Проектирование структуры реляционной базы данных. Метод ER-диаграмм (сущность-связь).

Основные подходы к проектированию БД. Понятия сущности, атрибута сущности, ключа сущности. Особенности проектирования структуры базы данных методом сущность-связь. Степень связи между сущностями. Класс принадлежности сущности: обязательный и необязательный. Применение диаграмм ER-экземпляров и ER-типа. Правила формирования отношений для различных степеней связи и классов принадлежности.

При проектировании БД можно выделить три основных подхода:

1. Сбор информации об объектах решаемой задачи в рамках одной таблицы (отношения) и последующее преобразование ее в несколько связанных таблиц на основе процедуры нормализации отношений.

2. Формулирование знаний о системе (определение типов исходных данных и их взаимосвязей) и требований к обработке данных, получение с помощью CASE-системы (системы автоматизации проектирования и разработки БД) готовой схемы БД или готовой прикладной ИС.

3. Структурирование информации для использования в ИС в процессе проведения системного анализа на основе совокупности правил и рекомендаций.

Реляционная модель данных предложена сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом и основывается на понятии отношение (relation).

Реляционная модель данных некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. Все атрибуты отношения являются простыми (имеют единственное значение, на пересечении каждого столбца и каждой строки находятся только элементарные значения атрибутов).

Отношение представляет собой множество элементов, называемых кортежами. Отношение (relation) соответствует таблице. Кортеж (tuple) соответствует строке этой таблицы (записи), а атрибут – столбцу (полю). Количество кортежей называют кардинальным числом, а количество атрибутов – степенью.

Сущность (entity) – объект любой природы, данные о котором хранятся в БД.

Атрибут (attribute) – свойство, характеризующее сущность. В структуре таблицы каждый атрибут именуется и ему соответствует заголовок некоторого столбца таблицы.

Схема отношения (заголовок отношения, scheme of relation) представляет собой список имен атрибутов.

Первичный ключ (primary key) – уникальный идентификатор для таблицы, т.е. столбец или такая комбинация столбцов, что в любой момент времени не существует двух строк, содержащих одинаковое значение в этом столбце или комбинации столбцов.

Внешний ключ (вторичный ключ, external/foreign/secondary key) отношения R1 - неключевой атрибут A, значения которого являются значениями ключевого атрибута B другого отношения R2.

Метод сущность-связь или метод ER-диаграмм (Essence (сущность), Relation (связь)).

Связь двух или более сущностей – предполагает зависимость между атрибутами этих сущностей. Название связи обычно представляется глаголом.

С целью повышения наглядности и удобства проектирования для представления сущностей, экземпляров сущностей и связей между ними используются графические средства: диаграммы ER-экземпляров и диаграммы ER-типа (ER-диаграммы).

Пример 1. Диаграмма ER-экземпляров.

Преподаватель	Ведет	Дисциплина
Иванов		БД
Петров		Алгебра
Сидоров		Геометрия

Диаграмма ER-экземпляров показывает, какую конкретно дисциплину ведет каждый из преподавателей.

Диаграмма ER-типа.

Степень связи является характеристикой связи между сущностями, которая может быть типа: 1: 1, 1: М, М: 1, М: М.

Класс принадлежности (КП) сущности может быть: обязательным и необязательным.

КП является обязательным, если все экземпляры этой сущности обязательно участвуют в рассматриваемой связи, в противном случае класс принадлежности сущности является необязательным.

Варьируя КП для каждого из типов связи, можно получить несколько вариантов диаграмм ER-типа.

Формирование отношений для связи 1: 1.

		Кл2, …
		Кл1, …

Правило 2. Если степень связи 1: 1 и класс принадлежности одной сущности обязательный, а второй необязательный, то под каждую из сущностей формируется по отношению с первичными ключами, являющимися ключами соответствующих сущностей. Далее к отношению, сущность которого имеет обязательный КП, добавляется в качестве атрибута ключ сущности с необязательным КП.

Правило 3. Связь типа 1: 1 вариант Н-Н. Если степень бинарной связи 1: 1 и класс принадлежности обеих сущностей обязательный, то необходимо использовать три отношения. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя, поэтому его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений.

Формирование отношений для связи 1: М.

Если две сущности С1 и С2 связаны как 1: М, сущность С1 называют односвязной, а сущность С2 – многосвязной (М-связной). Определяющим фактором при формировании отношений, связанных этим видом связи, является класс принадлежности М-связной сущности. Если КП М-связной сущности обязательный, то в результате получим два отношения, если необязательный – три отношения. КП односвязной сущности не влияет на результат.

Правило 4. Если степень бинарной связи 1: М (или М: 1) и КП М-связной сущности обязательный, то достаточно формирование двух отношений (по одному на каждую сущность). При этом первичными ключами этих отношений являются ключи соответствующих сущностей. Кроме того, ключ 1-связной сущности добавляется как атрибут (внешний ключ) в отношение, соответствующее М-связной сущности.

Правило 5. Связь 1: М (М: 1) и КП М-связной сущности является необязательным, то необходимо формирование трех отношений. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя (его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений).

Правило 6. При наличии связи М: Ммежду двумя сущностями необходимо формирование трех отношений независимо от КП. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя (его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений).