База данных учета оборудования на предприятии

     Рассмотрим  три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

     Иерархическая модель данных

     Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево)[7].

     К основным понятиям иерархической структуры  относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей[5].

     К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

     Сетевая модель данных

     В сетевой структуре при тех  же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

     Реляционная модель данных

     Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда[6].

     Эти модели характеризуются простотой  структуры данных, удобным для  пользователя табличным представлением и возможностью использования формального  аппарата алгебры отношений и  реляционного исчисления для обработки данных.

     Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы — один элемент данных;
• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;
• каждый столбец имеет уникальное имя;
• одинаковые строки в таблице отсутствуют;
• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

     Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы — атрибутам  отношений, доменам, полям.

     Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

     Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном  случае нужно ввести в структуру  первой таблицы внешний ключ —  ключ второй таблицы[6]. 

    1.2.1  Анализ предметной области

    Предметная  область - это часть реального мира, данные о которой отображаются в базе данных. Например, в качестве предметной области возьмем учет оборудования организации (факультета информатики)[4].

     Необходимо  построить БД, обеспечивающую учет оборудования организации (факультета информатики) и содержащую следующую информацию:

1. Оборудования, относящиеся к факультету информатики;
2. Материально-ответственный за оборудование;
3. Местонахождение оборудования;

     1.2.2 Нормальные формы,  процесс нормализации

     Проектирование  базы данных (БД) – одна из наиболее сложных и ответственных задач, связанных с созданием информационной системы (ИС). В результате её решения должны быть определены содержание БД, эффективный для всех её будущих пользователей способ организации данных и инструментальные средства управления данными[5].

     Основная  цель процесса проектирования БД состоит  в получении такого проекта, который  удовлетворяет следующим требованиям[1]:

1. Корректность схемы БД, т.е. база должна быть гомоморфным образом моделируемой предметной области (ПО), где каждому объекту предметной области соответствуют данные в памяти ЭВМ, а каждому процессу – адекватные процедуры обработки данных.
2. Обеспечение ограничений (на объёмы внешней и оперативной памяти и другие ресурсы вычислительной системы).
3. Эффективность функционирования (соблюдение ограничений на время реакции системы на запрос и обновление данных).
4. Защита данных (от аппаратных и программных сбоев и несанкционированного доступа).
5. Простота и удобство эксплуатации.
6. Гибкость, т.е. возможность развития и адаптации к изменениям предметной области и/или требований пользователей.

     Проектирование реляционных  баз данных с использованием нормализации:

     Сначала будет рассмотрен классический подход, при котором весь процесс проектирования производится в терминах реляционной модели данных методом последовательных приближений к удовлетворительному набору схем отношений. Исходной точкой является представление предметной области в виде одного или нескольких отношений, и на каждом шаге проектирования производится некоторый набор схем отношений, обладающих лучшими свойствами. Процесс проектирования представляет собой процесс нормализации схем отношений, причем каждая следующая нормальная форма обладает свойствами лучшими, чем предыдущая[7].

     Каждой  нормальной форме соответствует  некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой  нормальной форме, если удовлетворяет  свойственному ей набору ограничений. Примером набора ограничений является ограничение первой нормальной формы - значения всех атрибутов отношения атомарны. Поскольку требование первой нормальной формы является базовым требованием классической реляционной модели данных, мы будем считать, что исходный набор отношений уже соответствует этому требованию[9].

   В теории реляционных баз данных обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:

• первая нормальная форма (1NF);
• вторая нормальная форма (2NF);
• третья нормальная форма (3NF);
• нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF);
• четвертая нормальная форма (4NF);
• пятая нормальная форма, или нормальная форма проекции-соединения (5NF или PJ/NF).

Основные  свойства нормальных форм:

• каждая следующая нормальная форма в некотором смысле лучше предыдущей;
• при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных свойств сохраняются.

   В основе процесса проектирования лежит  метод нормализации, декомпозиция отношения, находящегося в предыдущей нормальной форме, в два или более отношения, удовлетворяющих требованиям следующей  нормальной формы.

1НФ (Первая  Нормальная Форма)

Отношение находится в Первой Нормальной Форме (1НФ), если оно содержит только скалярные (атомарные) значения.

Свойства  отношений (это и будут свойства 1НФ):

• В отношении нет одинаковых кортежей.
• Кортежи не упорядочены.
• Атрибуты не упорядочены и различаются по наименованию.
• Все значения атрибутов атомарны.

Первая Нормальная Форма будет иметь вид(таблица 1):

Таблица 1 «Первая  нормальная форма “БД учета оборудования организации”

2НФ (Вторая Нормальная Форма)

Определение 2. Отношение находится во второй нормальной форме (2НФ) тогда и только тогда, когда отношение находится в 1НФ и нет неключевых атрибутов, зависящих от части сложного ключа. (Неключевой атрибут - это атрибут, не входящий в состав никакого потенциального ключа).

Таблица 2. «Оборудование»

 

Таблица 3. «Помещение»

3НФ (Третья  Нормальная Форма)

Определение 3. Атрибуты называются взаимно независимыми, если ни один из них не является функционально зависимым от другого.

Определение 4. Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ) тогда и только тогда, когда отношение находится в 2НФ и все неключевые атрибуты взаимно независимы.

Берем вторую нормальную форму и делаем из второй третью нормальную форму  по определению. Для простоты был  выбран серийный помер оборудования и находим зависимость других атрибутов от этого. В итоге получится  таблица с атрибутами:

Таблица 4. «Оборудование»

 

Среди оставшихся атрибутов из второй нормальной формы выделяем атрибут номер комнаты и находим все зависимые атрибуты и получаем еще одну таблицу:

Таблица 5. «Помещение»

 

Тоже  самое проделаем и с атрибутом Код материально-ответственного:

Таблица 6. «Материально-ответственный»