Доклад: Пример проектирования базы данных "Библиотека"

Пример проектирования базы данных "Библиотека"

Назначение и предметная область

База данных предназначена для хранения данных о приобретенных библиотекой изданиях (монографиях, справочниках, сборниках статей и т.п.), информации о местонахождении отдельных экземпляров (переплетов) каждого издания и сведений о читателях.

Д27

Дейт К. Руководство по реляционной СУБД DB2 / Пер. с англ. и предисл. М.Р.Когаловского. – М.: Финансы и статистика, 1988. – 320 с.: ил.

ISBN 5-279-00063-9

Книга американского специалиста в области реляционных баз данных К.Дейта, автора популярной в СССР монографии "Введение в системы баз данных" (М.: Наука, 1981), представляет собой руководство по перспективной СУБД фирмы ИБМ DB2, сочетающей возможности широко известной системы IMS/VS и реляционной СУБД.
Для специалистов по программному обеспечению информационных систем и студентов вузов.

ББК 32.973

Рис. 5.1. Макет аннотированной каталожной карточки

Для ведения библиотечных каталогов, организации поиска требуемых изданий и библиотечной статистики в базе должны храниться сведения, большая часть которых размещаются в аннотированных каталожных карточках (рис. 5.1). Анализ запросов на литературу (как читателями, так и сотрудниками библиотек) показывает, что для поиска подходящих изданий (по тематике, автору, художнику, издательству и т.п.) и отбора нужного (например, по аннотации) следует выделить следующие атрибуты каталожной карточки:

1. Автор (фамилия и имена (инициалы) или псевдоним каждого автора издания).

2. Название (заглавие) издания.

3. Номер тома (части, книги, выпуска).

4. Вид издания (сборник, справочник, монография, ...).

5. Составитель (фамилия и имена (инициалы) каждого из составителе издания).

6. Язык, с которого выполнен перевод издания.

7. Переводчик (фамилия и инициалы каждого переводчика).

8. Под чей редакцией (фамилия и имена (инициалы) каждого из титульных редакторов).

9. Художник (фамилия и имена (инициалы) каждого художника-иллюстратора) - для художественных изданий, иллюстрируемых оригинальными рисунками.

10. Повторность издания (второе, одиннадцатое и т.п.).

11. Характер переиздания (исправленное, дополненное, переработанное, стереотипное и т.п.).

12. Место издания (город).

13. Издательство (название издательства).

14. Год выпуска издания.

15. Издательская аннотация или реферат.

16. Библиотечный шифр (например, ББК 32.973).

17. Авторский знак (например, Д27).

Библиотечный шифр и авторский знак используются при составлении каталогов и организации расстановки изданий на полках: по содержанию (в соответствии с библиотечным шифром) и алфавиту (в соответствии с авторским знаком).

Библиотечно-библиографическая классификация (ББК) распределяет издания по отраслям знания в соответствии с их содержанием. В ней используется цифро-буквенные индексы ступенчатой структуры.

Каждый из девяти классов (1. Марксизм-ленинизм; 2. Естественные науки; 3. Техника. Технические науки; 4. Сельское и лесное хозяйство; 5. Здравоохранение; 6/8. Общественные и гуманитарные науки; 9. Библиографические пособия. Справочные издания. Журналы.) делится на подклассы и следующие ступени деления:

3. Техника. Технические науки.
  32 Радиоэлектроника.
   32.97 Вычислительная техника.
     32.973 Электронные вычислительные машины и устройства.
      32.973.2 Электронно вычислительные машины и устройства дискретного действия.

Шифр ББК используется при выделении хранимым изданиям определенных комнат, стеллажей и полок, а также для составления каталогов и статистических отчетов.

Авторский знак, состоящий из первой буквы фамилии (псевдонима) автора или названия издания (для изданий без автора) и числа, соответствующего слогу, наиболее приближающегося по написанию к первым буквам фамилии (названия), упрощает расстановку книг на полках в алфавитном порядке.

К объектам и атрибутам, позволяющим охарактеризовать отдельные экземпляры изданий (переплеты), места их хранения и читателей, можно отнести:

18. Номер комнаты (помещения для хранения переплетов).

19. Номер стеллажа в комнате.

20. Номер полки на стеллаже.

21. Номер (инвентарный номер) переплета.

22. Дата приобретения конкретного переплета.

23. Цена конкретного переплета.

24. Дата размещения конкретного переплета на конкретном месте.

25. Дата изъятия переплета с установленного места.

26. Номер читательского билета (формуляра).

27. Фамилия читателя.

28. Имя читателя.

29. Отчество читателя.

30. Адрес читателя.

31. Телефон читателя.

32. Дата выдачи читателю конкретного переплета.

33. Срок, на который конкретный переплет выдан читателю.

34. Дата возврата переплета.

Построение инфологической модели

Анализ определенных выше объектов и атрибутов позволяет выделить сущности проектируемой базы данных и, приняв решение о создании реляционной базы данных, построить ее инфологическую модель на языке "Таблицы-связи" (рис. 5.2).

К стержневым сущностям можно отнести:

Создатели (Код создателя, Создатель).

Эта сущность отводится для хранения сведений об основных людях, принимавших участие в подготовке рукописи издания (авторах, составителях, титульных редакторах, переводчиках и художниках). Такое объединение допустимо, так как данные о разных создателях выбираются из одного домена (фамилия и имена) и исключает дублирование данных (один и тот же человек может играть разные роли в подготовке разных изданий). Например, С.Я.Маршак писал стихи (Сказка о глупом мышонке) и пьесы (Двенадцать месяцев), переводил Дж.Байрона, Р.Бернса, Г.Гейне и составлял сборники стихов.

Так как фамилия и имена (инициалы) создателя могут быть достаточно громоздкими (М.Е. Салтыков-Щедрин, Франсуа Рене де Шатобриан, Остен Жюль Жан-Батист Ипполит и т.п.) и будут многократно встречаться в разных изданиях, то их целесообразно нумеровать и ссылаться на эти номера. Для этого вводится целочисленный атрибут "Код_создателя", который будет автоматически наращиваться на единицу при вводе в базу данных нового автора, переводчика или другого создателя.

Аналогично создаются: Код_издательства, Код_заглавия, Вид_ издания, Код_характера, Код_языка, Номер_билета, Номер_пере- плета, Код_места и Код_издания, замещающие от одного до девяти атрибутов.
Издательства (Код_издательства, Название, Город).
Заглавия (Код_заглавия, Заглавие).

Выделение этой сущности позволит сократить объем данных и снизить вероятность возникновения противоречивости (исключается необходимость ввода длинных текстовых названий для различных томов собраний сочинений, повторных изданий, учебников и т.п.).
Вид_издания (Вид_издания, Название_вида).
Характеры (Код_характера, Характер_переиздания).
Языки (Код_языка, Язык, Сокращение).

Кроме названия языка хранится его общепринятое сокращение (англ., исп., нем., фр.), если оно существует.
Места (Код_места, Номер_комнаты, Номер_стеллажа, Номер_ полки).

Один из кодов этой сущности (например, "-1") отведен для описания обобщенного места, находящегося за стенами хранилища книг (издание выдано читателю, временно передано другой библиотеке или организации).
Читатели (Номер_билета, Фамилия, Имя, Отчество, Адрес, Телефон).

Две ключевые сущности, описывающие издание и его конкретные экземпляры, оказываются зависимыми от других сущностей и попадают в класс обозначений:

Издание (Код_издания, Код_заглавия, Вид_издания, Номер_тома, Авторский_знак, Библиотечн_шифр, Повторность, Код_издательства, Год_издания, Аннотация) [Заглавия, Вид_издания, Издательства];
Переплеты (Номер_переплета, Код_издания, Цена, Дата_приобретения)[Издания];

Стержневые сущности и обозначения связаны между собой ассоциациями:

Авторы [Создатели M, Издание N] (Код_создателя, Код_издания).
Составители [Создатели M, Издания N] (Код_создателя, Код_издания).
Редакторы [Создатели M, Издания N] (Код_создателя, Код_издания).
Художники [Создатели M, Издания N] (Код_создателя, Код_издания).
Переводчики [Создатели M, Издания N] (Код_создателя, Код_издания, Язык).
Переиздания [Характеры M, Издания N] (Код_характера, Код_издания).
Размещение [Места M, Переплеты N] (Код_места, Номер_переплета, Дата_размещения, Дата_изъятия).
Выдача [Читатели M, Переплеты N] (Номер_билета, Номер_переплета, Дата_выдачи, Срок, Дата_возврата).

И, наконец, для уменьшения объема часто используемого обозначения "Издания" из него выделена характеристика:

Аннотации (Код_издания, Аннотация) {Издание}.

Рис. 5.2. Инфологическая модель базы данных "Библиотека", построенная с помощью языка "Таблицы-связи"

Проектирование базы данных

В соответствие с процедурой проектирования (п. 4.4) каждая из полученных сущностей должна быть представлена базовой таблицей. Первый вариант этих таблиц описывается так:

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Создатели *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_создат )

ПОЛЯ ( Код_создат Целое, Фам_ИО Текст 30 );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Издательства *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_издательства )

ПОЛЯ ( Код_издательства Целое, Название

Текст 40, Город Текст 25 );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Заглавия *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_заглавия )

ПОЛЯ ( Код_заглавия Целое, Заглавие Запись );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Вид_издания *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Вид_издания )

ПОЛЯ ( Вид_издания Целое, Название_вида Текст 16);

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Характеры *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_характера )

ПОЛЯ ( Код_характера Целое, Характер_переиздания Текст 16 );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Языки *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_языка )

ПОЛЯ ( Код_языка Целое, Язык Текст 16, Сокращение Текст 6 );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Места *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_места )

ПОЛЯ ( Код_места Целое, Номер_комнаты Целое,

Номер_стелажа Целое, Номер_полки Целое );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Читатели *( Стержневая сущность )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Ном_билета )

ПОЛЯ ( Ном_билета Целое, Фамилия Текст 20, Имя Текст 16,

Отчество Текст 20, Адрес Текст 60, Телефон Текст 9 );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Издание *( Обозначение )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_издания )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_заглавия ИЗ Заглавия

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Заглавия ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Заглавия.Код_заглавия ОГРАНИЧИВАЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Вид_издания ИЗ Вид_издания

NULL-значения ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Вид_издания ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Вид_издания.Вид_издания КАСКАДИРУЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_издательства ИЗ Издательства

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Издательства ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Издательства.Код_издательства КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Код_издания Целое, Код_заглавия Целое,

Вид_издания Текст 16, Номер_тома Целое,

Авторский_знак Текст 3, Библиотечн_шифр Текст 12,

Повторность Целое, Код_издательст- ва Целое,

Год_издания Целое )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( 1. Значения полей Код_заглавия, Вид_издания

и Код_издательства должны принадлежать набору значений

соответствующих полей таблиц Заглавия, Вид_издания

и Издательства; при нарушении вывод сообщения "Такого

заглавия нет", "Такого вида издания нет" или "Такого

издательства нет". );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Переплеты *( Обозначение )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Номер_переплета )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_издания ИЗ Издания

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Издания ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Издания.Код_издания КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Номер_переплета Целое, Код_издания Целое, Цена Деньги,

Дата_приобретения Дата )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( Значения поля Код_издания должны принадлежать набору

значений соответствующего поля таблицы Издания;

при нарушении вывод сообщения "Такого издания нет" );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Аннотации *( Характеризует Издания )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_издания )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_издания ИЗ Издания

NULL-значения ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Издания ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Издания.Код_издания КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Код_издания Целое, Аннотация Запись )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( Значения поля Код_издания должны принадлежать набору

значений соответствующего поля таблицы Издания;

при нарушении вывод сообщения "Такого издания нет" );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Авторы *( Связывает Создатели и Издания )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_создателя, Код_издания )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_создателя ИЗ Создатели

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Создатели ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Создатели.Код_создателя КАСКАДИРУЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_издания ИЗ Издания

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Издания ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Издания.Код_издания КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Код_создателя Целое, Код_издания Целое )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( Значения полей Код_создателя и Код_издания должны

принадлежать набору значений соответствующих полей

таблиц Создатели и Издание; при нарушении вывод

сообщения "Такого автора нет" или "Такого издания нет" );

Аналогичное содержание имеют описания таблиц Составители, Редакторы, Художники и Переиздания. Остальные же таблицы проектируемой базы данных описываются так:

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Переводчики *( Связывает Создатели, Издания и Языки)

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_создателя, Код_издания )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_создателя ИЗ Создатели

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Создатели ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Создатели.Код_создателя КАСКАДИРУЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_издания ИЗ Издания

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Издания ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Издания.Код_издания КАСКАДИРУЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_языка ИЗ Языки

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Языки ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Языки.Код_языка КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Код_создателя Целое, Код_издания Целое )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( Значения полей Код_создателя, Код_издания и

Код_языка должны принадлежать набору значений

соответствующих полей таблиц Создатели, Издание

и Языки; при нарушении вывод сообщения "Такого

автора нет" или "Такого издания нет" или "Такого

языка нет");

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Размещение *( Связывает Места и Переплеты )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Код_места, Номер_переплета )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Код_места ИЗ Места

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Места ОГРАНИЧИВАЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Места.Код_места КАСКАДИРУЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Номер_переплета ИЗ Переплеты

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Переплеты КАСКАДИРУЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Переплеты.Ном_переплета КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Код_места Целое, Номер_переплета Целое,

Дата_размещения Дата, Дата_изъятия Дата )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( Значения полей Код_места и Номер_переплета

должны принадлежать набору значений соответствующих

полей таблиц Переплеты и Места; при нарушении вывод

сообщения "Такого переплета нет" или "Такого места нет" );

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Выдача *( Связывает Читатели и Переплеты )

ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ ( Ном_билета, Ном_переплета )

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Ном_билета ИЗ Читатели

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Читатели КАСКАДИРУЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Читатели.Ном_билета КАСКАДИРУЕТСЯ)

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ( Ном_переплета ИЗ Переплеты

NULL-значения НЕ ДОПУСТИМЫ

УДАЛЕНИЕ ИЗ Переплеты КАСКАДИРУЕТСЯ

ОБНОВЛЕНИЕ Переплеты.Ном_переплета КАСКАДИРУЕТСЯ)

ПОЛЯ ( Ном_билета Целое, Ном_переплета Целое, Дата_выдачи Дата,

Срок Целое, Дата_возврата Дата )

ОГРАНИЧЕНИЯ ( Значения полей Ном_билета и Ном_переплета должны

принадлежать набору значений соответствующих полей таблиц

Читатели и Переплеты; при нарушении вывод сообщения

"Такого читателя нет" или "Такого переплета нет" );

Теперь следует проверить, не нарушены ли в данном прокете какие-либо принципы нормализации (п. 4.6), т.е. что любое неключевое поле каждой таблицы:

функционально зависит от полного первичного ключа, а не от его части (если ключ составной);
не имеет функциональной зависимости от другого неключевого поля.
Сущности Авторы, Составители, Редакторы, Художники и Переиздания, не имеющие неключевых полей, безусловно нормализованы. Нормализованы и сущности Создатели, Характеры, Заглавия, Вид_издания и Аннотации, состоящие из несоставного ключа и единственного неключевого поля.

Анализ сущностей Переводчики, Размещение и Выдача, состоящих из составного ключа и неключевых полей, показал, что в них нет функциональных связей между неключевыми полями. Последние же не зависят функционально от какой-либо части составного ключа.

Наконец, анализ сущностей Издания, Переплеты, Места, Читатели и Языки, показал, что единственной "подозрительной" сущностью является стержень Языки, имеющий два функционально связанных неключевых поля: Язык и Сокращение.

Поле Язык стало неключевым из-за ввода цифрового первичного ключа Код_языка, заменяющего текстовый возможный ключ Язык. Это позволило уменьшить объем хранимых данных в таблице Переводчики, затраты труда на ввод множества текстовых значений и возможной противоречивости, которая часто возникает из-за ввода в разные поля ошибочных дубликатов (например, "Английский", "Англиский", "Анлийский", "Англйский" и т.п.). Если мы вспомним рекомендации п. 4.5 о замене на время нормализации цифровыз заменителей первичных ключей (Код_языка) на исходный ключ (Язык) или воспользуемся формулировкой НФБК, то окажется, что таблица Языки – нормализована.

Для завершения проекта необходимо было бы ввести в описания таблиц дополнительные сведения об ограничениях целостности (выше указан лишь минимальный их набор) и дать описание некоторых таблиц, но ограниченнный объем публикации не позволяет включать эти подробности, не являющиеся принципиальными для иллюстрации процедуры проектирования.

ЛИТЕРАТУРА

Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. – М.: Финансы и статистика, 1983. – 320 с.
Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. – М.: Финансы и статистика, 1989. – 351 с.
Дейт К. Руководство по реляционной СУБД DB2. – М.: Финансы и статистика, 1988. – 320 с.
Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ. -М.: Мир, 1991. – 252 с.
Кириллов В.В. Структуризованный язык запросов (SQL). – СПб.: ИТМО, 1994. – 80 с.
Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. – М.: Финансы и статистика, 1984. – 196 с.
Мейер М. Теория реляционных баз данных. – М.: Мир, 1987. – 608 с.
Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных. В 2 кн., – М.: Мир, 1985. Кн. 1. – 287 с.: Кн. 2. – 320 с.
Ульман Дж. Базы данных на Паскале. – М.: Машиностроение, 1990. – 386 с.
Хаббард Дж. Автоматизированное проектирование баз данных. – М.: Мир, 1984. – 294 с.
Цикритизис Д., Лоховски Ф. Модели данных. – М.: Финансы и статистика, 1985. – 344 с.