Tietokannan suunnittelu

Jostakin syystä koko luento ei päätynyt minidiscille asti. Korvikkeeksi voi kuunnella myös viimevuotista vastaavaa luentoa.

• tietokannat0202.mp3 3.5M
• tietokannat0203.mp3 3.3M

Tietokannan suunnittelun vaiheet (Leppänen, 2001):

• Vaatimusten määrittely ja analyysi
  • Haastatteluin, kirjalliseen materiaaliin tutustumalla ja keskusteluin selvitetään järjestelmältä vaadittavat ominaisuudet. Apuna käytetään usein käyttötapaus-tekniikkaa.
• Käsitteellinen mallintaminen
  • Laaditaan käsitekaava, joka kuvaa tietokannan sisällön ja rakenteen. Tehdään joko käsiteanalyysina tai oliomallinnuksena.
• Tehtävä- ja transaktiosuunnittelu
  • Mallinnetaan tehtävät ja transaktiot, joilla tietokannan tietoja käytetään
• Käyttöliittymän suunnittelu
  • Suunnitellaan sovelluksen rakenne ja sovellukseen kuuluvien näyttöjen sisältö ja rakenne
• Tietokannan looginen suunnittelu
  • käsitekaavan pohjalta laaditaan sisällöstä ja rakenteesta relaatiokaava käytettävissä olevalla DDL:llä (Data Definition Language)
• Komponenttien suunnittelu
  • Kiinnitetään käytettävä arkkitehtuuri, muodostetaan komponentteja ja määritellään ne
• Fyysinen suunnittelu
  • päätetään tietokannan tallennusrakenteista ja saantimenetelmistä. Tarkoituksena on tuottaa suorituskyvyn ja muistitilan käytön suhteen optimaalinen fyysinen rakenne tietokannalle.
• Toteutus
  • Toteutetaan edellisten osien suunnitelmat ohjelmointikielillä ja testataan toteutuksen toimivuus.

Käsitteellinen mallintaminen (ER-malli)

• Kohdetyypit (entity types)

  • tunnistettavissa oleva asia tai tapahtuma
  • Helposti havaittavia kohdetyyppejä ovat käyttäjien puheissa esiintyvät henkilöt, esineet, tilat ja tuotteet. Hankalampia ovat käsitteelliset kohdetyypit kuten tilaus tai sopimus.
  • Kohdetyypit ovat sellaisia, joista halutaan tallettaa tietoja pysyvästi tietokantaan. Raportit ja tulosteet eivät ole kohdetyyppejä vaan tietokannan tiedoista johdettuja tulostietoja
  • heikko tyyppi (weak entity type)
    • olemassaolo riippuu toisesta kohteesta eli ei voi olla olemassa jos tätä toista kohdetta ei ole myös olemassa.
      • esim. tenttitulosta ei voi olla olemassa ilman tenttijää

• suhdetyypit (relationship types)

  • vähintään kahden kohteen välillä vallitseva riippuvuus
  • Suhde voi merkitä olemassaoloa, toiminnallista suhdetta tai tapahtumaa
  • suhteen aste määräytyy suhteeseen liittyvien kohteiden lukumäärän mukaan.
  • Jos jokaista suhteeseen liittyvää kohdetta A vastaa vähintään yksi kohde B on kyseessä täysi suhde (pakollinen suhde) muussa tapauksessa osittainen suhde
  • suhdeen kardinaalisuus (cardinality):
    • yhden suhde yhteen (one-to-one, 1-to-1)
    • yhden suhde moneen (one-to-many, 1-to-M) (monen suhde yhteen (many-to-one, M-to-1))
    • monen suhden moneen (many-to-many, M-to-M)

• ominaisuudet (properties, attributes)

  • jokaisella samantyyppisellä kohteella on tiettyjä yhteisiä ominaisuuksia
    • opiskelijoilla on kaikilla nimi, sotu, osoite yms
  • Ominaisuuksien joukosta valitaan avaimeksi sopivat
    • Avaimen pitää olla yksilöivä, uniikki
  • Jokainen ominaisuus saa arvonsa (value) tietystä arvojoukosta (domain)
  • ominaisuudet voivat olla koottuja useasta osasta tai yksittäisiä.
    • Nimi voi koostua etu- ja sukunimestä.
  • Ominaisuus voi olla yksi- tai moniarvoinen
  • Sallitaanko ominaisuuksille tyhjät arvot
  • Sallitaaanko tuntemattot arvot (NULL)
  • Ominaisuudet voivat olla johdettuja
    • esim. tilausten kokonaislukumäärä lasketaan yksittäistilausten kappalemääristä.

• Alityypit

  • perintä
    • Jokainen kohde on vähintään yhtä kohdetyyppiä mutta voi olla samaan aikaan useampaakin
    • ohjelmoija on on työntekijä eli ohjelmoija on alityyppi työntekijän ollessä ylityyppi
    • ohjelmoijalla on kaikki työntekijän ominaisuudet mutta ei päinvastoin
    • tyyppihierarkia

ER-kaavioiden piirtäminen

• Kohteet
  • Jokainen kohde esitetään suorakulmiona jonka sisällä lukee kyseisen kohteen kohdetyyppi.
    
  • heikoilla kohdetyypeillä suorakulmion kehä kaksinkertaistetaan
    
• ominaisuudet
  • esitetään ellipseillä jotka on liitetty jatkuvalla viivalla kohteeseen tai suhteeseen. Ellipsin sisällä lukee ominaisuuden nimi.
    
  • perityt ominaisuudet liitetään katkoviivalla
  • moniarvoiset ominaisuudet liitetään kaksinkertaisella viivalla
    
  • koottujen ominaisuuksien osaset esitetään kukin omana ellipsinään jotka liitetään jatkuvilla viivoilla koostettuun ominaisuuteen.
    
  • Avaimina toimivat ominaisuudet alleviivataan.
• suhteet
  • Jokainen suhde esitetään timanttikuviona jonka sisällä lukee suhteen nimi
    
  • Jos suhde on heikon kohteen ja "vahvan" kohteen välillä niin timanttikuvion kehä kaksinkertaistetaan.
    
  • suhteeseen liittyvät kohteet liitetään siihen jatkuvalla viivalla joista jokaisen kohdalla lukee 1 tai M riippuen siitä onko kyseessä yhden suhde yhteen, yhden suhde moneen vai monen suhde moneen.
  • suhteen ja kohteen välinen viiva kaksinkertaistetaan jos kyseessä täysi suhde
• alityypit
  • alityyppi yhdistetään ylityyppiin yhtenäisellä viivalla jonka toisessa päässä on nuoli (ylityypin päässä).
    

Esimerkkikaavio

Suunnitellaan tietokanta pienen yrityksen tietojen ja projektien hallintaan. Yksinkertaistettu versio tietokannan vaatimusmäärittelystä on seuraavanlainen:

• Työntekijöistä talletetaan nimi (etunimi, toinen nimi, sukunimi), puhelinnumerot, palkka ja tieto mahdollisista lapsista.
• Jokainen työntekijä toimii jollakin osastolla.
• Projekteissa työskentelee yksi tai useampia työntekijöitä. Sama työntekijä voi olla yhtäaikaa monessa projektissa.
• Jokaisella projektilla on yksi projektipäällikkö.
• Projekteissa rakennetaan monenlaisia laitteita. joihin tarvitaan tietty määrä tietynlaisia osia. Osia projekteille toimittavat monet eri toimittajat, joiden yhteystiedot pitää tallettaa järjestelmään. Järjestelmän pitää sisältää tieto siitä, mitä osia ja miltä toimittajalta on toimitettu millekin projektille.
• Jotkut osat koostetaan itse muista osista. Tietokannan pitää siis sisältää tieto myös osien koostumuksesta.
• Järjestelmästä pitää selvitä myös, mitkä toimittajat pystyvät toimittamaan mitäkin osia.

Esimerkkinä laaditaan pienen ääniterekisterin ER-kaavio. Tietokannan vaatimusmäärittely on seuraavanlainen:

• Tietokantaan halutaan tallentaa äänitteen nimi, tyyppi, julkaisuvuosi, kestoaika, julkaisija
• Jokaisesta äänitteestä pitää tietää myös minkä yhtyeen levy on kyseessä. Jokaisesta yhtyeestä halutaan tallentaa tieto yhtyeen kotimaasta, yhtyeen jäsenien nimistä, kunkin jäsenen päätehtävä yhtyeessä, jäsenten kotimaasta
• Jokaisesta kappaleesta halutaan tallentaa nimi, kestoaika, säveltäjä(t), sanoittaja(t), esittäjä(t) ja mahdollisia muitakin vastaavia tietoja