Käsitteellinen mallintaminen

English version is also available

1. Tämän ensimmäisen demokerran aiheena on tietokantojen suunnittelu. Demon pääpaino on ER-kaavion piirtämisellä. Ensimmäiseksi käydään vaiheittain läpi pienen opiskelijatietokannan suunnittelu.

2. Vaatimusmäärittely

   Tietokannaltamme vaaditaan seuraavanlaisia asioita:
   • Opiskelijoista on tallennettava oleellisimmat tiedot eli ainakin sotu, sähköpostiosoite, nimi, osoite, puhelinnumerot ja aloitusvuosi.
   • Tietokannasta on löydyttävä yliopiston laitosten ja tiedekuntien nimet sekä tieto siitä minkä laitoksen opiskelija kukakin opiskelija on.
   • Tietokantaan halutaan myös tiedot kursseista, niiden laajuudesta (opintoviikkomäärä), kurssikoodit, minkä laitoksen kurssi on kyseessä ja mitä kursseja kukakin opiskelija on suorittanut, milloin ja millä arvosanalla.

3. Kohdetyypit

   Poimitaan ensin tietokannan vaatimusmäärittelyn perusteella kaikki selkeät kohdetyypit. Kohdetyyppejä ovat:
   • Opiskelija
   • Laitos
   • Tiedekunta
   • Kurssi
4. Käynnistä Microsoft Excel. Aloitetaan ER-kaavion piirtäminen excelin piirtotyökaluilla.
   • Varmista, että piirtotyökalut ovat näkyvissä (View|Toolbars|Drawing)
   • Valitse näytön alareunassa sijaitsevista piirtotyökaluista AutoShapes|Flowchart. Piirrä työkirjaan pieni suorakulmio.
   • Piirtämisen nopeuttamiseksi voit luoda oman työkalupalkin valinnalla View|Toolbars|Customize.
     • Valitse Toolbars-välilehdeltä New. Anna työkalupalkille nimeksi vaikka Omat.
     • Valitse Commands-välilehti.
     • Valitse Categories-laatikosta AutoShapes
     • Raahaa Commands-laatikosta seuraavat työkalut omaan työkalupalkkiisi:
       • Rectangle
       • Oval
       • Straight Connector
       • Diamond
     • sulje Customize-dialogi.
     • Nyt voit piirtää ER-kaavion vaatimat kuviot helposti oman työkalupalkkisi avustuksella
   • Kirjoita suorakulmion sisään teksti Opiskelija. Keskitä teksti suorakulmion sisään. Keskittäminen onnistuu klikkaamalla hiiren oikealla napilla valittuna olevan tekstilaatikon harmaata reunusta ja valitsemalla Format AutoShape
     
   • Kopioi piirtämäsi suorakulmio leikepöydälle ja liitä se exceliin kolme kertaa. Kirjoita uusien suorakulmioiden sisään tekstit Laitos,Tiedekunta,Kurssi

5. Suhteet

   Seuraavaksi mietitään mitä suhteita kohteiden välillä esiintyy.
   • Opiskelijat tekevät kurssiin liittyviä tenttejä
   • Jokainen opiskelija kuuluu johonkin laitokseen
   • Jokainen laitos kuuluu johonkin tiedekuntaan
   • Jokaisen kurssin järjestää jokin tietty laitos
6. Piirrä exceliin yksi timanttikuvio kuvaamaan yhtä suhdetta. Kirjoita suhdekuvion sisään teksti tenttii. Keskitä teksti suhdekuvion sisälle. Tee jokaiselle suhteelle kopio valmiiksi muotoillusta kuviosta.
7. Sijoita Tenttii-suhde Opiskelija- ja Kurssi-kohteiden väliin. Yhdistä suhde kohteisiin Autoshapes|Connectors-valikon alta löytyvällä viivalla
   
8. Yhdistä vastaavalla tavalla muut suhteet niihin liittyviin kohteisiin
   

9. Kardinaalisuudet

   Kardinaalisuus kertoo, kuinka moneen suhteeseen kohde voi tai tulee osallistumaan. Vaihtoehdot ovat:
   • Yhden suhde yhteen (1-to-1) esim. avioliitto (henkilö ja henkilö)
   • Yhden suhde moneen (1-to-M) / Monen suhde yhteen (M-to-1) esim. kuntalaiset (kunta ja henkilö)
   • Monen suhde moneen (M-to-M) esim. kirjastokirjan lainaaminen (kirja ja henkilö)
   Tietokantamme kardinaalisuudet muodostuvat seuraavasti:
   • Monta Opiskelijaa voivat tenttiä yhtä tai useampaa kurssia. Kyseessä on siis selkeä M-to-M-suhde.
   • Jokainen opiskelija kuuluu yhteen laitokseen (pääaine). Yhdellä laitoksella voi olla useita opiskelijoita. Kyseessä on siis M-to-1-suhde (Opiskelija, Laitos)
   • Jokainen laitos kuuluu yhteen tiedekuntaan. Yhdessä tiedekunnassa voi olla useita laitoksia. Kyseessä on siis M-to-1-suhde (Laitos, Tiedekunta)
   • Laitoksella järjestetään useita kursseja. Jokainen kurssi on yhden tietyn laitoksen alaista opetusta. Kyseessä on siis 1-to-M-suhde (Laitos, Kurssi)
   Piirrä kardinaalisuudet ER-kaavioon merkitsemällä jokaisen suhteen ja kohteen väliin 1 tai M suhteen kardinaalisuudesta riippuen. Käytä Excelin piirtotyökaluista löytyvää TextBox-työkalua.
   

10. Ominaisuudet

    Seuraavaksi liitetään jokaiseen kohteeseen ja suhteeseen niihin liittyvät ominaisuudet (attribuutit).
    • Opiskelija
      • Sotu
      • Sähköpostiosoite
      • Nimi (etunimi ja sukunimi)
      • Osoite (lähiosoite, postinumero, postitoimipaikka)
      • Puhelinnumerot
      • Aloitusvuosi
    • Kurssi
      • Nimi
      • Kurssikoodi
      • Laajuus
    • Laitos
      • Nimi
    • Tiedekunta
      • Nimi
    • Tenttii
      • Päivämäärä
      • Arvosana
11. Ominaisuudet esitetään ellipsien sisällä, jotka liitetään viivalla kohteeseen tai suhteeseen. Koostetut ominaisuudet esitetään kukin omana ellipsinään, joka liitetään varsinaiseen koostettuun ominaisuuteen. Moniarvoisten ominaisuuksien ellipsin reunaviiva on kaksinkertainen. Lisää kaikki ominaisuudet kaavioosi.

    Ominaisuus yhdistettynä kohteeseen

    

    Koostettu ominaisuus

    

    Moniarvoinen ominaisuus

    
    Excelissä onnistuu kuvion reunuksen kaksinkertaistaminen helpoiten muuttamalla kuvion ominaisuuksia valitsemalla Format AutoShape|Colors and Lines|Style|3 pt.

12. Avaimet

    Ominaisuuksien joukosta pitää valita avainehdokkaat eli ne ominaisuudet, jotka yksilöivät kunkin kohteen. Heikkojen kohteiden tai ominaisuuksia sisältävien suhteiden yksilöimiseen eivät aina välttämättä riitä niiden omat ominaisuudet vaan mukaan on otettava niihin liittyviä kohteita.
    • Opiskelija
      • Sotu
      • Sähköpostiosoite
    • Kurssi
      • Nimi
      • Kurssikoodi
    • Laitos
      • Nimi
    • Tiedekunta
      • Nimi
    • Tenttii
      • Opiskelija, Kurssi ja päivämäärä yhdistettynä
    Avainehdokkaiden joukosta valitaan parhaiten sopiva yksilöiväksi avaimeksi. Paras avain on yleensä kooltaan pienin ja varmimmin uniikkina pysyvä. Joskus kannattaa tietokannan toiminnan tehostamiseksi luoda uusi ominaisuus, joka toimii pelkästään avaimena.
    • Opiskelija
      • Sotu, koska kiinteämittaisena (aina 11 merkkiä) on mitä todennäköisimmin aina lyhyempi kuin sähköpostiosoite. Kiinteämittaisen kentän käsittely on usein myös hieman tehokkaampaa kuin vaihtuvamittaisen. Sotu on myös aina varmasti uniikki.
    • Kurssi
      • Kurssikoodi, koska se on lyhyempi kuin nimi ja myös varmasti uniikki.
    • Laitos
      • Nimi-ominaisuus vie turhan paljon tilaa ollakseen hyvä perusavain. Luodaan uusi kenttä, LaitosID, pelkästään avaimeksi.
    • Tiedekunta
      • Nimi-ominaisuus on turhan pitkä hyväksi perusavaimeksi. Luodaan uusi kenttä, TiedekuntaID, pelkästään avaimeksi.
    • Tenttii
      • Muodostetaan yhdistetty avain Opiskelija, Kurssi ja päivämäärä yhdistettynä. Pelkkä päivämäärä ei riitä yksilöintiin, koska samana päivänä voi olla useita tenttejä. Myöskään päivämäärä + kurssi eivät riitä koska samana päivänä voi samaa kurssi tenttiä useampi opiskelija. Kaikki kolme yhdessä riittävät yksilöintiin, koska sama opiskelija ei voi samana päivänä tenttiä samaa kurssia useampaan kertaan. ER-kaavioon riittää, kun alleviivaa pelkän päivämäärä-ominaisuuden. Varsinainen yhdistetyn avaimen luominen tehdään vasta, kun muunnetaan ER-kaavio tietokannan relaatioiksi.
      Merkitse avaimet ER-kaavioon alleviivattuina.
      

13. Tietotyypit

    Jokaiselle ominaisuudelle pitää määrittää tietotyyppi. Tietotyyppiä valittaessa pitää usein määritellä myös tietoa varten varattava tila. Tilanvarausta miettiessä pitää olla erityisen tarkka, koska mikään ei ole ärsyttävämpää, kuin esim. sukunimi-kenttä johon ei mahdu kirjoittamaan pitkää sukunimeään. Tietotyyppi voi olla:
    • Numeerinen
      • Kokonaisluku
        • INTEGER
        • SMALLINT
      • Reaaliluku
        • NUMERIC(pituus, desimaalit)
        • FLOAT(tarkkuus)
        • REAL
        • DOUBLE
      Uudemmissa tietokannanhallintajärjestelmissä voidaan numeerisista tyypeistä tehdä usein myös ns. AUTOINCREMENT -tyyppisiä eli ne voidaan määritellä kasvamaan automaattisesti aina tietyllä arvolla. Tällaista ominaisuutta käytetään hyvin usein avaimeksi keksityissä ID-kentissä joihin ei välttämättä tarvitse koskaan syöttää mitään arvoa vaan riittää, että kaikki kohteet saavat automaattisesti oman uniikin tunnisteensa.
    • Merkkijono
      • Kiinteämittainen merkkijono
        • CHAR(pituus)
      • Vaihtuvamittainen merkkijono
        • VARCHAR(pituus)
    • Aika
      • Päivämäärä (vuosi, kuukausi ja päivä)
        • DATE
      • Kellonaika (tunti, minuutti ja sekunti)
        • TIME
      • Aikaleima (vuosi, kuukausi, päivä, tunti, minuutti ja sekunti)
        • TIMESTAMP
      • Aikaväli
        • INTERVAL
    Kirjoita jokaiseen kohteeseen liittyvät ominaisuudet pieniin taulukoihin joiden otsikkona on aina kohteen nimi. Kirjoita taulukkoon kohteen tietotyyppi, pakollisuus, mahdollinen oletusarvo ja mahdolliset rajoitteet ja muut huomautukset. Kohteen avaimena toimivan ominaisuuden tai ominaisuudet voi alleviivata tai merkitä muuten korostettuna. Rajoitteita voivat olla esimerkiksi:
    • Vain tietyt määrätyt syötteet kelpaavat. Esim. jonkin tehtävän suoritusmerkintä saa olla vain "Hyväksytty" tai "Hylätty".
    • Syötetty tieto saa olla vain tietyltä väliltä esim. numeerinen arvo pitäisi olla 1 - 100.
    • Erikoisrajoitteet: Esim. Kurssin luennoija ei voi osallistua omalle kurssilleen.
    • Arvolla on jokin alaraja tai yläraja
    • Arvon oikeellisuuden määrää jokin kaava tai funktio. Esim. sotu tai viitenumero

    Kurssi

    Ominaisuus	Tietotyyppi	Pakollinen	Oletusarvo	Rajoitteet
    Kurssikoodi	CHAR(6)	Kyllä		Kolme ensimmäistä merkkiä ovat kirjaimia ja kolme viimeistä ovat numeroita tai kirjaimia.
    Nimi	VARCHAR(64)	Kyllä
    Laajuus	DOUBLE	Kyllä	1	Kelpuutetaan vain kokonaislukuarvot ja puolikkaat.

14. Tallenna ER-kaaviosi U:-asemalle tietokannat-hakemistoon nimellä demo1.xls.
15. Piirrä seuraavaksi ER-kaavio pienen yrityksen käyttöön.

    Vaatimusmäärittely

    • Sinulla on yritys, jonka henkilöstöstä kullakin on tietty tehtävänimike. Joitakin tehtävänimekkeitä ovat esim. projektipäällikkö, ohjelmoija ja toimitusjohtaja.
    • Yrityksen henkilöt joutuvat tekemään projekteja.
    • Jokaisella projektilla on aina projektin toimeksiantaja, tekijä tai tekijät ja yksi tai useampi valvoja.
    • Projekteihin liittyy myös projektin nimi, aloituspäivämäärä ja päättymispäivämäärä.
    • Projektin tekijöitä halutaan edelleen luokitella tarkemmin sen mukaan mikä heidän tarkka tehtävänsä kussakin projektissa on (ohjelmointi, suunnittelu, testaus jne).
    • Tietokantaan halutaan tallentaa myös kaikkien yrityksen henkilöiden nimet, puhelinnumerot ja sähköpostiosoitteet.
    Suunnittele ja piirrä yrityksen käyttöön tuleva tietokanta ER-mallinnuksella. Voit piirtää kaavion samaan excel-tiedostoon, kuin edellisenkin, mutta uudelle välilehdelle.
    1. Etsi ja piirrä kohteet
    2. Piirrä kohteiden väliset suhteet
    3. Määrittele kardinaalisuudet
    4. Lisää kohteisiin ja suhteisiin niihin liittyvät ominaisuudet
    5. Valitse avaimet
    6. Määrittele ominaisuuksien tietotyypit, pakollisuudet, oletusarvot ja rajoitteet
16. Pyydä demo-ohjaajaa tarkistamaan kaaviosi. Tee mahdolliset korjaukset. Muista tallentaa kaaviosi.
17. Olet järjestämässä jalkapalloturnausta. Mieti millaisen tietokantajärjestelmän tarvitset turnauksen järjestämiseen. Kirjoita tietokannan vaatimusmäärittely, jossa mainitset mitä ominaisuuksia tietokantasovellukselta tarvitaan ja mitä tietoja tietokantaan pitää tallettaa. Kirjoita vaatimusmäärittely excelissä uudelle välilehdelle. Tarkistuta vaatimusmäärittelysi järkevyys demo-ohjaajalla.
18. Piirrä vaatimusmäärittelysi pohjalta järjestelmää kuvaava ER-kaavio. Tarkistuta kaaviosi demo-ohjaajalla.
19. Tehtävien mallivastaukset julkaistaan seuraavalla viikolla.