В процессе создания БД можно выделить несколько этапов, на каждом из которых конкретизируется и уточняется структура проектируемой БД.
Процесс создания концептуальной модели в большей степени относится к проектированию всей информационной системы, одной из частей которой является база данных. На данном этапе происходит анализ задач, решаемых в конкретной предметной области, описываются объекты предметной области и взаимосвязи этих объектов. Концептуальная модель также может содержать описание процессов, которые происходят с объектами предметной области, что позволяет наиболее полно учесть все нюансы функционирования разрабатываемой информационной системы. При проектировании концептуальной модели не учитываются особенности реализации определенных частей информационной системы и не рассматриваются вопросы повышения эффективности обработки информации.
Логическая модель БД представляет собой результат преобразования концептуальной модели, в котором основными объектами становятся информационные объекты. В качестве последних выступают сущности – объекты или события, информацию о которых необходимо сохранять в базе данных. Сущности характеризуются набором некоторых свойств, называемых атрибутами. Логическая модель отражает логические связи между сущностями вне зависимости от того, каким образом будут храниться данные. Логическая модель БД является универсальной, поскольку никак не связана с конкретной реализацией СУБД. Названия сущностей и атрибутов в логической модели могут совпадать с названиями, используемыми в реальной жизни.
Для описания схемы базы данных на логическом уровне проектирования служит диаграмма “сущности-связи” (Entity-Relationship diagram или ER‑diagram). Существуют различные варианты диаграмм “сущности-связи”. Способы изображения элементов ER-диаграмм стали называть нотациями. На них одни и те же элементы графически изображаются по-разному. Известны нотация Мартина, нотация IDEF1X и др. Кроме того, различные программные средства, реализующие одну и ту же нотацию, могут отличаться своими возможностями. Все варианты диаграмм “сущность-связь” исходят из одной идеи – рисунок всегда нагляднее текстового описания. Все такие диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной области, их свойств (атрибутов ), и взаимосвязей между сущностями .
Физическая модель является отображением логической модели применительно к конкретной СУБД. Одной и той же логической модели базы данных может соответствовать несколько различных физических моделей, отражающих особенности реализации конкретных СУБД. В физической модели важно описать всю информацию о физических объектах базы данных – таблицах, колонках, индексах, процедурах и т.д.
Современные средства проектирования физической модели БД позволяют на основе созданной модели сформировать необходимые предписания (команды, запросы) для выбранной системы управления базой данных. СУБД на основании полученных предписаний формирует физическую структуру базы данных, предназначенную для хранения реальной информации.
Рассмотрим процесс проектирования БД информационной системы, предназначенной для хранения и сопровождения информации о помещениях университета: аудиториях, лабораториях, вспомогательных помещениях.
1) Создание концептуальной модели БД
Любое помещение характеризуется следующими параметрами: информация о корпусе, в котором расположено помещение; номер помещения; этаж, на котором оно расположено; краткое описание расположения помещения в корпусе; размеры помещения (ширина, длина и высота потолка в метрах).
Необходимо учитывать, что для аудиторий имеют значение такие параметры, как количество мест для слушателей и количество досок; лаборатории характеризуются количеством лабораторных стендов и максимальной потребляемой мощностью лабораторного электрооборудования; вспомогательные помещения должны содержать описание предназначения помещения.
Кроме того, все помещения могут характеризоваться дополнительными необязательными реквизитами, например, фамилия и инициалы ответственного за противопожарную безопасность; контактный телефон ответственного за противопожарную безопасность; периодичность планового осмотра и проверки технического состояния помещения; тип системы вентиляции и кондиционирования воздуха и т.д.
Количество необязательных реквизитов помещения не является конечным множеством и может увеличиваться в процессе эксплуатации информационной системы.
Допустимо использование каждого помещения несколькими подразделениями университета. При этом информационная система должна учитывать, что структура подразделений университета имеет иерархический вид, когда одни подразделения входят в состав других.
2) Создание логической модели БД
Выделим основные информационные объекты, информацию о которых будет храниться в базе данных, атрибуты этих объектов и связи между объектами. Логическую модель представим в виде диаграммы «сущности-связи» в нотации IDEF1X (рис.1).
Рис. 1. Логическая модель БД
3) Создание физической модели БД
Выбрав СУБД Oracle в качестве целевой, преобразуем логическую модель в физическую (рис. 2).
Рис. 2. Физическая модель БД
Логическая модель данных является визуальным графическим представлением структур данных, их атрибутов и связей. Логическая модель представляет данные таким образом, чтобы они легко воспринимались бизнес-пользователями. Проектирование логической модели должно быть свободно от требований платформы и языка реализации или способа дальнейшего использования данных.
При разработке используются требования к данным и результаты анализа для формирования логической модели данных. Логическую модель приводят к третьей нормальной форме, и проверяет ее на соответствие модели процессов.
Основными компонентами логической модели являются:
Сущности;
Атрибуты сущности;
Связи между сущностями.
Сущность.
Сущность моделирует структуру однотипных информационных объектов (документов, хранилищ данных, таблиц базы данных). В пределах модели данных сущность имеет уникальное имя, выраженное существительным. Например: студент, счет-фактура, справочник_товаров.
Сущность является шаблоном на основании которого создаются конкретные экземпляры сущности. Например: экземпляр сущности студент – Иванов Иван Иванович.
Сущность обладает следующими свойствами:
Каждая сущность имеет уникальное имя, и к одному и тому же имени должна применятся одинаковая интерпретация;
Сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности либо наследуются через связь;
Сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности;
Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.
На диаграмме сущность обычно изображается квадратом разделенным на две части рис.
Рис. 40 Сущность модели данных.
Сущность в методологии IDEF1X является не зависимой, если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой, если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности.
Зависимая сущность изображается прямоугольником со скругленными углами рис. (сущность льгота зависимая от сущности житель_бийска)
Атрибут - любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных со множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, пар предметов и т.д.). Экземпляр атрибута - это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. В ER-модели атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута.
Атрибут может быть либо обязательным, либо необязательным (рисунок 2.23). Обязательность означает, что атрибут не может принимать неопределенных значений (null values). Атрибут может быть либо описательным (т.е. обычным дескриптором сущности), либо входить в состав уникального идентификатора (первичного ключа).
Уникальный идентификатор (ключ) - это минимальный набор атрибутов, предназначенный для уникальной идентификации каждого экземпляра данного типа сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволит идентифицировать экземпляр сущности по оставшимся. В случае полной идентификации каждый экземпляр данного типа сущности полностью идентифицируется своими собственными ключевыми атрибутами, в противном случае в его идентификации участвуют также атрибуты другой сущности-родителя через связь.
Атрибуты входящие в состав ключа должны быть обязательными и не изменятся во времени. Атрибуты входящие в состав ключа должны быть обязательными и не изменятся в времени. Например: имеем сущность Житель_Бийска.
Атрибут возраст не может входить в состав ключа, так как он изменяется ежегодно, номер паспорта не может входить в состав ключа, так как экземпляр может и не иметь паспорта. В качестве ключа лучше здесь использовать номер страхового свидетельства.
Связь (Relationship) - поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь - это ассоциация между сущностями, при которой, как правило, каждый экземпляр одной сущности, называемой родительской сущностью, ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, называемой сущностью-потомком, а каждый экземпляр сущности-потомка ассоциирован в точности с одним экземпляром сущности-родителя. Таким образом, экземпляр сущности-потомка может существовать только при существовании сущности родителя.
Связь изображается линией, проводимой между сущностью-родителем и сущностью-потомком с точкой на конце линии у сущности-потомка.
Связи может даваться имя, выражаемое грамматическим оборотом глагола и помещаемое возле линии связи. Имя каждой связи между двумя данными сущностями должно быть уникальным, но имена связей в модели не обязаны быть уникальными. Имя связи всегда формируется с точки зрения родителя, так что предложение может быть образовано соединением имени сущности-родителя, имени связи, выражения степени и имени сущности-потомка.
Например, связь продавца с контрактом может быть выражена следующим образом:
Связь может дополнительно определяться с помощью указания степени или мощности (количества экземпляров сущности-потомка, которое может существовать для каждого экземпляра сущности-родителя). В IDEF1X могут быть выражены следующие мощности связей:
Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей, в противном случае - неидентифицирующей.
Идентифицирующая связь изображается сплошной линией,
Рис. 43
Неидентифицирующая изображается штриховой линией.
Рис.44.
При идентифицирующей связи ключ родительской сущности переносится в область ключа зависимой сущности с указанием в скобках (FK)- внешний ключ. При неидентифицирующей связи ключ родительской сущности переносится в область атрибутов дочерней сущности с указанием в скобках (FK)- внешний.
Рис. 45 Идентифицирующая связь.
Рис. 46 Неидентифицирующая связь.
На начальных этапах моделирования могу быть выявлены связи многие ко многим. Наличие таких связей говорит о незавершенности анализа. Обычно такие связи преобразуют в идентифицирующие и неидентифицирующие связи.
Рис. 47 Связь многие ко многим.
В процессе моделирования данных, могут быть выявлены сущности часть атрибутов и связей которых одинаковы. Для моделирования таких случаев используется иерархия категорий. Все общие атрибуты выделяются в сущность называемую супертипом. Оставшиеся атрибуты помещаются в сущности называемые подтипоми. И они связываются с супертипом связью называемой ДИСКРИМИНАНТ.
Например:
Рис. 48 Пример иерархии категорий.
Для представления математического знания в математической логике пользуются логическими формализмами - исчислением высказываний и исчислением предикатов. Эти формализмы имеют ясную формальную семантику и для них разработаны механизмы вывода. Поэтому исчисление предикатов было первым логическим языком, который применяли для формального описания предметных областей, связанных с решением прикладных задач.
Логические модели представления знаний реализуются средствами логики предикатов.
Предикатом называется функция, принимающая два значения (истина или ложь) и предназначенная для выражения свойств объектов или связей между ними. Выражение, в котором утверждается или отрицается наличие каких-либо свойств у объекта, называется высказыванием . Константы служат для именования объектов предметной области. Логические предложения или высказывания образуют атомарные формулы . Интерпретация предиката - это множество всех допустимых связываний переменных с константами. Связывание представляет собой подстановку констант вместо переменных. Предикат считается общезначимым, если он истинен во всех возможных интерпретациях. Говорят, что высказывание логически следует из заданных посылок, если оно истинно всегда, когда истинны посылки.
Описания предметных областей, выполненные в логических языках, называются логическими моделями .
ДАТЬ (МИХАИЛ, ВЛАДИМИРУ, КНИГУ);
($x) (ЭЛЕМЕНТ (x, СОБЫТИЕ-ДАТЬ) ? ИСТОЧНИК (x, МИХАИЛ) ? АДРЕСАТ? (x, ВЛАДИМИР) ОБЪЕКТ(x, КНИГА).
Здесь описаны два способа записи одного факта: «Михаил дал книгу Владимиру».
Логический вывод осуществляется с помощью силлогизма (если из A следует B, а из B следует C, то из A следует C).
В общем случае в основе логических моделей лежит понятие формальной теории , задаваемой четверкой:
S =
где B - счетное множество базовых символов (алфавит) теории S;
F - подмножество выражений теории S, называемые формулами теории (под выражениями понимаются конечные последовательности базовых символов теории S);
A - выделенное множество формул, называемые аксиомами теории S, то есть множество априорных формул;
R - конечное множество отношений {r 1 , …, r n } между формулами, называемые правилами вывода .
Преимущество логических моделей представления знаний заключается в возможности непосредственно запрограммировать механизм вывода синтаксически правильных высказываний. Примером такого механизма служит, в частности процедура вывода, построенная на основе метода резолюций.
Покажем метод резолюций.
В методе используется несколько понятий и теорем.
Понятие тавтологии , логической формулы, значением которой будет «истина» при любых значениях входящих в них атомов. Обозначается?, читается как «общезначимо» или «всегда истинно».
Теорема 1. А?В тогда и только тогда, когда?А В.
Теорема 2. А1, А2, ..., Аn ? В тогда и только тогда, когда? (A1?A2?A3?…?An) В.
Символ? читается как «верно, что» или «можно вывести».
В основе метода лежит доказательство тавтологии
? (X ? A) ?(Y ? ? A)?(X ? Y ) .
Теоремы 1 и 2 позволяют записать это правило в следующем виде:
(X ? A), (Y ? ? A) ? (X ? Y ),
что дает основания утверждать: из посылок и можно вывести .
В процессе логического вывода с применением правила резолюции выполняются следующие шаги.
1. Устраняются операции эквивалентности и импликации:
2. Операция отрицания продвигается внутрь формул с помощью законов де Моргана:
3. Логические формулы приводятся к дизъюнктивной форме: .
Правило резолюции содержит в левой части конъюнкцию дизъюнктов, поэтому приведение посылок, используемых для доказательства, к виду, представляющему собой конъюнкции дизъюнктов, является необходимым этапом практически любого алгоритма, реализующего логический вывод на базе метода резолюции. Метод резолюции легко программируется, это одно из важнейших его достоинств.
Предположим, нужно доказать, что если истинны соотношения и , то можно вывести формулу . Для этого нужно выполнить следующие шаги.
1.Приведение посылок к дизъюнктивной форме:
, , .
2.Построение отрицания выводимого заключения . Полученная конъюнкция справедлива, когда и одновременно истинны.
3.Применение правила резолюции:
(противоречие или «пустой дизъюнкт»).
Итак, предположив ложность выводимого заключения, получаем противоречие, следовательно, выводимое заключение является истинным, т.е. , выводимо из исходных посылок.
Именно правило резолюции послужило базой для создания языка логического программирования PROLOG. По сути дела, интерпретатор языка PROLOG самостоятельно реализует вывод, подобный вышеописанному, формируя ответ на вопрос пользователя, обращенный к базе знаний.
В логике предикатов для применения правила резолюции предстоит осуществить более сложную унификацию логических формул в целях их приведения к системе дизъюнктов. Это связано с наличием дополнительных элементов синтаксиса, в основном кванторов, переменных, предикатов и функций.
Алгоритм унификации предикатных логических формул включает следующие шаги.
После выполнения всех шагов описанного алгоритма унификации можно применять правило резолюции, Обычно при этом осуществляется отрицание выводимого заключения, и алгоритм вывода можно кратко описать следующим образом: Если задано несколько аксиом (теория Тh) и предстоит сделать заключение о том, выводима ли некоторая формула Р из аксиом теории Тh, строится отрицание Р и добавляется к Тh, при этом получают новую теорию Тh1. После приведения и аксиом теории к системе дизъюнктов можно построить конъюнкцию и аксиом теории Тh. При этом существует возможность выводить из исходных дизъюнктов дизъюнкты - следствия. Если Р выводимо из аксиом теории Тh, то в процессе вывода можно получить некоторый дизъюнкт Q, состоящий из одной литеры, и противоположный ему дизъюнкт . Это противоречие свидетельствует о том, что Р выводимо из аксиом Тh. Вообще говоря, существует множество стратегий доказательства, нами рассмотрена лишь одна из возможных - нисходящая.
Пример: представим средствами логики предикатов следующий текст:
«Если студент умеет хорошо программировать, то он может стать специалистом в области прикладной информатики».
«Если студент хорошо сдал экзамен по информационным системам, значит, он умеет хорошо программировать».
Представим этот текст средствами логики предикатов первого порядка. Введем обозначения: X - переменная для обозначения студента; хорошо - константа, соответствующая уровню квалификации; Р(Х) - предикат, выражающий возможность субъекта X стать специалистом по прикладной информатике; Q (Х, хорошо) - предикат, обозначающий умение субъекта X программировать с оценкой хорошо ; R (Х, хорошо) - предикат, задающий связь студента X с экзаменационной оценкой по информационным системам.
Теперь построим множество правильно построенных формул:
Q(Х, хорошо) .
R (Х, хорошо) Q (Х, хорошо).
Дополним полученную теорию конкретным фактом
R
(иванов, хорошо)
.
Выполним логический вывод с применением правила резолюции, чтобы установить, является ли формула Р(иванов ) следствием вышеприведенной теории. Другими словами, можно ли вывести из этой теории факт, что студент Иванов станет специалистом в прикладной информатике, если он хорошо сдал экзамен по информационным системам.
Доказательство
1. Выполним преобразование исходных формул теории в целях приведения к дизъюнктивной форме:
(Х, хорошо) Р(Х);
(Х,хорошо) (Х,хорошо);
R (иванов , хорошо).
2. Добавим к имеющимся аксиомам отрицание выводимого заключения
(иванов).
3. Построим конъюнкцию дизъюнктов
(Х, хорошо) Р(Х) ? ? P (иванов, хорошо) ? ? Q (иванов, хорошо), заменяя переменную X на константу иванов .
Результат применения правила резолюции называют резольвентой . В данном случае резольвентой является (иванов).
4. Построим конъюнкцию дизъюнктов с использованием резольвенты, полученной на шаге 3:
(Х, хорошо) (Х, хорошо) (иванов, хорошо) (иванов, хорошо).
5. Запишем конъюнкцию полученной резольвенты с последним дизъюнктом теории:
(иванов, хорошо) (иванов, хорошо) (противоречие).
Следовательно, факт Р(иванов ) выводим из аксиом данной теории.
Для определения порядка применения аксиом в процессе вывода существуют следующие эвристические правила:
Однако с помощью правил, задающих синтаксис языка, нельзя установить истинность или ложность того или иного высказывания. Это распространяется на все языки. Высказывание может быть построено синтаксически правильно, но оказаться совершенно бессмысленным. Высокая степень единообразия также влечет за собой еще один недостаток логических моделей - сложность использования при доказательстве эвристик, отражающих специфику конкретной предметной проблемы. К другим недостаткам формальных систем следует отнести их монотонность, отсутствие средств для структурирования используемых элементов и недопустимость противоречий. Дальнейшее развитие баз знаний пошло пути работ в области индуктивных логик, логик «здравого смысла», логик веры и других логических схем, мало что имеющих общего с классической математической логикой.
Логическими уровень – это абстрактный взгляд на данные, на нем данные представляются так, как выглядят в реальном мире, и могут называться так, как они называются в реальном мире.
Объекты модели, представляемые на логическом уровне, называются сущностями и атрибутами . Логическая модель данных может быть построена на основе другой логической модели, например на основе модели процессов. Логическая модель данных является универсальной и никак не связана с конкретной реализацией СУБД.
Различают три уровня логической модели, отличающихся по глубине представления информации о данных:
диаграмм сущность-связь (Entity Relationship Diagram, ERD);
модель данных, основанная на ключах (Key Based model, KB);
полная атрибутная модель (Fully Attributed model, FA).
Диаграмма сущность-связь представляет собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области. Такая диаграмма не слишком детализирована, в нее включаются основные сущности и связи между ними, которые удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к ИС.
Диаграмма сущность-связь может включать связи многие-ко-многим и не включать описание ключей. Как правило, ERD используется для презентаций и обсуждения структуры данных с экспертами предметной области.
Модель данных, основанная на ключах , - более подробное представление данных. Она включает описание всех сущностей и первичных ключей и предназначена для представления структуры данных и ключей, которые соответствуют предметной области.
Полная атрибутивная модель – наиболее детальное представление структуры данных: представляет данные в третьей нормальной форме ивключает все сущности, атрибуты и связи .
В данных методических указаниях будет рассмотрена модель данных, основанная на ключах.
Основные компоненты диаграммы ERwin – это сущности, атрибуты и связи.
Каждая сущность является множеством подобных индивидуальных объектов, называемых экземплярами. Каждый экземпляр индивидуален и должен отличаться от всех остальных экземпляров. Построение модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, т.е. необходимо определить, какая информация будет храниться в конкретной сущности или атрибуте.Сущность можно определить как объект, событие или концепцию, информация о которой должна сохраняться. Сущности должны иметь наименование с четким смысловым значением, именоваться существительным в единственном числе, не носить «технических» наименований и быть достаточно значимыми для того, чтобы их моделировать. Именование сущности в единственном числе облегчает в дальнейшем чтение модели. Фактически имя сущности дается по имени ее экземпляра.
Сущность на диаграмме изображается прямоугольником. В зависимости от режима представления диаграммы прямоугольник может содержать имя сущности, ее описание, список ее атрибутов и другие сведения (см. рис. 34).
Рис. 34. Сущность с заполненными атрибутами.
Экземпляры независимой сущности могут быть уникально идентифицированы без определения ее связей с другими сущностями;зависимая сущность, наоборот, не может быть уникально идентифицирована без определения ее связей с другими сущностями. Зависимая сущность отображается в ERwin прямоугольником с закругленными углами (см. рис. 35).
Рис. 35. Зависимая сущность с заполненными атрибутами.
Зависимая сущность может наследовать один и тот же внешний ключ от более чем одной родительской сущности, или от одной и той же родительской сущности через использование несколько связей. Если не введены различные роли для такого множественного наследования, ERwin считает, что в зависимой сущности атрибуты внешнего ключа появляются только один раз.
В зависимости от того, все ли возможные сущности-подтипы включены в модель, категорийная связь является полной или неполной. Например, если супертип может содержать данные об уволенных сотрудниках, то эта связь - неполной категоризации, так как для него не существует записи в сущностях - подтипах. В ERwin полная категория изображается окружностью с двумя подчеркиваниями, а неполная - окружностью с одним подчеркиванием.
Унификация - это объединение двух или более групп атрибутов внешних ключей в один внешний ключ (группу атрибутов), в предположении, что значения одноименных атрибутов в дочерней сущности всегда одинаковы. Рассмотрим пример: сущность "сотрудник" имеет первичный ключ "код сотрудника" и связан идентифицирующей связью с сущностями "супруга" и "дети". При этом происходит миграция первичного ключа в зависимые сущности. В свою очередь, сущность "супруга" связана не идентифицирующей связью с сущностью "дети". Имеются два пути миграции ключа, однако в сущности "дети" атрибут "код сотрудника" появляется один раз в качестве элемента первичного ключа. Существуют случаи, когда унификация атрибутов дает неверный с точки зрения предметной области результат. Для отмены унификации для атрибутов вводятся имена ролей.
Атрибут выражает свойство объекта, характеризующее его экземпляр (определенное свойство объекта. С точки зрения БД (физическая модель) сущности соответствует таблица, экземпляру сущности – строка в таблице, а атрибуту – колонка таблицы. Горизонтальная линия прямоугольника разделяет атрибуты сущности на два набора: атрибуты, составляющие первичный ключ (в верхней части) и прочие, не входящие в первичный ключ (в нижней части).
Первичный ключ - это атрибут или набор атрибутов, уникально идентифицирующий экземпляр сущности. Если несколько наборов атрибутов могут уникально идентифицировать сущность, то выбор одного из них осуществляется разработчиком на основании анализа предметной области. Для каждого первичного ключа ERwin создает при генерации структуры БД уникальный индекс.
Если между некоторыми сущностями существует связь, то факты из одной сущности ссылаются или некоторым образом связаны с фактами из другой сущности. Связь – это функциональная зависимость между сущностями. Поддержание непротиворечивости функциональных зависимостей между сущностями называется ссылочной целостностью. Поскольку связи содержатся "внутри" реляционной модели, реализация ссылочной целостности может выполняться как приложением, так и самой СУБД (с помощью механизмов декларативной ссылочной целостности, триггеров). Связь это понятие логического уровня, которому соответствует внешний ключ на физическом уровне. Связь называетсяидентифицирующей , если экземпляр дочерней сущности идентифицируется через ее связь с родительской сущностью. Атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности, при этом входят в первичный ключ дочерней сущности. Дочерняя сущность при идентифицирующей связи всегда является зависимой. Связь называетсяне идентифицирующей , если экземпляр дочерней сущности идентифицируется иначе, чем через связь с родительской сущностью. Атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности, при этом входят в состав не ключевых атрибутов дочерней сущности.
Для добавления сущности следует нажать кнопку , а затем – щелкнуть «мышью» по свободному месту диаграммы. После этого по созданному элементу
следует щелкнуть два раза левой кнопкой «мыши». В открывшемся диалоговом окне Attributes (см. рис. 36) следует:
Рис. 36. Окно для заполнения атрибутов сущности.
Таблица 5.
Расшифровка назначения типов атрибутов
Для каждого атрибута имеется возможность ввода дополнительных характеристик, расположенных на вкладках окна Attributes :
General (основные характеристики атрибута);
Datatype (выбранный формат атрибута);
Definition (пояснения);
Note (комментарий для данного атрибута);
UDP (свойства атрибутов сущности, добавляемых пользователем);
Key Group (отношение выбранного атрибута к ключевым признакам);
History (история возникновения атрибута).
Для связывания таблиц следует, нажав кнопку или(идентифицирующая связь) или(не идентифицирующая связь), щелкнуть левой кнопкой «мыши» на одной таблице, а затем щелкнуть «мышью» на другой таблице, с которой требуется выполнить связь.
Пример логической модели данных представлен на рис. 37.
Для компактного расположения модели на листе бумаги при печати следует вызвать в меню File режимPrint , а в открывшемся окнеPrint (см. рис. 38) нажать кнопкуFit model.
Рис. 37. Пример логической модели данных
Рис. 38. Окно для настройки параметров печати.
При выполнении основных функций СУБД должна использовать различные описания данных. Рассмотрим порядок создания этих описаний.
При разработке базы данных (ИС) обычно выделяется несколько уровней моделирования, при помощи которых происходит переход от предметной области к конкретной реализации базы данных средствами конкретной СУБД. Можно выделить следующие уровни: сама предметная область, концептуальная модель предметной области, логическая модель данных, физическая модель данных, собственно база данных и приложения.
Предметная область - это часть реального мира, данные о которой мы хотим отразить в базе данных. Например, в качестве предметной области можно выбрать бухгалтерию какого-либо предприятия, отдел кадров, банк, магазин и т.д. Предметная область бесконечна и содержит как существенно важные понятия и данные, так и малозначащие или вообще не значащие данные. Так, если в качестве предметной области выбрать учет товаров на складе, то понятия "накладная" и "счет-фактура" являются существенно важными понятиями, а то, что сотрудница, принимающая накладные, имеет двоих детей - это для учета товаров неважно. Однако, с точки зрения отдела кадров данные о наличии детей являются существенно важными. Таким образом, важность данных зависит от выбора предметной области.
Концептуальная модель предметной области - это наши знания о предметной области в виде понятий (концептов). Знания могут быть как в виде неформальных знаний в мозгу эксперта, так и выражены формально при помощи каких-либо средств. В качестве таких средств могут выступать текстовые описания предметной области, наборы должностных инструкций, правила ведения дел в компании и т.п. Опыт показывает, что текстовый способ представления модели предметной области крайне неэффективен. Гораздо более информативными и полезными при разработке баз данных являются описания предметной области, выполненные при помощи специализированных графических нотаций. Имеется большое количество методик описания предметной области. Концептуальная модель БД - отражает информационное содержание данных, как основных понятий и отношений между ними. Концептуальная модель не затрагивает физического состояния данных, в том числе архитектуры данных, методов доступа, форматов физических данных.
На рис. 7 приведен фрагмент концептуальной модели предметной области "Предприятие".
Рисунок 7 - Концептуальная модель ИС "Предприятие"
Из наиболее известных методик исследования предметных областей и построения концептуальных моделей можно назвать системный анализ. Также существует целый ряд методик, учитывающих принципы системного анализа, - методика структурного анализа SADT и основанная на нем IDEF0, диаграммы потоков данных Гейна-Сарсона, методика объектно-ориентированного анализа UML, и др. Концептуальная модель предметной области описывает скорее процессы, происходящие в предметной области и данные, используемые этими процессами. От того, насколько правильно смоделирована предметная область, зависит успех дальнейшей разработки приложений.
Модель данных - инструментарий для отображения предметной области, определяется:
Допустимой организацией данных;
Ограничениями целостности (семантикой);
Множеством операций, допустимых над объектами модели данных.
На следующем, более низком уровне находится логическая модель данных предметной области.
Логическая модель описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а также ограничения на данные, налагаемые предметной областью. Примеры понятий - "сотрудник", "отдел", "проект", "зарплата". Примеры взаимосвязей между понятиями - "сотрудник числится ровно в одном отделе", "сотрудник может выполнять несколько проектов", "над одним проектом может работать несколько сотрудников". Примеры ограничений - "возраст сотрудника не менее 16 и не более 60 лет".
Можно выделить три основные виде логических моделей:
Иерархическую модель;
Сетевую модель;
Реляционную модель.
Логическая модель данных для СУБД реляционного типа представляет собой схему базы данных, приведенную на рисунке 8
Рисунок 8 - Пример логической модели данных
Логическая модель данных является начальным прототипом будущей базы данных. Логическая модель строится в терминах информационных единиц, но без привязки к конкретной СУБД . Предварительным средством разработки логической модели данных в настоящий момент являются различные варианты инфологических (информационно-логических) моделей - ER- диаграмма (Entity-Relationship , диаграммы сущность-связь ). Одну и ту же ER-модель можно преобразовать как в реляционную модель данных, так и в модель данных для иерархических и сетевых СУБД, или в постреляционную модель данных.
Решения, принятые на предыдущем уровне, при разработке инфологической модели предметной области, определяют некоторые границы, в пределах которых можно развивать логическую модель данных, в пределах же этих границ можно принимать различные решения.
Для логической модели данных характерно то, что выполняя все основные требования, предъявляемые СУБД, не поддерживается ориентация на конкретную СУБД, что реализуется в физической модели данных.
На еще более низком уровне находится физическая модель данных.
Физическая модель данных описывает данные средствами конкретной СУБД. Ограничения, имеющиеся в логической модели данных, реализуются различными средствами СУБД, например, при помощи индексов, декларативных ограничений целостности, триггеров, хранимых процедур. При этом опять-таки решения, принятые на уровне логического моделирования определяют некоторые границы, в пределах которых можно развивать физическую модель данных. Точно также, в пределах этих границ можно принимать различные решения. Например, отношения, содержащиеся в логической модели данных, должны быть преобразованы в таблицы, но для каждой таблицы можно дополнительно объявить различные индексы, повышающие скорость обращения к данным. Многое тут зависит от конкретной СУБД.
Если физическая модель данных реализована средствами реляционной СУБД, то отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в конкретной СУБД.
Собственно база данных и информационная система. И, наконец, как результат предыдущих этапов появляется собственно сама база данных. База данных реализована на конкретной программно-аппаратной основе, и выбор этой основы позволяет существенно повысить скорость работы с базой данных. Например, можно выбирать различные типы компьютеров, менять количество процессоров, объем оперативной памяти, дисковые подсистемы и т.п. Очень большое значение имеет также настройка СУБД в пределах выбранной программно-аппаратной платформы.
Но опять решения, принятые на предыдущем уровне - уровне физического проектирования, определяют границы, в пределах которых можно принимать решения по выбору программно-аппаратной платформы и настройки СУБД. Таким образом, ясно, что решения, принятые на каждом этапе моделирования и разработки базы данных, будут сказываться на дальнейших этапах. Поэтому особую роль играет принятие правильных решений на ранних этапах моделирования.
