2.1. Thiết kế mẫu

Thiết kế cơ sở dữ liệu được thực hiện trong ba giai đoạn:

  1. thiết kế mẫu;
  2. thiết kế hợp lý;
  3. thiết kế vật lí.

Mục đích của giai đoạn thiết kế khái niệm là tạo ra một mô hình dữ liệu khái niệm dựa trên ý tưởng của người dùng về lĩnh vực chủ đề. Để đạt được nó, một loạt các thủ tục tuần tự được thực hiện. Một ví dụ về lược đồ thực thể (khái niệm):

1. Định nghĩa các thực thể và tài liệu của chúng. Để xác định các thực thể, các đối tượng được xác định tồn tại độc lập với các đối tượng khác. Các đối tượng như vậy là các thực thể. Mỗi thực thể được đặt một tên có ý nghĩa mà người dùng có thể hiểu được. Tên và mô tả của các thực thể được nhập vào từ điển dữ liệu. Nếu có thể, số phiên bản dự kiến ​​của từng thực thể sẽ được đặt.

2. Xác định mối quan hệ giữa các thực thể và tài liệu của chúng. Chỉ những mối quan hệ giữa các thực thể được xác định là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu thiết kế cơ sở dữ liệu. Loại của mỗi loại được đặt. Lớp thành viên của các thực thể được tiết lộ. Liên kết được gán những tên có ý nghĩa được thể hiện bằng động từ. Một mô tả chi tiết về từng kết nối, cho biết loại của nó và loại thuộc về các thực thể tham gia kết nối, được nhập vào từ điển dữ liệu.

3. Tạo mô hình ER của lĩnh vực chủ đề. Sơ đồ ER được sử dụng để biểu diễn các thực thể và mối quan hệ giữa chúng. Dựa trên chúng, một hình ảnh trực quan duy nhất của khu vực chủ đề được lập mô hình được tạo ra - mô hình ER của khu vực chủ đề.

4. Định nghĩa các thuộc tính và tài liệu về chúng. Tất cả các thuộc tính mô tả các thực thể của mô hình ER đã tạo đều được tiết lộ. Mỗi thuộc tính được đặt một tên có ý nghĩa mà người dùng có thể hiểu được. Thông tin sau được lưu trữ trong từ điển dữ liệu cho từng thuộc tính:

  • tên thuộc tính và mô tả;
  • loại và kích thước của các giá trị;
  • giá trị mặc định cho thuộc tính (nếu có);
  • liệu thuộc tính có thể có giá trị NULL hay không;
  • liệu thuộc tính có phải là hỗn hợp hay không và nếu có thì thuộc tính đơn giản đó bao gồm những gì. Ví dụ: thuộc tính "Tên đầy đủ của khách hàng" có thể bao gồm các thuộc tính đơn giản "Họ", "Tên", "Tên viết tắt" hoặc có thể đơn giản, chứa các giá trị đơn lẻ, chẳng hạn như "Sidorsky Evgeniy Mikhailovich". Nếu người dùng không cần truy cập vào các thành phần riêng lẻ của "Tên", thì thuộc tính được trình bày đơn giản;
  • liệu thuộc tính có được tính hay không và nếu có thì các giá trị của nó được tính như thế nào.
Java webinar

5. Định nghĩa các giá trị thuộc tính và tài liệu về chúng. Đối với mỗi thuộc tính của một thực thể tham gia vào mô hình ER, một tập hợp các giá trị hợp lệ được xác định và một tên được gán cho nó. Ví dụ: thuộc tính "Loại tài khoản" chỉ có thể có các giá trị "tiền gửi", "hiện tại", "theo yêu cầu", "tài khoản thẻ". Các mục từ điển dữ liệu liên quan đến các thuộc tính được cập nhật với tên của các bộ giá trị thuộc tính.

6. Định nghĩa khóa chính cho thực thể và tài liệu về chúng. Bước này được hướng dẫn bởi định nghĩa về khóa chính - dưới dạng một thuộc tính hoặc tập hợp các thuộc tính của một thực thể cho phép nhận dạng duy nhất các thể hiện của nó. Thông tin khóa chính được đặt trong từ điển dữ liệu.

7. Thảo luận về mô hình dữ liệu khái niệm với người dùng cuối. Mô hình dữ liệu khái niệm được biểu diễn bằng mô hình ER với tài liệu đi kèm có chứa mô tả về mô hình dữ liệu đã phát triển. Nếu tìm thấy sự không nhất quán của miền, thì các thay đổi sẽ được thực hiện đối với mô hình cho đến khi người dùng xác nhận rằng mô hình do họ đề xuất phản ánh đầy đủ quan điểm cá nhân của họ.

2.2 Thiết kế logic

Mục đích của giai đoạn thiết kế logic là chuyển đổi mô hình khái niệm dựa trên mô hình dữ liệu đã chọn thành một mô hình logic độc lập với các tính năng của DBMS được sử dụng sau này để triển khai cơ sở dữ liệu vật lý. Để đạt được nó, các thủ tục sau đây được thực hiện.

Một ví dụ về lược đồ cơ sở dữ liệu logic.

1. Chọn mô hình dữ liệu. Thông thường, một mô hình dữ liệu quan hệ được chọn do sự rõ ràng của việc trình bày dữ liệu dạng bảng và sự tiện lợi khi làm việc với chúng.

2. Xác định một tập hợp các bảng dựa trên mô hình ER và ghi lại chúng. Một bảng được tạo cho mỗi thực thể của mô hình ER. Tên thực thể là tên của bảng. Mối quan hệ giữa các bảng được thiết lập thông qua cơ chế khóa chính và khóa ngoại. Cấu trúc của các bảng và mối quan hệ được thiết lập giữa chúng được ghi lại.

3. Bình thường hóa các bảng. Để thực hiện chuẩn hóa đúng cách, người thiết kế phải hiểu sâu sắc ngữ nghĩa và kiểu sử dụng của dữ liệu. Ở bước này, anh ta kiểm tra tính chính xác của cấu trúc của các bảng được tạo ở bước trước bằng cách áp dụng quy trình chuẩn hóa cho chúng. Nó bao gồm việc đưa mỗi bảng đến ít nhất là NF thứ 3. Kết quả của quá trình chuẩn hóa là thu được một thiết kế cơ sở dữ liệu rất linh hoạt, giúp dễ dàng thực hiện các phần mở rộng cần thiết cho nó.

4. Kiểm tra mô hình dữ liệu logic về khả năng thực hiện tất cả các giao dịch do người dùng cung cấp. Giao dịch là một tập hợp các hành động được thực hiện bởi một người dùng cá nhân hoặc chương trình ứng dụng để thay đổi nội dung của cơ sở dữ liệu. Vì vậy, một ví dụ về giao dịch trong dự án NGÂN HÀNG có thể là chuyển giao quyền quản lý tài khoản của một khách hàng nhất định cho một khách hàng khác. Trong trường hợp này, một số thay đổi sẽ cần được thực hiện đối với cơ sở dữ liệu cùng một lúc. Nếu máy tính gặp sự cố trong khi giao dịch, cơ sở dữ liệu sẽ ở trạng thái không nhất quán vì một số thay đổi đã được thực hiện và những thay đổi khác thì chưa. Do đó, tất cả các thay đổi một phần phải được hoàn tác để đưa cơ sở dữ liệu về trạng thái nhất quán trước đó.

Danh sách các giao dịch được xác định bởi hành động của người dùng trong khu vực chủ đề. Sử dụng mô hình ER, từ điển dữ liệu và các mối quan hệ đã thiết lập giữa khóa chính và khóa ngoại, một nỗ lực được thực hiện để thực hiện tất cả các thao tác truy cập dữ liệu cần thiết theo cách thủ công. Nếu bất kỳ thao tác thủ công nào không thành công, thì mô hình dữ liệu logic đã biên dịch không đầy đủ và có lỗi phải được loại bỏ. Có lẽ chúng liên quan đến lỗ hổng trong mô hình của một thực thể, mối quan hệ hoặc thuộc tính.

5. Xác định các yêu cầu hỗ trợ tính toàn vẹn của dữ liệu và tài liệu của chúng. Các yêu cầu này là những hạn chế được đưa ra để ngăn dữ liệu xung đột được nhập vào cơ sở dữ liệu. Ở bước này, các vấn đề về tính toàn vẹn của dữ liệu được đề cập mà không liên quan đến các khía cạnh cụ thể của việc triển khai nó. Các loại hạn chế sau đây cần được xem xét:

  • dữ liệu cần thiết. Tìm hiểu xem có thuộc tính nào không thể có giá trị NULL hay không;
  • hạn chế về giá trị thuộc tính. Các giá trị hợp lệ cho các thuộc tính được xác định;
  • toàn vẹn thực thể. Nó đạt được nếu khóa chính của thực thể không chứa giá trị NULL;
  • toàn vẹn tham chiếu. Điều này được hiểu rằng giá trị khóa ngoại phải có trong khóa chính của một trong các hàng trong bảng đối với thực thể mẹ;
  • hạn chế do các quy tắc kinh doanh đặt ra. Ví dụ: trong trường hợp của dự án NGÂN HÀNG, một quy tắc có thể được áp dụng cấm khách hàng quản lý, chẳng hạn như hơn ba tài khoản.

Thông tin về tất cả các ràng buộc toàn vẹn dữ liệu đã thiết lập được đặt trong từ điển dữ liệu.

6. Tạo phiên bản cuối cùng của mô hình dữ liệu logic và thảo luận với người dùng. Bước này chuẩn bị phiên bản cuối cùng của mô hình ER, đại diện cho mô hình dữ liệu logic. Bản thân mô hình và tài liệu cập nhật, bao gồm từ điển dữ liệu và lược đồ liên kết bảng quan hệ, được trình bày để người dùng xem xét và phân tích, những người này phải đảm bảo rằng mô hình đại diện chính xác cho lĩnh vực chủ đề.

2.3. Thiết kế vật lí

Mục đích của giai đoạn thiết kế vật lý là mô tả việc triển khai cụ thể cơ sở dữ liệu nằm trong bộ nhớ ngoài của máy tính. Đây là một mô tả về cấu trúc lưu trữ dữ liệu và các phương pháp hiệu quả để truy cập dữ liệu cơ sở dữ liệu. Trong thiết kế logic, họ trả lời câu hỏi - cần phải làm gì và trong thiết kế vật lý - cách thức được chọn để thực hiện. Các thủ tục thiết kế vật lý như sau.

1. Thiết kế các bảng cơ sở dữ liệu bằng DBMS đã chọn. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ được chọn để sử dụng nhằm tạo cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên phương tiện máy. Chức năng của nó để thiết kế bảng được nghiên cứu sâu. Sau đó, việc thiết kế các bảng và sơ đồ kết nối của chúng trong môi trường DBMS được thực hiện. Dự án cơ sở dữ liệu đã chuẩn bị được mô tả trong tài liệu đi kèm.

2. Thực hiện các quy tắc kinh doanh trong môi trường của DBMS đã chọn. Việc cập nhật thông tin trong các bảng có thể bị giới hạn bởi các quy tắc nghiệp vụ. Cách chúng được triển khai phụ thuộc vào DBMS đã chọn. Một số hệ thống để thực hiện các yêu cầu của lĩnh vực chủ đề cung cấp nhiều tính năng hơn, những hệ thống khác thì ít hơn. Trong một số hệ thống, không có hỗ trợ nào để thực hiện các quy tắc kinh doanh. Trong trường hợp này, các ứng dụng được phát triển để thực hiện các giới hạn của chúng.

Tất cả các quyết định được đưa ra liên quan đến việc triển khai các quy tắc kinh doanh của miền được mô tả chi tiết trong tài liệu đi kèm.

3. Thiết kế tổ chức vật lý của cơ sở dữ liệu. Bước này chọn tổ chức tệp tốt nhất cho các bảng. Các giao dịch sẽ được thực hiện trong cơ sở dữ liệu đang được thiết kế được xác định và những giao dịch quan trọng nhất được đánh dấu. Thông lượng giao dịch được phân tích - số lượng giao dịch có thể được xử lý trong một khoảng thời gian nhất định và thời gian phản hồi - khoảng thời gian cần thiết để hoàn thành một giao dịch. Họ cố gắng tăng thông lượng giao dịch và giảm thời gian phản hồi.

Dựa trên các chỉ số này, các quyết định được đưa ra để tối ưu hóa hiệu suất của cơ sở dữ liệu bằng cách xác định các chỉ mục trong bảng giúp tăng tốc độ lựa chọn dữ liệu từ cơ sở dữ liệu hoặc bằng cách giảm các yêu cầu đối với mức độ chuẩn hóa của bảng. Dung lượng đĩa cần thiết để chứa cơ sở dữ liệu đã tạo được ước tính. Cố gắng giảm thiểu nó.

Các quyết định đưa ra về các vấn đề trên được lập thành văn bản.

4. Xây dựng chiến lược bảo vệ cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu là một nguồn tài nguyên quý giá của công ty và người ta chú ý nhiều đến việc bảo vệ nó. Để làm được điều này, các nhà thiết kế phải có hiểu biết đầy đủ và rõ ràng về tất cả các biện pháp bảo vệ được cung cấp bởi DBMS đã chọn.

5. Tổ chức chức năng giám sát và điều chỉnh cơ sở dữ liệu. Sau khi tạo dự án vật lý của cơ sở dữ liệu, việc giám sát liên tục chức năng của nó được tổ chức. Thông tin kết quả về mức hiệu suất của cơ sở dữ liệu được sử dụng để điều chỉnh nó. Đối với điều này, các phương tiện của DBMS đã chọn cũng có liên quan.

Các quyết định thực hiện bất kỳ thay đổi nào đối với cơ sở dữ liệu đang hoạt động cần được xem xét và cân nhắc kỹ lưỡng.