Chapter 3 การออกแบบฐานข้อมูล (Database Design)

1. Chapter 3การออกแบบฐานข้อมูล (Database Design) โดยอาจารย์ เกศแก้ว ประดิษฐ์ สาขาวิชาการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศ Kate_psu08@hotmail.com

2. เนื้อหาที่เรียนในบทนี้ • วงจรการพัฒนาระบบสารสนเทศ (System Development Life Cycle) • วงจรการพัฒนาระบบฐานข้อมูล ( Database Life Cycle) • ขั้นตอนการออกแบบฐานข้อมูล • Entity Relationship model • Normalization Database Design

3. การพัฒนาระบบสารสนเทศ โดยทั่วไปจะดำเนินตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ใน System Development Life Cycle (SDLC) • ศึกษาความเป็นไปได้ (Feasibility study) เป็นขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการประเมินต้นทุนของทางเลือกต่างๆ ของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศ เพื่อพิจารณาเลือกทางเลือกในการพัฒนาระบบสารสนเทศที่คุ้มค่าที่สุด วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศ

4. การพัฒนาระบบสารสนเทศ โดยทั่วไปจะดำเนินตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ใน System Development Life Cycle (SDLC) • รวบรวมความต้องการและวิเคราะห์ข้อมูล (Requirement Collection and Analysis) เป็นขั้นตอนในการจัดเก็บรวบรวมความต้องการต่างๆ จากผู้ใช้ User Requirement) มาวิเคราะห์ เพื่อจำแนกถึงปัญหา และความต้องการออกเป็นกลุ่ม เพื่อกำหนดขอบเขตให้กับระบบสารสนเทศที่จะพัฒนางานอื่น ๆ วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศ

5. การพัฒนาระบบสารสนเทศ โดยทั่วไปจะดำเนินตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ใน System Development Life Cycle (SDLC) • ออกแบบ (Design) เป็นขั้นตอนที่นำมาปัญหาและความต้องการด้านต่างๆ ที่จำแนกไว้ในขั้นตอนรวมรวมความต้องการมาใช้ในการออกแบบ • สร้างต้นแบบ (Prototype) เป็นขั้นตอนที่นำเอาส่วนต่างๆ ที่ได้ออกแบบไว้ในขั้นตอนที่ 3 มาพัฒนาเป็นต้นแบบของระบบงาน เพื่อนำไปทดลองหาข้อผิดพลาดของระบบงานก่อนนำไปใช้งานจริง ในกรณีที่มีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นรายละเอียดของข้อผิดพลาดต่างๆ จะนำไปเป็นข้อมูลในการรวบรวมความต้องการใหม่ วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศ

6. การพัฒนาระบบสารสนเทศ โดยทั่วไปจะดำเนินตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ใน System Development Life Cycle (SDLC) • ติดตั้ง (Implementation) เป็นขั้นตอนที่นำเอาระบบงานสารสนเทศที่พัฒนาเสร็จเรียบร้อยไปทดลองใช้งาน • ตรวจสอบความถูกต้องและทดสอบโปรแกรม (Validation and Testing) เป็นขั้นตอนการตรวจสอบความถูกต้องของระบบงานสารสนเทศที่พัฒนาขึ้น • นำไปใช้งาน (Operation) เป็นขั้นตอนสุดท้าย ที่มั่นใจว่าสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องก่อนใช้งานจริง วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศ

7. วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศวงจรชีวิตของการพัฒนาระบบงานสารสนเทศ

8. วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle : DBLC) • Database Initial study เป็นขั้นตอนแรกของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล ต้องวิเคราะห์ความต้องการ เพื่อกำหนดจุดมุ่งหมาย ปัญหา ขอบเขต และกฎระเบียบต่างๆ ของระบบฐานข้อมูล • Database Design เป็นขั้นตอนที่นำเอารายละเอียดต่างๆ ที่ได้จากการวิเคราะห์นำมากำหนดเป็นแนวทางในการออกแบบฐานข้อมูล แบ่งเป็น 3 ระดับ Conceptual Logical และ Physical วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle)

9. วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle : DBLC) • Implementation and Evaluation เป็นขั้นตอนที่นำเอาโครงสร้างต่างๆ ของระบบฐานข้อมูลที่ได้จากการออกแบบในขั้นตอน Database Design มาสร้างเป็นฐานข้อมูลที่ใช้เก็บข้อมูลจริง รวมทั้งแปลงข้อมูลของระบบงานเดิมให้สามารถนำมาใช้งานในระบบฐานข้อมูลที่พัฒนาขึ้นใหม่ วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle)

10. วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle : DBLC) • Testing and Evaluation เป็นขั้นตอนการทดสอบระบบฐานข้อมูลที่พัฒนา เพื่อหาข้อผิดพลาดต่างๆ รวมทั้งทำการประเมินความสามารถของระบบฐานข้อมูล เพื่อนำไปใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงระบบฐานข้อมูลตามต้องการ วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle)

11. วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle : DBLC) • Operation เป็นขั้นตอนที่นำเอาระบบฐานข้อมูลที่พัฒนาเสร็จเรียบร้อยแล้วไปใช้งานจริง • Maintenance and Evolution เป็นขั้นตอนที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้งานระบบฐานข้อมูลจริง เพื่อบำรุงรักษาระบบฐานข้อมูลทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมทั้งเป็นขั้นตอนการแก้ไขและปรับปรุงระบบฐานข้อมูลในกรณีที่มีการเพิ่มหรือเปลี่ยนแปลงความต้องการของผู้ใช้ วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle)

12. วงจรชีวิตของการพัฒนาระบบฐานข้อมูล (Database Life Cycle)

13. Planning • ระบบฐานข้อมูลจะรองรับงานอะไร • ทรัพยากรที่จำเป็นต้องใช้ รวมถึงงบประมาณต่าง ๆ • นโยบายด้านความปลอดภัย • ประสิทธิภาพในการทำงาน ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

14. Database System Definition • ขอบเขตของฐานข้อมูล • กลุ่มผู้ใช้งาน • การขยายงานในอนาคต • ความสัมพันธ์กับหน่วยงานอื่น ๆ ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

15. Database Analysis • การรวบรวมข้อมูล • รายการ Transaction ที่เกิดขึ้น • Data Flow Diagram (DFD) ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

16. Database Design • Conceptual Data Model อธิบายโครงสร้างหลักของข้อมูลภายในระบบฐานข้อมูล ซึ่งคือแบบจำลองข้อมูลต่างๆ เช่นE-R Diagram • Logical Data Model นำโครงสร้างหลักของข้อมูลตามแบบจำลอง มาออกแบบฐานข้อมูลให้นำมาใช้งานจริงได้ เช่น Relational Database ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

17. Database Design • Physical Data Model คือ การปรับปรุงโครงสร้างของโครงร่างที่ออกแบบขึ้นมา ปรับปรุงโครงสร้างให้เป็นไปตามโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ด้านฐานข้อมูลที่นำมาใช้แทน ซึ่งแต่ละผลิตภัณฑ์จะมีโครงสร้างของผลิตภัณฑ์มีโครงสร้างแตกต่างกัน เช่น ประเภทของข้อมูล โครงสร้างในการจัดเก็บ และวิธีการในการเข้าถึงข้อมูล เป็นต้น ผลลัพธ์ที่ได้จากการออกแบบในระดับนี้ โครงสร้างของระบบฐานข้อมูลที่สามารถนำไปใช้งานในการสร้างตัวฐานข้อมูลจริง เช่น RDBMS (MS Access , SQL Server , Oracle) ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

18. ขั้นตอนของการออกแบบฐานข้อมูลทั้ง 3 แบบ

19. Application Design • Transaction Design • User Interface Design • DBMS Selection • งบประมาณ • การสนับสนุนหลังการขาย • ระบบปฏิบัติการ • คุณลักษณะของฮาร์ดแวร์ • Transaction, Recovery and Security ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

20. Implemention • Parallel–Replace • Maintenance • Backup • Performance ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

21. BusinessRules กฎในการดำเนินธุรกิจใด ๆ เช่น • Businessrulesandpoliciesarenotuniversal. เงื่อนไขการลงทะเบียนรายวิชาเดียวกันแต่ต่างสถาบันจะไม่เหมือนกัน • Businessrulesandpoliciesmaychangeovertime. เงื่อนไขต่าง ๆ โดยส่วนใหญ่จะใช้เวลานานก่อนที่จะมีการเปลี่ยนแปลง ขั้นตอนการพัฒนาฐานข้อมูล

22. Characteristics of A Good Business Rule–Declarative • อธิบายสิ่งที่ต้องการควบคุมโดยไม่ระบุวิธีการ • Precise • อธิบายความหมายชัดเจน กระชับได้ใจความ • Consistent • ไม่ขัดแย้ง หรือซ้ำซ้อนกับกฎข้ออื่น ๆ • Expressible • ใช้ภาษาที่เจ้าของระบบอ่านแล้วเข้าใจ • Business-oriented • ตรงตามเงื่อนไขของระบบ Business Rule

23. Entity-Relationship Model คิดค้นโดย Chen ในปีค.ศ.1976 ใชสำหรับสร้าง Conceptual Database Model ในขั้นตอนของ การออกแบบฐานข้อมูล ไมขึ้นอยู่กับรูปแบบของฐานข้อมูลใด ๆ Entities และ Relationship เป็นสิ่งที่ปรากฏอยู่จริง ทำให้ สามารถใช้ในการอธิบายขอบเขตของฐานข้อมูลได้ง่าย Entity-Relationship Model

24. ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่า Database Model แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ Conceptual model และ Implementation model บทที่แล้ว ได้ศึกษาถึงคุณสมบัติของ Relational Database Model ซึ่งเป็นImplementation model ในบทนี้จะได้เรียนเรื่องการออกแบบฐานข้อมูล คือ การสร้างแบบจำลองที่เป็น Conceptual model ซึ่งจะทำให้สามารถมองเห็นภาพรวมของฐานข้อมูล Entity-Relationship Model ซึ่งเป็น Conceptual Model ที่ได้รับการนิยมอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน Entity-Relationship Model

25. สัญลักษณ์ E-R Model

26. ตัวอย่าง สัญลักษณ์ E-R Model

27. องค์ประกอบหลักของ E-R Model คือ Entity , Attribute และ Relationship มีสัญลักษณ์ที่ใช้เป็นตัวแทนขององค์ประกอบเหล่านี้ Entity คือสิ่งต่าง ๆ ที่สามารถระบุได้ในความเป็นจริง ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่จับต้องได้เช่น คน สัตว์ สิ่งของ สถานที่และเหตุการณ์ หรือสิ่งที่จับต้องไม่ได้ เช่น จำนวนวันหยุดนักขัตฤกษ์ จำนวนวันลาพักร้องของพนักงาน เป็นต้น ซึ่งเมื่อนำ Entity มารวมกันภายใต้คุณลักษณะใดคุณลักษณะหนึ่งที่เหมือนกันแล้ว Entity เหล่านั้นก็ถูกเรียกว่า Entity Set E-R Model Component

28. ตัวอย่าง Entity • บุคคล เช่น นักเรียน พนักงาน ผู้ป่วย ฯลฯ • สถานที่ เช่น จังหวัด ประเทศ มหาวิทยาลัย ฯลฯ • วัตถุ เช่น เครื่องจักร โทรศัพท์มือถือ อาคาร ฯลฯ • เหตุการณ์ เช่น การขาย ใบสั่งซื้อ ใบเสร็จรับเงิน ฯลฯ • อื่น ๆ เช่น บัญชี รายวิชา สินค้าคงคลัง E-R Model Component

29. สัญลักษณ์ E-R

30. Attribute คือ Entity ที่มีคุณลักษณะที่แตกต่างกันออกไป เช่น • Entity นักเรียน มี Attribute คือ รหัสนักศึกษา ชื่อนักศึกษา เกรดเฉลี่ย รายวิชา วันที่เข้าเรียน ที่อยู่ • Entity เครื่องบิน มี Attribute คือ หมายเลขเครื่อง ชื่อเครื่องบิน วันสุดท้ายของการซ่อมแซม ระยะเวลาการบิน เป็นต้น E-R Model Component

31. Attribute ใน E-R Model มีความหมายเดียวกันกับ attribute ใน Relational Database Model โดยสามารถเขียนเป็นสัญลักษณ์อย่างง่าย Table_Name (Key_Attribute , Attribute1 , Attribute2 , …) ตัวอย่างเช่น Student(Student_ID , Name ,Address) E-R Model Component

32. Composit Attribute คือ attribute ที่มีค่าข้อมูลสามารถแบ่งเป็น attribute ย่อย ๆ ได้หากต้องการ เช่น Address แบ่งได้เป็น Street , City , State , Country เป็นต้น หรือ Name อาจแบ่งได้เป็น Title (นาย , นาง , นางสาว) , FirstName , LastName , Middle name Simple Attribute คือ attribute ที่มีค่าข้อมูลที่ไม่สามารถแบ่งย่อยออกไปได้อีกแล้ว เช่น Age , Sex , Marital Status เป็นต้น Composit & Simple Attribute

33. Composit Attribute

34. Single-value attribute คือ ค่าของข้อมูล attribute ที่มีเพียงค่าเดียว เช่น ชื่อ (มีชื่อเดียวนามสกุลเดียว) , เพศ , นามสกุล , อาชีพ , เงินเดือน , ฯลฯ Multi-value attribute คือ ค่าของข้อมูล attribute ที่มีหลายค่าใน attribute ตัวเดียว เช่น ทักษะความสามารถ , วุฒิการศึกษา เป็นต้น ดังรูปด้านล่างนี้ Single & Multi-Value Attribute

35. ตัวอย่าง Attribute Derived Attribute Multi-value attribute

36. Identifier attribute คือ Attribute ที่มีค่าข้อมูลเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของแต่ Entity Identifier Attribute

37. Composit Identifier

38. ปกครอง ผู้ว่าราชการจังหวัด จังหวัด Relationship ใน E-R Model แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ one-to-one , one-to-many และ many-to-many • One-to-One Relationship(1:1) ตัวอย่างเช่น ความสัมพันธ์ระหว่าง Entityผู้ว่าราชการจังหวัด กับ Entity จังหวัด เป็น 1:1 เพราะ • ผู้ว่าราชการจังหวัดแต่ละคนปกครองจังหวัดได้เพียงจังหวัดเดียว • จังหวัดแต่ละจังหวัดปกครองโดยผู้ว่าราชการจังหวัดเพียงคนเดียว Relationship

39. อยู่ใน ประเภทสินค้า สินค้า • One-to-Many Relationship(1:M) ตัวอย่างเช่น ความสัมพันธ์ระหว่าง Entityประเภทสินค้า กับ Entity สินค้า เป็น 1:M เพราะ • ประเภทสินค้าแต่ละประเภทมีสินค้าได้หลายชนิด • สินค้าแต่ละชนิดจัดอยู่ในประเภทสินค้าเพียงประเภทเดียว Relationship

40. M N ลงทะเบียน นักศึกษา รายวิชา 1 M M 1 ลงทะเบียน นักศึกษา รายวิชา • Many-to-Many Relationship(M:N) ตัวอย่างเช่น ความสัมพันธ์ระหว่าง Entityนักศึกษา กับ Entity รายวิชา เป็น M:N เพราะ • นักศึกษาแต่ละคนสามารถลงทะเบียนเรียนได้หลายวิชา • วิชาแต่ละวิชามีนักศึกษาลงทะเบียนเรียนได้หลายคน Relationship

41. จดทะเบียน สมรส ควบคุม บุคคล พนักงาน • Unary Relationship คือ ความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นภายใน Entity เดียวกัน Degree of Relationship

42. อยู่ใน วาด ประเภทสินค้า จิตรกร สินค้า ภาพ • Binary Relationship คือ ความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่าง 2 Entity Degree of Relationship

43. อยู่ใน วาด ประเภทสินค้า จิตรกร สินค้า ภาพ

44. บริจาค ผู้บริจาคเงิน นักวิจัย กองทุน/มูลนิธิ • Ternary Relationship คือ ความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่าง 3 Entity Degree of Relationship

45. ตัวอย่างข้อมูลในตาราง Ternary Relationship ตารางผู้บริจาค (Contributor) ตารางกองทุน (Fund) Degree of Relationship

46. ตัวอย่างข้อมูลในตาราง Ternary Relationship ตารางนักวิจัย (Recipients) ตารางการบริจาค (CFR) Degree of Relationship

47. สัญลักษณ์ E-R Model

48. M N รับผิดชอบ Employee Project • ระดับการมีส่วนร่วมใน Relationship มี 2 ชนิดคือ Optional และ Mandatory • Optional (ไม่จำเป็น) Optional ไม่บังคับว่าจะต้องมีความสัมพันธ์ของสมาชิกใน Entity เช่น Employee อาจรับผิดชอบ Project มากกว่า 1 Project หรือไม่รับผิดชอบเลยก็ได้ แต่ Project แต่ละตัวต้องมี Employee รับผิดชอบอย่างน้อย 1 คน Relationship Cardinality

49. Mandatory (จำเป็น) Mandatory บังคับว่าจะต้องมีความสัมพันธ์ระหว่างสมาชิกของ Entity Patient 1 คน จะต้องมี Patient History อย่างน้อย 1 ใบ และ Patient History 1 ใบ จะต้องเป็นของ Patient หนึ่งคนเท่านั้น Relationship Cardinality 1 M มี Patient Patient History