Проектирование реляционной базы данных

Концептуальная модель данных состоит из ряда компонентов: сущностей, связей, атрибутов. При переходе к реляционной схеме базы данных каждый из этих компонентов должен быть проанализирован и, если это окажется необходимым, то даже и преобразован. Изменения, вносимые в процессе преобразования, должны быть такими, чтобы их результат полностью отвечал требованиям, выдвигаемым реляционной моделью данных.

Таким образом, фаза логического проектирования предполагает следующие действия:

􀂃 преобразование концептуальной модели данных в логическую модель, в результате которого будет определена схема реляционной модели данных;

􀂃 проверка модели с помощью концепций последовательной нормализации;

􀂃 проверка поддержки целостности данных.

Рассмотрим последовательно каждое действие.

Преобразование сущностей и атрибутов

Общий подход к преобразованию сущностей концептуальной модели ПрО в отношения реляционной базы данных состоит в следующем:

􀂃 построить набор предварительных отношений и указать первичные ключи для каждого отношения;

􀂃 подготовить список всех представляющих интерес атрибутов (тех из них, которые не были перечислены в диаграмме в качестве первичных ключей сущностей) и назначить каждый из этих атрибутов одному из предварительных отношений с тем условием, чтобы эти отношения находились в НФБК. На этом шаге для

каждого отношения должны быть определены межатрибутные функциональные зависимости, с помощью которых проверяется соответствие отношений НФБК. Если полученные отношения в итоге не находятся в НФБК или если некоторым атрибутам не находится логически обоснованных мест в предварительных

отношениях, то в этих случаях диаграммы необходимо пересмотреть.

Преобразование бинарных связей

Каждая сущность преобразуется в определенное отношение, а значит, связь между сущностями преобразуется в связь между отношениями.

Напомним, что связи между отношениями в реляционной модели данных реализуются посредством механизма первичных и внешних ключей. Чтобы этот механизм действовал, необходимо в первую очередь

определиться с тем, которое из двух отношений является родительским, акоторое — дочерним. Родительским считается такое отношение, которое передает копию набора значений своего первичного ключа другому отношению, где этот набор значений будет представлять внешний ключ.

Последнее отношение в этом случае будет являться дочерним отношением. Как известно, эта связь может быть изображена с помощью диаграммы, которая содержит всю информацию, необходимую для

генерации соответствующих отношений РБД. Сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и КУРС однозначно идентифицируются с помощью ТН — табельного номера преподавателя и

НК — номера курса

Предварительные отношения для бинарных связей типа 1:1

Предварительные отношения для бинарных связей с показателем кардинальности, равным 1: 1 (рис. 6.2) могут быть получены вследствие просмотра нескольких логических альтернатив и выбора из них наиболее

подходящей. Пусть в проектируемой БД должна храниться следующая

информация: ТН — номер преподавателя;

Ф_И_О — фамилия, имя, отчество преподавателя;

Тел_П — телефон преподавателя;

НК — номер курса;

Назв_К — название курса.

Считая, что класс принадлежности является обязательным для обеих сущностей, получаем отношение:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ТН, Ф_И_О, Тел_П, НК, Назв_К). Первичным ключом этого отношения может быть ключ любой из двух сущностей. Ситуация будет другая, если класс принадлежности одной из сущностей (ПРЕПОДАВАТЕЛЬ)— обязательный, второго (КУРС) — нет.

В такой ситуации требуется построение двух отношений: по одному под каждую сущность. При этом ключ каждой сущности должен служить первичным ключом для соответствующего отношения. Сущность, для

которой класс принадлежности является необязательным, преобразуется в родительское отношение, а сущность, участвующая в связи с обязательным классом принадлежности, преобразуется в дочернее

отношение. Для связи полученных отношений ключ родительского отношения добавляется в качестве атрибута (внешнего ключа) в дочернее отношение. В результате получаем следующую реляционную схему:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ТН, Ф_И_О, Тел_П, НК);

КУРС (НК, Назв_К).

Если класс принадлежности для обеих сущностей — необязательный, то лучшим решением является определение трех отношений — по одному для каждой сущности и одного для связи:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ТН, Ф_И_O, Тел_П);

КУРС (НК, Назв_К);

ЧИТАЕТ (ТН, НК)

Отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ содержит сведения обо всех преподавателях, а отношение КУРС — обо всех курсах. Отношение для связи должно иметь среди своих атрибутов по одному ключу от каждой сущности.

Предварительные отношения для бинарных связей типа 1: N

Пусть в рассмотренной выше концептуальной модели существует бинарная связь типа 1: N (рис. 6.3).

Для таких связей существует только два правила. Вариант определяется классом принадлежности N-связной сущности, класс принадлежности 1-связной сущности не влияет на конечный результат в

обоих случаях. Первый вариант. ПРЕПОДАВАТЕЛЬ — класс принадлежности

необязательный, КУРС — обязательный. Решение задачи становится возможным, если использовать два

отношения, по одному на каждую сущность, при условии, что ключ каждой сущности служит в качестве первичного ключа для соответствующего отношения. В качестве родительского назначается

отношение, соответствующее "единичной" стороне связи, а в качестве дочернего назначается отношение, представляющее "множественную" сторону связи. Для представления этой связи необходимо скопировать первичный ключ родительского отношения в дочернее отношение, где данный ключ должен быть описан как внешний. Окончательно в БД войдут два отношения:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ТН, Ф_И_О, Тел_П);

КУРС (НК, Назв_К, НП).

Второй вариант. Класс принадлежности для обеих сущностей — необязательный. Решение — в формировании трех отношений: по одному на каждую сущность (причем ключ каждой сущности служит первичным ключом соответствующего отношения) и одного отношении для связи.

Отношение для связи должно иметь среди своих атрибутов ключ каждой сущности: КУРС (НК, Назв_К);

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ТН, Ф_И_О, Тел_П);

ЧИТАЕТ (ТН, НК)

Преобразование связи типа "суперкласс/подкласс"

Для каждой присутствующей в логической модели данных связи типа "супертип/подтип" сущность супертипа необходимо определить как родительскую, а сущность подтипа — как дочернюю. Существуют

различные варианты представления подобных связей в виде одного или нескольких отношений. Выбор наиболее подходящего варианта зависит от ограничений участия и пересечения, наложенных на участников связи типа "суперкласс/подкласс".

Если суперкласс с его подклассами имеет тотальные и непересекающиеся связи, где каждый экземпляр суперкласса обязательно должен быть членом одного и только одного подкласса, то самым

целесообразным решением является представление каждого из подклассов в виде отдельного отношения, содержащего копию первичного ключа суперкласса.

Рассмотрим подклассы АССИСТЕНТ, СТАРШИЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, ДОЦЕНТ, ПРОФЕССОР, которые являются членами суперкласса ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (рис. 6.4). Это означает, что каждый экземпляр подкласса является в то же время и экземпляром суперкласса. Причем каждый преподаватель обязательно принадлежит одному и только одному подклассу. Подобная диаграмма преобразуется в следующую реляционную схему отношений:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (Табельный_номер. Ф_И_О, Адрес,

Педагог_стаж).

ПРОФЕССОР (Табельный_номер,

Номер_Диплома_профессора);

ДОЦЕНТ (Табельный_номер. Номер_диплома_доцента);

СТАРШИЙ_ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (Табельный_номер):

АССИСТЕНТ (Табельный_номер).

Предварительные отношения для бинарных связей типа

М: N

При такой степени связи требуется три отношения вне зависимости от класса принадлежности обеих сущностей: по одному для каждой сущности, причем ключ каждой сущности используется в качестве первичного ключа соответствующего отношения, и одного отношения для связи. Последнее должно иметь в числе своих атрибутов ключ каждой сущности. Единственно допустимый вариант в сложившейся ситуации — представить БД тремя отношениями:

КУРС (НК, Назв_К);

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ТН, Ф_И_О, Тел_П);

ЧИТАЕТ (ТН, НК).

Вся информация о курсе будет содержаться в отношении КУРС, информация о преподавателе — в отношении ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, а отношение ЧИТАЕТ будет содержать только экземпляры связи,

имеющиеся в модели. Использование прямого преобразования концептуальных связей в логические структуры оказывается очень полезным при моделировании составных сущностей.