19. 데이터 베이스 설계와 ER 모델(10-1)

1. 데이터베이스 설계 개요 

데이터베이스 설계의 개요 

 한 조직체의 운영과 목적을 지원하기 위해 데이터베이스를 생성하는 과정 

 목적은 모든 주요 응용과 사용자들이 요구하는 데이터, 데이터 간의 관계를 표현하는 것 

 데이터베이스 개발은 일반적인 프로젝트 라이프 사이클 과정을 따름 

 훌륭한 데이터베이스 설계는 시간의 흐름에 따른 데이터의 모든 측면을 나타내고, 데이터 항목의 중복을 최소화하고, 데이터베이스에 대한 효율적인 접근을 제공하고, 데이터베이스의 무결성을 제공하고, 이해하기 쉬워야 함 

데이터베이스 설계의 주요 단계 

 데이터베이스 설계는 요구사항 분석, 개념적 설계,  DBMS의 선정, 논리적 설계, 스키마 정제, 물리적 설계와 튜닝 등 여러 작업들로 이루어짐 

 일반적으로, 데이터베이스 설계의 완성도를 높이기 위해서 이런 작업들을 앞뒤로 왔다갔다할 필요가 있음 

요구사항 수집과 분석 

요구사항을 수집하기 위해서 흔히 기존의 문서를 조사하고, 인터뷰나 설문 조사 등이 시행됨 

인터뷰는 요구사항 수집을 위해 가장 흔히 사용됨 

설문 조사는 자유롭게 의견을 적어내도록 하는 방식과 주어진 질문에 대해서만 답을 하는 방식으로 구분 

요구사항에 관한 지식을 기반으로 관련 있는 엔티티들과 이들의 애트리뷰트들이 무엇인가, 엔티티들 간의 관계가 무엇인가 등을 파악함 

또한 데이터 처리에 관한 요구사항에 대하여 전형적인 연산들은 무엇인가, 연산들의 의미, 접근하는 데이터의 양 등을 분석함 

개념적 설계 

모든 물리적인 사항과 독립적으로, 한 조직체에서 사용되는 정보의 모델을 구축하는 과정 

사용자들의 요구사항 명세로부터 개념적 스키마가 만들어짐 

높은 추상화 수준의 데이터 모델을 기반으로 정형적인 언어로 데이터 구조를 명시함 

대표적인 데이터 모델이 ER 모델 

개념적 설계의 단계에서는 엔티티 타입, 관계 타입, 애트리뷰트들을 식별하고, 애트리뷰트들의 도메인을 결정하고, 후보 키와 기본 키 애트리뷰트들을 결정함 

완성된 개념적 스키마(ER 스키마)는 ER 다이어그램으로 표현됨 

DBMS 선정 

여러 가지 요인들을 검토한 후 DBMS를 선정함 

기술적인 요인은 DBMS가 제공하는 데이터 모델, 저장 구조, 인터페이스, 질의어, 도구, 제공되는 서비스 등 

정치적인 요인은 고수준의 전략적인 결정 등 

경제적인 요인은 DBMS 구입 비용, 하드웨어 구입 비용, 유지 보수(서비스) 비용, 기존의 시스템을 새로운 DBMS에 맞게 변환하는데 소요되는 비용, 인건비, 교육비 등 

논리적 설계 

데이터베이스 관리를 위해 선택한 DBMS의 데이터 모델을 사용하여 논리적 스키마(외부 스키마도 포함)를 생성함 

개념적 스키마에 알고리즘을 적용하여 논리적 스키마를 생성함 

논리적 스키마를 나타내기 위해 관계 데이터 모델을 사용하는 경우에는, ER 모델로 표현된 개념적 스키마를 관계 데이터베이스 스키마로 사상함 

관계 데이터베이스 스키마를 더 좋은 관계 데이터베이스 스키마로 변환하기 위해서 정규화 과정을 적용함 

데이터베이스 설계자가 요구사항 수집과 분석 후에 바로 논리적 설계 단계로 가는 경우가 있는데, 이런 경우에는 흔히 좋은 관계 데이터베이스 스키마가 생성되지 않음 

물리적 설계 

처리 요구사항들을 만족시키기 위해 저장 구조와 접근 경로 등을 결정함 

성능상의 주요 기준은 몇 가지로 구분할 수 있음 

응답 시간: 질의와 갱신이 평균적으로 또는 피크 시간 때 얼마나 오래 걸릴 것인가? 

트랜잭션  처리율:  1초당  얼마나  많은  트랜잭션들이 평균적으로 또는 피크 시간 때 처리될 수 있는가? 

전체 데이터베이스에 대한 보고서를 생성하는데 얼마나 오래 걸릴 것인가? 

트랜잭션 설계 

요구사항 수집과 분석 후에 데이터베이스 설계 과정과 별도로 트랜잭션 설계를 진행할 수 있음 

트랜잭션은 완성될 데이터베이스에서 동작할 응용 프로그램 

데이터베이스 스키마는 트랜잭션에서 요구하는 모든 정보를 포함해야 함 

검색, 갱신, 혼합 등 세 가지 유형으로 구분하여 입력과 출력, 동작 등을 식별함 

ER 모델 

데이터베이스 설계를 용이하게 하기 위해서 P.P. Chen이 1976년에 제안하였음 

Chen이 ER 모델을 제안한 후에 많은 학자들이 이 모델을 강화시켰음 

현재는 EER(Enhanced Entity Relationship) 모델이 데이터베이스 설계 과정에 널리 사용되고 있음 

ER 모델은 쉽게 관계 데이터 모델로 사상됨 

기본적인 구문으로는 엔티티, 관계, 애트리뷰트가 있고, 기타 구문으로는 카디날리티 비율, 참여 제약조건 등이 있음 

ER 모델은 적은 노력으로 쉽게 배울 수 있고, 전문가가 아니어도 이해하기 쉬우며, 자연어보다는 좀더 정형적이고, 구현에 독립적이어서 데이터베이스 설계자들이 최종 사용자들과 의사 소통을 하는데 적합함 

ER 모델을 기반으로 만들어진 다수의 CASE 도구(예, ERWin 등)들이 존재함 

이런 도구들은 ER 설계를 자동적으로 SQL Server, 오라클, 사이베이스 등의 데이터 정의어로 변환하고, 어떤 도구는 XML로 변환함 

ER 모델은 현재는 데이터베이스 설계를 위한 다소 구형 그래픽 표기법 

엔티티 

하나의 엔티티는 사람, 장소, 사물, 사건 등과 같이 독립적으로 존재하면서 고유하게 식별이 가능한 실세계의 객체 

사원처럼 실체가 있는 것도 있지만 생각이나 개념과 같이 추상적인 것도 있음 

엔티티 타입 

엔티티들은 엔티티 타입(또는 엔티티 집합)들로 분류됨 

엔티티 타입은 동일한 애트리뷰트들을 가진 엔티티들의 틀 

엔티티 집합은 동일한 애트리뷰트들을 가진 엔티티들의 모임 

하나의 엔티티는 한 개 이상의 엔티티 집합에 속할 수 있음 

엔티티 타입은 관계 모델의 릴레이션의 내포에 해당하고, 엔티티 집합은 관계 모델의 릴레이션의 외연에 해당함 

엔티티 집합과 엔티티 타입을 엄격하게 구분할 필요는 없음 

ER 다이어그램에서 엔티티 타입은 직사각형으로 나타냄  

강한 엔티티 타입 

강한 엔티티 타입(정규 엔티티 타입)은 독자적으로 존재하며 엔티티 타입 내에서 자신의 키 애트리뷰트를 사용하여 고유하게 엔티티들을 식별할 수 있는 엔티티 타입을 의미 

약한 엔티티 타입 

약한 엔티티 타입은 키를 형성하기에 충분한 애트리뷰트 들을 갖지 못한 엔티티 타입 

이 엔티티 타입이 존재하려면 소유 엔티티 타입이 있어야 함 

소유 엔티티 타입의 키 애트리뷰트를 결합해야만 고유하게 약한 엔티티 타입의 엔티티들을 식별할 수 있음 

애트리뷰트 

하나의 엔티티는 연관된 애트리뷰트들의 집합으로 설명됨 

예:  사원  엔티티는  사원번호,  이름,  직책,  급여  등의 애트리뷰트를 가짐 

한 애트리뷰트의 도메인은 그 애트리뷰트가 가질 수 있는 모든 가능한 값들의 집합을 의미 

예: 사원번호는 1000부터 9999까지의 값을 가짐 

여러 애트리뷰트가 동일한 도메인을 공유할 수 있음 

예: 사원번호와 부서번호가 네 자리 정수를 가질 수 있음 

키 애트리뷰트는 한 애트리뷰트 또는 애트리뷰트들의 모임으로서 한 엔티티 타입 내에서 각 엔티티를 고유하게 식별함 

ER 다이어그램에서 기본 키에 속하는 애트리뷰트는 밑줄을 그어 표시함 

애트리뷰트는 요구사항 명세에서 명사나 형용사로 표현됨 

엔티티는 독립적인 의미를 갖는데 반해서 애트리뷰트는 독립적인 의미를 갖지 않음 

ER 다이어그램에서 애트리뷰트는 타원형으로 나타냄 

애트리뷰트와 엔티티 타입은 실선으로 연결 

단순 애트리뷰트(simple attribute) 

더 이상 다른 애트리뷰트로 나눌 수 없는  애트리뷰트 

ER 다이어그램에서 실선 타원으로 표현함 

ER 다이어그램에서 대부분의 애트리뷰트는 단순 애트리뷰트 

 

 복합 애트리뷰트(composite attribute) 

두 개 이상의 애트리뷰트로 이루어진 애트리뷰트 

동일한 엔티티 타입이나 관계 타입에 속하는 애트리뷰트 들 중에서 밀접하게 연관된 것을 모아놓은 것 

단일 값 애트리뷰트(single-valued attribute) 

각 엔티티마다 정확하게 하나의 값을 갖는 애트리뷰트 

단일 값 애트리뷰트는 ER 다이어그램에서 단순 애트리뷰트와 동일하게 표현됨 

예: 사원의 사원번호 애트리뷰트는 어떤 사원도 두 개 이상의 사원번호를 갖지 않으므로 단일 값 애트리뷰트 

ER 다이어그램에서 대부분의 애트리뷰트는 단일 값 애트리뷰트 

다치 애트리뷰트(multi-valued attribute) 

각 엔티티마다 여러 개의 값을 가질 수 있는 애트리뷰트 

ER 다이어그램에서 이중선 타원으로 표현함 

 

저장된 애트리뷰트(stored attribute) 

다른 애트리뷰트와 독립적으로 존재하는 애트리뷰트 

ER 다이어그램에서 단순 애트리뷰트와 동일하게 표현됨 

ER 다이어그램에서 대부분의 애트리뷰트는 저장된 애트리뷰트 

예: 사원 엔티티 타입에서 사원이름, 급여는 다른 애트리뷰트와 독립적으로 존재함 

유도된 애트리뷰트(derived attribute) 

다른 애트리뷰트의 값으로부터 얻어진 애트리뷰트 

유도된 애트리뷰트는 관계 데이터베이스에서 릴레이션의 애트리뷰트로 포함시키지 않는 것이 좋음 

ER 다이어그램에서 점선 타원으로 표현함 

예 : 애트리뷰트들의 유형 

아래 그림에서 단순 애트리뷰트, 복합 애트리뷰트, 단일 값 애트리뷰트, 다치 애트리뷰트, 키애트리뷰트, 저장된 애트리뷰트, 유된 애트리뷰트들을 구분하라 

약한 엔티티 타입 

 약한 엔티티 타입은 키를 형성하기에 충분한 애트리뷰트들을 갖지 못한 엔티티 타입 

약한 엔티티 타입에게 키 애트리뷰트를 제공하는 엔티티 타입을 소유 엔티티 타입(owner entity type) 또는 식별 엔티티 타입(identifying entity type)라고 부름 

ER 다이어그램에서 약한 엔티티 타입은 이중선 직사각형으로 표기 

약한 엔티티 타입의 부분 키는 점선 밑줄을 그어 표시  

 부분 키(partial key): 부양가족의 이름처럼 한 사원에 속한 부양가족 내에서는 서로 다르지만 회사 전체 사원들의 부양가족들 전체에서는 같은 경우가 생길 수 있는   애트리뷰트 

관계와 관계 타입 

 관계는 엔티티들 사이에 존재하는 연관이나 연결로서 두 개 이상의 엔티티 타입들 사이의 사상으로 생각할 수 있음 

관계 집합은 동질의 관계들의 집합 

관계 타입은 동질의 관계들의 틀 

관계 집합과 관계 타입을 엄격하게 구분할 필요는 없음 

요구사항 명세에서 흔히 동사는 ER 다이어그램에서 관계로 표현됨 

ER 다이어그램에서 다이어몬드로 표기 

관계 타입이 서로 연관시키는 엔티티 타입들을 관계 타입에 실선으로 연결함 

관계의 애트리뷰트 

 

관계 타입은 관계의 특징을 기술하는 애트리뷰트들을 가질 수 있음 

관계 타입은 키 애트리뷰트를 갖지 않음 

차수(degree) 

관계의 차수는 관계로 연결된 엔티티 타입들의 개수를 의미 

실세계에서 가장 흔한 관계는 두 개의 엔티티 타입을 연결하는 2진

 카디날리티 

카디날리티 비율은 한 엔티티가 참여할 수 있는 관계의 수를 나타냄 

관계 타입에 참여하는 엔티티들의 가능한 조합을 제한함 

관계를 흔히 1:1, 1:N, M:N으로 구분 

카디날리티에 관한 정보는 간선 위에 나타냄  

1:1 관계 

E1의 각 엔티티가 정확하게 E2의 한 엔티티와 연관되고, E2의 각 엔티티가 정확하게 E1의 한 엔티티와 연관되면 이 관계를 1:1 관계라고 함 

예: 각 사원에 대해 최대한 한 개의 PC가 있고, 각 PC에 대해 최대한 한 명의 사원이 있으면 사원과 PC 간의 관계는 1:1 관계 

1:N 관계

E1의 각 엔티티가 E2의 임의의 개수의 엔티티와 연관되고, E2의 각 엔티티는 정확하게 E1의 한 엔티티와 연관되면 이 관계를 1:N 관계라고 함 

예: 각 사원에 대해 최대한 한 대의 PC가 있고, 각 PC에 대해 여러 명의 사원들이 있으면 PC와 사원 간의 관계는 1:N 관계 

실세계에서 가장 흔히 나타나는 관계 

M:N 관계 

한 엔티티 타입에 속하는 임의의 개수의 엔티티가 다른 엔티티 타입에 속하는 임의의 개수의 엔티티와 연관됨 

예: 각 사원에 대해 여러 대의 PC가 있고, 각 PC에 대해 여러 명의 사원들이 있으면 사원과 PC 간의 관계는 M:N 관계 

카디날리티 비율의 최소값과 최대값 

ER 다이어그램에서 관계 타입과 엔티티 타입을 연결하는 실선 위에 (min, max) 형태로 표기 

어떤 관계 타입에 참여하는 각 엔티티 타입에 대하여 min은 이 엔티티 타입 내의 각 엔티티는 적어도 min 번 관계에 참여함을 의미 

max는 이 엔티티 타입 내의 각 엔티티는 최대한 max 번 관계에 참여함을 의미 

min=0은 어떤 엔티티가 반드시 관계에 참여해야 할 필요는 없음을 의미 

max=*는 어떤 엔티티가 관계에 임의의 수만큼 참여할 수 있음을 의미 

역할(role) 

관계 타입의 의미를 명확하게 하기 위해 사용됨 

특히 하나의 관계 타입에 하나의 엔티티 타입이 여러 번 나타나는 경우에는 반드시 역할을 표기해야 함 

관계 타입의 간선 위에 표시 

전체 참여와 부분 참여 

전체 참여는 어떤 관계에 엔티티 타입 E1의 모든 엔티티들이 관계 타입 R에 의해서 어떤 엔티티 타입 E2의 어떤 엔티티와 연관되는 것을 의미 

부분 참여는 어떤 관계에 엔티티 타입 E1의 일부 엔티티만 참여하는 것을 의미 

약한 엔티티 타입은 항상 관계에 전체 참여 

 전체 참여는 ER 다이어그램에서 이중 실선으로 표시 

카디날리티 비율과 함께 참여 제약조건은 관계에 대한 중요한 제약조건 

ER 스키마를 작성하기 위한 지침 

엔티티는 키 애트리뷰트 이외에 설명 정보를 추가로 가짐  

다치 애트리뷰트는 엔티티로 분류해야 함 

애트리뷰트들이 직접적으로 설명하는 엔티티에 애트리뷰트들을 붙임 

가능한 한 복합 식별자를 피함 

관계는 일반적으로 독자적으로 존재할 수 없지만 엔티티 타입과 관계 타입을 절대적으로 구분하는 것은 어려움