NF17
CONCEPTION
DE BASES
DE DONNES
I
Version 10.01 Cours Gnral
STPHANE CROZAT
Paternit - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des
Conditions Initiales l'Identique :
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/fr/
Publi le 11 janvier 2010
TABLE DES MATIRES
Introduction I - Prsentation des bases de donnes
9 11
A. BD et SGBD : vue
d'ensemble...............................................................................................................111.
Qu'est ce qu'une BD
?..................................................................................................................................................11
2. Qu'est ce qu'un SGBD
?...............................................................................................................................................11
3. Pourquoi des SGBD
?..................................................................................................................................................12
4. Caractristiques des
SGBD.........................................................................................................................................13
B. Notions gnrales pour les bases de
donnes........................................................................................131.
Notion de
donnes........................................................................................................................................................14
2. Notion de modle de
donnes......................................................................................................................................14
3. Notion de schma de
donnes......................................................................................................................................15
4. Notion de langage de
donnes.....................................................................................................................................16
5. Notion d'administration de
donnes............................................................................................................................17
C. Les mthodes de conception de bases de
donnes.................................................................................171.
Mthodologie de conception d'une base de
donnes...................................................................................................18
2. La mthode MERISE et le modle
E-A........................................................................................................................19
3. Le langage de modlisation
UML................................................................................................................................19
4. lments pour l'analyse de l'existant et des
besoins....................................................................................................19
5. Le
MCD........................................................................................................................................................................21
6. Le
MLD........................................................................................................................................................................21
D. En rsum : Conception de bases de
donnes.......................................................................................22
II - Le niveau conceptuel
: la modlisation des bases de donnes
23
A. Bases du diagramme de classes
UML...................................................................................................231.
Prsentation
d'UML.....................................................................................................................................................23
2.
Classes.........................................................................................................................................................................24
3.
Attributs.......................................................................................................................................................................24
4.
Mthodes......................................................................................................................................................................25
5.
Associations.................................................................................................................................................................26
6.
Cardinalit...................................................................................................................................................................27
7.
Hritage.......................................................................................................................................................................27
8. Exemple : Des voitures et des
conducteurs..................................................................................................................28
B. Diagramme de classes UML
avanc......................................................................................................291.
Explicitation des
associations......................................................................................................................................29
2. Classe
d'association.....................................................................................................................................................30
3. Associations
ternaires..................................................................................................................................................31
4.
Composition.................................................................................................................................................................31
5. Classes
abstraites........................................................................................................................................................32
6.
Contraintes...................................................................................................................................................................34
7. Contraintes sur les
associations..................................................................................................................................35
8.
Paquetages...................................................................................................................................................................36
C. Le modle
E-A.......................................................................................................................................371.
Le modle E-A en
bref.................................................................................................................................................37
S. Crozat - UTC 2009
3
2.
Entit............................................................................................................................................................................37
3.
Association...................................................................................................................................................................39
4. Cardinalit d'une
association......................................................................................................................................39
5. Modle E-A
tendu.......................................................................................................................................................40
6. Entit de type
faible.....................................................................................................................................................41
7. Illustration d'entits
faibles.........................................................................................................................................41
D. En rsum : Schma
conceptuel............................................................................................................42
E. Bibliographie commente sur la modlisation
UML.............................................................................43
III - Le niveau logique
: la modlisation relationnelle
45
A. Description du modle
relationnel.........................................................................................................451.
Le niveau
logique.........................................................................................................................................................45
2. Le modle
relationnel..................................................................................................................................................46
3.
Domaine.......................................................................................................................................................................46
4. Produit
cartsien..........................................................................................................................................................46
5.
Relation........................................................................................................................................................................47
6. Attribut et
enregistrement............................................................................................................................................47
7. La relation
Vol.............................................................................................................................................................48
8.
Cl................................................................................................................................................................................48
9. Cl
artificielle..............................................................................................................................................................49
10. Lien entre
relations....................................................................................................................................................50
11. clatement des relations pour viter la
redondance.................................................................................................50
12. Cl
trangre.............................................................................................................................................................52
13. Schma
relationnel....................................................................................................................................................52
14. Exemple de schma relationnel simple pour la
gographie......................................................................................53
B. Le passage UML vers
Relationnel.........................................................................................................541.
Transformation des
classes..........................................................................................................................................54
2. Transformation des
associations.................................................................................................................................55
3. Remarques concernant la transformation des associations
1:1..................................................................................55
4. Transformation des attributs et
mthodes...................................................................................................................56
5. Transformation des classes
d'association....................................................................................................................56
6. Transformation des
compositions................................................................................................................................57
7. Transformation de la relation
d'hritage.....................................................................................................................57
8. Transformation de la relation d'hritage par
rfrence..............................................................................................59
9. Transformation de la relation d'hritage par les classes
filles....................................................................................59
10. Transformation de la relation d'hritage par la classe
mre....................................................................................60
11. Exemple de transformation d'une relation
d'hritage...............................................................................................61
12. Hritage et cl
primaire.............................................................................................................................................63
13. Liste des
contraintes..................................................................................................................................................63
14. Correspondance entre UML et
relationnel................................................................................................................63
C. Le passage E-A vers
Relationnel...........................................................................................................641.
Transformation des
entits...........................................................................................................................................64
2. Transformation des
associations.................................................................................................................................64
3. Transformation de la relation
d'hritage.....................................................................................................................65
4. Exemple de passage E-A vers
relationnel....................................................................................................................65
5. Comparaison des modles E-A, UML et
relationnel...................................................................................................66
D. Algbre
relationnelle.............................................................................................................................671.
Concepts
manipulatoires.............................................................................................................................................67
2. Oprateurs
ensemblistes..............................................................................................................................................68
3.
Projection.....................................................................................................................................................................69
4.
Restriction....................................................................................................................................................................69
5.
Produit.........................................................................................................................................................................70
6.
Jointure........................................................................................................................................................................70
7. Jointure
naturelle.........................................................................................................................................................71
8. Jointure
externe...........................................................................................................................................................71
9.
Division........................................................................................................................................................................72
10. Proposition de
notations............................................................................................................................................73
11. Exercice de synthse : Oprateurs de base et
additionnels.......................................................................................73
4
S. Crozat - UTC 2009
E. En rsum : Schma
relationnel.............................................................................................................74
F. Bibliographie commente sur le modle
relationnel..............................................................................74
IV - Le langage SQL
75
A. Qu'appelle-t-on
SQL?............................................................................................................................75
B. Le Langage de Dfinition de Donnes de
SQL.....................................................................................761.
Types de
donnes.........................................................................................................................................................76
2. Cration de
tables........................................................................................................................................................77
3. Contraintes
d'intgrit.................................................................................................................................................78
4. Cration de
vues..........................................................................................................................................................79
5. Suppression
d'objets.....................................................................................................................................................80
6. Modification de
tables.................................................................................................................................................80
7. Exemple de modifications de
tables.............................................................................................................................81
C. Gestion avec le Langage de Manipulation de Donnes de
SQL............................................................821.
Insertion de
donnes....................................................................................................................................................82
2. Mise jour de
donnes................................................................................................................................................83
3. Suppression de
donnes...............................................................................................................................................83
D. Questions avec le Langage de Manipulation de Donnes de
SQL........................................................841.
Slection.......................................................................................................................................................................84
2. Oprateurs de comparaisons et oprateurs
logiques..................................................................................................85
3. Expression du produit
cartsien..................................................................................................................................86
4. Expression d'une
projection.........................................................................................................................................86
5. Expression d'une
restriction........................................................................................................................................86
6. Expression d'une
jointure............................................................................................................................................86
7. Oprateurs
ensemblistes..............................................................................................................................................87
8.
Tri.................................................................................................................................................................................88
9. Fonctions de
calcul......................................................................................................................................................88
10.
Agrgats.....................................................................................................................................................................89
E. Instructions avances pour le LMD de
SQL..........................................................................................901.
Requtes
imbriques....................................................................................................................................................90
2. Sous-requte d'existence
IN.........................................................................................................................................91
3. Sous-requte d'existence
EXISTS.................................................................................................................................92
4. Sous-requte de comparaison
ALL..............................................................................................................................92
5. Sous-requte de comparaison
ANY..............................................................................................................................93
6. Raffinement de questions dans la clause
FROM.........................................................................................................93
F. Le Langage de Contrle de Donnes de
SQL........................................................................................941.
Attribution de
droits.....................................................................................................................................................94
2. Rvocation de
droits....................................................................................................................................................95
G. En rsum :
SQL....................................................................................................................................95
H. Bibliographie commente sur le
SQL....................................................................................................96
V - La thorie de la normalisation relationnelle
97
A. Les dpendances
fonctionnelles............................................................................................................971.
Exercice introductif :
Redondance..............................................................................................................................97
2. Les problmes soulevs par une mauvaise
modlisation.............................................................................................98
3. Principes de la
normalisation......................................................................................................................................99
4. Dpendance
fonctionnelle............................................................................................................................................99
5. Les axiomes
d'Armstrong...........................................................................................................................................100
6. Autres proprits dduites des axiomes
d'Armstrong................................................................................................100
7. DF
lmentaire..........................................................................................................................................................101
8. Notion de fermeture transitive des
DFE....................................................................................................................101
9. Notion de couverture minimale des
DFE...................................................................................................................101
10. Notion de graphe des
DFE......................................................................................................................................102
11. Dfinition formelle d'une
cl....................................................................................................................................102
B. Les formes
normales............................................................................................................................1031.
Principe de la
dcomposition.....................................................................................................................................103
2. Formes
normales.......................................................................................................................................................103
S. Crozat - UTC 2009
5
3. Premire forme
normale............................................................................................................................................104
4. Deuxime forme
normale...........................................................................................................................................104
5. Troisime forme
normale...........................................................................................................................................105
6. Forme normale de
Boyce-Codd.................................................................................................................................106
C. Bibliographie commente sur la
normalisation...................................................................................107
VI - Le relationnel-objet
109
A. Introduction : R, OO,
RO....................................................................................................................1091.
Les atouts du modle
relationnel...............................................................................................................................109
2. Les inconvnients du modle
relationnel...................................................................................................................109
3. Les
SGBDOO.............................................................................................................................................................110
4. Les
SGBDRO.............................................................................................................................................................111
B. Le modle
relationnel-objet.................................................................................................................1111.
Les
SGBDRO.............................................................................................................................................................111
2. Le modle
imbriqu...................................................................................................................................................111
3. Les types
utilisateurs..................................................................................................................................................112
4. Les
collections............................................................................................................................................................113
5. Comparaison relationnel et
relationnel-objet...........................................................................................................113
6. Tables
d'objets...........................................................................................................................................................114
7. Hritage et rutilisation de
types...............................................................................................................................114
8. Identification d'objets et
rfrences...........................................................................................................................115
C. Le passage conceptuel vers
relationnel-objet......................................................................................1161.
Classe.........................................................................................................................................................................116
2.
Attributs.....................................................................................................................................................................116
3. Association
1:N..........................................................................................................................................................117
4. Association
N:M.........................................................................................................................................................117
5.
Hritage.....................................................................................................................................................................117
D. SQL3 (implmentation Oracle
9i).......................................................................................................1171.
Les nouveaux types de
donnes.................................................................................................................................117
2. Les types de donnes
abstraits...................................................................................................................................117
3. Mthodes et
SELF......................................................................................................................................................118
4. Nested
tables..............................................................................................................................................................119
5. Tables
d'objets...........................................................................................................................................................119
6. Insertion
d'objets........................................................................................................................................................120
7. Insertion de collections partir de requtes
SELECT..............................................................................................120
8. Slection dans des
objets...........................................................................................................................................121
9. Slection dans des tables
imbriques.........................................................................................................................122
10. Manipulation
d'OID.................................................................................................................................................123
E. Exemples
RO.......................................................................................................................................1241.
Exemple : Gestion de
cours.......................................................................................................................................124
2. Exemple : Gestion de cours simplifie (version avec
OID).......................................................................................127
F. En rsum : Le
relationnel-objet..........................................................................................................129
G. Bibliographie commente sur le
relationnel-objet...............................................................................129
VII - La gestion des transactions
131
A. Problmatique des pannes et de la
concurrence..................................................................................131
B.
Transactions.........................................................................................................................................1321.
Notion de
transaction.................................................................................................................................................132
2. Droulement d'une
transaction..................................................................................................................................132
3. Proprits ACID d'une
transaction...........................................................................................................................132
4. Transactions en
SQL..................................................................................................................................................133
5. Exemple de transaction sous
Oracle..........................................................................................................................133
6. Exemple de transaction sous
Access..........................................................................................................................134
7. Journal des
transactions............................................................................................................................................134
C. Fiabilit et
transactions........................................................................................................................1351.
Les
pannes..................................................................................................................................................................135
2. Point de
contrle........................................................................................................................................................135
6
S. Crozat - UTC 2009
3. Reprise aprs
panne...................................................................................................................................................136
4. Algorithme de reprise
UNDO-REDO........................................................................................................................137
5. Ecriture en avant du
journal......................................................................................................................................138
D. Concurrence et
transactions.................................................................................................................1391.
Trois problmes soulevs par la
concurrence...........................................................................................................139
2. Le
verrouillage...........................................................................................................................................................141
3. Le
dverrouillage.......................................................................................................................................................142
4. Protocole d'accs aux
donnes..................................................................................................................................142
5. Solution aux trois problmes soulevs par la
concurrence.......................................................................................143
6.
Inter-blocage..............................................................................................................................................................144
E. En rsum : Les
transactions................................................................................................................145
F. Bibliographie commente sur les
transactions.....................................................................................145
VIII - L'optimisation du schma interne
147
A. Introduction l'optimisation des
BD...................................................................................................1471.
Schma interne et performances des
applications.....................................................................................................147
2. valuation des besoins de
performance....................................................................................................................148
3.
Indexation..................................................................................................................................................................149
4.
Dnormalisation........................................................................................................................................................149
5. Groupement de
tables................................................................................................................................................150
6. Partitionnement de
table............................................................................................................................................151
7. Vues
concrtes...........................................................................................................................................................151
B. En rsum :
L'optimisation..................................................................................................................152
C. Bibliographie commente sur
l'optimisation.......................................................................................152
IX - Ouvrage de rfrence conseill Questions de synthse Solution
des exercices de TD Glossaire Signification des abrviations
Bibliographie Index
153 155 173 175 177 179 181
S. Crozat - UTC 2009
7
INTRODUCTION
Les BD sont nes vers la fin des annes 1960 pour combler les
limites des systmes de fichiers. Les BD relationnelles, issues de
la recherche de Codd, sont celles qui ont connu le plus grand essor
depuis plus de 20 ans, et qui reste encore aujourd'hui les plus
utilises. Le langage SQL est une couche technologique, idalement
indpendante des implmentations des SGBDR, qui permet de crer et
manipuler des BD relationnelles. Les usages de BD se sont
aujourd'hui gnraliss pour entrer dans tous les secteurs de
l'entreprise, depuis les "petites" BD utilises par quelques
personnes dans un service pour des besoins de gestion de donnes
locales, jusqu'aux "grosses" BD qui grent de faon centralise des
donnes partages par tous les acteurs de l'entreprise. Paralllement
l'accroissement de l'utilisation du numrique comme outil de
manipulation de toutes donnes (bureautique, informatique
applicative, etc.) et comme outil d'extension des moyens de
communication (rseaux) d'une part et les volutions technologiques
(puissance des PC, Internet, etc.) d'autre part ont la fois rendu
indispensable et complexifi la problmatique des BD. Les consquences
de cette gnralisation et de cette diversification des usages se
retrouvent dans l'mergence de solutions conceptuelles et
technologiques nouvelles et sans cesse renouveles.
S. Crozat - UTC 2009
9
I -
PRSENTATION DES BASES DEBD et SGBD : vue d'ensemble Notions
gnrales pour les bases de donnes Les mthodes de conception de bases
de donnes En rsum : Conception de bases de donnes
DONNES
I11 14 19 24
Les BD ont t cres pour faciliter la gestion qualitative et
quantitative des donnes informatiques. Les SGBD sont des
applications informatiques permettant de crer et de grer des BD
(comme Oracle ou MySQL par exemple). Les BD relationnelles sont les
plus rpandues et l'on utilise des SGBDR pour les implmenter. Le
langage SQL est le langage commun tous les SGBDR, ce qui permet de
concevoir des BD relativement indpendamment des systmes
utiliss.
A. BD et SGBD : vue d'ensembleObjectifsComprendre l'intrt des
BD. Comprendre ce qu'est un SGBD.
1. Qu'est ce qu'une BD ?Dfinition : Base de donnesUne BD est un
ensemble volumineux, structur et minimalement redondant de donnes,
relies entre elles, stockes sur supports numriques centraliss ou
distribus, servant pour les besoins d'une ou plusieurs
applications, interrogeables et modifiables par un ou plusieurs
utilisateurs travaillant potentiellement en parallle.
Exemple : Compagnie arienneUne BD de gestion de l'activit d'une
compagnie arienne concernant les voyageurs, les vols, les avions,
le personnel, les rservations, etc. Une telle BD pourrait permettre
la gestion des rservations, des disponibilits des avions en
fonction des vols effectuer, des affectation des personnels
volants, etc.
2. Qu'est ce qu'un SGBD ?Dfinition : Systme de Gestion de Bases
de DonnesUn SGBD est un logiciel qui prend en charge la
structuration, le stockage, la mise jour et laS. Crozat - UTC
2009
11
Prsentation des bases de donnes
maintenance d'une base de donnes. Il est l'unique interface
entre les informaticiens et les donnes (dfinition des schmas,
programmation des applications), ainsi qu'entre les utilisateurs et
les donnes (consultation et mise jour).
Exemple : Exemples de SGBD
Oracle est un SGBD relationnel (et Relationnel-Objet dans ses
dernires versions) trs reconnu pour les applications
professionnelles. MySQL est un SGBD relationnel libre (licence GPL
et commerciale), simple d'accs et trs utilis pour la ralisation de
sites Web dynamiques. Depuis la version 4 MySQL implmente la
plupart des fonctions attendues d'un SGBD relationnel. PosgreSQL
est un SGBD relationnel et relationnel-objet trs puissant qui offre
une alternative open-source aux solutions commerciales comme Oracle
ou IBM. Access est un SGBD relationnel Microsoft, qui offre une
interface conviviale permettant de concevoir rapidement des
applications de petite envergure ou de raliser des prototypes
moindre frais.
3. Pourquoi des SGBD ?a) Jadis...Avant l'avnement des SGBD,
chaque application informatique dans l'entreprise impliquait sa
propre quipe de dveloppement, ses propres supports physiques, ses
propres fichiers, ses propres normes, ses propres langages,
etc.
b) Consquences...L'existence conjointe et croissante de ces
applications indpendantes a des effets ngatifs, tels que : La
multiplication des tches de saisie, de dveloppement et de support
informatique La redondance anarchique des informations dans les
fichiers L'incohrence des versions simultanes de fichiers La
non-portabilit des traitements en raison des diffrences dans les
formats et langages. La multiplication des cots de dveloppement et
de maintenance des applications.
c) Problmes...Les consquences prcdemment cites se rpercutent sur
l'entreprise en gnrant des problmes humains et matriels. Cots en
personnels qualifis et en formations Remise des pouvoirs de dcision
entre les mains de spcialistes informatiques Tout changement
matriel ou logiciel a un impact sur les applications Tout
changement de la structure des donnes ncessite de modifier les
programmes
d) Or...En ralit les applications ne sont jamais totalement
disjointes, des donnes similaires (le coeur de l'information
d'entreprise) sont toujours la base des traitements. On peut citer
typiquement : Les donnes comptables Les donnes clients et
fournisseurs Les donnes relatives la gestion des stocks Les donnes
relatives aux livraisons Les donnes marketting et commercialesS.
Crozat - UTC 2009
12
Prsentation des bases de donnes
Les donnes relatives au personnel etc.
4. Caractristiques des SGBDLa conception d'un systme
d'information pour tre rationnelle l'chelle d'une entreprise se
doit d'adopter un certain nombre de principes, tels que : Une
description des donnes indpendante des traitements Une maintenance
de la cohrence de donnes Le recours des langages non procduraux,
interactifs et structurants Dans ce cadre les SGBD se fixent les
objectifs suivants : Indpendance physique des donnes Le changement
des modalits de stockage de l'information (optimisation,
rorganisation, segmentation, etc.) n'implique pas de changements
des programmes. Indpendance logique des donnes L'volution de la
structure d'une partie des donnes n'influe pas sur l'ensemble des
donnes. Manipulation des donnes par des non-informaticiens
L'utilisateur n'a pas savoir comment l'information est stocke et
calcule par la machine, mais juste pouvoir la rechercher et la
mettre jour travers des IHM ou des langages assertionnels simples.
Administration facilite des donnes Le SGBD fournit un ensemble
d'outils (dictionnaire de donnes, audit, tuning, statistiques,
etc.) pour amliorer les performance et optimiser les stockages.
Optimisation de l'accs aux donnes Les temps de rponse et de dbits
globaux sont optimiss en fonctions des questions poses la BD.
Contrle de cohrence (intgrit smantique) des donnes Le SGBD doit
assurer tout instant que les donnes respectent les rgles d'intgrit
qui leurs sont imposes. Partageabilit des donnes Les donnes sont
simultanment consultables et modifiables. Scurit des donnes La
confidentialit des donnes est assure par des systmes
d'authentification, de droits d'accs, de cryptage des mots de
passe, etc. Sret des donnes La persistance des donnes, mme en cas
de panne, est assure, grce typiquement des sauvegardes et des
journaux qui gardent une trace persistante des oprations
effectues.
B. Notions gnrales pour les bases de donnesObjectifsConnatre les
diffrences entre modle conceptuel, modle logique et implmentation
physique. Comprendre l'importance de la modlisation
conceptuelle.
S. Crozat - UTC 2009
13
Prsentation des bases de donnes
1. Notion de donnesDfinition : DonnesElment effectif, rel,
correspondant une type de donnes. Synonymes : Occurence,
Instance
Exemple : Donnes
L'entier 486 Le vhicule (460HP59, Renault, Megane, Jaune)
Dfinition : Type de donnesEnsemble d'objets qui possdent des
caractristiques similaires et manipulables par des oprations
identiques. Synonymes : Classe
Exemple : Type de donnes
Entier = { 0, 1, 2, ... , N } Vhicule = (immatriculation,
marque, type, couleur)
2. Notion de modle de donnesDfinition : Modle de donnesEnsemble
de concepts et de rgles de composition de ces concepts permettant
de dcrire des donnes (cf. Bases de donnes : objet et relationnel
[Gardarin99]). Un modle est souvent reprsent au moyen d'un
formalisme graphique permettant de dcrire les donnes (ou plus
prcisment les types de donnes) et les relations entre les donnes.
On distingue trois niveaux de modlisation pour les bases de donnes
: Le modle conceptuel Il permet de dcrire le rel selon une approche
ontologique, sans prendre en compte les contraintes techniques. Le
modle logique Il permet de dcrire une solution, en prenant une
orientation informatique gnrale (type de SGBD typiquement), mais
indpendamment de choix d'implmentation prcis. Le modle physique Il
correspond aux choix techniques, en terme de SGBD choisi et de sa
mise en uvre (programmation, optimisation, etc.).
Exemple : Exemple de formalisme de modlisation conceptuelle
Le modle Entit-Association (cf. The entity-Relationsheep Model -
Towards a Unified View of Data [Chen76]) a t le plus rpendu dans le
cadre de la conception de bases de donnes. Le modle UML, qui se
gnralise pour la conception en informatique, se fonde sur une
approche objet.
Exemple : Exemple de formalisme de modlisation logique
Le modle relationnel est le modle dominant. Le modle
relationnel-objet (adaptation des modles relationnel et objet au
cadre des SGBD) est actuellement en pleine croissance. Le modle
objet "pur" reste majoritairement au stade exprimental et de la
recherche.
14
S. Crozat - UTC 2009
Prsentation des bases de donnes
Des modles plus anciens (hirarchique, rseau, etc.) ne sont plus
gure utiliss aujourd'hui.
3. Notion de schma de donnesDfinition : Schma de
donnesDescription, au moyen d'un langage formel, d'un ensemble de
donnes dans le contexte d'une BD. Un schma permet de dcrire la
structure d'une base de donnes, en dcrivant l'ensemble des types de
donnes de la base. L'occurence d'une base de donnes est constitue
de l'ensemble des donnes correspondant aux types du schma de la
base.
Exemple : Schma de base de donnesEtudiant (NumEtud, nom, ville)
Module(NumMod, titre) Inscription(NumEtud, NumMod, date)
Exemple : Instance de base de donnesEtudiant (172, 'Dupont',
'Lille') Etudiant (173, 'Durand', 'Paris') Etudiant (174, 'Martin',
'Orlans') Module(1, 'SGBD') Module(1, 'Systmes d'exploitation')
Inscription(172, 1, 2002) Inscription(172, 2, 2002)
Inscription(173, 1, 2001) Inscription(174, 2, 2002) On distingue
trois niveaux d'abstraction de schmas : Le niveau conceptuel Il
permet de dcrire les entits et les associations du monde rel. Il
s'agit du schma global de la base de donnes, il en propose une vue
canonique. Le niveau conceptuel correspond au modle conceptuel. Le
niveau externe Il permet de dcrire les entits et les associations
du monde rel, mais vues d'un utilisateur ou d'un groupe
d'utilisateurs particuliers (on parle d'ailleurs galement de "vue"
pour un shma externe). Il s'agit d'une restriction du schma
conceptuel oriente vers un usage prcis. Il existe gnralement
plusieurs schmas externes pour un mme schma conceptuel. Le niveau
externe correspond un sous ensemble du modle conceptuel restreint
aux points de vue de certains utilisateurs. Le niveau interne Il
correspond l'implmentation physique des entits et associations dans
les fichiers de la base. Le niveau interne correspond aux modles
logiques et physiques.
Remarque : ANSI/X3/SPARCLes trois niveaux, conceptuel, externe
et interne, sont les trois niveaux distingus par le groupe de
normalisation ANSI/X3/SPARC en 1975.
S. Crozat - UTC 2009
15
Prsentation des bases de donnes
Les trois niveaux de schma selon ANSI/X3/SPARC
4. Notion de langage de donnesDfinition : Langage de
donnesLangage informatique permettant de dcrire et de manipuler les
schmas d'une BD d'une une manire assimilable par la machine.
Synonymes : Langage orient donnes
Exemple : SQLSQL est le langage orient donnes consacr aux SGBD
relationnels et relationnels-objet. Un langage de donnes peut tre
dcompos en trois sous langages : Le Langage de Dfinition de Donnes
Le LDD permet d'implmenter le schma conceptuel (notion de table en
SQL) et les schmas externes (notion de vue en SQL). Le Langage de
Contrle de Donnes Le LCD permet d'implmenter les droits que les
utilisateurs ont sur les donnes et participe donc la dfinition des
schmas externes. Le Langage de Manipulation de Donnes Le LMD permet
l'interrogation et la mise jour des donnes. C'est la partie du
langageS. Crozat - UTC 2009
16
Prsentation des bases de donnes
indispensable pour exploiter la BD et raliser les
applications.
Exemple : Dfinition de donnes en SQLCREATE TABLE Etudiant (
NumEtu : integer, Nom : string, Ville : string) Cette instruction
permet de crer une relation "Etudiant" comportant les proprits
"NumEtu", "Nom" et "Ville".
Exemple : Contrle de donnes en SQLGRANT ALL PRIVILEGES ON
Etudiant FOR 'Utilisateur' Cette instruction permet de donner tous
les droits l'utilisateur "Utilisateur" sur la relation
"Etudiant".
Exemple : Manipulation de donnes en SQLSELECT Nom FROM Etudiant
WHERE Ville = 'Compigne' Cette instruction permet de rechercher les
noms de tous les tudiants habitant la ville de Compigne.
5. Notion d'administration de donnesDfinition :
AdministrateurPersonne ou groupe de personnes responsables de la
dfinition des diffrents niveaux de schma. On distingue un type
d'administrateur par niveau de schma : L'administrateur entreprise
est en charge de la gestion du schma conceptuel et des rgles de
contrle des donnes. L'administrateur de donnes est en charge de la
gestion des schmas externes et de leur correspondance avec le schma
conceptuel. L'administrateur base de donnes est en charge de la
gestion du schma interne et de sa correspondance avec le schma
conceptuel.
Dfinition : Dictionnaire des donnesLe dictionnaire de donnes
d'un SGBD contient les informations relatives aux schmas et aux
droits de toutes les bases de donnes existantes au sein de ce SGBD.
Il s'agit d'un outil fondamental pour les administrateurs. Les
dictionnaires de donnes sont gnralement implments sous la forme
d'une base de donnes particulire du SGBD, ce qui permet de grer les
donnes relatives aux bases de donnes de la mme faon que les autres
donnes de l'entreprise (i.e. dans une base de donnes). Synonymes :
Catalogue des donnes, Mtabase
C. Les mthodes de conception de bases de donnesObjectifsConnatre
la mthodologie de conception d'une BD.
S. Crozat - UTC 2009
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Prsentation des bases de donnes
1. Mthodologie de conception d'une base de donnesMthode : tapes
de la conception d'une base de donnes1. Analyse de la situation
existante et des besoins 2. Cration d'une srie de modles
conceptuels (canonique et vues externes) qui permettent de
reprsenter tous les aspects importants du problme 3. Traduction des
modles conceptuels en modle logique et optimisation (normalisation)
de ce modle logique 4. Implmentation d'une base de donnes dans un
SGBD, partir du modle logique
Processus de conception d'une base de donnes
Conseil : L'importance de l'tape d'analyseLa premire tape de la
conception repose sur l'analyse de l'existant et des besoins. De la
qualit de la ralisation de cette premire tape dpendra ensuite la
pertinence de la base de donnes par rapports aux usages. Cette
premire tape est donc essentielle et doit tre mene avec soins. Si
la premire tape est fondamentale dans le processus de conception,
elle est aussi la plus dlicate. En effet, tandis que des
formalismes puissants existent pour la modlisation conceptuelle
puis pour la modlisation logique, la perception de l'existant et
des besoins reste une tape qui repose essentiellement sur
l'expertise d'analyse de l'ingnieur.
Conseil : L'importance de l'tape de modlisation
conceptuelleEtant donne une analyse des besoins correctement
ralise, la seconde tape consiste la traduire selon un modle
conceptuel. Le modle conceptuel tant formel, il va permettre de
passer d'une spcification en langage naturel, et donc soumise
interprtation, une spcification non ambige. Le recours aux
formalismes de modlisation tels que E-A ou UML est donc une aide
fondamentale pour parvenir une reprsentation qui ne sera plus lie
l'interprtation du lecteur. La traduction d'un cahier des charges
spcifiant l'existant et les besoins en modle conceptuel reste
nanmoins une tape dlicate, qui va conditionner ensuite l'ensemble
de l'implmentation informatique. En effet les tape suivantes sont
plus mcaniques, dans la mesure o un modle logique est dduit de faon
systmatique du modle conceptuel et que l'implmentation logicielle
est galement ralise par traduction directe du modle logique.
Remarque : Les tapes de traduction logique et d'implmentationDes
logiciels spcialiss (Sybase PowerDesigner [w_sybase] pour la
modlisation E-A ou Objecteering software [w_objecteering] pour la
modlisation UML) sont capables partir d'un modleS. Crozat - UTC
2009
18
Prsentation des bases de donnes
conceptuel d'appliquer des algorithmes de traduction qui
permettent d'obtenir directement le modle logique, puis les
instructions pour la cration de la base de donnes dans un langage
orient donnes tel que SQL. L'existence de tels algorithmes de
traduction montre que les tapes de traduction logique et
d'implmentation sont moins complexes que les prcdentes, car plus
systmatiques. Nanmoins ces tapes exigent tout de mme des comptences
techniques pour optimiser les modles logiques (normalisation), puis
les implmentations en fonction d'un contexte de mise en oeuvre
matriel, logiciel et humain.
2. La mthode MERISE et le modle E-AMERISE est une mthode
d'analyse informatique particulirement adapte la conception de
bases de donnes.
L'analyse selon MERISE La mthode MERISE a pour fondement le
modle E-A, qui a fait son succs. Les principales caractristiques du
modle E-A sont : Une reprsentation graphique simple et naturelle
Une puissance d'expression leve pour un nombre de symboles
raisonnables Une lecture accessible tous et donc un bon outil de
dialogue entre les acteurs techniques et non techniques Une
formalisation non ambige et donc un bon outil de spcification
dtaille
3. Le langage de modlisation UMLUML est un autre langage de
modlisation, plus rcent et couvrant un spectre plus large que les
bases de donnes. En tant que standard de l'OMG et en tant que outil
trs utilis pour la programmation oriente objet, il est amen
supplanter petit petit la modlisation E-A.
4. lments pour l'analyse de l'existant et des besoins
S. Crozat - UTC 2009
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Prsentation des bases de donnes
La phase d'analyse de l'existant et des besoins est une phase
essentielle et complexe. Elle doit aboutir des spcifications
gnrales qui dcrivent en langage naturel les donnes manipules, et
les traitements effectuer sur ces donnes. On se propose de donner
une liste non exhaustive d'actions mener pour rdiger de telles
spcifications.
Mthode : L'analyse de documents existantsLa conception d'une
base de donnes s'inscrit gnralement au sein d'usages existants. Ces
usages sont gnralement, au moins en partie, instruments travers des
documents lectroniques ou non (papier typiquement). Il est
fondamental d'analyser ces documents et de recenser les donnes
qu'ils manipulent.
Exemple : Exemples de document existants
Fichiers papiers de stockage des donnes (personnel, produits,
etc.) Formulaires papiers d'enregistrement des donnes (fiche
d'identification d'un salari, fiche de description d'un produit,
bon de commande, etc.) Documents lectroniques de type traitement de
texte (lettres, mailing, procdures, etc.) Documents lectroniques de
type tableurs (bilans, statistiques, calculs, etc.) Bases de donnes
existantes, remplacer ou avec lesquelles s'accorder (gestion des
salaires, de la production, etc.) Intranet d'entreprise
(information, tlchargement de documents, etc.) etc.
Mthode : Le recueil d'expertise mtierLes donnes que la base va
devoir manipuler sont toujours relatives aux mtiers de
l'entreprise, et il existe des experts qui pratiquent ces mtiers.
Le dialogue avec ces experts est une source importante
d'informations. Il permet galement de fixer la terminologie du
domaine.
Exemple : Exemples d'experts consulter
Praticiens (secrtaires, ouvrier, contrleurs, etc.) Cadres
(responsables de service, contre-matres, etc.) Experts externes
(clients, fournisseurs, etc.) etc.
Mthode : Le dialogue avec les usagersLa base de donnes concerne
des utilisateurs cibles, c'est dire ceux qui produiront et
consommeront effectivement les donnes de la base. Il est ncessaire
de dialoguer avec ces utilisateurs, qui sont les dtenteurs des
connaissances relatives aux besoins rels, lis leur ralit actuelle
(aspects de l'organisation fonctionnant correctement ou dfaillants)
et la ralit souhaite (volutions, lacunes, etc.).
Exemple : Exemples d'utilisateurs
Personnes qui vont effectuer les saisies d'information ( partir
de quelles sources ? Quelle est leur responsabilit ? etc.)
Personnes qui vont consulter les informations saisies (pour quel
usage ? pour quel destinataire ? etc.) Personnes qui vont mettre
jour les informations (pour quelles raisons ? comment le processus
est enclench ? etc.) etc.
Mthode : L'tude des autres systmes informatiques existantsla
base de donnes va gnralement (et en fait quasi systmatiquement
aujourd'hui) s'insrer parmi un ensemble d'autres logiciels
informatiques travaillant sur les donnes de l'entreprise. Il est
important
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S. Crozat - UTC 2009
Prsentation des bases de donnes
d'analyser ces systmes, afin de mieux comprendre les mcanismes
existants, leurs forces et leurs lacunes, et de prparer
l'intgration de la base avec ces autres systmes. Une partie de ces
systmes seront d'ailleurs souvent galement des utilisateurs de la
base de donnes, tandis que la base de donnes sera elle mme
utilisatrice d'autre systmes.
Exemple : Exemples d'autres systmes coexistants
Autres bases de donnes (les donnes sont elle disjointes ou
partiellement communes avec celles de la base concevoir ? quelles
sont les technologies logicielles sur lesquelles reposent ces BD ?
etc.) Systmes de fichiers classiques (certains fichiers ont-ils
vocations tre supplants par la base ? tre gnrs par la base ?
alimenter la base ? etc.) Applications (ces applications ont elles
besoins de donnes de la base ? peuvent-elles lui en fournir ? etc.)
etc.
5. Le MCDDfinition : MCDLe MCD est l'lment le plus connu de
MERISE et certainement le plus utile. Il permet d'tablir une
reprsentation claire des donnes du SI et dfinit les dpendances des
donnes entre elles.
ExempleLe modle E-A est un formalisme de MCD, le diagramme de
classe UML en est un autre.
RemarqueUn MCD est indpendant de l'tat de l'art technologique. A
ce titre il peut donc tre mis en oeuvre dans n'importe quel
environnement logiciel et matriel, et il devra tre traduit pour
mener une implmentation effective.
6. Le MLDIntroductionOn ne sait pas implmenter directement un
modle conceptuel de donnes dans une machine et il existe diffrentes
sortes de SGBD qui ont chacun leur propre modle : SGF (qui ne sont
pas vraiment des SGBD), SGBD hirarchiques (organiss selon une
arborescence), SGBD rseau (encore appels CODASYL), SGBDR, SGBDOO,
SGBDRO, etc.
Dfinition : MLDUn MLD est une reprsentation du systme tel qu'il
sera implment dans un ordinateur.
ExempleLe modle relationnel est un formalisme de MLD.
RemarqueIl ne faut pas confondre le MLD (relationnel par
exemple) avec le MCD (E-A par exemple). Il ne faut pas confondre le
MLD avec son implmentation logicielle en machine (avec Oracle par
exemple)
S. Crozat - UTC 2009
21
Prsentation des bases de donnes
D. En rsum : Conception de bases de donnesConception
Modle Conceptuel Schma conceptuel canonique et schmas externes
Exemples E-A UML Modle Logique Schma interne indpendant d'un SGBD
Exemples Relationnel Objet Relationnel-Objet Rseau Hirarchique
Modle Physique Schma interne pour un SGBD particulier Exemples
Oracle MySQL PostgreSQL DB2 Access SQLServer
* * *
Les SGBD assurent la gestion efficace et structure des donnes
partages. Leur conception repose sur une approche trois niveaux :
conceptuel et externe, logique, physique.
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S. Crozat - UTC 2009
II -
LE NIVEAU CONCEPTUEL : LABases du diagramme de classes UML
Diagramme de classes UML avanc Le modle E-A En rsum : Schma
conceptuel Bibliographie commente sur la modlisation UML
MODLISATION DES BASES DE DONNES
II27 36 46 52 52
La modlisation est l'tape fondatrice du processus de conception
de BD. Elle consiste abstraire le problme rel pos pour en faire une
reformulation qui trouvera une solution dans le cadre technologique
d'un SGBD. Aprs avoir rappel succinctement les fondements et
objectifs des SGBD, ce chapitre proposera les outils mthodologiques
ncessaires la modlisation, travers les formalismes E-A et UML.
A. Bases du diagramme de classes UMLObjectifsSavoir-faire un
modle conceptuel. Savoir interprter un modle conceptuel.
Si le modle dominant en conception de bases de donnes a
longtemps t le modle E-A, le modle UML se gnralise de plus en plus.
Nous ne donnons ici qu'une introduction au diagramme de classes
(parmi l'ensemble des outils d'UML), limit aux aspects
particulirement utiliss en modlisation de bases de donnes.
1. Prsentation d'UMLUML est un langage de reprsentation destin
en particulier la modlisation objet. UML est devenu une norme OMG
en 1997. UML propose un formalisme qui impose de "penser objet" et
permet de rester indpendant d'un langage de programmation donn.
Pour ce faire, UML normalise les concepts de l'objet (numration et
dfinition exhaustive des concepts) ainsi que leur notation
graphique. Il peut donc tre utilis comme un moyen de communication
entre les tapes de spcification conceptuelle et les tapes de
spcifications techniques. Dans le domaine des bases de donnes, UML
peut tre utilis la place du modle E-A pour modliser le domaine. De
la mme faon, un schma conceptuel UML peut alors tre traduit en
schma logique
S. Crozat - UTC 2009
23
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
(relationnel ou relationnel-objet typiquement).
2. ClassesDfinition : ClasseUne classe est un type abstrait
caractris par des proprits (attributs et mthodes) communes un
ensemble d'objets et permettant de crer des instances de ces
objets, ayant ces proprits.
Syntaxe
Reprsentation UML d'une classe
Exemple : La classe Voiture
Exemple de classe reprsente en UML
Exemple : Une instance de la classe VoitureL'objet V1 est une
instance de la classe Voiture. V1 : Voiture Marque : 'Citron' Type
: 'ZX' Portes : 5 Puissance : 6 Kilomtrage : 300000
Remarque : ClLe reprage des cls n'est pas systmatique en UML (la
dfinition des cls se fera alors au niveau logique). On conseillera
nanmoins de les reprsenter (en les soulignant dans le dessin). On
vitera par contre d'ajouter des cls artificielles lorsqu'aucune cl
n'est vidente.
RemarqueLa modlisation sous forme de diagramme de classes est
une modlisation statique, qui met en exergue la structure d'un
modle, mais ne rend pas compte de son volution temporelle. UML
propose d'autres types de diagrammes pour traiter, notamment, de
ces aspects.
3. AttributsS. Crozat - UTC 2009
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Dfinition : AttributUn attribut est une information lmentaire
qui caractrise une classe et dont la valeur dpend de l'objet
instanci.
Remarque
Un attribut est typ : Le domaine des valeurs que peut prendre
l'attribut est fix a priori. Un attribut peut tre multivalu : Il
peut prendre plusieurs valeurs distinctes dans son domaine. Un
attribut peut tre driv : Sa valeur alors est une fonction sur
d'autres attributs de la classe (il peut donc aussi tre reprsent
comme une mthode, et c'est en gnral prfrable). Un attribut peut tre
compos : Il joue alors le rle d'un groupe d'attributs (par exemple
une adresse peut tre un attribut compos des attributs numro, type
de voie, nom de la voie). Cette notion renvoie la notion de
variable de type Record dans les langages de programmation
classiques.
Syntaxeattribut:type
attribut_multivalu[nbMinValeurs..nbMaxValeurs]:type
/attribut_driv:type attribut_compos - sous-attribut1:type -
sous-attribut2:type - ...
Exemple : La classe Personne
Reprsentation d'attributs en UML Dans cet exemple, les attributs
Nom, Prnom sont de type string, l'un de 20 caractres et l'autre de
10, tandis que DateNaissance est de type date et Age de type
integer. Prnom est un attribut multivalu, ici une personne peut
avoir de 1 3 prnoms. Age est un attribut driv, il peut tre calcul
par une fonction sur DateNaissance.
4. MthodesDfinition : MthodeUne mthode (ou opration) est une
fonction associe une classe d'objet qui permet d'agir sur les
objets de la classe ou qui permet ces objets de renvoyer des
valeurs (calcules en fonction de paramtres).
S. Crozat - UTC 2009
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Syntaxemethode(paramtres):type
Remarque : Mthodes et modlisation de BDPour la modlisation des
bases de donnes, les mthodes sont surtout utilises pour reprsenter
des donnes calcules ( l'instar des attributs drives) ou pour mettre
en exergue des fonctions importantes du systme cible. Seules les
mthodes les plus importantes sont reprsentes, l'approche est moins
systmatique qu'en modlisation objet par exemple.
Remarque : Mthodes, relationnel, relationnel-objetLors de la
transformation du modle conceptuel UML en modle logique
relationnel, les mthodes ne seront pas implmentes. Leur reprage au
niveau conceptuel sert donc surtout d'aide-mmoire pour
l'implmentation au niveau applicatif. Au contraire, un modle
logique relationnel-objet permettra l'implmentation de mthodes
associes des tables. Leur reprage au niveau conceptuel est donc
encore plus important.
5. AssociationsDfinition : AssociationUne association est une
relation logique entre deux classes (association binaire) ou plus
(association naire) qui dfinit un ensemble de liens entre les
objets de ces classes. Une association est nomme, gnralement par un
verbe. Une association peut avoir des proprits ( l'instar d'une
classe). Une association dfinit le nombre minimum et maximum
d'instances autorise dans la relation (on parle de cardinalit).
Syntaxe
Notation de l'association en UML
RemarqueUne association est gnralement bidirectionnelle (c'est
dire qu'elle peut se lire dans les deux sens). Les associations qui
ne respectent pas cette proprit sont dites unidirectionnelles ou
navigation restreinte.
Exemple : L'association Conduit
Reprsentation d'association en UML L'association Conduit entre
les classes Conducteur et Voiture exprime que les conducteurs
conduisent des voitures.
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
6. CardinalitDfinition : Cardinalit d'une associationLa
cardinalit d'une association permet de reprsenter le nombre minimum
et maximum d'instances qui sont autorises participer la relation.
La cardinalit est dfinie pour les deux sens de la relation.
SyntaxeSi mina (resp. maxa) est le nombre minimum (resp.
maximum) d'instances de la classe A autorises participer
l'association, on note sur la relation, ct de la classe A :
mina..maxa. Si le nombre maximum est indtermin, on note n ou *.
AttentionLa notation de la cardinalit en UML est oppose celle
adopt en E-A. En UML on note gauche (resp. droite) le nombre
d'instances de la classe de gauche (resp. de droite) autorises dans
l'association. En EA, on note gauche (resp. droite) le nombre
d'instances de la classe de droite (resp. de gauche) autorises dans
l'association.
RemarqueLes cardinalit les plus courantes sont : 0..1
(optionnel) 1..1 ou 1 (un) 0..n ou 0..* ou * (plusieurs) 1..n ou
1..* (obligatoire)
Exemple : La cardinalit de l'association Possde
Reprsentation de cardinalit en UML Ici un conducteur peut
possder plusieurs voitures (y compris aucune) et une voiture n'est
possde que par un seul conducteur.
7. HritageDfinition : HritageL'hritage est l'association entre
deux classes permettant d'exprimer que l'une est plus gnrale que
l'autre. L'hritage implique une transmission automatique des
proprits (attributs et mthodes) d'une classe A une classe A'. Dire
que A' hrite de A quivaut dire que A' est une sous-classe de A. On
peut galement dire que A est une gnralisation de A' et que A' est
une spcialisation de A.
Syntaxe
S. Crozat - UTC 2009
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Notation de l'hritage en UML
RemarqueL'hritage permet de reprsenter la relation "est-un"
entre deux objets.
RemarqueOutre qu'il permet de reprsenter une relation courante
dans le monde rel, l'hritage a un avantage pratique, celui de
factoriser la dfinition de proprits identiques pour des classes
proches.
Exemple : La classe Conducteur
Reprsentation d'hritage en UML Dans cet exemple la classe
Conducteur hrite de la classe Personne, ce qui signifie qu'un objet
de la classe conducteur aura les attributs de la classe Conducteur
(TypePermis et DatePermis) mais aussi ceux de la classe Personne
(Nom, Prnom, DateNaissance et Age). Si la classe Personne avait des
mthodes, la classe Conducteur en hriterait de la mme faon.
8. Exemple : Des voitures et des conducteursExemple
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Exemple trs simple de diagramme de classes Les relations de ce
diagramme expriment que les conducteurs sont des personnes qui ont
un permis ; que toute voiture est possde par une unique personne
(qui peut en possder plusieurs) ; que les voitures peuvent tre
conduites par des conducteurs et que les conducteurs peuvent
conduire plusieurs voitures.
RemarqueLes mots cls in, out et in/out devant un paramtre de
mthode permettent de spcifier si le paramtre est une donne d'entre,
de sortie, ou bien les deux.
RemarqueLe but d'une modlisation UML n'est pas de reprsenter la
ralit dans l'absolu, mais plutt de proposer une vision d'une
situation rduite aux lments ncessaires pour rpondre au problme pos.
Donc une modlisation s'inscrit toujours dans un contexte, et en
cela l'exemple prcdent reste limit car son contexte d'application
est indfini.
B. Diagramme de classes UML avancObjectifsMatriser le diagramme
de classe UML dans le cas de la conception de BD.
Les lments de modlisation suivant compltent les notations
basiques du diagramme de classe : classe, attribut, association,
cardinalit et hritage.
1. Explicitation des associationsSyntaxe : Sens de lectureIl est
possible d'ajouter le sens de lecture du verbe caractrisant
l'association sur un diagramme de classe UML, afin d'en faciliter
la lecture. On ajoute pour cela une flche sur l'association
S. Crozat - UTC 2009
29
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Syntaxe : RleIl est possible de prciser le rle jou par une ou
plusieurs des classes composant une association afin d'en faciliter
la comprhension. On ajoute pour cela ce rle ct de la classe
concerne (parfois prcd d'un "+" ou bien dans un petit encadr coll
au trait de l'association.
Exemple
Rle et sens de lecture sur une association
Remarque : Associations rflexivesL'explicitation des
associations est particulirement utile dans le cas des associations
rflexives.
2. Classe d'associationDfinition : Classe d'associationOn
utilise la notation des classes d'association lorsque l'on souhaite
ajouter des proprits une association.
Syntaxe : Notation d'une classe d'association en UML
Notation d'une classe d'association en UML
Exemple : Exemple de classe d'association
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Emplois
3. Associations ternairesSyntaxe
Notation d'une association ternaire
Conseil : Ne pas abuser des associations ternairesIl est
toujours possible de rcrire une association ternaire avec trois
associations binaires, en transformant l'association en classe.
Conseil : Pas de degr suprieur 4En pratique on n'utilise jamais
en UML d'association de degr suprieur 3.
4. CompositionDfinition : Association de compositionOn appelle
composition une association particulire qui possde les proprits
suivantes :
S. Crozat - UTC 2009
31
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
La composition associe une classe composite et des classes
parties, tel que tout objet partie appartient un et un seul objet
composite. C'est donc une association 1:N. La composition n'est pas
partageable, donc un objet partie ne peut appartenir qu' un seul
objet composite la fois. Le cycle de vie des objets parties est li
celui de l'objet composite, donc un objet partie disparat quand
l'objet composite auquel il est associ disparait.
RemarqueLa composition est une association particulire.
Syntaxe : Notation d'une composition en UML
Notation d'une composition en UML
Attention : Composition et cardinalitLa cardinalit ct composite
est toujours de exactement 1. Ct partie la cardinalit est libre,
elle peut tre 0..1, 1, * ou bien 1..*.
Exemple : Exemple de composition
Un livre On voit bien ici qu'un chapitre n'a de sens que faisant
partie d'un livre, qu'il ne peut exister dans deux livres diffrents
et que si le livre n'existe plus, les chapitres le composant non
plus.
Remarque : Composition et entits faiblesLa composition permet
d'exprimer une association analogue celle qui relie une entit
faible une entit identifiante en modlisation E-A. L'entit de type
faible correspond un objet partie et l'entit identifiante un objet
composite.
5. Classes abstraites
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Dfinition : Classe abstraiteUne classe abstraite est une classe
non instanciable. Elle exprime donc une gnralisation abstraite, qui
ne correspond aucun objet existant du monde.
Attention : Classe abstraite et hritageUne classe abstraite est
toujours hrite. En effet sa fonction tant de gnraliser, elle n'a de
sens que si des classes en hritent. Une classe abstraite peut tre
hrite par d'autres classes abstraites, mais en fin de chane des
classes non abstraites doivent tre prsentes pour que la
gnralisation ait un sens.
Syntaxe : Notation d'une classe abstraite en UMLOn note les
classes abstraites en italique.
Notation d'une classe abstraite en UML
Exemple : Exemple de classe abstraite
Des chiens et des hommes Dans la reprsentation prcdente on a pos
que les hommes, les femmes et les chiens taient des objets
instanciables, gnraliss respectivement par les classes mammifre et
humain, et mammifre. Selon cette reprsentation, il ne peut donc
exister de mammifres qui ne soient ni des hommes, ni des femmes ni
des chiens, ni d'humains qui ne soient ni des hommes ni des
femmes.
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
6. ContraintesAjout de contraintes dynamiques sur le diagramme
de classeIl est possible en UML d'exprimer des contraintes
dynamiques sur le diagramme de classe, par annotation de ce
dernier.
Syntaxe : Notation de contraintes
Notation contraintes en UML
Exemple : Exemple de contraintes
Commandes
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Mthode : Expressions formelles ou texte libre ?Il est possible
d'exprimer les contraintes en texte libre ou bien en utilisant des
expressions formelles. On privilgiera la solution qui offre le
meilleur compromis entre facilit d'interprtation et non ambigut. La
combinaison des deux est galement possible si ncessaire.
Mthode : Quelles contraintes exprimer ?En pratique il existe
souvent de trs nombreuses contraintes, dont certaines sont
videntes, ou encore secondaires. Or l'expression de toutes ces
contraintes sur un diagramme UML conduirait diminuer
considrablement la lisibilit du schma sans apporter d'information
ncessaire la comprhension. En consquence on ne reprsentera sur le
diagramme que les contraintes les plus essentielles. Notons que
lors de l'implmentation toutes les contraintes devront bien entendu
tre exprimes. Si l'on souhaite prparer ce travail, il est conseill,
lors de la modlisation logique, de recenser de faon exhaustive dans
un tableau toutes les contraintes implmenter.
7. Contraintes sur les associationsConcernant les associations,
il existe une liste de contraintes exprimes de faon standard.
Syntaxe
Notation des contraintes sur les associations
Dfinition : InclusionSi l'association inclue est instancie,
l'autre doit l'tre aussi (la contrainte d'inclusion a un sens,
reprsent par une flche).
Syntaxe{IN}, galement note {Subset} ou {I}.
Dfinition : Et (galit, simultanit)Si une association est
instancie, l'autre doit l'tre aussi (quivalent une double
inclusion).
Syntaxe{AND}, galement note {=} ou {S} pour simultanit.
Dfinition : ExclusionLes deux associations ne peuvent tre
instancis en mme temps.
Syntaxe{X}
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Dfinition : Ou inclusif (couverture, totalit)Au moins une des
deux relations doit tre instancie.
Syntaxe{OR}, galement not {T} pour totalit.
Dfinition : Ou exclusif (partition)Une exactement des deux
relations doit tre instancie.
Syntaxe{XOR}, galement note {+} ou {XT} ou {Partition}.
8. PaquetagesDfinition : PackageLes paquetages (plus communment
appels package) sont des lments servant organiser un modle. Ils
sont particulirement utile ds que le modle comporte de nombreuses
classes et que celles-ci peuvent tre tries selon plusieurs aspects
structurants.
Syntaxe
Syntaxe des paquetages
Exemple
Exemple d'utilisation des packages
MthodeOn reprsente chaque classe au sein d'un package. Il est
alors possible de faire une prsentation globale du modle (tous les
packages), partielle (1 package) ou centre sur un package : l'on
reprsente alors leS. Crozat - UTC 2009
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
package avec ses classes, ainsi que toutes les classes lies des
autres packages.
Prsentation partielle du modle centre sur un package
C. Le modle E-AObjectifsSavoir-faire un modle E-A tendu. Savoir
interprter un modle E-A tendu.
1. Le modle E-A en brefLe modle E-A (ou E-R en anglais) permet
la modlisation conceptuelle de donnes. Il correspond au niveau
conceptuel de la mthode MERISE (mthode d'analyse informatique), le
MCD (cf. Mthode MERISE Tome 1 : Principes et outils [Tardieu83],
Mthode MERISE Tome 2 : Dmarche et pratiques [Tardieu85]). La
conception E-A est issue des travaux de Chen [Chen76] et se fonde
sur deux concepts principaux et un troisime sous-jacent : l'entit,
l'association et l'attribut ou proprit.
2. EntitDfinition : EntitUne entit est un objet du monde rel
avec une existence indpendante. Une entit (ou type dentit) est une
chose (concrte ou abstraite) qui existe et est distinguable des
autres entits. L'occurrence dune entit est un lment particulier
correspondant lentit et associ un lment du rel. Chaque entit a des
proprits (ou attributs) qui la dcrivent. Chaque attribut est associ
un domaine de valeur. Une occurence a des valeurs pour chacun de
ses attributs, dans le domaine correspondant.
Syntaxe
Notation MERISE de l'entit
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Notation Chen de l'entit
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Remarque
Un attribut est atomique, c'est dire qu'il ne peut prendre
qu'une seule valeur pour une occurence. Un attribut est lmentaire,
c'est dire qu'il ne peut tre exprim par (ou driv) d'autres
attributs. Un attribut qui identifie de faon unique une occurence
est appel attribut cl.
3. AssociationDfinition : AssociationUne association (ou type
dassociation) reprsente un lien quelconque entre diffrentes entits.
Une occurrence dune association est un lment particulier de
lassociation constitu dune et une seule occurrence des objets
participants lassociation. On peut dfinir des attributs sur les
associations. Le degr d'une association est le nombre d'entits y
participant (on parlera notamment d'association binaire lorsque
deux entits sont concernes).
Syntaxe
Notation MERISE de l'association
Notation Chen de l'association
RemarqueOn peut avoir plusieurs associations diffrentes dfinies
sur les mmes entits.
4. Cardinalit d'une associationDfinition : Cardinalit d'une
association binairePour les associations binaires la cardinalit
minimale (resp. maximale) d'une association est le nombre minimum
(resp. maximum) d'occurrences de l'entit d'arrive associes une
occurrence de l'entit de dpart.
Syntaxe
S. Crozat - UTC 2009
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Notation de la cardinalit
Exemple
Livre-Auteur Le diagramme E-A prcdent exprime qu'un auteur peut
avoir crit plusieurs livres (mais au moins un), et que tout livre
ne peut avoir t crit que par un et un seul auteur.
Remarque : Trois grands types de cardinalitIl existe trois
grands types de cardinalit : Les associations 1:N (qui incluent les
association 0,1:N) Les associations N:M Les associations 1:1 (qui
incluent les association 0,1:1) Les autres associations peuvent
toujours tre ramenes des associations N:M (dans le cas gnral) ou
plusieurs associations 1:N (cas des associations 2:N ou 3:N par
exemple).
5. Modle E-A tenduIntroductionOn peut tendre le modle E-A
"classique" de faon accroitre son pouvoir de reprsentation. Cette
extension du modle E-A permet de favoriser la dimension
conceptuelle et de s'approcher des reprsentations objet, telles que
UML.
a) Attributs compositesUn attribut peut tre compos
hirarchiquement de plusieurs autres attributs.
ExempleUn attribut Adresse est compos des attributs Numro, Rue,
No_Appartement, Ville, Code_Postal, Pays.
RemarqueLe domaine d'un attribut composite n'est donc plus un
domaine simple (entier, caractres, etc.).
b) Attributs multivalusTout attribut peut tre monovalu ou
multivalu.
ExempleLes ges des enfants dun employ.
RemarqueUn attribut multivalu n'est donc plus atomique.
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
c) Attributs drivLa valeur d'un attribut peut tre drive d'une ou
plusieurs autres valeurs d'attributs.
ExempleL'ge d'une personne peut tre driv de la date du jour et
de celle de sa naissance.
RemarqueUn attribut driv n'est donc plus lmentaire.
d) Sous-type d'entitUne entit peut-tre dfinie comme sous-type
d'une entit plus gnrale.
ExempleLes entits Cadre et Technicien sont des sous-types de
l'entit Employ.
RemarqueLa notion de sous-type est quivalente la notion
d'hritage en modlisation objet.
6. Entit de type faibleCertaines entits dites "faibles"
n'existent qu'en rfrence d'autres entits dites "identifiantes".
L'entit identifiante est appel "identifiant tranger" et
l'association qui les unit "association identifiante".
Dfinition : Entit de type faibleUne entit de type faible,
galement appele entit non identifie, possde une cl locale (appele
identifiant relatif) qui permet d'identifier une de ses occurrences
parmi l'ensemble des occurrences associes une occurrence de l'entit
identifiante. La cl complte d'une entit faible est la concatnation
de la cl de l'entit identifiante et de sa cl locale.
Exemple
Association identifiante L'entit Tche est compltement dpendante
de l'entit Projet et sa cl locale (No_tche) n'est pas suffisante
l'identifier de faon absolue.
AttentionLe reprage des entits de type faible est trs important
dans le processus de modlisation, il permet de rflchir la meilleure
faon d'identifier de faon unique les entits et donc de trouver les
meilleures cls. Notons de plus que le reprage d'entits faibles aura
une influence importante sur le modle relationnel rsultant.
7. Illustration d'entits faiblesExemple
S. Crozat - UTC 2009
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Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
Villes Dans le schma ci-avant, on remarque que l'entit "ville"
est faible par rapport l'entit "dpartement", qui est faible par
rapport "rgion", qui est faible par rapport "pays". Cela signifie
que la cl de ville, son nom, est une cl locale et donc que l'on
considre qu'il ne peut pas y avoir deux villes diffrentes avec le
mme nom, dans un mme dpartement. Il est par contre possible de
rencontrer deux villes diffrentes avec le mme nom, dans deux
dpartements diffrents. De la mme faon chaque dpartement possde un
nom qui l'identifie de faon unique dans une rgion, et chaque rgion
possde un nom qui l'identifie de faon unique dans un pays. Si les
entits n'taient pas faibles, l'unicit d'un nom de ville serait
valable pour l'ensemble du modle, et donc, concrtement, cela
signifierai qu'il ne peut exister deux villes avec le mme nom au
monde (ni deux dpartements, ni deux rgions).
RemarqueNotons pour terminer que, puisque "pays" n'est pas une
entit faible, sa cl "nom" est bien unique pour l'ensemble du modle,
et donc cela signifie qu'il ne peut exister deux pays avec le mme
nom au monde.
D. En rsum : Schma conceptuelSchma conceptuelUn schma conceptuel
peut tre reprsent sous forme de modle E-A ou sous forme de
diagramme de classe UML. Entit ou Classe Proprit ou Attribut Typ
Multi-valu Compos Driv Mthode Paramtres Valeur de retour
Association Association Verbe Cardinalit Hritage Hritage
d'attributs Hritage de mthodes Composition (ou entit faible)
Cardinalit
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S. Crozat - UTC 2009
Le niveau conceptuel : la modlisation des bases de donnes
E. Bibliographie commente sur la modlisation UMLComplment :
Outils de modlisation UMLIl existe de nombreux outils de
modlisation UML. On pourra citer : Dia [w_dia] : logiciel Open
Source et multi-plateformes facile d'usage (qui marche nanmoins
mieux sur Linux que sur Windows). Objecteering [w_objecteering]
(version gratuite). voir galement en Open Source : ArgoUML1 ou
EclipseUML.2 (non test par l'auteur).
Complment : Modlisation UMLUML2 en action [Roques04] Pour un
aperu plus dtaill des possibilits d'expression du diagramme de
classe UML, lire le chapitre 7 : Dveloppement du modle statique
(pages 133 163). On pourra notamment y trouver : L'association
d'agrgation Les proprits d'association L'expression de rles dans
les associations Les attributs de classe Les qualificatifs Les
oprations (ou mthodes) Le chapitre donne
