La progettazione logica realizza a partire da uno schema concettuale uno schema logico, aggiungendo altri dettagli allo schema finale. Prima di effettuare la traduzione dallo schema concettuale a quello logico è necessario compiere un ulteriore passaggio, solitamente detto di ristrutturazione. Ciò è indispensabile poiché non tutti i costrutti usati dal modello ER hanno un equivalente per lo schema logico. Basti pensare al costrutto usato dal modello ER per le generalizzazioni, quest'ultimo, infatti, va ridisegnato mettendo in relazione le entità figlie con l'entità padre. Per i motivi detti sopra suddivideremo la progettazione logica in due fasi: ristrutturazione e traduzione dello schema concettuale.
Prima di analizzare in dettaglio le due fasi dette sopra occorre affrontare un importante discorso ovvero quello sulle prestazioni offerte dallo schema ER. In questa fase, infatti, vanno analizzati alcuni parametri prestazionali come l'occupazione in memoria dei dati e il costo di una operazione (inteso come numero medio di entità e associazioni che il sistema informativo necessita per realizzare una operazione). Per stimare i parametri detti sopra abbiamo bisogno di altre informazioni:
- volume dei dati: inteso sia come numero di entità e relazioni che compongono lo schema che come dimensione (massima) di ogni attributo;
- caratteristiche delle operazioni: richiede la suddivisione delle operazioni per tipo (operazione interattiva, operazione batch) e una stima della frequenza per le operazioni del sistema informativo (anche in relazione ai dati che essa coinvolge);
Le informazione viste sopra sono solitamente riassunte all'interno di tabelle: tavola delle operazioni e tavola dei volumi. Nella tavola delle operazioni si riporta per ogni operazione il tipo e la frequenza prevista o stimata. Nella tavola dei volumi si riporta, invece, il numero medio di partecipazioni delle occorrenze di un'entità con le occorrenze di un'associazione (questo parametro è evidentemente condizionato dalla cardinalità delle associazioni).
Per la fase di ristrutturazione occorre applicare sullo schema concettuale i seguenti passi:
- analisi delle ridondanza: per ridondanza si intende la presenza di un dato all'interno dello schema che può essere ricavato da altri dati dello schema. Occorre analizzare gli attributi di ogni entità e stabilire se questi siano fra loro dipendenti, eliminando quindi quelli derivabili. La scelta dell'attributo da eliminare va fatto considerando le operazioni sui dati. Per scongiurare la ridondanza degli attributi vanno analizzati anche gli attributi delle entità in relazione. All'interno di uno schema possono essere presenti anche ridondanze di associazioni, l'analisi va sempre condotta considerando le tavole dette prime;
- eliminazione delle generalizzazioni: occorre tradurre le generalizzazione effettuando a seconda dei casi l'accorpamento delle entità che vi partecipano. Le entità figlie possono essere accorpate nell'entità padre, in tal caso l'entità padre prenderà gli attributi delle entità figlie (utile quando la distinzione fra le entità figlie e padre e degli attributi non incide sul costo delle operazioni). Altra possibilità è quella di accorpare l'entità padre nelle entità figlie, in tal caso le entità figlie prenderanno gli attributi dell'entità padre e parteciperanno alle relazioni dell'entità padre (questa soluzione è possibile solo se la generalizzazione è totale, altrimenti le occorrenze dell'entità padre non sarebbero rappresentate nelle occorrenze delle entità figlie). L'ultima possibilità per eliminare le generalizzazioni prevede la sostituzione del costrutto con associazioni fra entità padre e entità figlie (da usare quando la generalizzazione non è totale e conviene tenere nello schema, a causa di alcune operazioni, tutte le entità);
- partizionamento e/o accorpamento di entità e/o associazioni: il partizionamento di una entità è utile quando la stessa contiene troppi attributi e le operazioni accedono, solitamente, a un sottoinsieme di tali attributi (decomposizione verticale). Anche l'eliminazione di un attributo multi-valore avviene attraverso il partizionamento dell'entità. L'attributo multi-valore viene messo in una nuova entità che va quindi messa in relazione con l'entità di partenza. Se le operazioni del sistema informativo insistono su insieme di attributi appartenenti a due o più entità si può pensare a un'accorpamento degli stessi all'interno di un'unica entità;
- scelta degli identificatori primari: ha lo scopo di stabilire le chiavi primarie per le entità dello schema. Meglio scegliere un identificatore costituito da pochi attributi, possibilmente interno all'entità;
(generalizzazione)
(soluzione 1)
(soluzione 2)
(soluzione 3)
Lo schema concettuale ristrutturato ci permette di avviare, finalmente, la traduzione verso uno schema logico equivalente. Le regole per la traduzione prevedono che per ogni entità dello schema ci sia una relazione (in questo contesto bisogno si intende per relazione la rappresentazione tabellare dei dati, organizzati dunque su righe e colonne) avente lo stesso nome, gli stessi attributi dell'entità e come chiave primaria il suo identificatore. Anche le associazioni vengono tradotte in relazioni, gli attributi e il nome della relazione saranno gli attributi e il nome dell'associazione, la chiave primaria sarà composta dagli identificatori delle entità che partecipano all'associazione.
In base alla cardinalità delle entità partecipanti a una relazione è possibile avere uno dei seguenti casi di traduzione: molti a molti, uno a molti, uno a uno. Nella traduzione molti a molti ogni entità e ogni associazione viene tradotta in una relazione. L'informazione rappresentata dal seguente schema concettuale:
può essere rappresentate dal seguente modello:
studente(matricola, nome, cognome)
esame(nome,crediti)
sessione(studente, esame, voto, data)
con i vincoli di integrità referenziale fra gli attributi studente ed esame della relazione sessione e gli attributi matricola e nome. Nella traduzione uno a molti occorre prestare attenzione alla cardinalità delle occorrenze. Se la cardinalità minima di una occorrenza è 0 possono esserci più traduzioni (la scelta ricadrà su quella che garantisce le prestazioni migliori), in tal caso la traduzione è come il caso già analizzato sopra (ci sarà, pertanto, una relazione per ogni entità o associazione). Se la partecipazione di un'entità all'associazione è obbligatoria la traduzione tenderà ad accorpare in essa anche gli attributi dell'associazione. L'informazione rappresentata dal seguente schema concettuale:
può essere rappresentata dal seguente modello:
impiegato(cf, nome, cognome, settore, data)
settore(nome, città)
con il vincolo di integrità referenziale fra l'attributo settore della relazione impiegato e l'attributo nome della relazione settore. Nella traduzione uno a uno possiamo avere due casi, anche in questo caso occorre analizzare la cardinalità minima delle singole partecipazione. Possiamo avere una partecipazione obbligatoria oppure opzionale. Per la partecipazione obbligatoria sono possibili più traduzioni del modello poiché gli attributi dell'associazione possono essere accorpati in una qualunque delle relazioni. L'informazione rappresentata dal seguente schema concettuale:
può essere rappresentata dal seguente modello:
utente(login, nome, cognome, upgrade, stats)
upgrade(codice, nome, descrizione)
oppure dal modello:
utente(login, nome. cognome)
upgrade(codice, nome, descrizione, utente, data)
Per la partecipazione opzionale va invece escluso uno dei possibili modelli (essendo la cardinalità minima di una partecipazione pari a 0). L'informazione rappresentata dal seguente schema concettuale:
può essere rappresentata dal seguente modello:
utente(login, nome, cognome)
upgrade(codice, nome, descrizione, utente, data)
In seguito analizzeremo un esempio completo di progettazione di una base di dati, dal modello concettuale al quello fisico.
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