Проектирование БД

Базы данных Тема 5. Проектирование реляционных БД Преподаватель: к.ф.н., доцент кафедры АСУ, Муртазина М.Ш. Powerpoint Templates Процесс проектирования РБД Процесс проектирования баз данных – это анализ того, какого рода информация должна быть в ней представлена и каковы взаимосвязи между элементами информации. Структура или схема базы определяется средствами языков или систем обозначений пригодных для описания проектов. По завершению уточнений и согласований проект преобразовывается в форму, которая может быть воспринята конкретной выбранной СУБД – инструкции языка DDL (Data Definition Language). Powerpoint Templates 2 Процесс проектирования РБД 1. Анализ предметной области 2. Концептуальное проектирование (ER-модель) 3. Логическое проектирование (реляционная модель, нормализация, ограничения) 4. Определение требований, выбор СУБД 5. Физическое проектирование в конкретной СУБД Powerpoint Templates 3 Процесс проектирования РБД 1. Анализ предметной области На этапе анализа предметной области нужно: 1. Выделить роли пользователей БД. 2. Идентифицировать входные данные (данные, которые будут вносится пользователями в БД ) 3. Идентифицировать выходные данные (данные, которые будут запрашиваться из БД) Источники информации для анализа: описание бизнеспроцесса, в рамках которого применяется БД, бланки документов, используемых в рамках бизнес-процесса. Сценарии. Рассмотрения альтернативных вариантов Powerpoint Templates 4 Пример Бизнес-процесс: Управление персоналом Powerpoint Templates Пример Powerpoint Templates Пример Powerpoint Templates 7 Пример Powerpoint Templates 8 Концептуальное проектирование БД. ER-диаграмма ER-модель (entity relationship diagram – ERD, модель «сущностьсвязь») используется при высокоуровневом (концептуальном) проектировании баз данных. ER-модель отображается графически, в виде диаграммы сущностей и связей состоящих из множеств: • Сущности • Атрибуты • Связи Любой фрагмент предметной области может быть представлен как множество сущностей, между которыми существует некоторое множество связей. Powerpoint Templates 9 Концептуальное проектирование БД Спецификация атрибута состоит из его названия, указания типа данных и описания ограничений целостности - множества значений (или домена), которые может принимать данный атрибут. Домен - это набор всех допустимых значений, которые может содержать атрибут. Тип данных - это физическая концепция, а домен - логическая. Например, "целое число" – это тип данных, а «возраст человека» - это домен. В понятие домена входит не только тип данных, но и область значений данных. Домен «возраст человек» как положительное целое Powerpoint Templates число и определить атрибут им «Возраст сотрудника». 10 ER-диаграмма Основные идеи ER-модели П.Чена былb представленs им в работе «Модель сущность-связь - Унифицированное представление данных» («The entity-relationship model—toward a unified view of data», 1976) Оригинал работы можно найти по ссылке https://dl.acm.org/doi/10.1145/320434.320440 Следует отметить, что основные положения графического моделирования БД были опубликованы в ряде работ других авторов, например, в статье А. П. Г. Брауна «Modelling a Real-World System and Designing a Schema to Represent It» 11 Powerpoint Templates ER-диаграмма Powerpoint Templates 12 ER-диаграмма Иногда для более удобной классификации используются так называемые подтипы (подкатегории или дочерние категории) сущностей. Их обозначают с помощью треугольника с надписью "есть" (т.е. "является"). Powerpoint Templates 13 Получение реляционной схемы из ER-модели Шаг 1. Каждая простая сущность превращается в отношение. Имя сущности становится именем отношения. Шаг 2. Каждый атрибут становится столбцом с тем же именем. Шаг 3. Компоненты уникального идентификатора сущности превращаются в первичный ключ отношения. Шаг 4. Вспомогательные атрибуты , перемещенные в другие сущности после формализации связей, становятся внешними ключами. Шаг 5 Если в концептуальной схеме присутствовали подтипы, то возможны два способа их отображения: * все подтипы размещаются в одной таблице (а); * для каждого подтипа строится отдельная таблица (б). При применении способа (а) таблица создается для внешнего супертипа. В таблицу добавляется по крайней мере один столбец, содержащий код ТИПА, и он становится частью первичного ключа. Шаг 6. Выполнить шаги по нормализации полученных отношений. Шаг 8. Указать ограничения целостности проектируемой базы данных и дать краткое описание полученных таблиц и их полей. Шаг 9. Создать индексы для первичного ключа (уникальный индекс), внешних ключей и тех атрибутов, на которых предполагается в основном базировать запросы и выполнять соединения. Powerpoint Templates 14 Основные понятия реляционной модели данных Powerpoint Templates Реляционная модель. Физическая модель Не привязана к конкретной СУБД. Содержит описание таблиц, атрибутов, ограничений, связей. Является логической моделью, которая отображается на физическую модель БД в выбранной СУБД Powerpoint Templates 16 База данных Является частью местом хранения данных, которые используются одним или несколькими приложениями. Проектирование БД связано с требованиями к функционалу приложений. Разработка программного продукта ведется по некоторой методологии. Powerpoint Templates Обеспечение целостности данных позволяет гарантировать высокое качество данных в БД. Существует три типа целостности данных: •доменная целостность (столбец); •объектная целостность (таблица); •ссылочная целостность. Powerpoint Templates Доменная целостность • предусматривает определение набора значений данных, который является допустимым для этого столбца, а также возможность использовать пустые значения; • может быть реализована путем ограничения допустимых для столбца значений по типу данных, формату или диапазону значений. Powerpoint Templates Объектная целостность • требуется, чтобы все строки таблицы имели уникальный код, называемый значением первичного ключа; • возможность изменения ключевого поля и удаления целой строки зависит от уровня целостности, который требуется обеспечить между ключевыми полями и другими таблицами. Powerpoint Templates Ссылочная целостность • гарантирует сохранение связей между ключевыми полями таблицы, на которую указывают ссылки, и внешними ключами таблиц, которые содержат ссылки; • строку в таблице, на которую указывают ссылки, нельзя удалить; Powerpoint Templates Ссылочная целостность •нельзя изменить ключевое поле строки, если на нее указывает внешний ключ и при этом не разрешено выполнение каскадных действий (!); • отношения ссылочной целостности можно определить в рамках одной таблицы или между разными таблицами. Powerpoint Templates Способы обеспечения целостности данных Механизм Описание Типы данных Определяют тип данных, которые могут храниться в столбце Правила Определяют допустимые значения, которые могут добавляться в столбец Значения по Определяют значение столбца, если значение не задано умолчанию Ограничения Определяют, как ядро базы данных обеспечивает целостность данных Триггеры Определяют код, который выполняется автоматически при изменении таблицы XML-схемы Определяют допустимое содержимое XML-документов и фрагментов, помещенных в столбец данных xml Powerpoint Templates Типы ограничений Тип целостно сти Доменная Объектная Тип Описание ограничения DEFAULT Задает значение по умолчанию для столбца CHECK Задает разрешенное значение для столбца FOREIGN KEY Задает столбец, в котором должны существовать значения NULL Задает, разрешено ли значение NULL PRIMARY KEY Определяет однозначно каждую строку UNIQUE Предотвращает повторение основных ключевых полей Powerpoint Templates Типы ограничений Тип целостно сти Ссылочная Тип Описание ограничения FOREIGN KEY Определяет столбцы, значения которых должны сопоставляться с основным ключевым полем этой таблицы CHECK Задает разрешенное значение для столбца на основе содержимого другого столбца Powerpoint Templates Инженерия требований и управление проектами Требования – это свойства, которыми должен обладать продукт, и ограничения, связанные с ними. Инженерия требований – это междисциплинарный подход, который связывает стороны поставщика и заказчика с целью определения и поддержания требований, которым должна соответствовать целевая система, продукт или услуга (ISO/IEC/IEEE 29148). Извлечение требований Анализ требований Управление требованиями Валидация требований Спецификация требований Управление изменениями Управление атрибутами Трассирование Powerpoint Templates 26 Инженерия требований ОжиданияPowerpoint Templates Реальность 27 Инженерия требований Powerpoint Templates 28 Методы управления проектом по разработке ПО Разработка требований Водопад: 11 % Следование первоначальному плану 60 % проваленные риск успешные 29 % проблемные Разработка требований Разработка требований Разработка требований 9% 39 % 52 % риск проваленные успешные проблемные Agile: Готовность к изменениям важнее следования первоначальному плану Powerpoint Templates 29 Процессный фреймворк Scrum Общая схема организации работ по фреймворку Scrum Powerpoint Templates 30 Конус неопределенности Powerpoint Templates 31 Итеративный подход – горизонтальная декомпозиция Обозначения: Powerpoint Templates Как Scrum влияет на разработчиков баз данных Разработчики баз данных часто оказываются плечом к плечу с разработчиками приложений во время спринтов. Определить какая часть работы должна быть выполнена до того, как разработчики приложения смогут начать свои задачи Sprint. Какие элементы БД, такие как, например, хранимые процедуры, необходимо добавить в течении итерации. Powerpoint Templates Спасибо за внимание! Powerpoint Templates