Проектирование базы данных

Целью разработки любой базы данных является хранение и использование информации о какой-либо предметной области. Для реализации этой цели удобным инструментом может служить реляционная модель базы данных.

Проектирование информационных систем, включающих в себя базы данных, осуществляется на физическом и логическом уровнях. Решение проблем проектирования на физическом уровне во многом зависит от используемой СУБД и зачастую автоматизированно и скрыто от пользователей.

Логическое проектирование заключается в определении числа и структуры таблиц, формировании запросов к БД, определении типов отчетных документов, разработке алгоритмов обработки информации, создании форм для ввода данных в базе данных и решения ряда других задач.

Логическая модель данных является начальным прототипом будущей базы данных. Логическая модель строится в терминах информационных единиц, но без привязки к конкретной СУБД. Более того, логическая модель данных необязательно должна быть выражена средствами именно реляционной модели данных. Основным средством разработки логической модели данных в настоящий момент являются различные варианты диаграмм «сущность-связь» (англ. Entity-Relationship — «сущность-связь»). Одну и ту же логическую модель можно преобразовать как в реляционную модель данных, так и в модель данных для иерархических и сетевых СУБД, или в постреляционную модель представления данных. Однако, так как мы рассматриваем именно реляционную СУБД, то можно считать, что логическая модель данных для нас формулируется в терминах реляционной модели.

Решение задач логического проектирования БД в основном определяется спецификой задач предметной области. Наиболее важной здесь является проблема структуризации данных, ей необходимо уделить максимум внимания. С проектированием базы данных непосредственно связано понятие нормализации.

Нормализация — это набор стандартов проектирования баз данных, называемых нормальными формами. Выделяют пять нормальных форм (НФ) и одну промежуточную НФ, находящуюся между третьей и четвертой НФ. Самой примитивной НФ является первая, а самой лучшей — пятая. Однако, достаточным условием для разработки базы данных является приведение таблиц к третьей НФ. Каждая последующая НФ включает в себя соответствие предыдущим НФ. Таким образом, данные, находящиеся в третьей НФ соответствуют первой и второй НФ.

Выполнение правил нормализации обычно приводит к разбиению первичной таблицы на несколько таблиц с меньшим количеством столбцов. Так как при создании проекта таблицы были приведены к третьей НФ, то имеет смысл кратко рассмотреть суть первых трех НФ.

Таблица будет соответствовать 1 НФ, если все её атрибуты будут иметь неделимые значения. Соответствие 2 НФ заключается в соответствии первой НФ и полной функциональной зависимости каждого не ключевого атрибута от его составного ключа. 3 НФ заключается в соответствии 2 НФ и не транзитивной зависимости каждого не ключевого атрибута от первичного ключа.

В реляционной модели данных поддерживаются только нормализованные отношения по следующим причинам: такой подход не налагает ограничений на то, что можно описывать с помощью нормализованных отношений; полученное упрощение в структуре данных ведет к соответствующим упрощениям в операторах манипулирования данными.

При проектировании структур данных для информационных систем можно выделить три основных подхода:

• 1. Сбор информации об объектах решаемой задачи в рамках одной таблицы (одного отношения) и последующая декомпозиция её на несколько взаимосвязанных таблиц на основе процедуры нормализации отношений.
• 2. Формулирование знаний о системе (определение типов исходных данных и их взаимосвязей).
• 3. Структурирование информации для использования в информационной системе в процессе проведения системного анализа на основе совокупности правил и рекомендаций.

Рассмотрим проектирование БД для электронного журнала преподавателя. База данных сформирована таким образом, что в ней происходит логическое деление на несколько основных таблиц по характеру содержащихся в них данных:

• 1. Данные об учениках;
• 2. Данные о преподавателях;
• 3. Данные об успеваемости (оценках);
• 4. Перечень учебных дисциплин (предметов);
• 5. Данные о пользователях программы.

Структура базы данных была нормализована и приведена к третьей нормальной форме. Связи между всеми таблицами осуществляется с помощью отношения «один-ко-многим».

В таблице 2.4 приведена логическая структура таблиц базы данных. В таблице представлены имена полей, отражены их сущности, а также определены типы и ограничения для каждого поля.

Эта логическая модель базы данных служит основой для создания реальной физической модели (реальной БД) в конкретной используемой СУБД. При создании физической модели базы данных также могут быть внесены уточнения и поправки, в зависимости от особенностей используемой реляционной СУБД и специфических требований к программе.

Таблица Логическая структура таблиц базы данных.