データベース設計

データベース設計は、ソフトウェア開発における重要な工程の一つで、データモデリングの最終段階として、データベースの詳細な構造を決定するプロセスです。このプロセスでは、データの保存形式、アクセス方法、そしてデータの整合性といった重要な側面を定義します。データベース設計の成果物である物理スキーマは、論理設計の決定事項、物理的な記憶装置の設定パラメータ、そしてデータ定義言語（DDL）を用いた具体的な記述を含む包括的な仕様となります。

データベース設計の曖昧性と範囲

「データベース設計」という用語は、その曖昧さから、データベースシステム全体の設計における様々な構成要素を指す場合があります。狭義には、データを永続化するための基本データ構造の論理的な設計を意味しますが、広義には、データベースと相互作用するアプリケーション[[ソフトウェア]]全体を含む設計プロセス全体を指すことがあります。関係データベースでは、テーブルとビューの集合を設計し、オブジェクト[[データベース]]では、エンティティと関連をオブジェクトクラスとその関連として設計します。

設計工程の詳細

データベース設計の工程は、以下のステップに分けることができます。

1. 永続化するデータの決定: データベースに保存するべきデータを定義します。これには、業務知識を持つ専門家との共同作業が不可欠です。要求分析の段階で、データ要素を明確にし、それらがデータベース内でどのように表現されるべきかを決定します。
2. データ間の関連の決定: データ要素間の関連性を特定します。これにより、データの整合性と効率的なアクセスを確保します。従属関係は、あるデータが別のデータに依存している状況を示し、データの変更が他のデータに影響を与えることを意味します。
3. データへの論理構造の付与: 決定されたデータと関連に基づいて、論理的な構造を適用します。関係データベースでは、テーブルとカラムの形式でデータを整理し、オブジェクト[[データベース]]では、オブジェクトとクラスの構造を使用します。
4. 関係モデルにおける追加作業:
- 情報をグループ化し、基底オブジェクトの集合を同定します。
- 情報のグループ間またはオブジェクト間の関連を決定します。オブジェクト[[データベース]]を使用する場合は、このステップは不要になることがあります。

構造化とデータモデル

データを木構造に整理する場合、階層型データモデルを使用することが一般的です。このモデルでは、親と子の関係を通じてデータが構成されます。オブジェクト[[データベース]]では、一対多の関係をオブジェクトクラスのインスタンス間で直接使用し、クラス間の階層的な関連を継承の概念で表現します。

設計における重要な概念

概念設計

概念設計段階では、データ要素間の従属関係を特定します。例えば、住所が異なれば関連する氏名も異なるという関係性です。このような関係を定義することで、データの一貫性を保ち、矛盾を防ぐことができます。

論理設計

論理設計では、従属関係に基づいてデータを構造化します。関係データベースでは、テーブル、カラム、行といった構造でデータを格納し、オブジェクト[[データベース]]では、オブジェクトとクラスの構造を利用します。

物理設計

物理設計では、記憶装置上の具体的な設定を定義します。これには、データ要素の詳細な型、索引オプション、その他のパラメータが含まれます。システムの設計全体には、モジュール構造、ハードウェア仕様、ソフトウェア仕様が含まれます。

設計の原理

データベース設計には、いくつかの重要な原理があります。

直交設計の原理（POOD）: 同じ事実を複数の関係で表現してはならず、一つの関係で表現すべきです。これはデータの冗長性を避け、整合性を保つために重要です。
正規化の原理（POFN）: データを第5正規形まで正規化することにより、データ重複を排除し、データの矛盾を最小限に抑えます。

データベース設計の実際

データベース設計者は、業務データに精通していない場合も多く、業務知識を持つ専門家との協力が不可欠です。要求仕様を明確にし、必要な情報を聞き出し、データ要素と関連を正確にモデル化する能力が求められます。

まとめ

データベース設計は、ソフトウェア開発における重要な基盤であり、データの構造、整合性、効率的なアクセスを保証するための複雑なプロセスです。適切なデータベース設計は、システムのパフォーマンスと信頼性に直接影響を与えるため、設計者はこれらの側面を十分に理解し、適切なモデルを選択する必要があります。

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