СУБД Oracle
Этапы проектирования сверху вниз
Причины проектирования
Концептуальная модель, ERM
Бизнес-правила
UID
Общие требования
Первая нормальная форма
Функциональные зависимости
Вторая нормальная форма
Третья нормальная форма
Другие нормальные формы
Примеры CASE-систем
Проектирование снизу вверх
Информационная система факультета
Информационная система факультета
Недостатки универсальной таблицы
Аномалии обновления
Нормализация 2НФ
Нормализация 2НФ
Нормализация 3НФ
Идентифицирующие связи
Построение физических моделей (структуры базы данных)
335.00K
Category: databasedatabase

Проектирование баз данных. Нормальные формы. Лекция 1

1. СУБД Oracle

Лекция 1
Проектирование баз данных.
Нормальные формы.
v.4 05.10.2019

2. Этапы проектирования сверху вниз

• Analysis. Построение концептуальной /
логической модели.
• Design. Преобразование логической модели
в физическую – схему таблиц.
• Build. Генерация скрипта и его выполнение
– создание базы данных.
26.02.2022
Горбунов О.Е.
2

3. Причины проектирования

• Описание основных информационных
потребностей.
• Обсуждение предметной области на
ранних стадиях.
• Снижение вероятности ошибок и
недопонимания.
• Основа для документирования системы.
• Основа для построения физической
(реляционной) модели базы данных.
28.09.2019
Горбунов О.Е.
3

4. Концептуальная модель, ERM

Элементы:
Сущности (entities), экземпляры сущностей;
Атрибуты (attributes), уникальные идентификаторы (UID);
Связи (relationships);
Чтение связей в ERD.
Графическое отображение (ERD):
• Barker notation;
• Bachman notation;
• Information engineering.
21.10.2017
Горбунов О.Е.
4

5. Бизнес-правила

• Типы бизнес-правил:
– Структурные;
– Процедурные.
• Не все бизнес-правила могут быть представлены
на ERM. Но все необходимо оформить в виде
документов для дальнейшей реализации.
21.10.2017
Горбунов О.Е.
5

6. UID

Классификация по количеству атрибутов
• простые
• составные
Классификация по соответствию реальным
объектам
• естественные
• искусственные
11.11.2015
Зафиевский А.В.
6

7. Общие требования

• Уникальность названий отдельных сущностей
(отношений) в базе данных;
• Уникальность названий атрибутов у отдельных
сущностей (отношений);
• Значения атрибута у экземпляров сущностей
(кортежей) принадлежат одному домену;
• Целостность сущности: все экземпляры сущностей
(кортежи) различны.
06.10.2017
Зафиевский А.В.
7

8. Первая нормальная форма

Сущность (отношение) находятся в 1НФ, если:
• выполняются общие требования;
• каждый атрибут содержит атомарное значение.
11.11.2015
Зафиевский А.В.
8

9. Функциональные зависимости

• Атрибут C называется функционально зависимым от
атрибутов A и B (обозначается A,B → C), если значения
атрибутов A и B однозначно определяют атрибут C.
• Выявление функциональной зависимости атрибутов
является неформальным действием и определяется в
результате тщательного анализа предметной области,
возможных событий в ней и возможных значений
атрибутов.
07.10.2017
Зафиевский А.В.
9

10. Вторая нормальная форма

Сущность (отношение) находится во 2НФ, если:
• она находится в 1НФ;
• каждый неключевой атрибут функционально
полно зависит от UID (PK).
28.09.2019
Горбунов О.Е.
10

11. Третья нормальная форма

Сущность (отношение) находятся в 3НФ, если:
• она находится в 2НФ;
• каждый неключевой атрибут нетранзитивно
зависит от UID (PK).
28.09.2019
Горбунов О.Е.
11

12. Другие нормальные формы

• Кроме приведенных нормальных форм имеются
и другие нормальные формы (нормальная форма
Бойса-Кодда – 3НФ+, 4НФ, 5НФ и др.), однако их
использование носит в большей степени
теоретический характер.
11.11.2015
Зафиевский А.В.
12

13. Примеры CASE-систем


CA ERwin Data Modeler;
MySQL Workbench;
Enterprise Architect;
Oracle SQL Developer Data Modeler;
Microsoft Visio.
26.02.2022
Зафиевский А.В.
13

14. Проектирование снизу вверх

• Создается одна сущность (таблица) со
всеми атрибутами (столбцами);
• Осуществляется процесс нормализации.
05.10.2019
Горбунов О.Е.
14

15. Информационная система факультета

Предположим, что в результате первичного рассмотрения принято
решение, что система будет использовать следующие атрибуты.
StudentNumber – № студ. билета
LastName – фамилия студента
FirstName – имя студента
PatrName – отчество студента
Group – группа, в которой учится
студент
BirthDate – дата рождения студента
City – город проживания студента
Address – адрес в городе проживания
SubjectCode – код дисциплины,
сданной студентом
SubjectName – наименование
дисциплины
SubjectHours – количество часов,
выделенных на дисциплину
TeacherNumber – табельный номер
преподавателя по дисциплине
TeacherName – фамилия и инициалы
преподавателя
Chair – кафедра, на которой работает
преподаватель
TeacherPosition – должность
преподавателя
Grade – оценка по дисциплине
Salary – размер стипендии
05.10.2019
Горбунов О.Е.
15

16. Информационная система факультета

• На основе этой информации формируется универсальная
таблица – таблица, содержащая столбцы, соответствующие
наименованиям атрибутов.
• Зная значения в паре столбцов (StudentNumber, SubjectCode),
можно однозначно определить значения всех остальных
атрибутов, то есть эту пару можно выбрать в качестве
первичного ключа. Учитывая остальные свойства, можно
заключить, что универсальная таблица информационной
системы факультета находится в первой нормальной форме.
• Сокращенно структура приведенной таблицы записывается в
виде
Faculty(StudentNumber, LastName, FirstName, PatrName, Group,
BirthDate, City, Address, Salary, SubjectCode, SubjectName,
SubjectHours, TeacherNumber, TeacherName,
Chair, TeacherPosition, Grade).
07.10.2017
Зафиевский А.В.
16

17. Недостатки универсальной таблицы

• База данных информационной системы, состоящая
первоначально из одной (универсальной) таблицы,
обладает серьезными дефектами, называющимися
избыточностью данных и аномалиями обновления и
проявляющимися при добавлении, удалении и изменении
строк таблицы.
• Во-первых, при добавлении информации о сданном
экзамене мы должны снова вводить полную информацию
о студенте. С одной стороны, это противоречит принципу
«однократный ввод – многократное использование», а с
другой – является источником потенциальных ошибок.
• Во-вторых, база данных в форме универсальной таблицы
подвержена аномалиям обновления.
11.11.2015
Зафиевский А.В.
17

18. Аномалии обновления

• Аномалии вставки:
– при вводе информации об экзамене мы должны повторить
информацию о студенте;
– при вводе информации о студенте мы должны ввести
информацию о каком-нибудь экзамене, поскольку код
дисциплины является частью первичного ключа, который не
может принимать значение null.
• Аномалии удаления:
– при удалении ошибочной информации о единственном экзамене
студента будет удалена и вся информация о студенте.
• Аномалии замены:
– при замене какого-либо значения в столбце, не относящемся к
сданным экзаменам, надо будет заменить все значения в этом
столбце, относящиеся к тому же студенту; если это будет сделано
не для всех таких строк, это приведет базу данных в
противоречивое состояние.
11.11.2015
Зафиевский А.В.
18

19. Нормализация 2НФ

• Атрибуты LastName, FirstName, PatrName, Group, BirthDate, City,
Address, Salary функционально зависят только от атрибута
StudentNumber, в то время как значение атрибута SubjectCode
не оказывает на них никакого влияния.
• Для преобразования таблицы в приведенном примере к 2НФ
она должна быть разделена на две связанных таблицы: в
первую из них (родительскую) входит атрибут StudentNumber и
все зависящие от него неключевые атрибуты, а во вторую
(дочернюю) – весь первичный ключ таблицы Faculty и
оставшиеся неключевые атрибуты.
Student(StudentNumber, LastName, FirstName, PatrName,
Group, BirthDate, City, Address, Salary),
Exam(StudentNumber, SubjectCode, SubjectName,
SubjectHours, TeacherNumber, TeacherName,
Chair, TeacherPosition, Grade)
07.10.2017
Зафиевский А.В.
19

20. Нормализация 2НФ

• Таблица Student находится в 2НФ по той причине, что первичный ключ
в ней состоит только из одного атрибута. В таблице Exam атрибуты
SubjectName и SubjectHours зависят только от атрибута SubjectCode, и
поэтому она также должна быть разделена на две:
Subject(SubjectCode, SubjectName, SubjectHours),
Exam2(StudentNumber, SubjectCode, TeacherNumber, TeacherName,
Chair, TeacherPosition, Grade).
• Таблица Exam2 является при этом дочерней по отношению к обеим
таблицам Student и Subject.
• Полученная база данных из 3 таблиц уже находится в 2НФ, поскольку
для определения значений неключевых атрибутов таблицы Exam2
необходимо знать оба ключевых атрибута, поскольку у разных
студентов одну и ту же дисциплину могут вести разные
преподаватели, следовательно, частичные функциональные
зависимости в третьей таблице отсутствуют.
07.10.2017
Зафиевский А.В.
20

21. Нормализация 3НФ

• Тем не менее, преобразование базы данных к 2НФ не
устраняет всех аномалий обновления. Это связано с тем, что
неключевые атрибуты TeacherName, Chair, TeacherPosition
функционально зависят только от неключевого же атрибута
TeacherNumber. Используется тот же прием выделения
новой таблицы.
• В итоге база данных информационной системы факультета,
приведенная к 3НФ, содержит четыре таблицы:
Subject(SubjectCode, SubjectName, SubjectHours);
Session(StudentNumber, SubjectCode, TeacherNumber, Grade);
Student(StudentNumber, LastName, FirstName, PatrName, Group,
BirthDate, City, Address, Salary);
Teacher(TeacherNumber, TeacherName, Chair, TeacherPosition).
05.10.2019
Горбунов О.Е.
21

22. Идентифицирующие связи

• Таблица Session является дочерней по отношению
к трем другим таблицам, но при этом:
– столбцы связи с таблицами Student и Subject
(внешние ключи) входят в состав первичного
ключа таблицы Session;
– столбец связи с таблицей Teacher является
неключевым.
• В этом случае принято говорить, что связи
таблицы Session с таблицами Student и Subject
являются идентифицирующими, а связь с
таблицей Teacher – неидентифицирующей.
07.10.2017
Зафиевский А.В.
22

23. Построение физических моделей (структуры базы данных)

• Построение таблиц.
– именование;
– атрибуты;
– первичные ключи;
• Построение связей.
• Построение ограничений.
28.09.2019
Горбунов О.Е.
23
English     Русский Rules