Создание ER-Диаграмм

Краткая теория вопроса

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.

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.

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.

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

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.

Каждая связь может иметь один из следующих типов связи:

Один-к-одному, многое-ко-многим, один-ко-многим.

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 многое-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.

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.

При разработке ER-моделей необходимо обследовать предметную область (организацию, предприятие) и выявить:

1) Сущности, о которых хранятся данные в организации (предприятии), например, люди, места, идеи, события и т.д., (будут представлены в виде блоков);

2) Связи между этими сущностями (будут представлены в виде линий, соединяющих эти блоки);

3) Свойства этих сущностей (будут представлены в виде имен атрибутов в этих блоках).

  Задача: разработать информационную систему «Контингент студентов института».

Необходимо: изучить предметную область (образовательное учреждение) и процессы, происходящие в ней.

Для этого обследуем объект: знакомимся с нормативной документацией, опрашиваем работников института, изучаем существующий документооборот института, анализируем ситуацию  и т.п.

В результате обследования определяем цель и задачи системы и формулируем постановку задачи.

Краткая постановка задачи: главная задача системы – сбор и обработка информации об основных участниках учебного процесса: студентах и преподавателях, формирование необходимых печатных форм (документов), используемых преподавателями в период зачётной недели и экзаменационной сессии, генерация сводных отчётов по результатам сессии для работников деканатов, института. При разработке системы следует учитывать, что она основывается на документации, поступающей из приёмной комиссии, деканатов и других подразделений института. Информация об успеваемости студентов должна накапливаться и храниться в течение всего периода обучения. В системе должен использоваться справочник специальностей и дисциплин (предметов), изучаемых студентами.

Таким образом, проектируемая система должна выполнять следующие действия:

1. — Хранить информацию о студентах и их успеваемости.
2. — На факультетах по определённой специальности печатать экзаменационные ведомости и другие документы.

Выделим все существительные в этих предложениях — это предполагаемые сущности и проанализируем их:

• —  Студент — явная сущность.
• —  Успеваемость — явная сущность.
• —  ? Факультет — нужно выяснить один или несколько факультетов в институте? Если несколько, то это — предполагаемая  новая сущность.
• — ? Специальность — нужно выяснить одна или несколько специальностей на факультете? Если несколько, то  это — ещё одна сущность.
• — Предмет — предполагаемая  сущность.

На первоначальном этапе моделирования данных информационной системы явно выделены две основные сущности: Студент и Успеваемость.

Критерием успеваемости является наличие отметки о сдачи экзаменов.

Сразу возникает очевидная связь между сущностями — «студент сдаёт несколько экзаменов » и «экзамены сдаются каждым студентом». Явная связь Один-ко-многим. Первый вариант диаграммы выглядит так:

 

 

 

 

 

Мы знаем, что студенты учатся на факультетах, на определённой специальности и сдают экзамены по дисциплинам (предметам). Анализ предметной области показал, что студенты учатся на нескольких  факультетах института по нескольким специальностях и сдают экзамены по определённому перечню предметов.

Исходя из этого, мы добавляем в ER-модель ещё несколько сущностей. В результате она будет выглядеть так:

 

На следующей стадии проектирования модели вносим атрибуты сущностей в диаграмму (предполагаем, что атрибуты выявлены на стадии обследования объекта и при анализе аналогов существующих систем) и получаем окончательный вариант ER— диаграммы: 

 

 

Отметим, что предложенные этапы моделирования являются условными и нацелены на формирование общих представлений о процессе моделирования.

 Разработанный выше пример ER-диаграммы является примером концептуальной диаграммы, не учитывающей особенности конкретной СУБД. На основе данной концептуальной диаграммы можно построить физическую диаграмму, которая будут учитывать такие особенности СУБД, как допустимые типы,  наименования полей и таблиц, ограничения целостности и т.п.

Для преобразования  концептуальной модели в физическую необходимо знать, что:

—   Каждая сущность в ER-диаграмме представляет собой таблицу базы данных.

—  Каждый атрибут становится колонкой (полем) соответствующей таблицы.

—   В некоторых таблицах необходимо вставить новые атрибуты (поля), которых не было в концептуальной модели — это ключевые атрибуты родительских таблиц, перемещённых в дочерние таблицы для того, чтобы обеспечить связь между таблицами посредством внешних ключей.

Выводы:

—Семантическое моделирование данных основывается на технологии определения значения данных через их взаимосвязи с другими данными.

—  В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты (нотации) диаграмм сущность-связь — (Entity-Relationship). Нотация — система условных обозначений, принятая в какой-либо области знаний или деятельности.

—  ER- диаграммы позволяют использовать наглядные графические обозначения для моделирования сущностей и их взаимосвязей. Основное достоинство метода состоит в том, модель строится методом последовательного уточнения и дополнения первоначальных диаграмм. 

После создания концептуальной модели данных переходим к созданию физической модели средствами конкретной СУБД, а именно СУБД ACCESS. Для этого переходим к выполнению Практического задания №2

Приглашайте друзей на мой сайт