13122010 (Лекции)

SeregaProMai.Narod.ru ©

Лекция от 13.12.2010. (на основе фото с лекции-презентации)

Использование диаграмм сущность-связь при проектировании базы данных.

Целью разработки базы данных является хранение и использование информации для заданной предметной области. Предметная область - это та часть реального мира, данные о которой мы хотим хранить в базе данных.

Любая предметная область содержит бесконечное количество различных данных. При проектировании конкретной базы данных нам необходима только часть этих данных.

Задачей моделирования базы данных является определение данных, которые должны содержаться в базе данных и их представление в удобном для дальнейшего использования виде.

Можно выделить следующие уровни моделировании при помощи которых происходит переход от заданной предметной области к конкретной реализации базы данных.

- Концептуальная модель базы данных

- Логическая модель данных

- Физическая модель данных

Задачей концептуальной модели является представление данных в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной базой данных.

Основным средством представления концептуальной модели являются диаграммы сущность-связь (Entity-Relationship E-R-диаграммы).

Логическая модель есть представление данных средствами выбранной СУБД. Так как мы будем рассматривать базы данных, основанные на реляционной модели, то можно дать следующее определение логическая модель базы данных представляет собой совокупность взаимосвязанных отношений (плоских таблиц), для представления (хранения) всех необходимых данных.

Физическая модель описывает способы хранения данных на носителях, например, жестких дисках, и методы доступа к этим данным, используемые структуры хранения данных зависят от программного обеспечения (СУБД) и типа носителей информации поддерживаемых компьютером.

Каждая СУБД использует свою физическую модель данных, и мы будем предполагать что проектировщик, выбирая СУБД, выбирает физическую модель данных, используемую этой СУБД.

Построение E-R диаграмм

E-R диаграммы представляют собой графической представление объектов базы данных и связей между ними. Дадим определение основных понятий, используемых при построении E-R диаграмм.

Сущность - абстрактное представление объекта, процесса или явления, о котором необходимо хранить информацию в базе данных. Например: Студент, Дисциплина, Преподаватель.

Свойства сущности описываются набором атрибутов.

Примеры:

ДИСЦИПЛИНА:(Название, Специальность, Семестр, Лекции, Лаб. Раб.)

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:(ФИО преподавателя, Кафедра, Должность, Оклад)

Следует различать понятия сущность и экземпляр сущности.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ - сущность.

Иванов, 304, доцент, 10000 - экземпляр сущности.

Следует обратить внимание на то, что экземпляром сущность Дисциплина будет дисциплина с определенным названием, которая читается для студентов некоторой специальности в заданном семестре, например:

Базы данных, Прикладная информатика, 4, 32, 16.

Существуют различные способы изображения E-R диаграмм. Наиболее известным из них является модель Чена. Питер Чен первым ввёл понятие E-R модели. Пример E-R диаграммы, использующей модель Чена, представлен на рис. 1. Атрибуты сущностей изображаются овалами вокруг прямоугольника изображающего сущность.

Такое представление E-R диаграммы занимает много места и затрудняет(???).

Основными конструктивными элементами E-R диаграммы является сущности их атрибуты и связи между сущностями. При построении E-R диаграммы необходимо определить существует ли между рассматриваемыми сущностями связь, то есть, связаны между собой каким либо образом экземпляры этих сущностей. И если да, то определить тип связи и её свойства.

В учебном плане специальности, по которой обучается студент, указывается, какие дисциплины он должен изучить за время своего обучения на основании этого можно сделать вывод, что экземпляры этих сущностей связаны между собой и, следовательно, между сущностями Студент и Дисциплина существует связь.

Все дисциплины, по которым ведется обучение, распределяются сначала между кафедрами, а потом кафедра закрепляет каждую дисциплину за определённым преподавателем (лектором). Это означает, что экземпляры сущностей Дисциплина и Преподаватель связаны между собой и, следовательно, между сущностями Дисциплина и Преподаватель существует связь.

Дальнейший анализ предметной области позволяет установить, что отсутствуют какие либо документы, указывающие на то, какие преподаватели должны будут обучать данного студента. Это означает, что экземпляры сущностей Студент и Преподаватель не связаны между собой и, следовательно, связи между сущностями Студент и Преподаватель нет.

В результате таких рассуждений получаем E-R диаграмму следующего вида.

Следующим этапом построения E-R диаграммы является определение типа связи и её свойств.

Связь между двумя сущностями называется бинарной, а между тремя - тернарной.

Типы бинарных связей.

1 - 1

Если каждому экземпляру первой сущности может быть поставлено в соответствие не более одного экземпляра второй сущности и наоборот, то говорят, что между сущностями существует связь 1 - 1.

Для нашего примера связь 1 - 1 будет иметь место в том случае, если каждый преподаватель будет вести только одну дисциплину и если каждую дисциплину ведет только один преподаватель.

1 - n

Если каждому экземпляру первой сущности может быть поставлено в соответствие несколько экземпляров второй сущности, при этом, каждому экземпляру второй сущности может быть поставлено в соответствие не более одного экземпляра первой сущности, то это связь типа 1 - n.

Для рассматриваемого примера связь 1 - n будет иметь место в том случае, если каждый преподаватель может вести несколько дисциплин и если каждую дисциплину ведет только один преподаватель. ???????

Будем считать, что в рассматриваемом примере между сущностями Преподаватель и Дисциплина имеет место быть именно ----

n - m

Если каждому экземпляру первой сущности может быть поставлено в соответствие несколько экземпляров второй сущности и наоборот, то говорят, что между сущностями существует связь n - m.

Связь типа n - m для рассматриваемого примера означает, что каждый преподаватель может вести занятия по нескольким дисциплинам, при этом занятия по каждой из дисциплин могут вести несколько преподавателей.

В рассматриваемом примере каждый студент изучает несколько (много) дисциплин и каждую дисциплину изучают много студентов, следовательно, между сущностями Студент и Дисциплина будет существовать связь типа n - m.

Класс принадлежности сущности.

Еще одним свойством связи между двумя сущностями является класс принадлежности сущности.

Класс принадлежности сущности может быть обязательным и необязательным. Класс принадлежности сущности будет называться обязательным, если каждому её экземпляру обязательно поставлен в соответствие хотя бы один экземпляр другой сущности.

В нашем примере сущность Преподаватель имеет обязательный класс, так как если существует преподаватель, то должна быть известна хотя бы одна дисциплина, по которой он ведёт занятия. А класс принадлежности сущности Дисциплина - необязательный, так как может быть неизвестно, кто её ведёт.

Рассматривая связь Студент - Дисциплина будем предполагать, что для каждого студента обязательно известно известны дисциплины, которые он изучал. В свою очередь могут быть дисциплины, которым (пока) не изучал ни один из студентов. Следовательно, сущность Студент имеет обязательный класс принадлежности, а класс принадлежности сущности Дисциплина у этой связи необязательный

Обязательность класса принадлежности будем обозначать точкой на линии связи.

Окончательный вид E-R диаграммы для рассматриваемого примера приведём на следующем рисунке.

Правила преобразования E-R диаграмм в логическую схему реляционной базы данных.

Напомним, что задачей логического проектирования является представление данных в виде совокупности взаимосвязанных отношений (плоских таблиц) таким образом, чтобы в этих отношениях не было избыточного дублирования данных.

Так же в некоторых случаях используется дополнительное требование при заполнении таблиц данными: не должно быть атрибутов с неопределенными значениями.

Рассмотрим правила, которые позволяют преобразовывать логическую схему так, чтобы удовлетворить обоим требованиям.

Связь 1 - 1

Рассмотрим правила преобразования такой связи на примере E-R диаграммы Дисциплина - Преподаватель

При таком типе связи не может возникать избыточного дублирования. Так как сведения о каждом преподавателе и о каждой дисциплине могут быть указаны не более одного раза.

Вследствие этого допустимая форма представления определяется из второго требования (не должно быть неопределенных значений атрибутов).

При обязательном классе принадлежности обеих сущностей можно использовать одну таблицу.

Если класс принадлежности одной из сущностей является необходимым, например Дисциплина, то необходимо использовать две таблицы.

Для установления связи в таблицу, соответствующую сущности с обязательным классом принадлежности, добавляется ключ таблицы, описывающий свойства сущности с необязательным классом принадлежности.

Если обе сущности будут иметь необязательный класс принадлежности, то необходимо использовать 3 таблицы, две описывают свойства сущностей, а третья связь между ними.

Третья таблица должна содержать ключи связываемых сущностей, а так же может включать атрибуты, характеризующие эту связь.

Связь 1 - n

Рассмотрим правила преобразования E-R диаграммы с таким типом связи, представленным на рисунке.

Из этой диаграммы следует, что каждый преподаватель может вести занятия по нескольким дисциплинам, при этом занятия каждой дисциплиной может вести только один преподаватель. Класс принадлежности сущности дисциплина является обязательным, это означает, что для каждой дисциплины известен преподаватель, который её ведёт.

При связи 1 - n и обязательном классе принадлежности сущности, рядом с которой на диаграмме стоит n, следует использовать две таблицы, которые описывают свойства сущностей.

Связь устанавливается путём добавления ключа сущности, рядом с которой стоит 1 в таблицу описывающую свойства сущности рядом с которой стоит n.