1 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ

2 Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление – Автоматизация и управление специальность – Управление и информатика в технических системах ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Лекция 4 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных 3.2. Модель «сущность – связь» Преподаватели: Чесноков Юрий Николаевич, доц., к.т.н., Дружинина Надежда Геннадьевна, доц.

3 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ Цель изучения материала: изучить инфологический подход к проектированию банка данных (БнД); научиться строить модель «сущность – связь». Компетенций, формирующиеся в процессе знакомства с материалом: готовность учитывать современные тенденции развития информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ОНК-2); способность применять современные информационные компьютерные технологии: самостоятельно работать с СУБД (ИК-1); готовность работать с информацией из различных источников (ИК- 4); способность к приобретению новых знаний, используя современные информационные технологии (СЛК-4); способность разрабатывать информационное обеспечение систем с использованием стандартных СУБД (ПКД-5); готовность использовать современные инструментальные средства и технологии проектирования программных средств (ПТД-2); способность составлять техническую документацию на разработку программного обеспечения (ПТД-4).

4 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ Содержание лекции 4 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных 3.2. Модель «сущность – связь»

5 База данных (БД) – целевая модель предметной области (ПрО), т.е. в БД хранятся факты, необходимые для функционирования автоматизированной системы, для которой предназначен БнД. При проектировании БнД следует выделить и описать эти факты, т.е.: 1) очертить границы ПрО банка данных; 2) выполнить интерпретацию описания этих фактов с помощью допустимых структур данных конкретной СУБД [1]. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

6 ПрО определена, если известны: ее объекты, их свойства, их отношения. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

7 Проектирование БнД начинается с процедур структуризации ПрО: 1. классификации объектов; 2. выделения типов объектов; 3. фиксации совокупности свойств для каждого типа объекта; 4. выявления видов отношений (взаимосвязей) между объектами. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

8 Затем следует решить вопросы: - какую информацию об объектах необходимо хранить в БД; - как ее представить с помощью данных. В инфологическом подходе различают: 1. явления реального мира (объектная сфера); 2. информацию об этих явлениях (информационная сфера); 3. представление этой информации посредством данных (датологическая сфера). 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

9 Составляющие объектной сферы: 1. объект, 2. свойства, 3. связь (объектное отношение), 4. время. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

10 Объект – это то, о чем должна накапливаться информация в БнД. Выбор объектов определяется целевым назначением БнД. Объект в момент времени t имеет состояние: набор свойств и связей. Свойства объекта могут быть локальными (не зависящими от его связей) или реляционными (зависящими от связей). 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

11 Связь между объектами имеет степень (бинарная – между двумя объектами, тернарная – между тремя объектами, …, k-арная – между k объектами). Время – основная составляющая, так как состояние объектов может изменяться во времени (например, счет в банке). Время учитывается в динамических моделях. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

12 Комбинации основных составляющих объектной сферы образуют базисные структуры. Элементарная ситуация – это структура, описываемая выражением, где о – объект (или n объектов); у – свойство (или n-арная связь); t – время. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

13 Элементарная ситуация типа свойства, и элементарная ситуация реляционного типа r, t>, где p – элемент множества свойств; r – элемент множества связей. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

14 Элементарные факты – это элементарные ситуации в момент времени t для конкретной ПрО. Объектная группа О(р) – это множество объектов, обладающих общими свойствами р. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

15 Тип элементарной ситуации, где x – объектная группа или кортеж объектных групп (О 1, О 2,…, О n ); y – атрибут (множества свойств объектной группы) или связь между n объектами. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

16 Таким образом, составляющие объектной сферы могут группироваться в классы подобных составляющих. Объекты группируются в типы объектов – группы объектов. Свойства формируют атрибуты. Элементарные ситуации группируются в типы элементарных ситуаций. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

17 Основное понятие информационной сферы – «сведение», для которого определена предметная цель, т.е. указано, к чему оно относится. Сведение может относится к объекту, объектной группе, атрибуту, связи, времени, ситуации. Сведения представляются выражениями на основе элементарных сообщений. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

18 Структура полного элементарного сообщения подобна структуре элементарной ситуации, где x – сведение об объекте (или об n объектах); y – сведение о свойстве (или о связях); z – сведение о времени. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

19 Аналогично элементарным ситуациям вводятся понятия элементарных сообщений типа свойств и элементарных сообщений реляционного типа. Полное элементарное сообщение содержит сведения об: - - объекте, - предикате и - времени. При отсутствии какой-то составляющей элементарное сообщение будет неполным. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

20 Запросы к БнД представлены в неполных элементарных сообщениях. Полные элементарные сообщения выражают элементарные ситуации объектной системы и выступают в качестве элементарных информационных структур. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

21 В датологической сфере рассматриваются вопросы представления с помощью данных выделенных информационных структур объектной системы. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.1. Инфологический подход к проектированию банка данных

22 Модель «сущность – связь» – это неформальная модель ПрО, используемая на этапе инфологического проектирования БД. Модель «сущность – связь» является средством общения с будущими пользователями для сбора информации о ПрО при проектировании БД. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

23 Эта модель состоит из трех конструктивных элементов, которые имеют следующие названия: 1. сущность; 2. атрибут; 3. связь. Время в явном виде отсутствует, оно может быть представлено атрибутами, например «Дата поступления». 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

24 Сущность – это некоторая абстракция реально существующего объекта, процесса или явления, о котором надо хранить информацию в БнД. Сущности могут соответствовать материальным (предприятие, изделия и т.п.) и нематериальным (описание явлений) объектам ПрО. Каждая сущность – это узловая точка сбора информации о сущностях. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

25 Тип сущности – это поименованный набор однородных объектов (микросхемы, транзисторы и т.п.). Экземпляр сущности – это конкретный объект в наборе (К155ЛА3, КТ315Г). 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

26 Атрибут – это поименованная характеристика сущности, которая принимает некоторое значение из множества значений. Атрибут задан: а) если ему присвоено наименование; б) приведено смысловое описание атрибута; в) определено множество значений (домен или пул); г) указано назначение его (описание свойств сущностей или идентификации экземпляров сущностей). 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

27 Ключ – это атрибут или множество атрибутов, значения которых идентифицируют каждый объект в наборе объектов уникальным и минимальным образом. Уникальность означает, что для любых двух различных объектов значения двух ключевых атрибутов всегда различны. Минимальность означает, что удаление любого атрибута из ключа приводит к потере уникальности. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

28 Первичный ключ – назначенный набор ключевых атрибутов. Возможный (потенциальный) ключ – набор атрибутов, который может быть ключом, но не входит в первичный ключ. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

29 Связи – это средство представления отношений между сущностями. Понятие «отношение» – строго математическое понятие. Тип связи – это связь между типами сущности. Экземпляр связи – это связь между экземплярами сущности. Бинарные связи – это связи между двумя сущностями. Отображение – это двунаправленная бинарная связь. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

30 Отображение 1:1 (связь один к одному) определяет тип связи между типами сущности, когда каждому экземпляру сущности А соответствует один и только один экземпляр сущности В и наоборот (рис. 3.1). Рис Пример отображения 1:1 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» ТИПОВОЕ ДИНАМИЧЕСКОЕ ЗВЕНО АФЧХ «Иметь АФЧХ»1 1

31 Отображение 1:М (связь один ко многим) – когда одному экземпляру сущности А соответствует 0,1 или несколько экземпляров сущности В, но каждому экземпляру сущности В соответствует 1 экземпляр сущности А (рис. 3.2). Рис Отображение 1:M: а – общий вид; б – пример 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» РАЙОН ГОРОД «Иметь в составе» Тип A Тип B M 1 Тип В Тип А а б

32 Отображение М:1 (связь многое к одному) является обратным отображением 1:М. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

33 Отображение М:N (связь многие ко многим) – когда каждому экземпляру сущности А может соответствовать 0, 1 или несколько экземпляров сущности В и наоборот (рис. 3.3). Рис Пример отображения M:N 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» «Содержать» ДИНАМИЧЕСКОЕ ЗВЕНО СУ MN

34 Простая однонаправленная связь от сущности А к сущности В означает, что одному и тому же экземпляру сущности А соответствует один и тот же экземпляр сущности В, а обратная связь неопределенна (рис. 3.4). Идентификация экземпляров сущности В экземплярам сущности А уникальна (однозначна) при такой связи. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

35 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» Рис Схема однонаправленной простой связи: а – общий вид; б – пример Тип А «ОТДЕЛ» Тип B «СЛУЖАЩИЙ» «Нач_отд» ОТДЕЛСЛУЖАЩИЙ «Нач_отд» 1 а б

36 Многозначная однонаправленная связь от сущности А к сущности В означает, что одному и тому же экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности В, а обратная связь не определена (рис. 3.5). Рис Пример схемы однонаправленной многозначной связи 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» ПАЦИЕНТ ЗАБОЛЕВАНИЕ «Перенесенные заболевания» 1

37 При оформлении модели «сущность – связь» необходимо выполнить следующие процедуры: - составить спецификации по сущностям, атрибутам, связям; - построить диаграмму модели (ER-диаграмму). 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

38 ER-диаграмма Чена (Chen) содержит следующие графические элементы: прямоугольники – для типов сущностей; ромбы – для связей. В исходной модели Чена не предусмотрено отображение атрибутов непосредственно на ER-диаграмме, однако многие расширяют эту модель, внося атрибуты и заключая их в овалы [12]. Для всех сущностей выбирают ключи (подчеркнутые названия атрибутов). Для каждого атрибута указывают его домен – множество значений атрибута. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

39 Пример диаграммы Чена модели «сущность – связь» представлен на рис. 3.6,а. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

40 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» Рис Пример диаграммы модели «сущность – связь» ЭВМ Зав N Тип Цена Вес Имет ь ПРОЦЕССОР N0Тип Цена Разрядн Быстрод Емкость НМД Тип N0 Имет ь а

41 В ER-диаграммах, называемых диаграммами информационного проектирования (Information Engineering), модели сущностей представляются прямоугольниками, в которые вписываются названия сущностей в единственном числе и имена атрибутов [12]. Такие диаграммы имеют более компактный вид (рис.3.6,б). 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

42 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь» Рис Пример диаграммы модели «сущность – связь» ЭВМ Зав N Тип Цена Вес ПРОЦЕССОР N0 Тип Цена Быстрод Разрядн НМД N0 Тип Емкость б

43 Для создания ER-диаграмм применяются пакеты программ специального типа, называемые инструментальными средствами CASE (computer aided software engineering – программы автоматизированной разработки). Для моделирования ПрО ее разбивают на ряд локальных областей, моделируют каждое локальное представление (ЛП), а затем их объединяют. В итоге получают модель результирующего представления. 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ 3.2. Модель «сущность – связь»

44 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ Выводы и заключение по лекции: изучили и нфологический подход к проектированию банка данных (БнД); научились строить модель «сущность – связь».

45 3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАНКА ДАННЫХ Перечень источников: Четвериков В.Н. Базы и банки данных/ В.Н. Четвериков, Г.И. Ревунков, Э. Н. Самохвалов; под ред. В.Н. Четверикова. М.: Высшая школа, с. Дейт К. Дж. Руководство по реляционной СУБД DB2/ К. Дж. Дейт. М.: Финансы и статистика, с. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных/ К. Дж. Дейт. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001, 1072 с. Дмитриев В.И.Прикладная теория информации/В.И. Дмитриев. М.:Высшая школа, с. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных/ Н.А. Гайдамакин. М.: Гелиос АРВ, С. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация/ Т.С. Карпова. СПб.: Питер, с. Мамаев Е.В. MS SQL Server 7.0. Проектирование и реализация баз данных/ Е.В. Мамаев. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, с. Озкарахан Э. Машины баз данных и управление базами данных/ Э. Озкарахан. М.: Мир, с. Селко Джо. SQL для профессионалов. Программирование/ Джо Селко. М.:«Лори», с. Системы управления базами данных и знаний/ А.Н. Наумов [и др.]; под общ. ред. А.Н. Наумова. М.: Финансы и статистика, с. Теория автоматического управления/ С.Е. Душин [и др.]; под общ. ред. Б. Б. Яковлева. М.: Высшая школа, с. Харрингтон Дж. Л. Проектирование реляционных баз данных. Просто и доступно/ Дж. Л. Харрингтон. М.: «Лори», с. Хендерсен К. Delphi 3 и системы клиент/сервер: руководство разработчика/ К. Хендерсен. Киев: Диалектика, с.