ER - диаграммы. ERWin. Уровни представления. Сильные и слабые сущности. Инверсные входы.

Введение

Сейчас подавляющее большинство проектов информационных систем разрабатывают в соответствии с какими-либо методологиями разработки программного обеспечения. В связи с этим, разработчикам необходимы инструменты для моделирования данных на этапе анализа и создания проектов.
Таким инструментами являются ER-диаграммы (Entity-Relationship, «Сущность-Связь»). На сегодняшний день их применение становится обязательным при разработке информационных систем, систем поддержки принятия решений, систем электронной торговли и многих бизнес ориентированных систем. ER-диаграммы дают возможность построения моделей логической структуры данных любой предметной области, а так же осуществлять моделирование физической структуры системы хранения информации.
Таким образом, целью данной работы является рассмотрение ER-диаграмм, их основных компонентов и среды моделирования ERWin.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Рассмотреть уровни представления данных;
2. Рассмотреть среду моделирования ERWin;
3. Выделить и изучить основные компоненты ER-диаграмм: сущности, атрибуты и связи.


1. Уровни представления данных на Er-диаграммах

ERwin включает два уровня представления моделей - логический и физический уровни.
Логический уровень представляет собой абстрактное видение данных, на этом уровне информация представляется так, как выглядит в реальном мире, и может иметь название, как в реальности, к примеру "Товар". Объекты модели, которые представляются на логическом уровне, называют сущности и атрибуты. Логическая модель данных универсальна и не связана с конкретными реализациями систем управления базами данных (СУБД).
Физическая модель данных, имеет зависимость от конкретной реализации СУБД, представляя собой отображение системных каталогов. Физическая модель содержит информацию обо всех объектах базы данных. Одна и та же логическая модель может иметь в соответствии несколько различных физических моделей. В физической модели важно сделать описание всей информации о конкретных существующих физических объектах - таблицах, колонках, индексах и др.
Формирование модели данных, обычно, начинается с создания логической модели. Описав логическую модель, проектировщики могут выбирать необходимые СУБД и в программе ERwin автоматически создавать соответствующие физические модели. На базе физических моделей ERwin может создать системный каталог СУБД или соответствующие SQL-скрипты. Этот процесс носит название прямого проектирования [1].

1.1. Логическая модель данных

Основной задачей логической модели данных является описание объектов данных предметных областей и взаимосвязей между ними.
Рассмотрим понятие логической модели на примере компании, которая занимается продажей CASE-средств и имеется конкретная задача по разработке информационной системы для отдела продаж. После анализа требований были выявлены следующие функции [2]:
• Проведение работы с базой клиентов;
• Ведение каталога товаров с возможностями задания связи типа «Дополняет» между разными товарами;
• Проведение регистрации счетов, ведение архивов выставленных счетов;
• Проведение регистрации заказов и их архивирование;
• Помощь при работе с клиентами (отображение списка купленных клиентами программ и др.);
• Помощь в обновлении программ (отображение списка клиентов, которые купили определенные программы;
На рис. 1 изображена логическая модель данных вышеописанной системы. Основными объектами данных являются «Покупатель», «Заказ» и «Программа». Линии между ними говорят наличии связей, а значки на конце определяют их вид. Например, при рассмотрении связи «Покупатель-Заказ» видно, что она является связью «один ко многим», так как каждый покупатель может сделать множество заказов, но любой заказ сделан в лишь одним клиентом. Если программу могут купить несколько покупателей, а так же покупатель может приобрести несколько программ, связь «Покупатель-Программа» обозначается как «многие ко многим».

Рис.1. Логическая модель информационной системы для отдела продаж

На рис. 2 изображена ER-диаграмма той же логической модели данных, детализированная до уровня сущностей. В ней имеется информация о составе объектов данных и существующих между ними связях, так же в этой модели представлены атрибуты сущностей

.

Рис.2. Логическая модель информационной системы для отдела продаж

При отображении логической модели данных в физическую модель атрибуты преобразовывают в поля таблиц.
Известно три уровня логической модели, которые отличаются по глубине представлений информации о данных:
* модели данных, основанные на ключах KB-модели;
* полные атрибутивные модели - FA.
1. Диаграммы сущность-связь (ERD-диаграммы) является моделью данных верхнего уровня и состоит из сущностей и взаимосвязей, отражающих основные бизнес-процессы предметных областей. Она может иметь связи многие-ко-многим и не иметь описания ключей. Обычно, ERD используют для презентации и обсуждения структуры данных [7].
2. Модели данных, основанные на ключах KB-модели, являющиеся более подробным представлением данных. Они состоят их описания всех сущностей и первичных ключей и нужны для представления их структуры.
3. Полные атрибутивные модели - FA являются самым детальным представлением структуры данных: представляют данные в третьей нормальной форме и включают все сущности, атрибуты и связи.

1.2. Физическая модель данных

Логические модели данных предметной области обеспечивают разработчикам понимание структуры данных. После их разработки необходимо моделировать физическую структуру систем хранения выявленных объектов данных, то есть к разрабатывать физическую модель данных.
На основе одной логической модели можно построить несколько физических моделей. Построение физической модели данных включает два основных этапа:
• Нормализацию модели данных.
• Денормализацию модели данных.
Нормализацией является процесс приведения модели структуры данных к некоторым нормальным формам, обычно пользуются 3НФ, обеспечивающей максимально эффективное и неизбыточное хранение информации.
Так, при нормализации логическую модель (рис. 2) преобразовали в физическую модель данных (рис. 3). При этом добавились 3 таблицы-связки для связей «многие ко многим». Так же в таблицы, где хранится информация о составе заказов и счетов, добавили поля для информации о числе приобретаемых лицензий.

Рис.3. Физическая модель данных информационной системы для отдела продаж

Денормализацией является процесс, обратный нормализации. Он представляет собой внесение в структуру базы данных изменений, которые нарушают требования нормальной формы для повышения производительности базы данных[6].
Известно два уровня физической модели - модель трансформации и DBMS-модель. Модели трансформации являются также “моделями данных проекта”, описывающие конкретную часть всех данных. Основными их задачами являются: обеспечить администраторов базы данных (DBA) данными, нужными для построения рациональной физической реализации базы данных, а также предоставить контекст для определений и записей в словаре БД.
Модели трансформации можно напрямую перевести в DBMS-модели, которые, получают определения объектов в физической базе данных в схеме RDBMS или каталогах базы данных. В ERwin напрямую поддерживается эта модель с генерацией схемы. Первичные ключи перераспределяются в уникальные индексы.

1.3. Преимущества моделирования в ERwin

Вне зависимости от используемых типов DBMS и моделей данных, формирование базы данных в ERwin обладает разнообразными преимуществами - это наличие документов по системе, предоставление конкретного описания ограничений, а так же возможности получения логического RDBMS-независимого представления базы данных, которое может быть использовано для генерации информации, специфичной для данной СУБД.
В ERwin создается графическая документацию в стандарте IDEF1X . По ER-диаграммам создается программный скрипт, позволяющий создать базу данных для самых используемых СУБД. По скрипту ERwin может строить диаграммы - обратный инжиниринг.
В ERwin диаграммы можно создавать как на физическом так и на логическом уровнях. На рис. 4 изображена панель ERwin, где создана логическая модель сущности.

Рис. 4. Окно программы ERWin

Основным преимуществом моделирования с помощью ERwin является простота суммирования результатов моделирования структур данных и генерации схем баз данных из таких моделей.
2. Компоненты ER-диаграмм

Основными компонентами диаграмм Erwin являются сущности, атрибуты и связи