Построение ER-диаграмм при проектировании концептуальных моделей информационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пензенский государственный технологический университет» (ПензГТУ)

Лабораторная работа

Построение ER-диаграмм при проектировании концептуальных моделей информационных систем

Бобоходжаев Р.Р., Назарова Н.В

Цель работы: приобретение практических навыков по проектированию концептуальных моделей информационных систем с использованием ER-диаграмм.

Информационная система (ИС) -- программно-аппаратный комплекс, предназначенный для хранения и обработки информации о какой-либо предметной области.

Процесс создания ИС делится на ряд этапов. Обычно выделяют следующие этапы создания ИС:

§ формирование требований к системе (анализ),

§ проектирование,

§ реализация,

§ тестирование,

§ ввод в действие,

§ эксплуатация и сопровождение.

Важнейшим компонентом любой информационной системы является база данных (БД).

База данных (Data Base) - структурированный, организованный набор данных, объединенный в соответствии с некоторой выбранной моделью и описывающий характеристики какой-либо физической или виртуальной системы.

Именно БД позволяет эксплуатировать ИС, выполнять ее текущее обслуживание, модифицировать и развивать её при модернизации предприятия (организации) или изменении информационных потоков, законодательства и форм отчетности предприятия (организации).

Согласно современной методологии, процесс создания ИС представляет собой процесс построения и последовательного преобразования ряда согласованных моделей на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) ИС. На каждом этапе ЖЦ создаются модели: организации, требований к ИС, проекта ИС, требований к приложениям и т. д.

Проектирование ИС охватывает три основные области:

§ проектирование объектов данных (создание моделей данных), которые будут реализованы в базе данных;

§ проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;

§ учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т. п.

Модель - искусственный объект, представляющий собой отображение (образ) системы и её компонентов.

Модель данных (Data Model) - это графическое или текстовое представление анализа, который выявляет данные, необходимые организации с целью достижения ее миссии, функций, целей, стратегий, для управления и оценки деятельности организации. Модель данных выявляет сущности, домены (атрибуты) и связи с другими данными, а также предоставляет концептуальное представление данных и связи между данными.

Цель создания модели данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть интегрированы в любую базу данных.

При создании моделей данных используется метод семантического моделирования. Семантическое моделирование основывается на значении структурных компонентов или характеристик данных, что способствует правильности их интерпретации (понимания, разъяснения). В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты диаграмм сущность-связь (ER -- Entity-Relationship) -- ERD.

Существуют различные варианты отображения ERD, но все варианты диаграмм сущность-связь исходят из одной идеи -- рисунок всегда нагляднее текстового описания. ER -диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной области, их свойств (атрибутов), и взаимосвязей между сущностями.

Различают концептуальные и физические ER-диаграммы. Концептуальные диаграммы не учитывают особенностей конкретных СУБД. Физические диаграммы строятся по концептуальным и представляют собой прообраз конкретной базы данных. Сущности, определенные в концептуальной диаграмме становятся таблицами, атрибуты становятся колонками таблиц (при этом учитываются допустимые для данной СУБД типы данных и наименования столбцов), связи реализуются путем миграции ключевых атрибутов родительских сущностей и создания внешних ключей.

Базовые понятия ERD

Сущность (таблица, отношение) -- это представление набора реальных или абстрактных объектов (людей, вещей, мест, событий, идей, комбинаций и т. д.), которые можно выделить в одну группу, потому что они имеют одинаковые характеристики и могут принимать участие в похожих связях. Каждая сущность должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном числе. Каждая сущность в модели изображается в виде прямоугольника с наименованием (рисунок 1).

проектирование модель информационная система

Рисунок 1

Можно сказать, что Сущности представляют собой множество реальных или абстрактных вещей (людей, объектов, событий, идей и т. д.), которые имеют общие атрибуты или характеристики.

Экземпляр сущности (запись, кортеж)- это конкретный представитель данной сущности.

Экземпляры сущностей должны быть различимы, т.е. сущности должны иметь некоторые свойства, уникальные для каждого экземпляра этой сущности.

Атрибут сущности (поле, домен) -- это именованная характеристика, являющаяся некоторым свойством сущности.

Наименование атрибута должно быть выражено существительным в единственном числе (возможно, с характеризующими прилагательными) (рисунок 2).

Рисунок 2

Ключ сущности - это неизбыточный набор атрибутов, значения которых в совокупности являются уникальными для каждого экземпляра сущности. Неизбыточность заключается в том, что удаление любого атрибута из ключа нарушается его уникальность.

Сущность может иметь несколько различных ключей.

Ключевые атрибуты изображаются на диаграмме подчеркиванием:

Рисунок 3

Первичный ключ (primary key) - это атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующая экземпляр сущности. Атрибуты первичного ключа на диаграмме не требуют специального обозначения - это те атрибуты, которые находятся в списке атрибутов выше горизонтальной линии.

Выбор первичного ключа может оказаться непростой задачей, решение которой в состоянии повлиять на эффективность будущей ИС. В одной сущности могут оказаться несколько атрибутов или наборов атрибутов, претендующих на роль первичного ключа. Такие претенденты называются потенциальными ключами (candidate key).

Ключи могут быть сложными, т.е. содержащими несколько атрибутов. Сложные первичные ключи не требуют специального обозначения - это список атрибутов выше горизонтальной линии.

Рассмотрим кандидатов на первичный ключ сущности "сотрудник" (рисунок 4).

Рисунок 4

Здесь можно выделить следующие потенциальные ключи.

1. Табельный номер.

2. Номер паспорта.

3. Фамилия + Имя + Отчество.

Для того чтобы стать первичным, потенциальный ключ должен удовлетворять ряду требований.

Уникальность. Два экземпляра не должны иметь одинаковых значений возможного ключа. Потенциальный ключ (Фамилия + Имя + Отчество) является плохим кандидатом, поскольку в организации могут работать полные тезки.

Компактность. Сложный возможный ключ не должен содержать ни одного атрибута, удаление которого не приводило бы к утрате уникальности. Для обеспечения уникальности ключа (Фамилия + Имя + Отчество) дополним его атрибутами Дата рождения и Цвет глаз. Если бизнес-правила говорят, что сочетания атрибутов Фамилия + Имя + Отчество + Дата рождения достаточно для однозначной идентификации сотрудника, то Цвет глаз оказывается лишним, т. е. ключ Фамилия + Имя + Отчество + Дата рождения + Цвет глаз не является компактным.

При выборе первичного ключа предпочтение должно отдаваться более простым ключам, т. е. ключам, содержащим меньшее количество атрибутов. В примере ключи № 1 и № 2 предпочтительней ключа № 3.

Атрибуты ключа не должны содержать нулевых значений. Если допускается, что сотрудник может не иметь паспорта или вместо паспорта иметь какое-либо другое удостоверение личности, то ключ № 2 не подойдет на роль первичного ключа. Если для обеспечения уникальности необходимо дополнить потенциальный ключ дополнительными атрибутами, то они не должны содержать нулевых значений. При дополнении ключа № 3 атрибутом Дата рождения нужно убедиться в том, что даты рождения известны для всех сотрудников.

Значение атрибутов ключа не должно меняться в течение всего времени существования экземпляра сущности. Сотрудница организации может выйти замуж и сменить как фамилию, так и паспорт. Поэтому ключи № 2 и 3 не подходят на роль первичного ключа.

Каждая сущность должна иметь, по крайней мере, один потенциальный ключ. Многие сущности имеют только один потенциальный ключ. Такой ключ становится первичным. Некоторые сущности могут иметь более одного возможного ключа. Тогда один из них становится первичным, а остальные - альтернативными ключами. Альтернативный ключ (Alternate Key) - это потенциальный ключ, не ставший первичным.

Некоторые сущности имеют естественные (натуральные) ключи. Например, естественным идентификатором счета-фактуры является его номер. В противном случае проектировщик может создать суррогатный ключ (Surrogate Key) - атрибут, значение которого создается искусственно и не имеет отношения к предметной области. При моделировании структур данных для ХД суррогатные ключи во многих ситуациях являются более предпочтительными.

Домены назначаются аналитиками и фиксируются в специальном документе -- словаре данных (Data Dictionary). При создании логической модели домены могут быть специфицированы в сущностях на ER-диаграмме.

Каждый атрибут имеет домен. Домен можно определить как абстрактный атрибут, на основе которого можно создавать обычные атрибуты, при этом создаваемые атрибуты будут иметь все свойства домена-прародителя. Каждый атрибут может быть определен только на одном домене, но на каждом домене может быть определено множество атрибутов. В понятие домена входит не только тип данных, но и область значений данных. Например, можно определить домен "Возраст" как положительное целое число и определить атрибут Возраст сотрудника как принадлежащий этому домену.

На уровне логического моделирования данных назначение домена атрибуту носит общий характер. Например, атрибут текстовый, числовой, бинарный, дата или "не определен". В последнем случае аналитик должен дать описание домена. На последующих стадиях тип домена конкретизируется, смысл понятия домена в физической модели ХД уже, чем его может понимать аналитик. Это связано с тем, что в рамках физической модели домен реализуется посредством механизма ограничения домена, СУБД не понимает неопределенных доменов.

Проектировщик должен тщательным образом изучить домены каждого атрибута с точки зрения их реализуемости в СУБД, с участием аналитиков внести в них изменения, если условие реализуемости не выполняется.

Отношение (связь) сущностей на ER-диаграмме изображается линией, соединяющей эти сущности. Отношение читается вдоль линии либо слева направо, либо справа налево.

Связь -- это некоторая ассоциация между двумя сущностями. Одна сущность может быть связана с другой сущностью или сама с собою. Связи позволяют по одной сущности находить другие сущности, связанные с ней.

Связи позволяют по одной сущности находить другие сущности, связанные с нею.

Например, связи между сущностями могут выражаться следующими фразами - "СОТРУДНИК может иметь несколько ДЕТЕЙ", "каждый СОТРУДНИК обязан числиться ровно в одном ОТДЕЛЕ".

Графически связь изображается линией, соединяющей две сущности.

Каждая связь имеет два конца и одно или два наименования. Наименование обычно выражается в неопределенной глагольной форме: "иметь", "принадлежать" и т.п. Каждое из наименований относится к своему концу связи. Иногда наименования не пишутся ввиду их очевидности.

Каждая связь может иметь один из следующих типов связи:

Рисунок 5

Связь типа один-к-одному означает, что один экземпляр первой сущности (левой) связан с одним экземпляром второй сущности (правой). Связь один-к-одному чаще всего свидетельствует о том, что на самом деле мы имеем всего одну сущность, неправильно разделенную на две.

Связь типа один-ко-многим означает, что один экземпляр первой сущности (левой) связан с несколькими экземплярами второй сущности (правой). Это наиболее часто используемый тип связи. Левая сущность (со стороны "один") называется родительской, правая (со стороны "много") - дочерней.

Связь типа много-ко-многим означает, что каждый экземпляр первой сущности может быть связан с несколькими экземплярами второй сущности, и каждый экземпляр второй сущности может быть связан с несколькими экземплярами первой сущности. Тип связи много-ко-многим является временным типом связи, допустимым на ранних этапах разработки модели. В дальнейшем этот тип связи должен быть заменен двумя связями типа один-ко-многим путем создания промежуточной сущности.

Каждая связь может иметь одну из двух модальностей связи:

Рисунок 6

Модальность "может" означает, что экземпляр одной сущности может быть связан с одним или несколькими экземплярами другой сущности, а может быть и не связан ни с одним экземпляром.

Модальность "должен" означает, что экземпляр одной сущности обязан быть связан не менее чем с одним экземпляром другой сущности.

Связь может иметь разную модальность с разных концов.

Выполнение работы

1. Изучить теоретический материал по созданию семантических моделей предметной области.

2. Исследовать предметную область

3. Выявить сущности, о которых хранятся данные, например, люди, локализации, диагнозы и т.д. - не менее 5 (представить в виде блоков);

4. Выявить связи между этими сущностями (представить в виде линий, соединяющих эти блоки);

5. Выявить свойства этих сущностей (представить в виде имен атрибутов в этих блоках).

6. Создать ER-диаграмму предметной области.

7. Сделать выводы и оформить отчет.

Вариант задания

1. База данных о результатах диспансеризации.

Вывод

В результате выполнения лабораторной работы были приобретены практические навыки по проектированию концептуальных моделей информационных систем (результаты диспансеризации) с использованием ER-диаграмм.

Размещено на Allbest.ru