3.2. Проектирование структуры данных3
Проектирование структуры данных для фактографических ИС является сложным процессом, включающим три самостоятельных этапа – концептуальное, логическое и физическое проектирование.
При концептуальном проектировании осуществляется выявление информационных объектов, их характеристик, взаимосвязей между ними, определение идентификаторов.
Для формального представления концептуальной модели при проектировании структуры данных используется ER4-модель. Она применяет следующие базовые понятия и их обозначения:
студент
сущность (объект); ранее - информационный объект
ФИО
атрибут сущности (свойство, характеризующее объект);
ранее – характеристика информационного объекта
к
номер зачетной книжки
лючевой атрибут (атрибут, входящий в первичный ключ);ранее – идентификатор информационного объекта
числится
связь; ранее отсутствовала
Первичный ключ - атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующих объект. Первичный ключ может состоять из нескольких атрибутов, тогда в нотации ER-модели подчеркивается каждый из них.
Объект и его атрибуты соединяются ненаправленными дугами:
Связи между объектами могут быть 3-х типов:
Один - к одному. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида соответствует не более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: студент может иметь только одну зачетную книжку и, наоборот, одна зачетная книжка принадлежит только одному студенту.
Один - ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, но каждому объекту второго вида соответствует не более одного объекта первого вида. Например: в каждой учебной группе может числиться множество студентов, но каждый студент числится только в одной учебной группе.
Многие - ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: каждый преподаватель может обучать множество студентов, и каждый студент может обучаться у разных преподавателей.
Ромб связи и прямоугольник объекта соединяются ненаправленными дугами в сторону "ко многим" и направленными в сторону "к одному":
Если связь соединяет две сущности, она называется бинарной. Связь может соединять более двух сущностей, например, связь, соединяющая три сущности, называется тернарной:
Пусть, например, требуется разработать концептуальную модель данных, описывающую организационную структуру кафедр вуза. Тогда кафедры являются предметной областью для задачи. Данная предметная область характеризуется следующими сущностями и их атрибутами:
сотрудник – ФИО, ученая степень, научное звание, контактные данные;
кафедра – название, шифр в вузе;
должность – название, образование.
Сформируем ER-диаграммы, описывающие сущности и связи между ними:
Определим, какие атрибуты могут играть роль ключевых:
для сущности кафедра оба атрибута однозначно определяют объект, поскольку не бывает в рамках одного вуза разных кафедр с одинаковыми названиями или шифрами. Для выбора следует ориентироваться на то, какой атрибут, скорее всего, будет использоваться при поиске нужной записи в БД. Очевидно, пользователю удобнее применять название кафедры, поэтому данный атрибут определим как ключевой;
для сущности должность ключевым может служить атрибут название, поскольку разные должности могут характеризоваться одним значением атрибута образование (высшее, среднее и т.д.);
для сущности сотрудник дело обстоит гораздо сложнее. Предметная область такова, что в реальной ситуации ни один из указанных атрибутов не может служить ключевым. В самом деле, в вузе возможны сотрудники с одинаковыми ФИО. Гораздо меньше вероятность полных тезок и однофамильцев в рамках одной кафедры. Тогда в качестве ключевых атрибутов следует использовать совокупность идентификаторов сотрудников и кафедр.
На этапе логического проектирования требования к данным преобразуются в структуры, применяемые в используемой системе управления данными.
Физическое проектирование решает вопросы, связанные с производительностью системы; определяются способы размещения данных в файлах (т.е. на машинных носителях) и методы доступа к данным. Этот уровень проектирования связан также с типами записывающих устройств, методами доступа, длинами блоков и т.д., т.е. с теми физическими характеристиками машинных носителей, которые являются предметом изучения и освоения специалистов технических профессий.
В настоящее время все действия по физическому проектированию выполняются системами управления базами данных (СУБД), а потому не актуальны для учебного курса. Тем не менее, логическое проектирование, связанное с разработкой моделей данных, а также вопросы физического проектирования, связанные со структурами хранения данных, входят в программу дисциплины «Информационные системы» и являются предметом подробного рассмотрения далее.