บทที่ 13 แบบจำลองของฐานข้อมูล (Database Modeling)

บทที่ 13
แบบจำลองของฐานข้อมูล (Database Modeling)

แบบจำลองข้อมูล คือ เครื่องมือในเชิงแนวความคิดที่ใช้ในการอธิบายข้อมูล โครงสร้างข้อมูล, ความสัมพันธ์ของข้อมูล, ความหมายของข้อมูล และเงื่อนไขบังคับความสอดคล้องกันของข้อมูล ซึ่งมีองค์ประกอบต่าง ๆ โดยย่อดังนี้ 

-  เอนทิตี (entity) หมายถึง วัตถุ (object) หรือแนวคิดที่สามารถบอกความแตกต่างของแต่ละเอนทิตีได้ กลุ่มของเอนทิตีที่มีคุณสมบัติเหมือนกันจะเรียกว่า เอนทิตีเซต (entity set)

 -  รีเลซันชิพเซต (relationship set) คือ ความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี นอกจากเอนทิตี และรีเลชันชิพแล้ว แบบจำลองอี-อาร์ยังนำเสนอกฎข้อบังคับที่จำเป็นในการสร้างฐานข้อมูล ซึ่งในการนำเสนอนั้น โครงสร้างของฐานข้อมูลทั้งหมดจะถูกแทนด้วยแผนผังอี-อาร์ (E-R diagram) โดยมีสัญลักษณ์ต่าง ๆ ที่ใช้ดังต่อไปนี้

• รูปสี่เหลี่ยม (rectangles) ใช้แทนเอนทิตีเซต (entity set)
• วงรี (elhpses) ใช้แทนแอตทริบิวต์ (attributes)
• รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน (diamonds) ใช้แทนรีเลชันชิพ
• เส้นตรง (line) ใช้แทนการเชื่อมต่อของแอตทริบิวต์กับเอนทิตีเซต และการเชื่อมต่อของเอนทิตีเซตกับรีเลชันชิพ

4.1  แบบจำลองของข้อมูล (Data Model)
เป็นแบบจำลองที่ใช้สำหรับอธิบายถึงโครงสร้าง และความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลภายในฐานข้อมูล โดยทั่วไป ภายในแบบจำลองของข้อมูล จะประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ๆ ดังนี้

1. ส่วนที่ใช้แทนข้อมูลต่าง ๆ ที่ประกอบกันขึ้นเป็นฐานข้อมูล ซึ่งโดยทั่วไปมักจะแทนด้วยรูปสี่เหลี่ยม
2. ส่วนของกฎต่าง ๆ ที่ใช้ควบคุมความถูกต้องของข้อมูลภายในฐานข้อมูล

3. ส่วนของการกระทำต่าง ๆ ที่สามารถใช้งานร่วมกับฐานข้อมูล

แบบจำลองของข้อมูล สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทด้วยกันคือ Conceptual Models และ Implementation Models

4.1.1   Conceptual Models
คือแบบจำลองเชิงแนวคิดที่ใช้พรรณนาลักษณะโดยรวมของข้อมูลทั้งหมดในระบบ โดยนำเสนอในลักษณะแผนภาพซึ่งประกอบด้วยเอนทิตีต่าง ๆ และความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตีในระบบ

4.1.2   Implementation Models
เป็นแบบจำลองที่อธิบายถึงโครงสร้างข้อมูลของฐานข้อมูล (structuring mechanisms) ที่แสดงถึงรูปแบบที่อิงกับระบบการจัดการฐานข้อมูลที่เลือกใช้งาน

4.2  ส่วนประกอบของแบบจำลองข้อมูล
ส่วนประกอบของแบบจำลองข้อมูลสามารถแบ่งออกเป็น 3 ส่วนด้วยกันคือ
4.2.1   ส่วนโครงสร้าง (structural) เป็นส่วนที่ประกอบด้วยกลุ่มสัญลักษณ์รวมทั้งกฎระเบียบที่เห็นพ้องต้องกันเพื่อใช้ในการสร้างฐานข้อมูล
4.2.2   ส่วนปรับปรุง (manipulative) เป็นส่วนที่กำหนดชนิดของการปฏิบัติการต่าง  ๆ กับข้อมูล ซึ่งประกอบด้วย การอัพเดต หรือการเรียกดูข้อมูลจากฐานข้อมูล รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างฐานข้อมูล
ซึ่งนิยมใช้ชุดคำสั่ง SQL ในการจัดการกับข้อมูล
4.2.3   ส่วนกฎความคงสภาพ (a set of integrity rules) เป็นกฎเกณฑ์ที่ใช้ในการควบคุมความถูกต้องของข้อมูล เพื่อให้เกิดความมั่นใจในความถูกต้อง และความแน่นอนของข้อมูลที่บันทึกลงในฐานข้อมูล
วัตถุประสงค์ของแบบจำลองข้อมูล คือการนำเสนอข้อมูลเพื่อให้เกิดความเข้าใจซึ่งกัน โดยสามารถกำหนดความสัมพันธ์ของแบบจำลองข้อมูล ได้ดังนี้

• แบบจำลองข้อมูลภายนอก  (External Data Model) จะนำเสนอการวิวข้อมูลของผู้ใช้งานต่าง ๆ
• แบบจำลองข้อมูลแนวคิด (Conceptual Data Model) จะนำเสนอข้อมูลทางลอจิคัล ที่แสดงถึงความเป็นอิสระกับ DBMS
• แบบจำลองข้อมูลภายใน (Internal Data Model) จะนำโครงร่างแนวคิดที่ได้พรรณนาไว้เพื่อให้ DBMS สามารถจัดเก็บ และการเข้าถึงข้อมูลที่แท้จริงได้

4.3  คุณสมบัติของแบบจำลองข้อมูลที่ดี 
       4.3.1   แบบจำลองข้อมูลที่ดีต้องง่ายต่อความเข้าใจ 
       4.3.2   แบบจำลองข้อมูลที่ดีต้องมีสาระสำคัญ และไม่ซ้ำซ้อน 
       4.3.3   แบบจำลองข้อมูลที่ดีต้องมีความยืดหยุ่น และง่ายต่อการปรับปรุงในอนาคต 

4.4  แบบจำลองฐานข้อมูล (Database Model)
การตัดสินใจเลือกใช้แบบจำลองฐานข้อมูลชนิดใดเป็นสิ่งสำคัญต่อการออกแบบฐานข้อมูล โดยรายละเอียดการจัดการฐานข้อมูล หรือการจัดการคลังข้อมูล และต้องสนับสนุน หรือตั้งอยู่บนพื้นฐานของแบบจำลองฐานข้อมูล ซึ่งมีรายละเอียดต่อไปนี้

       4.4.1   แบบจำลองฐานข้อมูลลำดับชั้น (Hierarchical database model)
เป็นแบบจำลองของฐานข้อมูลที่ใช้อธิบายถึงบานข้อมูล ที่มีโครงสร้างของข้อมูลในแบบลำดับชั้น (Hierarchy) โดยมีจุดประสงค์เริ่มต้นเพื่อต้องการให้เป็นฐานข้อมูลที่สามารถขจัดการซ้ำซ้อนของข้อมูล (Data Redundancy) 

       4.4.2   แบบจำลองฐานข้อมูลเครือข่าย (Network database model)
เป็นแบบจำลองของฐานข้อมูลที่ใช้อธิบายถึงฐานข้อมูลที่มีโครงสร้างของข้อมูลที่จำแนกตามความสัมพันธ์ของข้อมูล ที่ได้รับการพัฒนามาจากฐานข้อมูลที่มีโครงสร้างแบบ Hierarchy

      4.4.3   แบบจำลองฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ (Relational database model)
เป็นฐานข้อมูลที่ก่อให้เกิดการปฏิวัติระบบฐานข้อมูลขึ้น เนื่องจากเป็นโครงสร้างของฐานข้อมูลที่มีการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ทางด้านฐานข้อมูลต่าง ๆ ที่มีจำหน่ายอยู่ในท้องตลาด ตั้งแต่ที่ทำงานอยู่บนเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ตลอดจนเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่อย่างเช่น Mainframe

     4.4.4   แบบจำลองฐานข้อมูลเชิงวัตถุ (Object-Oriented database model)
สิ่งที่สำคัญเกี่ยวกับฐานข้อมูลแบบออบเจกต์ก็คือ ผู้ใช้ไม่มีความจำเป็นต้องรู้เรื่องวิธีการทำงานภายในของแต่ละเมธอด ผู้ใช้สามารถเข้าถึงออบเจกต์ลูกค้า และใช้เมธอดสั่งซื้อสินค้าได้เลย

     4.4.5   แบบจำลองฐานข้อมูลแบบมัลติไดเมนชัน (Multidimensional database model)
แบบจำลองชนิดนี้ใช้งานกับคลังข้อมูล (data warehousing) โดยจะนำเสนอข้อมูลในลักษณะไดเมนชัน ทำให้วิวข้อมูลได้สองทางเพื่อให้สามารถมองเห็นปัญหาในธุรกิจ และสร้างวิธีการแก้ไขปัญหาได้ดี

4.5  ประเภทของความสัมพันธ์ของข้อมูล
สำหรับความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูล สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ลักษณะดังนี้
        4.5.1   ความสัมพันธ์แบบ One – to – One

เป็นความสัมพันธ์ที่แต่ละรายการของข้อมูล “A” มีความสัมพันธ์กับข้อมูล “B” เพียงรายการเดียว เช่น กรณีลูกค้าสามารถมีบัญชีเงินฝากได้เพียงบัญชีเดียว หรือกรณีที่แต่ละบัญชีเงินฝากสามารถมีเจ้าของบัญชีได้เพียงคนเดียว
       4.5.2  ความสัมพันธ์แบบ One-to-many
เป็นความสัมพันธ์ที่แต่รายการของข้อมูล “A” มีความสัมพันธ์กับข้อมูล “B” มากกว่า 1 รายการ เช่น กรณีลูกค้าสามารถมีบัญชีเงินฝากได้มากกว่า 1
       4.5.3   ความสัมพันธ์แบบ Many-to-Many
เป็นความสัมพันธ์ที่แต่ละรายการของข้อมูล “A” มีความสัมพันธ์กับข้อมูล “B” มากกว่า 1 รายการ แต่ในขณะเดียวกันแต่ละรายการของข้อมูล “B” ก็มีความสัมพันธ์กับข้อมูล “A” มากกว่า 1 รายการเช่นเดียวกัน เช่น กรณีลูกค้าสามารถมีบัญชีเงินฝากได้มากกว่า 1 บัญชี และแต่ละบัญชีเงินฝากสามารถมีเจ้าของบัญชีได้มากกว่า 1 คน