ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ

В настоящее время использование баз данных (БД) и информационных систем стало обязательным элементом осуществления деятельности каждой организации или предприятия. Проекты, в рамках реализации которых выполняется обработка данных, представляют собой немалую часть всех проектов в области информационных технологий. В процессе создания таких систем решаются задачи проектирования баз данных различных типов. Решение таких задач означает повышение степени вероятности того, что проектируемая информационная система будет отвечать определенным функциональным и информационным требованиям с учетом заданных ограничений.

В связи с этим большую актуальность приобретает освоение принципов построения и эффективного применения соответствующих технологий и программных продуктов.

Основными подходами к проектированию систем БД являются восходящий метод и нисходящий метод проектирования. Суть первого способа заключается в структурном проектировании снизу—вверх. В данном процессе на основе описания частей осуществляется попытка получения целого, адекватно отображающего предметную область.

Этапы проектирования БД методом «восходящего» проектирования представлены на рисунке 1.

При использовании восходящего подхода на первом этапе происходит выявление свойств объектов (атрибутов сущностей) предметной области. Проводится анализ связей между свойствами, на основании которого свойства объединяются в таблицы (реляционные отношения).

Рисунок 1. Этапы проектирования БД методом «восходящего» проектирования

Во избежание различных аномалий, которые могут произойти при добавлении, обновлении или удалении данных из-за их избыточности, следует провести процесс нормализации каждой схемы отношения. Отношения должны быть преобразованы к виду, отвечающему требованиям 3НФ. В связи с большим количеством операций по нормализации метод восходящего проектирования также носит второе название – метод нормализации.

«Нормализация — это процесс организации данных в базе данных, включающий создание таблиц и установление отношений между ними в соответствии с правилами, которые обеспечивают защиту данных и делают базу данных более гибкой, устраняя избыточность и несогласованные зависимости» [2].

Для успешного проведения нормализации (до 3НФ) необходимо выполнить ряд операций, представленных на рисунке 2. На первом этапе нормализации происходит сбор сырых данных, определение атрибутов. Затем данные представляются в виде схем реляционных отношений. На втором этапе изучается семантика данных, определяется первичный ключ и функциональные зависимости между атрибутами. Третий этап – это поиск и удаление транзитивных зависимостей.

Рисунок 2. Этапы нормализации

Восходящий метод проектирования применяют в распределенных БД при интеграции спроектированных локальных баз данных.

Для проектирования сложных БД преимущественно применяется нисходящий подход. При таком подходе работа начинается с подготовки моделей данных, содержащих несколько высокоуровневых сущностей и связей.  После этого производятся нисходящие уточнения низкоуровневых сущностей, связей и атрибутов, относящихся к ним.

Этапы проектирования БД методом «нисходящего» проектирования представлены на рисунке 3.

Нисходящий подход используется в концепции метода проектирования «сущность-связь».  В основе метода лежат три элемента: сущность, атрибут, связь.  Работа начинается с выявления сущностей и связей между ними.

В результате строится иерархическая схема, которая отражает состав и взаимоподчиненность отдельных функций.

Рисунок 3. Этапы проектирования БД методом «нисходящего» проектирования

Процесс построения баз данных методом «сущность-связь» включает в себя три этапа: концептуальное, логическое и физическое проектирование [1].

Концептуальное проектирование БД – это процесс, результатом которого является создание модели имеющейся информации. Модель строится вне зависимости от любых физических аспектов ее представления. Такая модель данных формируется на основе информации, определенной в перечне требований пользователей. Особенности физической реализации (тип СУБД, язык программирования, тип вычислительной платформы и т.д.) на данном этапе не учитываются.

На этапе логического проектирования БД происходит выбор модели организации данных, на основе которой создается модель используемой информации. Далее в концептуальную модель вносятся изменения и дополнения, и происходит преобразование в логическую модель данных. Созданная модель должна учитывать особенности организации данных в целевой СУБД (например, реляционная модель).

На данном этапе должна быть определена целевая СУБД (реляционная, сетевая, иерархическая или объектно-ориентированная), так как построение логической модели происходит с учетом выбранной модели организации данных. С помощью метода нормализации происходит проверка правильности модели. Нормализация исключает избыточность данных, которая может привести к различным аномалиям в процессе обновления данных. Поддержка всех транзакций, которые необходимы пользователям, также должна обеспечиваться логической моделью.

Физическое проектирование БД – это процесс, включающий в себя определение способов реализации и разработку описания конкретной реализации БД. В ходе данной стадии проектирования создается набор реляционных таблиц, определяется организация файлов и способы доступа к ним, а также анализируются ограничения целостности и разрабатываются средства защиты проектируемой БД.

В таблице 1 приводится сравнение методов проектирования по нескольким критериям.

Таблица 1.

Сравнение методов проектирования БД

1 – начальная модель не предусматривают возможность описания полного смысла предметной области.

2 – при условии качественного проектирования.

Каждый метод проектирования имеет свои преимущества и недостатки. При нисходящем проектировании элементы еще не определены, информация об их свойствах предположительна. При восходящем проектировании элементы проектируются раньше системы, поэтому предположительный характер будут иметь требования к системе. И в том, и в другом случае возможно несоответствие оптимальным техническим результатам.

Список литературы:

1. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных, 8-е издание.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. 1328с.
2. Описание основных приемов нормализации базы данных // Microsoft. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://support.microsoft.com/ru-ru/help/283878/description-of-the-database-normalization-basics (дата обращения: 27.05.2017).