1 Раздел 6. БАЗЫ ДАННЫХ Дисциплина Информатика

2 Тема 6.3. Разработка инфологической модели

3 Этапы проектирования БД АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННО- ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

4 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ описание входных документов, которые служат основанием для заполнения данными базы данных; подробное описание информации об объектах предметной области и информационных процессов; конкретные задачи, которые будут решаться данной БД с кратким описанием алгоритма решения; описание выходных документов, которые должны генерироваться в системе. В результате должны быть сформулированы:

5 Информационно-логическое проектирование Цель – обеспечение наиболее естественных для человека способов представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных Результат – построение независимой от СУБД информационной структуры путем объединения информационных требований пользователей. Эта структура называется инфологическая (семантическая) модель (ИЛМ)

6 Логическое проектирование Физическое проектирование 1. Выбор СУБД 2. Разработка СУБД-ориентированной схемы, которая удовлетворяет всему диапазону требований пользователей, начиная с требований целостности и кончая показателями эффективности при ее расширении и усложнении. 1. Выбор способов размещения данных в среде хранения и способов доступа к этим данным, которые поддерживаются на физическом уровне 2. Окончательная отладка программных модулей

7 Инфологическая модель данных «Сущность-связь» Сущность – любой различимый объект, информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Информационный объект (ИнО) = Сущность Атрибут – поименованная характеристика сущности. Связь – зависимость одной сущности от другой Конструктивные элементы инфологических моделей: СУЩНОСТИ СВЯЗИ АТРИБУТЫ Язык ER-диаграмм (Entity-Relationship, «сущность-связь») – средство графического изображения инфологических моделей (Чен, 1976 г.)

8 Графические обозначения ИМЯ СУЩНОСТИ ИМЯ КЛЮЧЕВОГО АТРИБУТА (-ОВ) ИМЕНА ДРУГИХ АТРИБУТОВ КНИГА # Шифр книги Название книги Объем книги Стоимость книги СОТРУДНИК # Таб_Номер Фамилия Имя Отчество ОТДЕЛ # Название Кол_Сотр Работает в Состоит из Связь

9 Виды атрибутов Обязательные и необязательные СОТРУДНИК # Таб_Номер *Фамилия *Имя *Отчество *Дата_Рожд *Кол_Детей Сем_Полож Ключевые и неключевые (описательные) ПОСТАВКА # Код_Товара # Дата_Пост # Номер_Дог *Кол_Товара *Стоимость Простой ключ Составной ключ

10 Виды связей Один-к-Одному (1:1) ФАКУЛЬТЕТДЕКАН 1 1 СУЩНОСТЬ1СУЩНОСТЬ2 1 1 Одному экземпляру СУЩ1 соответствует ТОЛЬКО один экземпляр СУЩ2. И наоборот, одному экземпляру СУЩ2 соответствует ТОЛЬКО один экземпляр СУЩ1.

11 Виды связей Один-ко-Многим (1:М) СУЩНОСТЬ2СУЩНОСТЬ1 1 М Одному экземпляру СУЩ1 соответствует МНОГО экземпляров СУЩ2. И наоборот, одному экземпляру СУЩ2 соответствует ТОЛЬКО один экземпляр СУЩ1. СТУДЕНТГРУППА 1 М

12 Виды связей Многие-ко-Многим (М:М) СУЩНОСТЬ2СУЩНОСТЬ1 М М Одному экземпляру СУЩ1 соответствует МНОГО экземпляров СУЩ2. И наоборот, одному экземпляру СУЩ2 соответствует МНОГО экземпляров СУЩ1. АВТОРКНИГА М М

13 Виды связей СТУДЕНТОЦЕНКА М 1 Обязательная Ключевая key Необязательная Неключевая Ключевая связь : Может быть только с одной стороны бинарной связи; Должна быть обязательной; Только со стороны М.

14 НОРМАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ

15 УНИВЕРСАЛЬНОЕ ОТНОШЕНИЕ А1А2А3…АnАn

16 Каждый факт в одном месте Основная цель проектирования БД – это сокращение избыточности хранимых данных СЛЕДОВАТЕЛЬНО экономия объема используемой памяти; уменьшение затрат на многократные операции обновления избыточных копий; устранение возможных противоречий из-за хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте.

17 Пример нереляционной таблицы Дисциплина ПреподавательРекомендуемая литература Информатика Гришин, Титова, Богословская Книга 1, Книга 2, Книга 3, Книга 4 Математика Соловьев, Голубев Книга 5, Книга 6, Книга 7 Нарушено свойство реляционных таблиц - каждый элемент таблицы - один элемент данных;

18 Первая нормальная форма ( 1НФ ) Каждый атрибут для каждого экземпляра сущности имеет ТОЛЬКО ОДНО значение. Дисциплина ПреподавательРекомендуемая литература Информатика ГришинКнига 1 Информатика ГришинКнига 2 Информатика ГришинКнига 3 Информатика ГришинКнига 4 Информатика ТитоваКнига 1 ………

19 Приведение к 1НФ 3 препод*4 книги+2 препод*3 книги=18 строк Операция ВСТАВКИ В таблицу включаются дополнительные строки, так, чтобы в каждой строке каждый атрибут принимал единственное значение СЛЕДСТВИЕ – наличие АНОМАЛИЙ Добавления Удаления Обновления РЕЗУЛЬТАТ – появление избыточности данных, множественных атрибутов.

20 Первая нормальная форма (1НФ) ИСКЛЮЧЕНИЕ МНОЖЕСТВЕННЫХ АТРИБУТОВ СТУДЕНТ # Фамилия # Имя # Отчество Дата Рожд Пол Предмет Оценка СТУДЕНТОЦЕНКА # Предмет Оценка 1 М

21 Вторая нормальная форма (2НФ) 1. Сущность находится в 1НФ 2. Все неключевые атрибуты функционально полно зависят от ключа. "СТУДЕНТ" ( зач. книжки, Фамилия, Имя, Отчество, Дата Рожд, Дом Адрес, Пол, …) Функциональная зависимость является полной, если значению ключевого атрибута соответствует ТОЛЬКО ОДНО значение описательного атрибута. зач.книжки, "УСПЕВАЕМОСТЬ" ( зач. книжки, Фам Студ, Имя Студ, Отч Студ, название дисциплины, дата, Оценка, Фам Преп) название дисциплины, дата, зач.книжки,

22 Примеры функциональной зависимости СТУДЕНТ # Зач.кн * группы *Фамилия *Имя *Отчество *Дата рожд. *Адрес *Пол ПОСТАВКА # Код_Товара # Дата_Пост # Номер_Дог *Кол_Товара *Стоимость УСПЕВ-ТЬ # Зач.кн # Назв.дисц # Дата *ФИО студ *Оценка *ФИО преп

23 Приведение к 2НФ СТУДЕНТ # Фамилия # Имя # Отчество # Номер гр * Факультет * Курс СТУДЕНТ # Фамилия # Имя # Отчество ГРУППА # Номер гр * Факультет * Курс М 1 key

24 Третья нормальная форма (3НФ) 1. Атрибуты находятся в 1НФ и 2НФ 2. Каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от ключа. ПОНЯТИЕ ТРАНЗИТИВНОЙ ЗАВИСИМОСТИ Если неключевой атрибут А функционально зависит от ключа К, а неключевой атрибут В функционально зависит неключевого атрибута А, то, говорят, что атрибут В транзитивно зависит от ключа К. КА, АВ, то КВ (транзитивно)

25 Приведение к 3НФ ИСКЛЮЧЕНИЕ ТРАНЗИТИВНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ СОТРУДНИК # Таб_Номер *Фамилия *Имя *Отчество *Должность *Оклад Надбавка СОТРУДНИК # Таб_Номер *Фамилия *Имя *Отчество Надбавка ДОЛЖНОСТЬ # Название *Оклад 1 М

26 Устранение связей типа «МНОГИЕ-ко-МНОГИМ» В инфологической модели не должно быть связей типа М:М ПРЕПОД-ЛЬДИСЦИПЛИНА М М ПРЕП-ДИСЦ М М 1 key 1

27 ПРИМЕРЫ ИНФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

28 Требования нормализации данных 1. Каждая сущность имеет уникальный идентификатор – ключ; 2.Реквизиты, входящие в составной ключ взаимонезависимы; 3. Любой описательный атрибут функционально полно зависит от ключа (зависимость описательных реквизитов от части составного ключа не допускается); 4. Все описательные (неключевые) атрибуты взаимонезависимы, т.е. между ними нет функциональных связей;

29 Каждый факт в одном месте Одно из практических правил, применяемых при проектировании БД – постараться устранить из таблиц, так называемые множественные атрибуты – поля, у которых значения повторяются в разных строках таблицы.

30 Этапы проектирования (не последовательные, а взаимосвязанные) 1. Определить объекты, подлежащие описанию в БД. 2. Выделить атрибуты, подлежащие описанию в БД. 3. Скомпоновать атрибуты в отдельные таблицы. Определить ключ в каждой таблице. 4. Установить связи между таблицами.

31 Задание ключа в таблице 1. Лучше простой ключ, чем составной. 2. Составной ключ из минимального числа атрибутов. 3. Лучше числовой ключ, чем текстовый (как правило, создается поле – Код Чегото типа Счетчик). 4. Ключ – обязательное поле.

32 Пример 1. Поставка материалов Цель: Обеспечить учет поставки материалов на предприятие

33 Выявление сущностей и атрибутов на основе анализа входных документов

34 Установлено один поставщик осуществляет поставку различных материалов; один и тот же материал поставляется несколькими поставщиками; за определенную дату может быть осуществлена только одна поставка отдельным поставщиком и по одному документу; номера документов не повторяются; документ содержит перечень поставляемых материалов; цена материала не изменяется при поставке его различными поставщиками в разное время; справочные реквизиты поставщика не меняются (название, адрес, расч.счет). один поставщик осуществляет поставку различных материалов; один и тот же материал поставляется несколькими поставщиками; за определенную дату может быть осуществлена только одна поставка отдельным поставщиком и по одному документу; номера документов не повторяются; документ содержит перечень поставляемых материалов; цена материала не изменяется при поставке его различными поставщиками в разное время; справочные реквизиты поставщика не меняются (название, адрес, расч.счет).

35 Состав атрибутов Дата поставки (ДП) Приходный ордер (ПрО) Код поставщика (КП) Наименование поставщика (НП) Адрес поставщика (АП) Расчетный счет (РС) Код материала (КМ) Название материала (НМ) Цена материала (ЦМ) Единица измерения (ЕИ) Количество поставки (КолП) Стоимость поставки (СП) ПОСТАВЩИК МАТЕРИАЛ ПОСТАВКА

36 ER-диаграмма (связи между сущностями) ПОСТАВЩИК # Код пост ПОСТАВКА # Дата поставки #Код поставщика # Код материала МАТЕРИАЛ # Код матер М key 1 М 1

37 Табличное описание выделенных сущностей

38 Схема данных

39 Пример 2. ПОЛИКЛИНИКА Цель: Обеспечить учет приема пациентов врачами поликлиники Документы: Расписание приема врачей Медкарта пациента Статистический талон посещения

40 Выявление сущностей и атрибутов Ф пациента И пациента О пациента Дата рожд Медполис Ф врача И врача О врача Специализация Дата приема Жалобы Диагноз Назначения Документ нетрудосп. ПАЦИЕНТЫ ВРАЧИ СПЕЦИАЛИЗ ПРИЕМ ЗАБОЛЕВАНИЕ

41 ER-диаграмма М key 1 М 1 ПАЦИЕНТЫ ВРАЧИ СПЕЦИАЛИЗ ПРИЕМ ЗАБОЛЕВАНИЕ 1 М key 1 М Справочник # Код Пац # Код Вр Код Спец # Дата Пр # Код Пац # Код Вр # Код Спец Назв Спец # Код Заб Назв Заб

42 Пример 3. БИБЛИОТЕКА Цели: 1. Учет книг хранящихся в библиотеке (каталожная карточка) 2. Учет читателей (читательский билет) 3. Учет выданных книг (читательский билет)

43 Книга Шифр книги (ШК) Инв номер Авторы Название Тематика Издательство Год АВТОРИЗДАТЕЛЬСТВОТЕМА Авторы Тематика Издательство ЭКЗЕМПЛЯР Инв номер

44 Приведение к 1, 2, 3 Н Ф АВТОРИЗДАТЕЛЬСТВОТЕМАЭКЗЕМПЛЯРКНИГА М 1 М М М М М 1 # Код Изд # КодА, ФИО # Инв Ном key # КодТ, Описание # ШК, НазвК, Год, Стоим, Стр

45 Устранение связей М:М АВТОРТЕМАКНИГА М М М М # КодА… # КодТ # ШК АВТОР КНИГИ ТЕМА КНИГИ # ШК # КодА # ШК # КодТ key

46 Читатель Читательский билет () Фамилия читателя Имя читателя Отчество читателя Адрес читателя Телефон читателя Категория читателя Экземпляр книги 1 Дата выдачи 1 Дата возврата 1 Экземпляр книги 2 Дата выдачи 2 Дата возврата 2 … Множественные атрибуты ЧИТАТЕЛЬ ЗАПИСЬ В БИЛЕТЕ

47 Связи между сущностями ЧИТАТЕЛЬ ЗАПИСЬ В БИЛЕТЕ КНИГА М 1 key # ШК, НазвК, Год, Стоим, Стр ЭКЗЕМПЛЯР КНИГИ # Инв Ном # ЧБ, ФИО, ТелЧ… М key М 1 1 # Дата Выд, # Инв Ном, Дата Воз

48 Логическое проектирование БД ИЗДАТЕЛЬСТВО

49 Логическое проектирование БД КНИГА

50 Логическое проектирование БД АВТОР КНИГИ После подстановки ключевых полей из других таблиц им присваивается тип соответственно Текстовый (такой же как и в главной таблице) и Числовой (не Счетчик). Поэтому важно для этих полей вручную установить свойства Обязательное и Индексированное.

51 Логическое проектирование БД ЗАПИСЬ В БИЛЕТЕ

52 Схема данных

53 Пример 4. ДЕКАНАТ Студенты изучают дисциплины. Преподаватели ведут дисциплины. Процесс обучения студентов в вузе Приобретение знаний Контроль усвоения знаний Студенты получают оценки по дисциплинам. Преподаватели ставят оценки по дисциплинам.

54 Ограничения предметной области Срок обучения в институте по всем специальностям одинаковый – 5 лет (10 семестров) Год поступления в вуз конкретного студента отождествляется с годом образования новой группы Год окончания вуза студентов приравнивается к году выпуска всей группы Один студент учится только в одной группе Срок обучения в институте по всем специальностям одинаковый – 5 лет (10 семестров) Год поступления в вуз конкретного студента отождествляется с годом образования новой группы Год окончания вуза студентов приравнивается к году выпуска всей группы Один студент учится только в одной группе

55 Сущности и Связи ДИСЦИПЛИНА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ СТУДЕНТ ОЦЕНКА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ- ДИСЦИПЛИНА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ- ДИСЦИПЛИНА 1 М 1 М 1 М 1 М ГРУППА 1 М

56 Описание таблиц

57 Описание таблиц

58 Сущность АтрибутПримечание Дисциплина Код дисциплины Ключевое поле Название Преподаватель- Дисциплина Код ПДКлючевое поле Код преподавателя Связь с сущностью Преподаватель Код дисциплины Связь с сущностью Дисциплина Оценка Код записи Ключевое поле Код студента Дата Связь с сущностью Студент Семестр Код ПД Связь с сущностью Преп-Дисциплина Вид контроля Оценка