Лабораторная работа №8. Нормализация. Создание физической модели

Нормализация - процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Нормализация позволяет быть уверенным, что каждый атрибут определен для своей сущности, значительно сократить объем памяти для хранения данных. Для рассмотрения видов нормальных форм введем понятия функциональной и полной функциональной зависимости.

Функциональная зависимость: Атрибут В сущности Е функционально зависит от атрибута А сущности Е, если и только если каждое значение А в Е связало с ним точно одно значение В в Е. Другими словами, А однозначно определяет В.

Полная функциональная зависимость: Атрибут Е сущности В полностью функционально зависит от ряда атрибутов А сущности Е, если и только если В функционально зависит от K и не зависит ни от какого подряда А.

Существуют следующие виды нормальных форм:

• Первая нормальная форма (1NF). Сущность Е находится в первой нормальной форме, если и только если все атрибуты содержат только атомарные значения. Среди атрибутов не должно встречаться повторяющихся групп, т. е. нескольких значений для каждого экземпляра.

• Вторая нормальная форма. Сущность Е находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут полностью зависит от первичного ключа, т. е. не существует зависимостей от части ключа.

• Третья нормальная форма (3NF). Сущность Е находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме и неключевые атрибуты сущности Е зависят от других атрибутов Е.

• Четвертая нормальная форма (4NF). Отношение R находится в 4NF и том и только в том случае, когда существует многозначная зависимость между A и B, а все остальные атрибуты R функционально зависят от A.

После четвертой нормальной формы существуют и другие нормальные формы. На практике ограничиваются приведением к четвертой нормальной форме. Часто после проведения нормализации все взаимосвязи данных становятся правильно определены, модель данных становится легче поддерживать. Однако нормализация не ведет к повышению производительности системы в целом, поэтому при создании физической модели в целях повышения производительности приходится сознательно отходить от нормальных форм, чтобы использовать возможности конкретного сервера. Такой процесс называется денормализацией.

ERwin обеспечивает только поддержку нормализации, но не содержит в себе алгоритмов, автоматически преобразующих модель данных из одной формы в другую.

ERwin поддерживает корректность имен следующим образом:

• отмечает повторное использование имени сущности и атрибута;

• не позволяет внести в сущность более одного внешнего ключа;

• запрещает присвоение неуникальных имен атрибутов внутри одной модели, соблюдая правило «в одном месте - один факт».

Создание физической модели

Целью создания физической модели является обеспечение администратора соответствующей информацией для переноса логической модели данных в СУБД. ERwin поддерживает автоматическую генерацию физической модели данных для конкретной СУБД. При этом логическая модель трансформируется в физическую по следующему принципу: сущности становятся таблицами, атрибуты становятся столбцами, а ключи становятся индексами (табл. 4).

Таблица 4 - Сопоставление компонентов логической и физической модели

После нормализации все взаимосвязи данных становятся определены, исключая ошибки при оперировании данными. Но нормализация данных снижает быстродействие БД. Для более эффективной работы с данными, используя возможности конкретного сервера БД, приходится производить процесс, обратный нормализации, - денормализацию.

Для процесса денормализации не существует стандартного алгоритма, поэтому в каждом конкретном случае приходится искать свое решение. Денормализация обычно проводится на физическом уровне модели. ERwin имеет следующие возможности по поддержке процесса денормализации:

• Сущности, атрибуты, группы ключей и домены можно создавать только на логическом уровне модели.

• В ERwin существует возможность выделения элементов логической модели таким образом, чтобы они не появлялись на физическом уровне.

• Таблицы, столбцы, индексы и домены можно создавать только на физическом уровне.

• В ERwin существует возможность выделения элементов модели таким образом, чтобы они не появлялись на логическом уровне. Эта возможность напрямую поддерживает денормализацию физической модели, так как позволяет проектировщику включать таблицы, столбцы и индексы в физическую модель, ориентированную на конкретную СУБД.

• Разрешение связей «многие-ко-многим». При разрешении этих связей в логической модели ERwin добавляет ассоциированные сущности и позволяет добавить в них атрибуты. При разрешении связей в логической модели автоматически разрешаются связи и в физической модели.