M2 - Bases de dades / UF1NF2: Disseny de bases de dades

Disseny de bases de dades

El disseny de BD s’estructura, fonamentalment, en tres grans etapes:

• Disseny conceptual

• Disseny lògic

• Disseny físic

Encara que ens centrem en l’estudi i en la pràctica del disseny conceptual, no s’han de perdre de vista les altres fases del disseny, que també són importants, per tal d’obtenir una visió de conjunt de tots aquests processos.

Conèixer com s’estructura el model Entitat-Relació és important. I també ho són qüestions que ens han de permetre aprofitar la tecnologia proporcionada per les BD i els corresponents sistemes gestors, com ara els següents:

• Quines entitats ha d’incloure una BD determinada.

• Quines interrelacions s’han de considerar.

• Quins atributs han d’existir i en quines entitats o interrelacions s’han d’incorporar.

• Quines claus primàries ja es poden establir en la fase de disseny conceptual.

Fases del disseny de BD

Dissenyar BD no és una tasca senzilla. Encara que la porció del món real que es vulgui modelitzar en un cas concret sigui relativament petita, les estructures de dades resultants poden arribar a tenir un cert grau de complexitat. Tanmateix, a mesura que augmenta la informació a considerar, i la seva complexitat, el model de dades necessari per representar-la es pot convertir, certament, en una construcció complicada.

Món real

Quan parlem de món real, ens referim a l’escenari o situació concreta que es vol modelitzar per tal de ser explotada mitjançant una BD.

Voler resoldre de cop tota la problemàtica que pot comportar la modelització d’una BD no és, doncs, una opció gaire realista. En afrontar una tasca d’aquesta envergadura, és preferible dividir-la en subtasques per tal de simplificar-la.

Així, doncs, resulta convenient descompondre el disseny de BD en diferents etapes, de manera que en cadascuna només s’examinin certs aspectes, o tipus de problemes, per tal de minimitzar la possibilitat d’error. Aleshores, a partir del resultat obtingut en cada fase, es pot continuar treballant en la fase següent, fins a arribar al resultat esperat, al final de l’última fase.

És habitual estructurar el disseny de BD en les tres etapes o fases següents:

1. Disseny conceptual.

2. Disseny lògic.

3. Disseny físic.

Fase de disseny conceptual

El primer que cal fer, durant la fase de disseny conceptual, és recopilar tota la informació necessària de la part del món real que ens proposem modelitzar amb una BD.

Aquesta recopilació d’informació es realitzarà per diferents vies, com ara aquestes:

• Entrevistes amb els futurs usuaris de la BD que s’està dissenyant.

• Examen de la documentació proporcionada per aquests mateixos usuaris.

• Observació directa dels processos a informatitzar.

A continuació, s’han d’estructurar convenientment les dades necessàries per tal de donar resposta a totes les necessitats derivades del conjunt d’informacions compendiades.

L’objectiu del disseny conceptual consisteix en l’obtenció d’una especificació sistemàtica.

L’esmentada especificació sistemàtica resultat del disseny conceptual ha de complir dos tipus de requisits:

• De dades. El model resultant ha de tenir en compte l’estructura completa de les dades i la seva integritat.

• Funcionals. Un bon esquema conceptual també haurà de preveure les necessitats bàsiques en matèria de manipulació de dades (és a dir, les operacions d’inserció, esborrament, consulta i modificació, d’aquestes). Durant les fases posteriors, pot ser convenient depurar el disseny per tal d’optimitzar les operacions a realitzar sobre les dades.

El model Entitat-Interrelació (o model Entitat-Relació) també es coneix de manera abreujada com a model ER (sigles corresponents a entity-relationship).

Finalment, cal triar un model de dades d’alt nivell i traduir els requisits anteriors a un esquema conceptual de la futura BD expressat amb els conceptes i la notació corresponents. Un dels models de dades d’alt nivell més utilitzats és el model entitat-interrelació.

Expressat en la terminologia del model ER, l’esquema de dades desenvolupat durant la fase de disseny conceptual ha d’especificar totes les entitats necessàries, i les interrelacions entre elles, amb les cardinalitats adequades, i també els atributs que corresponguin en cada cas.

El model ER

Una entitat, en el model ER, és una abstracció que ens interessa modelitzar, i mitjançant la qual s’agrupen les instàncies del món real que tenen unes característiques comunes.

Una interrelació, en el model ER, és l’associació entre instàncies de diferents entitats tipus. Aquesta associació es pot donar amb diverses cardinalitats.

Un atribut, en el model ER, és una característica d’una entitat que ens interessa tenir registrada.

El model resultant s’ha de revisar per tal de garantir la satisfacció de totes les necessitats detectades, d’una banda, i per evitar redundàncies de les dades (és a dir, repeticions indesitjades d’aquestes), d’una altra.

El resultat de la fase de disseny conceptual pertany a l’anomenat món de les concepcions, però encara no al món de les representacions, ja que no s’hi especifica cap representació informàtica concreta.

Com es pot veure, durant la fase de disseny conceptual no cal tenir en compte, encara, ni el tipus de BD que s’utilitzarà posteriorment ni, encara menys, el SGBD o el llenguatge concret amb el qual s’implementarà.

Fase de disseny lògic

En la fase de disseny lògic, es treballa amb el model abstracte de dades obtingut al final de l’etapa de disseny conceptual, per tal de traduir-lo al model de dades utilitzat pel sistema gestor de bases de dades (SGBD) amb el qual es vol implementar i mantenir la BD.

Les claus primàries serveixen per distingir entre si les diferents tuples d’atributs dins d’una mateixa relació.

Per tant, a partir d’aquesta fase de disseny, sí que cal tenir en compte la tecnologia concreta que s’ha d’emprar en la creació de la BD, ja que la BD resultant es pot adequar a diferents models lògics, com ara els següents:

• Jeràrquic

• Relacional

• Distribuït

• Orientat a objectes

Malgrat la diversitat de possibilitats, el cert és que el més freqüent, a l’hora de dissenyar una BD, encara consisteix a expressar l’esquema conceptual en un model ER i, a continuació, traduir-lo a un model relacional.

Les claus foranes són uns instruments destinats a permetre la interrelació de la respectiva relació amb d’altres.

Quan el producte d’una fase de disseny lògic és una BD relacional, aquesta consisteix en un conjunt de relacions (altrament, anomenades representacions tabulars) compostes per atributs, alguns dels quals formen part de claus primàries o de claus foranes.

Resulta evident, doncs, que el resultat de la fase de disseny lògic ja se situa dins de l’anomenat món de les representacions informàtiques.

Fase de disseny físic

El disseny físic consisteix a fer certs tipus de modificacions sobre l’esquema lògic obtingut en la fase anterior de disseny lògic, per tal d’incrementar l’eficiència.

L’eficiència d’un esquema pot comportar la modificació d’algunes operacions que s’hagin de fer amb les dades, encara que comportin un cert grau de redundància d’aquestes, com per exemple:

• Afegir algun atribut calculable en alguna relació.

• Dividir una relació en altres dues o en més.

• Incloure en la BD una relació que sigui el producte de combinar dues o més relacions.

Però la fase de disseny físic també es caracteritza per la possibilitat d’adoptar altres decisions, relacionades amb aspectes d’implementació física a més baix nivell, i estretament vinculades amb el SGBD amb el qual es treballa en cada cas, com ara els següents:

• Definició d’índexs.

• Assignació de l’espai inicial per a les taules, i previsió del seu creixement ulterior.

• Selecció de la mida de les memòries intermèdies.

• Parametrització del SGBD segons les opcions que aquest ofereixi.

La volatilitat de les dades té a veure amb el volum d’insercions i esborraments de les mateixes.

Per tal de prendre encertadament aquests tipus de decisions, cal tenir en compte les característiques dels processos que operen amb les dades, la freqüència d’execució dels diferents tipus de consulta, el grau de volatilitat de les dades, els volums d’informació a emmagatzemar, etc.

Disseny conceptual d'una BD

Podem considerar qualsevol empresa, organització, institució, etc. com un sistema amb regles pròpies de funcionament. Aquest sistema, susceptible de ser informatitzat, està compost per tres subsistemes:

• Subsistema de producció. S’encarrega de realitzar les activitats pròpies de l’organització de què es tracti en cada cas (per exemple, fabricar cotxes, o reparar-los, o vendre’ls, etc.).

• Subsistema de decisió. S’encarrega de dirigir, coordinar i planificar les activitats realitzades dins de l’àmbit del subsistema de producció.

• Subsistema d’informació. S’encarrega de recollir, emmagatzemar, processar i distribuir, totes les informacions necessàries per al bon funcionament dels altres dos subsistemes.

Les BD serveixen per emmagatzemar les representacions de les informacions utilitzades dins de l’àmbit dels sistemes d’informació.

Els elements que conformen un sistema d’informació són de dos tipus:

• Dades: representacions de les informacions.

• Processos: accions exercides sobre les dades (consultes, modificacions, càlculs, etc.).

En funció de les observacions anteriors, podem afirmar que hi ha dues premisses que tot dissenyador de BD hauria de tenir ben assumides abans de començar a treballar en qualsevol projecte:

• No és competència del dissenyador de BD, com a tal, prendre decisions sobre la porció del món real que vol modelitzar.

• En principi, el dissenyador de BD tampoc no s’ha d’inventar característiques de la realitat a modelitzar: simplement les ha de reflectir de la manera més fidel possible en el model resultant.

Podem subdividir aquesta etapa de disseny conceptual en dues fases successives, les quals comporten tasques de diferents tipus: la recollida i abstracció de les necessitats de l’organització, d’una banda, i l’elaboració d’un esquema conceptual mitjançant un model de dades concret, de l’altra.

La recollida i abstracció de les necessitats de l’organització es duu a terme mitjançant diferents procediments (entrevistes, examen de documentació, etc.), i en aquesta fase cal recollir tota la informació necessària per tal de cobrir tots els requeriments de dades. Però, amb aquesta informació, s’ha de seguir un procés d’abstracció que ens permeti estructurar-la i diferenciar entre les qüestions essencials i les accessòries.

L’elaboració d’un esquema conceptual mitjançant un model de dades concret comporta que tota la informació recollida i degudament estructurada s’ha d’expressar en una notació estandarditzada (com ara els diagrames ER).

Captura i abstracció dels requeriments de dades

Per realitzar la captura i abstracció dels requeriments, en primer lloc, cal esbrinar quines necessitats tenen els usuaris de la futura BD. Sovint, aquests usuaris potencials només tenen una percepció molt general d’allò que necessiten.

Usuaris de les BD

Ho són tant els operadors que interactuen habitualment amb el sistema, com els destinataris finals de la informació que se n’ha d’extreure o que s’ha d’incloure en la BD.

El dissenyador ha de saber seleccionar les qüestions essencials, diferenciar-les dels aspectes accessoris, i descobrir quins són els vertaders interessos dels que han encarregat el disseny de la BD.

El dissenyador de BD és el professional informàtic que s’encarrega de realitzar les tasques que implica el disseny de les BD.

Ara bé, el dissenyador de BD, com a tal, no ha de decidir res. La seva tasca consisteix més aviat a ajudar els usuaris potencials a descobrir què necessiten exactament. És una feina feixuga i complicada, que serveix per descobrir el veritable flux de dades que s’ha de reflectir en el model conceptual resultant. Normalment, aquesta funció comporta el següent:

• Moltes entrevistes amb els futurs usuaris de tots els nivells i seccions de l’organització a informatitzar. Cal anotar tots els detalls sorgits durant les entrevistes, susceptibles d’implementació informàtica.

• Examen exhaustiu de la documentació proporcionada pel client, per tal de conèixer el funcionament intern de l’organització.

• Observacions directes dels diferents processos de l’organització.

Un bon dissenyador de BD ha d’arribar, com a mínim, a una solució plausible per a cada problema que se li hagi plantejat. De vegades, també podrà prendre en consideració solucions parcials alternatives. I, en tot cas, finalment, ha de presentar una anàlisi completa dels requeriments en la qual concreti les especificacions de l’organització que li ha encarregat el projecte de disseny.