Проектирование базы данных

Проектирование баз данных это разработка структуры данных, которая может использоваться во многих прикладных программах. Результаты проектирования баз данных, как правило, представляются в виде последовательностей операторов языка СУБД обеспечивающих создание БД, поддержание ее целостности, эксплуатационное обслуживание ее, и, возможно, выполнение некоторых типовых операций с данными, облегчающие работу прикладных программистов. [3], [4]

Концептуальное проектирование. Комплекс задач этого этапа состоит из выявления общих информационных объектов и связей между ними, анализа общих информационных требований к системе и выявления информационных потоков, отражающих процессы производства, обработки и взаимодействия данных. Ориентация на выявление общих информационных объектов и связей между ними требует начинать сбор информации с изучения документальных форм, которые дают возможность построить первое приближение концептуальной схемы и вооружают разработчика начальным набором знаний в предметной области. [13]

На данном этапе проектирования составляется список всех используемых и сопоставляемых данных с их разделением по типам и идентификаторам данных. Каждый элемент помещается в словарь данных. Также составляется список всех правил и линий поведения в управлении деятельностью организации.

Результаты концептуального проектирования могут быть выражены в виде инфологической модели, которая представляет структуру данных независимо от любой физической реализации. Для построения концептуальной схемы часто используется метод моделирования «Сущность - связь» или ER-диаграммы (Entity-Relation).

Основным понятием при проектировании баз данных является понятие «сущность».       

Сущность- это имеющее смысл в данной предметной области, существующее в действительности или воображаемое явление или объект, информацию о котором нужно сохранять или выяснять. [10]

Основное правило для сущностей: каждый экземпляр сущности должен уникальным и четко определимым образом отличаться от любого другого экземпляра этой сущности и от любых экземпляров других сущностей.

Другим важным понятием является атрибут или свойство сущности - это именованный элемент информации, описывающий сущность. Атрибут может иметь только одно значение в каждый момент времени.

Предметную область можно представить в виде связей между типами сущностей, имеющих определенные свойства. Такое представление называют инфологической моделью.

Логическое проектирование. Основной задачей данного этапа является разработка логической схемы, ориентированной на СУБД. На этом этапе определяются отношения реляционной модели (таблицы СУБД), атрибуты (столбцы таблиц) и типы атрибутов (типы данных столбцов).

Одним из основных методов логического проектирования является отображение ER-диаграммы на логическую схему.

Правила отображения концептуальной схемы, построенной по методу «Сущность - Связь», на логическую схему:

1.  Каждая сущность становится отношением, идентификатор сущности становиться первичным ключом, а его характеристики - атрибутами отношения.

2. Связь типа «один ко многим» (отец-сын) не образует нового отношения, но идентификатор сущности отца становится внешним ключом отношения для сущности сына, а характеристики сущности отца становятся дополнительными характеристиками сущности сына.

3. Связь типа «многие ко многим» становится новым отношением, идентификатор связываемых сущностей становится составным первичным ключом отношения для связи, а характеристики (если есть) становятся атрибутами отношений для связи. [5]

На рисунке 3.3 представлена даталогическая модель базы данных.

Физическое проектирование. Физическое проектированиеявляется последним этапом создания проекта базы данных, при выполнении которого проектировщик принимает решения о способах реализации разрабатываемой базы данных.

На этом этапе создаются эффективные физические структуры БД по заданной логической структуре. Здесь происходит выбор конкретного продукта СУБД, выбирается тип и размер данных в каждом столбце таблицы с учетом ограничений на домен, проектируется метод доступа (индексы и связи между записями), обеспечивается поддержка целостности и безопасности данных.

Конечным этапом этого проектирования является программный продукт для обслуживания БД разработанный на языке выбранной СУБД.

Выбор СУБД

Без баз данных сегодня невозможно представить работу большинства финансовых, промышленных, торговых и прочих организаций. Потоки информации, циркулирующие в мире, который нас окружает, огромны. Во времени они имеют тенденцию к увеличению. Базы данных позволяют информацию структурировать, хранить и извлекать оптимальным для пользователя способом.

Имеется три основные архитектуры баз данных: локальные базы данных, архитектура «файл-сервер», архитектура «клиент-сервер». [7]

При работе с локальными базами данных сами БД расположены на том компьютере, что и приложения, осуществляющие доступ к ним. Работа с БД происходит в однопользовательском режиме.

При работе в архитектуре «файл-сервер» БД и приложение расположены на файловом сервере сети. Возможна многопользовательская работа с одной и той же БД, когда каждый пользователь со своего компьютера запускает приложение, расположенное на сетевом сервере. Тогда на компьютере пользователя запускается копия приложения. По каждому запросу к БД из приложения данные из таблиц БД передаются на компьютер пользователя, независимо от того, сколько реально нужно данных для выполнения запроса. После этого выполняется запрос. Каждый пользователь имеет на своем компьютере локальную копию данных, время от времени обновляемых из реальной БД, расположенной на сетевом сервере. При этом изменения, которые каждый пользователь вносит в БД, могут быть до определенного момента неизвестны другим пользователям, что делает актуальной задачу систематического обновления данных на компьютере пользователя из реальной БД. Другой актуальной задачей является блокирование записей, которые изменяются одним из пользователей - это необходимо для того, чтобы в это время другой пользователь не внес изменений в те же данные.

Архитектура «клиент-сервер» разделяет функции приложения пользователя (называемого клиентом) и сервера.

Приложение-клиент формирует запрос к серверу, на котором расположена БД, на структурном языке запросов SQL, являющемся промышленным стандартом в мире реляционных БД. Удаленный сервер принимает запрос и переадресует его SQL-серверу БД. SQL-сервер - специальная программа, управляющая удаленной базой данных. SQL-сервер обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение в базе данных, формирование результата выполнения запроса и выдачу его приложению-клиенту. При этом ресурсы клиентского компьютера не участвуют в физическом выполнении запроса. Клиентский компьютер лишь отсылает запрос к серверной БД и получает результат, после чего интерпретирует его необходимым образом и представляет пользователю.

Для реализации автоматизированного рабочего места заместителя директора школы по учебной работе выбрана файл - серверная архитектура построения баз данных.