систем можно представить тройкой вида:

< S с ,W ,S t >.

Подобное представление определяет концептуальное проектирование информационных систем как процесс постановки и решения задачи (3.9).

Современные подходы к концептуальному проектированию информационных систем

Проблема концептуального проектирования информационных систем: состояние и пути решения

В настоящее время наиболее распространен так называемый позадачный подход к совершенствованию информационного обеспечения. Сущность позадачного подхода заключается в эвристическом анализе предметной деятельности в целом или одной из задач организации, на основе которого выделяются отдельные информационные процедуры, удовлетворяющие двум условиям:

- низкое качество информационного обеспечения;

- возможность совершенствования путем разработки и внедрения технических устройств, автоматизации или организационно-правовых решений.

Существующие и перспективные технические и организационные решения, получаемые в результате описанного подхода, позволяют в целом поддерживать на определенном уровне и совершенствовать информационное обеспечение организаций. Однако в силу объективных причин этот подход к настоящему времени во многом себя исчерпал.

Начиная с середины XX века в проектировании информационных систем наметилась общая тенденция – объектами проектирования стали большие и сложные информационные системы. Это привело к резкому росту наукоемкости и средней сложности проектов.

Поэтому при проектировании больших систем стала прослеживаться неработоспособность подходов с неразвитыми или слабо развитыми фазами концептуального проектирования. Внешне это проявляется в появлении объективных трудностей у руководителей организаций и технических служб, принимающих решения по всему комплексу вопросов совершенствования информационного обеспечения. Эти трудности обусловлены тем, что существующие подходы не дают в явном виде ответ о необходимости и достаточности совершенствования информационного обеспечения, в т.ч.:

- рациональных (формальных) критериях и методах оценки существующего качества и требованиях к качеству перспективного информационного обеспечения;

- перечне приоритетных задач деятельности организаций, информационные процессы которых могут быть усовершенствованы на основе структурнопараметрических решений;

- целесообразной последовательности позадачного и попроцедурного совершенствования;

- соотношении организационных, технических, функциональных и информационных решений;

- необходимых финансовых, технических и других ресурсах;

- сроках проведения проектных работ;

- нормативной базе, необходимой для организации информационного обеспечения на основе новых структурных решений.

Кроме этого, для большинства руководителей организаций характерно отсутствие опыта в организации больших проектов вообще и, тем более, в рыночных условиях, когда необходимо:

- изучать конъюнктуру рынка;

- определять реальные цели проектов,

- находить требуемые финансовые и другие ресурсы, исполнителей и т.д. Кроме того, в силу новизны предметной области, отсутствия сколько-

нибудь цельной и апробированной методологии, позволяющей рассматривать процесс концептуального проектирования комплексно, с системных позиций, проблемы совершенствования, модернизации или создания информационных систем возникают и перед сторонними разработчиками в случае привлечения их к проектированию. Это затрудняет совершенствование информационного обеспечения, поскольку разработчику приходится не только выбирать или создавать технические средства, но и решать задачи предметной области, задачи, связанные с научно обоснованным построением структуры, учитывать требования инженерной психологии и эргономики, системные требования и др.

Приведенный перечень наиболее актуальных проблем позволяет считать, что в настоящее время концептуальные решения по совершенствованию информационного обеспечения принимаются в условиях неопределенности на основе эвристик . Как известно, эвристические методы основаны на неформальных, интуитивных соображениях, на опыте решения сходных или аналогичных задач, в том числе другими людьми. Они также не отвечают условиям результативности.

Существует эмпирически установленная зависимость между степенью осознания текущего состояния, а также современных технико-организационных возможностей совершенствования информационного обеспечения и объемом эвристических процедур.

Еще одним скрытым фактором, негативно влияющим на результаты проекта, является архаичность традиционного управленческого цикла, основным недостатком которого является неразвитость обратных связей (регулирования). Контроль результатов проекта осуществляется, по сути, после физической реализации информационной системы на основе субъективной оценки ("хорошо",

"плохо") состояния информационного обеспечения. Процедура согласования технического задания практически не выявляет и не корректирует эвристических ошибок, допущенных на предшествующих этапах, и является в известной мере формальной.

Таким образом, существующее положение в сфере совершенствования информационного обеспечения организаций не позволяет принимать тривиальные решения с гарантированным достижением цели. Поэтому работы в этом направлении проводятся стихийно и не всегда эффективно. В итоге это приводит не только к нарушению сроков осуществления проектов, перерасходу средств, невыполнению требований по показателям конечного результата, но и к появлению в организациях избыточных и часто несовместимых информационных систем с выраженными негативными свойствами: дублированием, отсутствием целостности и согласованности, снижением доступности информации, трудностями ее интеграции.

Особенности проблемы и условия концептуального проектирования информационных систем

Из изложенного следует, что рассмотренные подходы к концептуальному проектированию информационных систем не позволяют системно учитывать особенности сущности и современного состояния проблемы совершенствования информационного обеспечения, а также специфику деятельности организаций. Ниже приводится систематизированный перечень особенностей проблемы концептуального проектирования информационных систем.

Выделяют следующие особенности, определяемые сущностью проблемы совершенствования информационного обеспечения.

1. Рост требований и увеличение компетенции пользователей.

2. Собственная сложность конечных результатов проектной деятельности (проектов).

3. Многоаспектность проблемы, состоящая в наличии различных, часто несогласуемых показателей оценки качества информационного обеспечения. Представляется, что допустимо говорить об отсутствии системы сформулированных, взаимосвязанных показателей качества, а также требований к областям допустимых их значений.

4. Необходимость осуществления предметной деятельности и, следовательно, и информационного обеспечения в условиях неопределенности целей и риска.

5. Необходимость непрерывного решения проблемы совершенствования информационного обеспечения.

6. Необходимость активного участия в проектах персонала организаций, обусловленная тем, что последние являются носителями предметных знаний и конечными пользователями системы.

7. Отсутствие формальных методов решения проблемы.

Особенности, определяемые современным состоянием проблемы.

1. Отсутствие системных разработок ("фрагментарность" решений). До настоящего времени вопросы разработки научно-методологической базы совершенствования информационного обеспечения находятся в начальной стадии.

Недостаточно глубоко прорабатываются системные аспекты, слабо осуществляются: контроль и планирование процессов совершенствования информационного обеспечения на местах; координация технических концепций и предложений; управление качеством информационного обеспечения; анализ существующей и разработка новой организации информационного обеспечения и др.

2. Неустойчивость экономической ситуации, изменчивость законодательства и политики в области экономической деятельности. В результате становится высоким риск инвестиционных проектов, усложняются процессы ценообразования и прогнозирования стоимости проектов.

3. Перманентно существующая организационная перестройка.

4. Динамичность информационных технологий, определяемая достижениями научно-технического прогресса.

4. Ошибки планирования и ценообразования.

5. Неадекватная сложности проблемы организация работ на местах. Количество и качество руководящих материалов, направляемых на места, не соответствует сложности и актуальности проблемы.

6. Ограниченное финансирование работ.

7. Наличие существующих информационных технологий, так или иначе обеспечивающих информационные потребности организаций.

Особенности, определяемые структурой и предметной деятельностью организаций. Совершенствование информационного обеспечения проводится

в специфических условиях: иерархичность, территориальная распределенность организационной структуры и деятельности; многозадачность предметной деятельности; динамичность организационной структуры, условий функционирования и решаемых задач.

Организации состоят из подразделений, специализирующихся на отдельных функциях или задачах. Это представляется естественным, поскольку ведет

к упрощению организационной структуры и использованию сотрудников одной специальности. Такие функциональные подразделения обеспечивают высокую эффективность предметной деятельности, но вместе с тем им свойственны определенные особенности, являющиеся ограничительным фактором при проектировании информационных систем:

1. Неспособность функциональных подразделений организовать эффективную совместную работу и координацию с другими функциональными подразделениями, исполнителем проекта, сторонними организациями. В ряде случаев руководители функциональных подразделений не знают или плохо представляют и не учитывают цели всего проекта. Поэтому часто то, что представляется полезным функциональному руководителю для его подразделения, не представляет интереса или даже вредно для другого подразделения или в целом для организации.

2. Свойственное для крупных организаций соперничество между функциональнымиподразделениямиможетпривестикнеоптимальностипроектныхрешений.

3. Ответственность за взаимоотношения и координацию может быть нечеткой или неопределенной из-за параллелизма или неправильного распределения обязанностей. Это замедляет и усложняет процесс принятия решений и оказывает отрицательное влияние на весь проект.

4. В связи со значительными размерами и организационной сложностью руководству организации или подразделений достаточно сложно уделять необходимое внимание текущим проблемам проекта. Серьезным и часто определяющим фактором является естественная для руководителей некомпетентность в данной сфере.

Специфика предметной деятельности обуславливает специфику информационного обеспечения: коллективное использование территориально распределенных информационных ресурсов; дискретность, разномасштабность, стохастичность протекающих информационных процессов; высокие требования к качеству всех процедур информационного процесса; отсутствие априорной информации о характеристиках информационных процессов, большой объем и разнородность обрабатываемой информации, сложность информационных связей; жесткая организационно-правовая детерминированность информационных процессов и ряд других факторов. Имеют место различные и зачастую противоречащие друг другу информационные потребности пользователей.

Условия концептуального проектирования. Совокупность изложенных особенностей совершенствования информационного обеспечения определяет ряд условий, при наличии которых в жизненном цикле проекта должна присутствовать развитая фаза концептуального проектирования:

1. Информационная система является большой и сложной. Проект представляет собой систему, состоящую из подсистем, которые должны быть объединены в единое функционально связанное целое.

2. Проект является технически сложным.

3. Необходимость финансового контроля на всех стадиях проекта.

4. Наличие ограничений в смете и календарных графиках.

5. Необходимость быстрого реагирования на изменения условий проекта.

6. Привлечение к проекту большого числа функциональных подразделений

и охват значительного числа видов работ.

7. Возможность серьезных изменений в организационной структуре.

8. Необходимость в больших закупках и поставках материалов, оборудования, услуг.

мость быстро-

серьезных

Техническая

в смете и

го реагирова-

изменений

сложность

календарном

негативных

ния на изме-

в структуре

воздействий

нения условий

УСЛОВИЯ НЕОБХОДИМОСТИ ПРОЕКТ

КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 2.3.3. Условия необходимости концептуального проектирования

В силу изложенных обстоятельств (современное состояние и особенности проблемы концептуального проектирования) становится очевидным, что дальнейшее использование общепринятых подходов к концептуальному проектированию становится одной из причин все более существенного снижения качества информационного обеспечения.

Поэтому лицу, принимающему решения по цели совершенствования информационного обеспечения и путям достижения этих целей, необходим набор четких, однородных и взаимосвязанных методов и инструментальных средств, применение которых позволило бы правильно выявить цели совершенствования информационного обеспечения, а затем достичь их.

Другими словами, необходима специальная технология концептуального проектирования, отвечающая следующим требованиям:

- целостность и системность реализуемого данной технологией процесса, который должен включать функционально полный набор компонентов "технологической цепочки";

- высокая степень расчленяемости процесса на стадии (процедуры), что и открывает возможность его технологизации;

- регулярность процесса и однозначность его стадий, что позволяет применять при их описании законы больших чисел и средних величин;

- в результате появляется, с одной стороны, возможность их стандартизации и унификации, а с другой, планирования, учета и организации.

Одна из архитектур БД называется ANSI/SPARC.

Основной идеей является выделение трехуровневой абстракции в описании данных. Цель – отделение пользовательского представления БД от ее физического представления.

Причины, по которым желательно такое разделение:

Каждый пользователь должен иметь возможность обращаться к общим данным, используя собственное представление о них;

Пользователи не должны иметь дело с подробностями физического хранения данных;

Администратор БД должен иметь возможность изменять структуру БД, не оказывая влияние на представления пользователей;

Внутренняя структура БД не должна зависеть от изменений физических аспектов хранения информации, таких как переключение на новое устройство и т.д.;

Выделяются три уровня архитектуры БД – внешний, концептуальный и внутренний.

Внешний уровень – представление БД с точки зрения пользователей, состоит из нескольких внешних представлений, обычно соответствующих группам пользователей. Различные представления могут по-разному отображать одни и те же данные, также они могут включать вычисляемые данные, не хранящиеся в БД.

Концептуальный уровень – обобщенное представление схемы БД. Уровень описывает, какие данные хранятся в БД и какие связи хранятся между ними. Концептуальная схема – это полное представление требований к данным со стороны организации, оно не зависит от способа хранения данных. На концептуальном уровне представлены следующие компоненты:

1. Все элементы данных.

2. Ограничения, накладываемые на элементы данных.

3. Семантическая информация о данных.

4. Информация о мерах обеспечения безопасностей и поддержки целостности данных.

Внутренний уровень – описывает реализацию БД и предназначен для обеспечения оптимальной производительности системы и экономного использования ее ресурсов с учетом конкретной СУБД.

Внутреннему уровню соответствует следующая информация:

1. Описание подробностей хранения с указанием реальных размеров сохраняемых элементов.

2. Распределение дискового пространства для хранения данных и индексов.

3. Сведения о физической организации данных.

4. Сведения о сжатии данных и методах их шифрования.

Ниже внутреннего уровня лежит физический , который контролируется операционной системой под руководством СУБД, их функции на этом уровне четко не разделены.

Два подхода к концептуальному проектированию: восходящий и нисходящий.

При восходящем подходе проектирование начинается с самого нижнего уровня с выделения атрибутов. После этого выявляются взаимосвязи между ними, то есть функциональные зависимости, затем с использованием специальных алгоритмов, основанных на функциональных зависимостях, строятся схемы БД.

Восходящий подход лучше использовать для проектирования простых БД, так как с ростом числа атрибутов установить все взаимосвязи между ними затруднительно, кроме того, на начальных стадиях проектирования больших систем трудно выделить все атрибуты.

Нисходящий подход начинается с выявления нескольких высокоуровневых сущностей и связей между ними. После этого в несколько этапов производится уточнение модели, при этом появляются новые сущности, связи и атрибуты.

Также существует смешанная стратегия проектирования, в этом случае восходящий и нисходящий подход используются для различных частей системы, а затем результаты сводятся воедино.

Понятие сущности.

При описании любой предметной области человек пользуется понятиями отдельных предметов, фактов или событий, которые он выделяет из окружающего мира, отличая их от всех остальных и идентифицируя определенным образом. Поэтому основной составляющей семантической модели являются сущности.

Сущность (entity) – «предмет», который может быть идентифицирован некоторым способом, отличающим его от других предметов. Предмет используется в широком смысле, например в системе управления учебным процессом в качестве предметов используются реальные предметы (учебный корпус, аудитория, преподаватели, факты, сессия и т.д.).

Характеристики сущности. Проблема уникальности сущности.

В общем случае, сущность – тип или класс различимых объектов. Основанием отнесения сущности к определенному классу является наличие у сущности характеристик (атрибутов), присущих классу. Отличие сущности от остальных сущностей класса производится на основании значений этих же характеристик.

Значения большинства характеристик сущности меняются с течением времени, но это не означает исчезновение сущности и появление новой → возникает необходимость выявления характеристик сущности, которые не меняются во времени и однозначно идентифицируют сущность.

Проблема состоит в том, что на практике неизменные атрибуты найти невозможно. Даже в случае, если такие атрибуты находятся (№ зачетки и № паспорта), то в процессе эксплуатации системы может возникнуть необходимость модификации этих атрибутов, например, для исправления сделанных ошибок.

С точки зрения реального мира, такое исправление может соответствовать как модификации данного атрибута (первичного ключа), так и создания новой сущности. Одним из решений подобной проблемы может быть введение суррогатных ключей сущности. Недостаток данного подхода – удаление модели от реального мира, то есть модель содержит информацию, отсутствующую в предметной области.

Таким образом, концептуальное проектирование начинают в выявления в предметной области сущностей, определения характеристик этих сущностей, определения наборов атрибутов, уникально определяющих сущности; из этих наборов выбирают первичный ключ или вводят суррогат.

В формате IDEFX сущность определяют следующим образом:

Все наборы атрибутов, которые могли рассматриваться как ключи, помечаются АК (альтернативный ключ).

Связи. Понятие связи.

Предметы, события и личности в предметной области находятся в определенных взаимосвязях. При построении семантической модели необходимо выявить эти взаимосвязи. Включение взаимосвязи в модель приводит к появлению новых атрибутов или сущностей, в зависимости от типов взаимодействия.

Пусть в предметной области существует факт – «студент обучается в группе». Это означает наличие взаимосвязи между сущностями студент и группа. При более детальном анализе выявляются дополнительные факты: студент одновременно может учиться только в одной группе, группа может состоять из многих студентов.

Такие взаимодействия отражаются как связи «один ко многим» и в стандарте IDEFX отражаются следующим образом:

В результате построения связи у сущности «студент» появился новый атрибут, помеченный FK (foreign key). Значение этого атрибута должно совпадать со значением первичного ключа сущности «группа».

В стандарте IDEFX связи «один ко многим» классифицируют по следующим признакам:

1) по возможности null-значения;

2) по степени зависимости связываемых сущностей;

3) по кардинальности;

1. Классификация связи по возможности null-значения . Продолжим пример со студентом. В какой-то момент времени студент может не принадлежать группе, например, когда студент находится в академическом отпуске или при переводе со специальности на специальность. Таким образом, атрибут «номер группы» в сущности «студент», кроме значения первичного ключа сущности «группа», может принимать null-значение.

Такая связь (с возможностью null-значения внешнего ключа) отмечается ромбом у сущности-предка.

Рассмотрим другой пример – «сотрудник работает в отделе». Проводим рассуждения, аналогичные предыдущему примеру. Если «каждый сотрудник должен работать в отделе», то между сущностями «сотрудник» и «отдел» имеется связь «один ко многим» без возможности неопределенного значения внешнего ключа. Она отображается также, только ромб у сущности-предка отсутствует.

2. Классификация связи по степени зависимости связываемых сущностей . Иногда при идентификации предмета реального мира используются характеристики, присущие другим предметам, например, специализация идентифицируется кодом специальности, которой она принадлежит и собственным номером.

071901 – первые 4 цифры – номер специальности, остальные – номер специализации. При этом номер специализации уникален в рамках специальности.

Сущности, подобные сущности «специализация», называются слабыми или зависимыми, и отображаются прямоугольниками со скругленными углами:

Связь называются идентифицирующей связью «один ко многим» и отображается не пунктирной линией и переносом первичного ключа сущности-предка в состав первичного ключа сущности-потомка. Разумеется, идентифицирующая связь не может допускать неопределенного значения внешнего ключа.

Ранее описанные связи являлись не идентифицирующими, отображались пунктирной линией, и первичный ключ сущности-предка переносится в состав не ключевых атрибутов.

3. Классификация связи по кардинальности . Стандарт IDEFX поддерживает следующие кардинальности связи (рис 4):

Например, в группе должен быть хотя бы 1 студент.

Обычно при реализации базы данных сущности, между которыми есть связи «1 к 1», решаются в виде общей таблицы. Однако с семантической точки зрения объединять такие таблицы нельзя, так как получается сущность с непонятным значением.

Роль внешнего ключа.

Иногда для более точного описания предметной области вводится понятие роли атрибута для внешнего ключа. Роль – значение, которое атрибут несет, в сущности. Например, в примере о кураторе группы атрибут «табельный номер преподавателя» в сущности «группа» может играть роль «куратор». Если связь построена в обратном направлении, то внешний ключ играет роль «курируемая группа».

Бывают ситуации, когда введение роли внешнего ключа обязательно.

1) Например, когда между двумя сущностями присутствуют две или более связи → опишем бухгалтерскую проводку, которая характеризуется номером в пределах одной даты и суммой. Счет характеризуется номером, названием и разделом баланса. Между сущностями можно выделить две связи:

– «проводка кредитует счет» - один и тот же счет может кредитоваться различными проводками, а проводка кредитует только один счет → связь «один ко многим»; проводка не может не иметь счета кредитования, то есть связь не допускает неопределенного значения внешнего ключа; счет кредитования не участвует в идентификации проводки, поэтому связь не идентифицирующая;

- «проводка дебетует счет» - первичный ключ к сущности «счет» должен дважды войти в состав не ключевых атрибутов сущности «проводка», то есть обойтись без роли внешнего ключа нельзя:

2) в случае рекурсивной связи - когда родитель и потомок совпадают. Пример – иерархия подчинения в организации, когда для данного работника необходимо учитывать его непосредственного начальника:

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Концептуальное проектирование

1.1 Определение типов сущности

1.2 Определение атрибутов и связывание их с типами сущности

1.3 Определение доменов атрибутов

1.4 Сведения об альтернативных и первичных ключах

2. Логическое проектирование

2.1 Преобразование локально концептуальной модели данных в локальную логическую модель

2.2 Проверка моделей с помощью правил нормализации

2.3 Проверка модели в отношении транзакций пользователя и выполнения запросов

2.4 Построение окончательной диаграммы "Сущность связь"

Заключение

Список использованной литературы

Введение

База данных - представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчётов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ).

СУБД скрывает от пользователя выполняемые ей последовательные просмотры таблиц, выполняя их наиболее эффективным образом. Очень важная особенность реляционных систем состоит в том, что результатом выполнения любого запроса к таблицам БД является также таблица, которую можно сохранить в БД и/или по отношению к которой можно выполнять новые запросы. проектирование концептуальный ключ

Основным назначением информационных систем является хранение сведений об окружающем мире и процессах происходящих в нем, которые в конечном итоге предоставляются пользователям. Поскольку для различных групп людей интерес представляют только определенные части реального мира, то и данные каждой информационной системы будут относится к определенной области. Часть реальной системы, подлежащая исследованию с целью ее описания, называется предметной областью.

Различают полную предметную область и ее фрагменты, при этом каждый фрагмент может представлять свою предметную область. Например, для университета можно выделить следующие фрагменты: учебный отдел, бухгалтерия, отдел кадров, бюро расписаний и т. д.

Информация, необходимая для описания предметной области, может включать сведения о людях, предметах, документах, событиях, понятиях и т.д.

Каждая предметная область характеризуется множеством объектов - элементов реальных систем и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых единым взглядом на предметную область. В частности, для бухгалтерии объекты - всевозможные документы. Процессы бухгалтерии - расчет заработной платы, материальный учет, учет банковских операций и др. Наконец пользователи этого фрагмента сотрудники бухгалтерии, работники финансовых органов, руководители предприятия и т. д.

Каждый объект обладает определенным набором свойств, которые запоминаются в информационной системе. При обработке данных часто приходится иметь дело с совокупностью однородных объектов, например, таких, как студенты или факультеты, и записывать информацию об одних и тех же свойствах для каждого из них. Совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств, называется классом объектов. Для объектов одного класса набор свойств будет одинаков, хотя значения этих свойств для каждого объекта могут быть разными.

Часто класс объектов называют сущностью. Каждая сущность обладает атрибутами. Атрибут - это свойство объекта, характеризующее его экземпляр. Сущность "студент" может иметь атрибуты "имя", "год рождения", " дата поступления" и т. д. Таким образом сущность можно определить, как множество индивидуальных объектов одного типа (экземпляров), причем все эти объекты различны, т. е. набор атрибутов одинаков, а их значения различны.

Цель моей работы - разработать базу данных для учета продаж и доставок товаров комплектов и комплектующих ПК. Так же это будет использоваться учета движения товара между поставщиком и получателем.

Задачи работы:

Определить типы сущностей

Определить типы связи

Определить атрибуты и связать их с сущностями

Определить домены атрибутов

Определить альтернативные ключи (атрибуты)

Создать диаграмму "сущность связь"

Преобразовать локально концептуальную модель в локальную логическую модель данных

Проверить модели с помощью правил нормализации

Проверить модель в отношении транзакций пользователя и выполнить запросы

Построить окончательную диаграмму "Сущность связь"

1. Концептуальное проектирование

Концептуальное (инфологическое) проектирование - построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины "семантическая модель", "концептуальная модель" и "инфологическая модель" являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова "модель базы данных" и "модель предметной области" (например, "концептуальная модель базы данных" и "концептуальная модель предметной области"), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

Описание информационных объектов или понятий предметной области и связей между ними.

Описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

1.1 Определение типов сущности

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 и т.д. Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности.

Сущность это собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта, процесса, явления или некоторого представления об объекте, информацию о котором требуется хранить в базе данных.

Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. Например, типом сущности может быть ГОРОД, а экземпляром - Москва, Киев и т.д.

Выделяют три вида сущностей: стержневая, ассоциативная (ассоциация) и характеристическая (характеристика). Кроме этого во множестве ассоциативных сущностей также определяют подмножество обозначений. Дадим теперь определение видам сущностей.

Стержневая сущность.

Стержневая (сильная) сущность - независящая от других сущность. Стержневая сущность не может быть ассоциацией, характеристикой или обозначением (см. ниже).

Ассоциация.

Ассоциативная сущность (или ассоциация) выражает собой связь "многие ко многим" между двумя сущностями. Является вполне самостоятельной сущностью. Например, между сущностями МУЖЧИНА и ЖЕНЩИНА существует ассоциативная связь, выражаемая ассоциативной сущностью БРАК.

Характеристика.

Характеристическую сущность еще называют слабой сущностью. Она связана с более сильной сущностью связями "один ко многим" и "один к одному". Характеристическая сущность описывает или уточняет другую сущность. Она полностью зависит от нее и исчезает с исчезновением последней.

Обозначение.

Обозначение это такая сущность, с которой другие сущности связаны по принципу "многие к одному" или "один к одному". Обозначение, в отличие характеристики является самостоятельной сущностью. Например, сущность Факультет обозначает принадлежность студента к данному подразделению института, но является вполне самостоятельной.

Определение типов связи

Связь - это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя типами сущностей. Как и сущность, связь - это типовое понятие, все экземпляры обоих связываемых типов сущностей подчиняются устанавливаемым правилам связывания. Поэтому правильнее говорить о типе связи, устанавливаемой между типами сущности, и об экземплярах типа связи, устанавливаемых между экземплярами типа сущности. В обсуждаемом здесь варианте ER-модели эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя разными типами сущностей или между типом сущности и им же самим (рекурсивная связь). В любой связи выделяются два конца (в соответствии с существующей парой связываемых сущностей), на каждом из которых указываются имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данного типа сущности должно присутствовать в каждом экземпляре данного типа связи), обязательность связи (т. е. любой ли экземпляр данного типа сущности должен участвовать в некотором экземпляре данного типа связи).

Связь представляется в виде. При этом в месте "стыковки" связи с сущностью используются:

Трехточечный вход в прямоугольник сущности, если для этой сущности в связи могут (или должны) использоваться много экземпляров сущности;

Одноточечный вход, если в связи может (или должен) участвовать только один экземпляр сущности.

Обязательный конец связи изображается сплошной линией, а необязательный - прерывистой линией.

Связь между сущностями БИЛЕТ и ПАССАЖИР, связывает билеты и пассажиров. Конец связи с именем "для" позволяет связывать с одним пассажиром более одного билета, причем каждый билет должен быть связан с каким-либо пассажиром. Конец связи с именем "имеет" показывает, что каждый билет может принадлежать только одному пассажиру, причем пассажир не обязан иметь хотя бы один билет.

Рис. 1 . Пример типа связи

· каждый БИЛЕТ предназначен для одного и только одного ПАССАЖИРА;

· каждый ПАССАЖИР может иметь один или более БИЛЕТОВ.

Рекурсивная связь

На следующем примере (рис. 2) изображена рекурсивная связь, связывающая сущность МУЖЧИНА с ней же самой. Конец связи с именем "сын" определяет тот факт, что несколько людей могут быть сыновьями одного отца. Конец связи с именем "отец" означает, что не у каждого мужчины должны быть сыновья.

Рис. 2 . Пример рекурсивного типа связи

Лаконичная устная трактовка изображенной диаграммы состоит в следующем:

Каждый МУЖЧИНА является сыном одного и только одного МУЖЧИНЫ;

Каждый МУЖЧИНА может являться отцом одного или более МУЖЧИН.

Виды связей между таблицами

Связь позволяет моделировать отношения между объектами предметной области.

Существует 4 типа связей:

1. " Один-к-одному " - любому экземпляру сущности А соответствует только один экземпляр сущности В, и наоборот.

У любого конкретного ученика может быть только одна характеристика, и эта характеристика относится к единственному ученику.

2. " Один-ко-многим " - любому экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности В, но любому экземпляру сущности В соответствует только один экземпляр сущности А.

Ученику ставят много оценок; поставленная оценка принадлежит только одному ученику.

3. " Многие-к-одному " - любому экземпляру сущности А соответствует только один экземпляр сущности В, но любому экземпляру сущности В соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности А.

Преподаватель работает только в одном кабинете, однако рабочий кабинет может быть закреплен за несколькими преподавателями.

4. " Многие-ко-многим " - любому экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности В, и любому экземпляру сущности В соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности А.

Ученик Иванов учится у нескольких преподавателей. И каждый преподаватель работает со многими учениками.

1.2 Определение атрибутов и связывание их с типами сущности

Атрибутом сущности является любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики или выражения состояния сущности. Имена атрибутов заносятся в прямоугольник, изображающий сущность, под именем сущности и изображаются малыми буквами, возможно, с примерами.

Пример типа сущности ЧЕЛОВЕК с указанными атрибутами показан на (рис.3) С технической точки зрения атрибуты типа сущности в ER-модели похожи на атрибуты отношения в реляционной модели данных. И в том, и в другом случаях введение именованных атрибутов вводит некоторую типовую структуру данных, имя которой совпадает с именем типа сущности в случае ER-модели или с именем переменной отношения в случае реляционной модели. Этой типовой структуре должны следовать все экземпляры типа сущности или все кортежи отношения.

Рис. 3. Пример типа сущности с атрибутами

При определении атрибутов типа сущности в ER-модели указание домена атрибута не является обязательным, хотя это и возможно (см. ниже). Обсудим, чем вызвана эта возможность "ослабленного" определения атрибутов. Прежде всего, семантические модели данных используются для построения концептуальных схем БД, и эти схемы преобразуются в реляционные схемы БД, которые поддерживаются той или иной СУБД.

Как отмечалось выше, при определении типа сущности необходимо гарантировать, что каждый экземпляр сущности является отличимым от любого другого экземпляра той же сущности. Поскольку сущность является абстракцией реального или представляемого объекта внешнего мира, это требование нужно иметь в виду уже при выборе кандидата в типы сущности. Уникальным идентификатором сущности может быть атрибут, комбинация атрибутов, связь, комбинация связей или комбинация связей и атрибутов, уникально отличающая любой экземпляр сущности от других экземпляров сущности того же типа. Приведем несколько примеров. На (рис. 4) показан тип сущности КНИГА, пригодный для использования в базе данных книжного склада. При издании любой книги в любом издательстве ей присваивается уникальный номер - ISBN. Понятно, что значение атрибута isbn будет уникально идентифицировать партию книг на складе. Кроме того, конечно, в качестве уникального идентификатора годится и комбинация атрибутов <автор, название, номер издания, издательство, год издания>.

Рис. 4 Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются атрибутами

На (рис. 5) диаграмма включает два связанных типа сущности. У каждого взрослого человека имеется один и только один и каждый паспорт может принадлежать только одному взрослому человеку. Тогда связь человека с его паспортом уникально идентифицирует взрослого человека, т. е., грубо говоря, паспорт определяет взрослого человека. Поскольку могут существовать паспорта, еще не выданные какому-либо человеку, эта связь не является уникальным идентификатором сущности ПАСПОРТ.

Рис. 5 Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются связью

На (рис. 6) диаграмма включает три связанных типа сущности. Профессора обладают знаниями в нескольких учебных дисциплинах. Преподавание каждой дисциплины доступно нескольким профессорам. Другими словами, между сущностями ПРОФЕССОР и ДИСЦИПЛИНА определена связь "многие ко многим". Каждый профессор может готовить курсы по любой доступной ему дисциплине. Каждой дисциплине может быть посвящено несколько учебных курсов. Но каждый профессор может готовить только один курс по любой доступной ему дисциплине, и каждый курс может быть посвящен только одной дисциплине. Тем самым, каждый экземпляр типа сущности КУРС уникально идентифицируется экземпляром сущности ПРОФЕССОР и экземпляром сущности ДИСЦИПЛИНА, т. е. парой связей с именами концов ГОТОВИТСЯ и ПОСВЯЩЕН на стороне сущности КУРС. Заметим, что сущности ПРОФЕССОР и ДИСЦИПЛИНА связями не идентифицируются.

Рис. 6 . Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются комбинацией связей

Наконец, на (рис. 7) приведен пример типа сущности, уникальный идентификатор которого является комбинацией атрибутов и связей. У каждого человека могут быть дети, и у каждого человека имеется отец. Тогда, если предположить, что близнецам, появившимся на свет одновременно, не дают одинаковых имен, то уникальным идентификатором типа сущности ЧЕЛОВЕК может быть комбинация атрибутов.

Рис. 7 . Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются комбинацией атрибутов и связей

1.3 Определение доменов атрибутов

Домен в реляционной модели данных - тип данных, то есть допустимое множество значений.

Понятие типа данных является фундаментальным; каждое значение, каждая переменная, каждый параметр, каждый оператор чтения, и особенно каждый реляционный атрибут относится к тому или иному типу.

Примерами могут являться типы "целое" (множество всех целых чисел), "строка" (множество всех строк), "номер детали" (множество всех номеров деталей) и т. д. Таким образом, когда мы говорим, что некоторое отношение имеет атрибут типа "целое", мы имеем в виду, что все значения этого атрибута принадлежат множеству "целое" и никакому другому.

По аналогии с математикой, типы данных делят на скалярные и нескалярные . Значение нескалярного типа (нескалярное значение) имеет множество видимых пользователю компонентов, а значение скалярного типа (скалярное значение) не имеет такового. Примерами нескалярного типа являются тип отношения и тип кортежа; пример скалярного типа - тип "целое".

Ограничения реализации систем баз данных на компьютерах накладывают на определение типов некоторую условность. Так, теоретически тип INTEGER представляет собой множество всех возможных целых чисел, однако фактически INTEGER - это множество всех целых чисел, которые могут быть представлены в рассматриваемой компьютерной системе (поскольку, безусловно, есть такие целые числа, которые превышают возможности представления в любой компьютерной системе).

Следует отличать тип как таковой (логическое понятие) и формат физического представление значений этого типа в конкретной компьютерной системе; типы относятся к уровню логической модели , а физическое представление значений - к уровню реализации . Например, операции, определённые для типа "строка", не имеют смысла для типа "число", даже если числа в конкретной реализации физически представлены строками. Значения типа "дата" нередко физически представлены вещественным числом, однако большинство операций, имеющих смысл для типа "число", бессмысленны для типа "дата".

Реляционная модель данных не предписывает обязательной поддержки каких-либо предопределённых типов, за исключением логического типа (BOOLEAN), без которого при выполнении операций обойтись невозможно. Обычно некоторый набор типов поддерживается системой, другие типы пользователь может конструировать дополнительно.

1.4 Сведения об альтернативных и первичных ключах

Перви чный ключ - в реляционной модели данных один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа (или ключа по умолчанию).

Если в отношении имеется единственный потенциальный ключ, он является и первичным ключом. Если потенциальных ключей несколько, один из них выбирается в качестве первичного, а другие называют "альтернативными ".

С точки зрения теории все потенциальные ключи отношения эквивалентны, то есть обладают одинаковыми свойствами уникальности и минимальности . Однако в качестве первичного обычно выбирается тот из потенциальных ключей, который наиболее удобен для тех или иных практических целей, например для создания внешних ключей в других отношениях либо для создания кластерного индекса. Поэтому в качестве первичного ключа, как правило, выбирают тот, который имеет наименьший размер (физического хранения) и/или включает наименьшее количество атрибутов.

1.6 Построение диаграммы сущность-связь

2. Логическое проектирование

Логическое проектирование БД Представляет собой процесс конструирование моделей информационной структуры предприятия выполнимые в соответствии с требованиями выбранной схемы организации информации. Однако создаваемая логическая модель не зависит от особенностей конкретных СУБД и других физических условий реализации.

2.1 Преобразование локально концептуальной модели данных в локальную логическую модель

1. Первым этапом является удаление связи "многие ко многим". Такая связь присутствует между сущностями "Комплект" и "Фирма заказчик". Разобьем эти связи путем введения промежуточной сущности "Список"

2. Удаление сложных связей. Сложные связи это связи в которых учавствуют три и более типов сущностей. В моей работе таких связей нет.

3. Удаление рекурсивных связей. Рекурсивные связи - связи в которые сущности взаимодействуют сами с сбой. В моей работе таких связей нет.

4. Удаление связей с атрибутами.

5. Удаление множественных атрибутов в моей работе есть один множественный атрибут -телефон. Разделим "телефон получателя" на "домашний телефон получателя" и "мобильные телефон получателя". "Телефон поставщика" на "мобильный телефон поставщика" и "домашний телефон поставщика".

6. Удаление избыточных связей. В моей работе таких связей нет.

2.2 Проверка моделей с помощью правил нормализации

Технология проектирования реляционных баз данных связано с теорией нормализации, основанной на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Понятие функциональной зависимости является фундаментальным в теории нормализации реляционных баз данных. Функциональные зависимости определяют устойчивые отношения между объектами и их свойствами в рассматриваемой предметной области. Именно поэтому процесс поддержки функциональных зависимостей, характерных для данной предметной области, является базовым для процесса проектирования.

В теории реляционных баз данных обычно выделяетсяследущая последовательность нормальных форм:

1. 1 нормальная форма

2. 2 нормальная форма

3. 3 нормальная форма

Первая нормальная форма (1NF)

Переменная отношения находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.

В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение. Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1НФ.

Вторая нормальная форма (2NF)

Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме, и каждый неключевой атрибут неприводимо (функционально полно) зависит от ее потенциального ключа.

Третья нормальная форма (3NF)

Переменная отношения находится в третьей нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится во второй нормальной форме, и отсутствуют транзитивные функциональные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.

2.3 Проверка модели в отношении транзакций пользователя и выполнения запросов

1. Сведения об имеющихся комплектующих указанного источника;

SELECT комплектующие. название комплектующей, фирма поставщик. название фирмы поставщика, комплектующие, номер поставщика

FROM комплектующие, поставщик

WHERE фирма поставщик, название фирмы поставщика "AMD"

AND фирма поставщик, номер фирмы поставщика=комплектующие, номер фирмы поставщика;

2. Сведения об комплектах, заказанных определенным заказчиком с указателем имени получателя;

SELECT комплект, название комплекта, список, номер комплекта, номер фирмы заказчика, фирма заказчик, название фирмы заказчика, получатель, ФИО получателя

FROM комплект, список, заказчик, получатель

WHERE фирма заказчик, название фирмы заказчика- "Интерком"

AND список номер комплекта-комплект. номер комплекта AND список, номер фирмы заказчика=фирма заказчик, номер фирмы заказчика AND получатель, номер получателя=комплект номер получателя;

2.4 Построение окончательной диаграммы " Сущность связь "

Заключение

В данной курсовой работе я разработал базу данных для автоматизации работы компьютерного салона. На начальном этапе я составил модель предметной области, которой необходимо определить объекты, которые представляют наибольший интерес для пользователей. Для этого я составил подробное описание предметной области и связей, которые присутствуют между данными объектами, проверил свою модель на наличие таких видов связей как сложная, рекурсивная, связь с атрибутами, разделил связи многие ко многим, а также определил типы сущности и типы атрибутов, и на основании этих данных построил диаграмму "сущность-связь"

На 2 уровне я сделал проверку связи и проверку моделей с помощью правил нормализации. Моя модель данных находилась в первой и второй нормальной форме, в 3 нормальную форму я привел модель путем нахождения транзитивных зависимостей и перенесением их в другую сущность (список). Проверил модель в отношении транзакций пользователей и выполнения запросов, а затем построил окончательную диаграмму "сущность-связь". На основе проведенной мной работы могу сказать, что моя база данных будет хорошо помогать в работе компьютерного салона.

Список использованной литературы

1. Базы данных. Учебник А.Д. Хомоненко

2. Вейскос Дж. Эффективная работа с MS Access 2000

3. Википедия

4. Дейт К. Дж. Введение в систему баз данных

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Исходные данные для проектирования комплекса производств лакокрасочных материалов и растворителей общей мощностью 7000 т/г. Основание для разработки исходных данных и общие сведения о технологии. Описание принципиальных технологических схем производства.

курсовая работа , добавлен 17.02.2009


Характеристика этапов автоматизированного проектирования. Методика и алгоритм расчета норм расхода основных материалов на женское демисезонное пальто с помощью программ Basiq Norma 1 и Norma 2. Особенности автоматизации обработки данных с помощью ЭВМ.

курсовая работа , добавлен 06.05.2010


Подбор электродвигателя и проектирование двухступенчатого червячного редуктора. Критерии проектирования: выбор размеров и материалов редуктора. Расчет быстроходной и тихоходной передачи. Конструирование червяков и червячных колес. Компоновка редуктора.

курсовая работа , добавлен 12.01.2012


Составление исходных данных для проектирования птичника. Определение требуемого термического сопротивления теплопередаче. Расчет площадей отдельных зон пола. Расчет теплопотери через ограждающие конструкции. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена.

курсовая работа , добавлен 10.09.2010


Основные сведения о силикатном кирпиче. Производство известково-кремнеземистого вяжущего. Силос для гашения сырьевой смеси. Процесс автоклавной обработки материалов. Расчет потребности сырья. Входной контроль материалов. Расчет проектирования складов.

дипломная работа , добавлен 27.01.2014


Правила проектирования и реконструкции механических производственных цехов: общие сведения о проектировании механосборочного производства, описание рабочего проекта и рабочей документации, интерьера спроектированного участка изготовления детали.

контрольная работа , добавлен 28.12.2008


Характеристика продукции завода железобетонных изделий и бетонных смесей. Расчет производительности программы приготовления бетонных смесей. Выбор технологического оборудования. Определение объемов запасов хранения материалов и выбор типов складов.

курсовая работа , добавлен 11.06.2015


Функции системы автоматизированного проектирования одежды. Художественное проектирование моделей одежды. Антропометрический анализ фигур. Методы проектирования конструкций моделей. Разработка семейства моделей, разработка лекал и определение норм расхода.

дипломная работа , добавлен 26.06.2009


Условия эксплуатации машинного агрегата, служащего приводом качающегося подъемника. Двигатель для его проектирования, кинематический расчет привода. Выбор материалов червячной передачи и определение допускаемых напряжений. Расчет валов и подшипников.

курсовая работа , добавлен 16.06.2011


Обоснование выбора системы и схемы водопровода, гидравлический расчет сети и подбор счетчика. Определение требуемого напора. Нормы проектирования канализационной системы, расчет внутренней и дворовой сети. Спецификация материалов и оборудования.