Концептуальное проектирование с использованием методологии IDEF1X
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
Основы проектирования баз данных
Концептуальное проектирование с использованием методологии IDEF1X
Пример построения концептуальной модели
Логическое проектирование с использованием методологии IDEF1X
Пример построения логической модели
Физическое проектирование с использованием методологии IDEF1X
Пример построения физической модели
Вопросы для самопроверки
Основы проектирования баз данных
Разработанная функциональная модель системы отвечает на вопросы «Что должна делать система?» и «За счет каких действий может быть достигнут требуемый результат?». Эта модель также позволяет концептуально определить наборы данных, используемых в системе.
В то же время она не отвечает на вопрос «Каким образом организованы данные в системе?». Для ответа на него необходимо построить информационную модель (запроектировать БД).
Традиционно процедуру проектирования базы данных разбивают на три этапа, каждый из которых завершается созданием соответствующей информационной модели [1, 20, 21].
Этап 1-й. Концептуальное проектирование – создание представления (схемы, модели) БД, включающего определение важнейших сущностей (таблиц) и связей между ними, но не зависящего от модели БД (иерархической, сетевой, реляционной и т. д.) и физической реализации (целевой СУБД).
|
|
|
Этап 2-й. Логическое проектирование – развитие концептуального представления БД с учетом принимаемой модели (иерархической, сетевой, реляционной и т.д.).
Этап 3-й. Физическое проектирование – развитие логической модели БД с учетом выбранной целевой СУБД.
Концептуальное и логическое проектирование вместе называют также инфологическим или семантическим проектированием.
В настоящее время для проектирования БД активно используются CASE-средства, в основном ориентированные на использование ERD (Entity – Relationship Diagrams, диаграммы «сущность–связь»). С их помощью определяются важные для предметной области объекты (сущности), отношения друг с другом (связи) и их свойства (атрибуты). Следует отметить, что средства проектирования ERD в основном ориентированы на реляционные базы данных (РБД), и если существует необходимость проектирования другой системы, скажем объектно-ориентированной, то лучше избрать другие методы проектирования.
ERD были впервые предложены П. Ченом в 1976 г. Основные элементы ERD перечислены ниже [1, 18–21].
Сущность (таблица, в РБД – отношение) – реальный либо воображаемый объект, имеющий существенное значение для рассматриваемой предметной области, информация о котором подлежит хранению. Если выражаться точнее, то это не объект, а набор объектов (класс) с одинаковыми свойствами. Примеры сущностей: работник, деталь, ведомость, результаты сдачи экзамена и т. д.
|
|
|
Экземпляр сущности (запись, строка, в РБД – кортеж) – уникально идентифицируемый объект.
Связь – некоторая ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Примерами связей могут являться родственные отношения «отец–сын», производственные – «начальник-подчиненный» или произвольные – «иметь в собственности», «обладать свойством».
Атрибут (столбец, поле) – свойство сущности или связи.
Большинство современных CASE-средств моделирования данных, как правило, поддерживает несколько графических нотаций построения информационных моделей. В частности система ERwin фирмы Computer Associates поддерживает две нотации: IDEF1X и IE (англ. Information Engineering – информационное проектирование). Данные нотации являются взаимно-однозначными, т. е. переход от одной нотации к другой и обратно выполняется без потери качества модели. Отличие между ними заключается лишь в форме отображения элементов модели.
При использовании любого CASE-средства вначале строится логическая модель БД в виде диаграммы с указанием сущностей и связей между ними. Логической моделью называется универсальное представление структуры данных, независимое от конечной реализации базы данных и аппаратной платформы. На основании полученной логической модели переходят к физической модели данных. Физическая модель представляет собой диаграмму, содержащую всю необходимую информацию для генерации БД для конкретной СУБД или даже конкретной версии СУБД. Если в логической модели не имеет значения, какие идентификаторы носят таблицы и атрибуты, тип данных атрибутов и т. д., то в физической модели должно быть полное описание БД в соответствии с принятым в ней синтаксисом, с указанием типов атрибутов, триггеров, хранимых процедур и т. д. По одной и той же логической модели можно создать несколько физических. Например, ERwin 4.0 позволяет на основании логической модели сформировать физические более, чем для 20 популярных СУБД (ORACLE, Informix, DB2, MS SQL Server, Access, Foxpro, Paradox и т. д.). На основании физической модели можно сгенерировать либо саму БД или DDL-скрипт1, который, в свою очередь, может быть использован для генерации БД.
|
|
|
Перечисленный выше порядок действий называется прямое проектирование БД (Forward Engineering DB). CASE-средства позволяют выполнять также обратное проектирование БД (Reverse Engineering DB), т.е. на основании системного каталога БД или DDL-скрипта построить физическую и, далее, логическую модель данных.
|
|
|
Кроме режимов прямого и обратного проектирования, CASE-средства обычно поддерживают синхронизацию между моделью и системным каталогом БД, т. е. при изменении модели они могут автоматически внести все необходимые изменения в существующую БД и наоборот.
Развитые CASE-средства обладают также встроенной подсистемой поиска и исправления ошибок в модели. Особенно полезна эта функция при проектировании больших БД, содержащих десятки или сотни таблиц, а также при обратном проектировании.
Следует отметить, что современные СУБД обладают своими встроенными средствами визуального моделирования данных. Некоторые из них даже поддерживают классические нотации ERD. Недостатками такого моделирования является построение только физической модели данных и невозможность быстрого перехода на другую СУБД, если такое решение принято. Достоинством этого подхода является более полное использование потенциала СУБД, ведь разработчики СУБД лучше других знают ее особенности и возможности.
Далее рассматривается процедура прямого проектирования с использованием методологии IDEF1X. Методология IDEF1 была разработана Т. Рэмеем. В настоящее время на основе IDEF1 создана ее новая версия – методология IDEF1X, которая в 1981 г. принята ICAM в качестве федерального стандарта США.
1Data Definition Language – язык определения данных, подмножество языка SQL.
Концептуальное проектирование с использованием методологии IDEF1X
Цель концептуального проектирования – создание концептуальной модели данных на основе представлений о предметной области каждого отдельного типа пользователей. Концептуальная модель представляет собой описание основных сущностей (таблиц) и связей между ними без учета принятой модели БД и синтаксиса целевой СУБД. Часто на такой модели отображаются только имена сущностей (таблиц) без указания их атрибутов. Представление пользователя включает в себя данные, необходимые конкретному пользователю для принятия решений или выполнения некоторого задания.
Ниже рассматривается последовательность шагов при концептуальном проектировании [1, 20, 21].
Выделение сущностей.
Первый шаг в построении концептуальной модели данных состоит в определении основных объектов (сущностей), которые могут интересовать пользователя и, следовательно, должны храниться в БД. При наличии функциональной модели IDEF0 прообразами таких объектов являются входы, управления и выходы. Еще лучше для этих целей использовать DFD. Прообразами объектов в этом случае будут накопители данных. Как было отмечено выше, накопитель данных является совокупностью таблиц (набором объектов) или непосредственно таблицей (объектом). Для более детального определения набора основных объектов необходимо также проанализировать потоки данных и весь методический материал, требуемый для решения задачи. Например, для задачи определения допускаемых скоростей основными объектами (наборами объектов) являются: нормативно-справочная информация, информация об участках дороги, задания на расчет, ведомости допускаемых скоростей и т. д. В ходе анализа и проектирования информационной модели наборы объектов должны быть детализированы. Например, составной объект «информация об участках дороги» с учетом специфики решаемой задачи требует разбиения на отдельные составляющие: участки, пути, раздельные пункты, километраж, план, верхнее строение пути и т. д.
Возможные трудности в определении объектов связаны с использованием постановщиками задачи:
· примеров и аналогий при описании объектов (например, вместо обобщающего понятия «работник» они могут упоминать его функции или занимаемую должность: «руководитель», «ответственный», «контролер», «заместитель»);
· синонимов (например, «допускаемая скорость» и «установленная скорость», «разработка» и «проект», «барьерное место» и «ограничение скорости»);
· омонимов (например, «программа» может обозначать компьютерную программу, план предстоящей работы или программу телепередач).
Далеко не всегда очевидно то, чем является определенный объект – сущностью, связью или атрибутом. Например, как следует классифицировать «семейный брак»? На практике это понятие можно вполне обоснованно отнести к любой из упомянутых категорий. Анализ является субъективным процессом, поэтому различные разработчики могут создавать разные, но вполне допустимые интерпретации одного и того же факта. Выбор варианта в значительной степени зависит от здравого смысла и опыта проектировщика.
Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:
· должна иметь уникальное имя, и к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация;
· обладать одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;
· обладать одним или несколькими атрибутами (первичным ключом), которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности, т. е. делают уникальной каждую строку таблицы;
· может обладать любым количеством связей с другими сущностями.
В графической нотации IDEF1X для отображения сущности используются обозначения, изображенные на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Сущности
Сущность в методологии IDEF1X является независимой (сильной, родительской, доминантной, владельцем), если сущность не зависит от существования другой сущности (другими словами, каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его связей с другими сущностями, или уникальность экземпляра определяется только собственными атрибутами). Сущность называется зависимой (слабой, дочерней, подчиненной), если ее существование зависит от существования других сущностей. Терминология «родительская» – «дочерняя» и «владелец» – «подчиненный» также может использоваться в отношении двух зависимых сущностей, если экземпляры одной из них (дочерней, подчиненной) могут быть однозначно определены с использованием экземпляров другой (родительской, владельца), несмотря на то, что вторая сущность в свою очередь зависит от третьей сущности.
Определение атрибутов.
Как правило, атрибуты указываются только для сущностей. Если у связи имеются атрибуты, то это указывает на тот факт, что связь является сущностью. Самый простой способ определения атрибутов – после идентификации сущности или связи, задать себе вопрос «Какую информацию требуется хранить о …?». Существенно помочь в определении атрибутов могут различные бумажные и электронные формы и документы, используемые в организации при решении задачи. Это могут быть формы, содержащие как исходную информацию (например, «Ведомость возвышений наружного рельса в кривых»), так и результаты обработки данных (например, «Форма № 1»).
Выявленные атрибуты могут быть следующих видов:
· простой (атомарный, неделимый) – состоит из одного компонента с независимым существованием (например, «должность работника», «зарплата», «норма непогашенного ускорения», «радиус кривой» и т. д.);
· составной (псевдоатомарный) – состоит из нескольких компонентов (например, «ФИО», «адрес», и т. д.). Степень атомарности атрибутов, закладываемая в модель, определяется разработчиком. Если от системы не требуется выборки всех клиентов с фамилией Иванов или проживающих на улице Комсомольской, то составные атрибуты можно не разбивать на атомарные;
· однозначный – содержит только одно значение для одного экземпляра сущности (например, у кривой в плане может быть только одно значение радиуса, угла поворота, возвышения наружного рельса и т. д.);
· многозначный – содержит несколько значений (например, у одного отделения компании может быть несколько контактных телефонов);
· производный (вычисляемый) – значение атрибута может быть определено по значениям других атрибутов (например, «возраст» может быть определен по «дате рождения» и текущей дате, установленной на компьютере);
· ключевой – служит для уникальной идентификации экземпляра сущности (входит в состав первичного ключа);
· неключевой (описательный) – не входит в первичный ключ;
· обязательный – при вводе нового экземпляра в сущность или редактировании обязательно указывается допустимое значение атрибута, т. е. оно после редактирования не может быть неопределенным (NOT NULL).
После определения атрибутов задаются их домены (области допустимых значений), например:
· наименование участка – набор из букв русского алфавита длиной не более 60 символов;
· поворот кривой – допустимые значения «Л» (влево) и «П» (вправо);
· радиус кривой – положительное число не более 4 цифр.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 461; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!