Анализ предметной области и концептуальное проектирование базы данных

 
Кафедра автоматизированных систем управления 

Е.А. Морозов 

 

 

 

 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

Анализ предметной области и концептуальное 
проектирование базы данных 

Учебное пособие  
для студентов специальностей  
3514э «Прикладная информатика», 2202 «Автоматизированные 
системы обработки информации и управления» 

МОСКВА 2002 

№ 1680 

 

УДК 004.9.001.13 
М79 

М79 
Морозов Е.А. Анализ предметной области и концептуальное 
проектирование базы данных: Учеб. пособие. – М.: МИСиС, 
2002.– 44 с. 

Содержание данного пособия соответствует программе дисциплины «Проектирование информационных систем» и посвящено вопросам анализа предметной области и концептуального проектирования базы данных. 
Подробно рассматриваются все работы, выполняемые на этих стадиях проектирования системы. Описание каждой конкретной работы сопровождается примерами. 
Пособие предназначено для студентов старших курсов, обучающихся по специальностям 3514э «Прикладная информатика» и 2202 «Автоматизированные системы обработки информации и управления». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2002 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ................................................................................................................ 4 
1. Анализ предметной области ............................................................................ 7 
1.1. Основные этапы анализа ............................................................................ 7 
1.2. Разбиение предметной области  на слабосвязанные  
функциональные подобласти .................................................................... 8 
1.3. Выделение групп пользователей ............................................................... 9 
1.4. Выделение информационных задач ........................................................ 10 
1.5. Определение возможных событий  при реализации  
информационных задач ........................................................................... 11 
1.6. Определение взаимосвязей информационных задач и пользователей ......... 12 
1.7. Определение свойств всех категорий объектов предметной области . 13 
1.8. Построение диаграмм потоков данных .................................................. 13 
1.8.1. Сущность диаграмм и цели их построения ..................................... 13 
1.8.2. Основные компоненты диаграмм ..................................................... 14 
1.8.3. Контекстные диаграммы ................................................................... 15 
1.8.4. Детализация процессов ...................................................................... 15 
1.8.5. Декомпозиция данных ....................................................................... 16 
1.8.6. Рекомендации по разработке и использованию  
диаграмм потоков данных ................................................................. 17 
2. Концептуальное проектирование базы данных ........................................... 19 
2.1. Понятие концептуального проектирования ........................................... 19 
2.2. Основные модельные компоненты диаграмм «сущность – связь» ...... 20 
2.3. Первый этап построения  ER-диаграмм – определение сущностей ..... 24 
2.4. Второй этап построения  ER-диаграмм – определение  
связей между сущностями ....................................................................... 32 
2.5. Третий этап построения ER-диаграмм – устранение  
неспецифических связей .......................................................................... 33 
2.6. Проектирование больших концептуальных схем .................................. 35 
Заключение ......................................................................................................... 41 
Библиографический список ............................................................................... 42 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию роли сложных информационных систем (ИС), создаваемых в различных областях народного 
хозяйства. Для современных крупных проектов ИС характерны, как 
правило, следующие особенности: 
 сложность описания системы (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи 
между ними), требующая тщательного моделирования и анализа 
данных и процессов; 
 наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования [например, традиционных приложений, связанных с 
обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого 
объема]; 
 необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений; 
 функционирование в неоднородной среде на нескольких 
аппаратных платформах; 
 различный уровень квалификации отдельных групп разработчиков и разные сложившиеся традиции использования тех или 
иных инструментальных средств. 
Для успешной реализации проекта объект проектирования 
ИС должен быть, прежде всего, адекватно описан, т.е. должны быть 
построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования ИС показывает, что это логически сложная, трудоемкая 
и длительная работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до недавнего времени проектирование ИС выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на квалификации сотрудников, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ИС. Кроме того, в процессе создания и функционирования ИС информационные потребно

сти пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более 
усложняет разработку и сопровождение таких систем. 
Заметим, что существуют разные методики проектирования, 
которые базируются на разных средствах спецификации. Однако любой процесс проектирования ИС должен учитывать требования ГОСТа. Основные стадии проектирования и их содержание предусмотрены ГОСТ 34.601–90 «Стадии и этапы создания автоматизированных систем»: 
Стадия 1. Формирование требований к автоматизированной 
системе; 
Стадия 2. Разработка концепции автоматизированной системы; 
Стадия 3. Техническое задание; 
Стадия 4. Эскизный проект; 
Стадия 5. Технический проект; 
Стадия 6. Рабочая документация; 
Стадия 7. Ввод в действие; 
Стадия 8. Сопровождение автоматизированной системы. 
Раскрывая содержание основных стадий, разработку автоматизированной информационной системы (АИС) можно представить 
следующим образом: 
1. Анализ предметной области: 
– анализ требований пользователей; 
– выделение информационных задач. 
2. Проектирование: 
– концептуальное проектирование базы данных (БД); 
– логическое проектирование БД; 
– физическое проектирование БД; 
– проектирование процессов; 
– проектирование сценария диалога. 
3. Создание системы – реализация процессов: 
– информационных; 
– технологических. 
В пособии детально рассмотрена каждая стадия проектирования. Материал пособия базируется на трудах известных специалистов в области проектирования, а также на многолетнем опыте и 
научных работах автора пособия. Основная задача, поставленная автором, заключается в том, чтобы систематизировать все работы, выполняемые на разных стадиях проектирования: выстроить их в определенную  последовательность. Хотя, разумеется, на практике такая 
последовательность может нарушаться: отдельные работы могут вы

полняться итерационно за несколько шагов или не выполняться вообще с учетом специфики конкретного проекта. Описание каждой 
конкретной работы сопровождается примерами. При этом не ставится задача детального описания основ каждой рассматриваемой работы, так как по отдельности они достаточно полно отражены в научной литературе.  
Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Проектирование информационных систем» и освоивших ранее такие дисциплины, как «Организация баз данных», «Операционные системы», «Локальные вычислительные сети» и «Программирование». 

1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 

1.1. Основные этапы анализа 

Проектирование любой ИС начинается со сбора сведений о 
предметной области и информационных потребностях пользователей. Под предметной областью понимается область реального мира, 
информация о которой должна храниться и обрабатываться в ИС. 
На этом этапе проектировщик должен понять, насколько детально должна быть описана эта область реального мира в будущей 
ИС и, следовательно, насколько детально (глубоко) требуется ее изучить. Естественно, что чем сложнее окажется изучаемая область, тем 
больше сил, средств и времени потребуется от проектировщика. Не 
исключено, что для изучения потребуются не только беседы или 
консультации с пользователями, но и привлечение требуемых специалистов-профессионалов. 
После изучения предметной области начинается ее анализ, 
основной целью которого является выделение информационных задач и требований, предъявляемых к ним со стороны пользователей. 
Анализ включает в себя следующие этапы [1,2]: 
1) разбиение предметной области на слабосвязанные функциональные подобласти, соответствующие функциональным подсистемам; 
2) выделение групп пользователей, деятельность которых 
связана с функциональными областями; 
3) выделение информационных задач (функций каждой группы пользователей, подлежащих автоматизации); 
4) определение возможных событий при реализации информационных задач; 
5) определение взаимодействия информационных задач и 
пользователей; 
6) определение свойств всех категорий объектов (функциональных областей, информационных задач, событий, сообщений).  

1.2. Разбиение предметной области  
на слабосвязанные функциональные 
подобласти 

Разбиение предметной области на слабосвязанные функциональные подобласти преследует следующие цели: 
1) упростить понимание задач каждой функциональной подобласти; 
2) упростить архитектуру создаваемой информационной системы; 
3) максимально устранить возможную синонимию при описании объектов в той или иной подобласти. 
Следствием разбиения, как правило, является представление 
системы в виде набора функциональных подсистем. 
В качестве признаков, по которым могут быть выделены отдельные функциональные подобласти, можно использовать: 
– функциональные структуры организации; 
– различные территории; 
– группы пользователей, решающих те или иные задачи 
предметной области;, 
– типы документов и характер их обработки. 
Рассмотрим пример, приведенный на рис. 1.1. Предположим, 
что целью разрабатываемой ИС является автоматизация служб повышения квалификации работников некоторой отрасли [1] . 
В результате предварительного обследования выяснено, что 
среди пользователей будущей системы имеются работники институтов повышения квалификации (ИПК) и работники отделов кадров 
(ОК) предприятий, отвечающие за повышение квалификации своих 
сотрудников. 
Из-за слабой связи между задачами, решаемыми в ИПК и ОК, 
всю предметную область можно разбить на две функциональные области (подобласти): ИПК и ОК. 

Рис. 1.1. Группы пользователей двух функциональных 
подобластей 

1.3. Выделение групп пользователей 

Исходной информацией для выделения групп пользователей, 
деятельность которых связана с той или иной функциональной подобластью, прежде всего является организационная структура организации. Кроме того, могут учитываться одинаковые функции, возможно, выполняемые в самых разных подразделениях. 

Работники 
Кафедры 

Преподаватели 

Администрация 

Работники 
бухгалтерии 

Работники ОК 

Сотрудники 
предприя
Работники 
ОК

Информационные 
задачи ИПК 

Информационные 
задачи ОК 

Функциональная подобласть 
ИПК 

Функциональная подобласть ОК предприятия 

Слабая связь 

Цели выделения групп пользователей: 
1) глубже понять предметную область; 
2) облегчить выделение информационных задач (см. следующий шаг); 
3) определить статус пользователя в ИС (в плане доступа к 
системе). 

1.4. Выделение информационных задач 

Информационная задача – это функция группы пользователей (пользователя), выполняемая в ходе производственной деятельности и подлежащая автоматизации. 
Выделение информационных задач является основным и самым сложным шагом на этапе анализа предметной области. 
На рис. 1.2 представлен возможный перечень информационных задач, выделенных для каждой функциональной подобласти системы повышения квалификации сотрудников [1]. 

Рис. 1.2. Задачи, решаемые в разных функциональных 
подобластях 

Задачи функциональной  
подобласти ИПК 

Задачи функциональной  
подобласти ОК предприятия 

Справки о курсах 
Справки о преподавателях 
Составление расписания 
Расчет зарплаты 
Приём преподавателя

Ведение информации о курсах 
Подготовка заявки 
Справки об обучаемых 

Функциональные области повышения 
квалификации 

1.5. Определение возможных событий  
при реализации информационных задач 

Информационная задача, выбранная для автоматизации, в 
общем случае представляет собой сложную последовательность действий пользователя, связанных с сообщением системе определенной 
информации, с получением и анализом информации, предоставляемой системой, с принятием промежуточных решений. 
В качестве одного из возможных способов описания такого 
процесса является сеть Петри. На рис. 1.3 приведен пример представления информационной задачи ПРИЕМ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ в виде сети 
Петри [1]. 

Рис. 1.3. Событийный граф представления задачи  
ПРИЕМ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ:   
– переход в сети от одного события к другому (некоторое 
действие или операция); 

 – фиксация какого-то события без выполнения какихлибо фактических действий (фиксация факта); 
– событие (очень часто выполняет роль условия) 

Заполнение 
заявления 

Начало 
заполнения  

Подтверждение 
с кафедры 
получено 
Получен приказ о 
зачислении 

Принят 
преподаватель 

Документы 
проверены 

Заполнение 
анкеты 

Документы  
удовлетворяют 
требованиям 
Конец 
выполнения 
задачи 

Документы 
не удовлетворяют 
требованиям