О проектировании базы данных

Из определения трех уровней представления данных вытекают основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных информационной системы:

1. Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:
• обследование предметной области, изучение ее информационной структуры
• выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами
• моделирование и интеграция всех представлений

По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели "сущность-связь".

1. Логическое проектирование - преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.
2. Физическое проектирование - определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.

Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования представлено в следующей таблице:

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ Сущности (реальные объекты, явления, процессы, события) Атрибуты (типы сущностей, поля) Связи (отношения между объектами)	Представление аналитика
ЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ записи элементы данных связи между записями	Представление программиста (АБД)
ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ группирование данных индексы методы доступа	Представление АБД (программиста)

 

Трехуровневая архитектура позволяет обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же базой данных. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной базой данных. Это именно то, чего не хватало при использовании файловых систем.

Выделение концептуального уровня позволило разработать аппарат централизованного управления базой данных.

Рисунок 1.5 иллюстрирует взаимодействие пользователя, СУБД и ОС при обработке запроса на получение данных. Цифрами помечена последовательность взаимодействий.

Рис. 1.5. Схема прохождения запроса к БД

1. Пользователь посылает СУБД запрос на получение данных из БД.
2. Анализ прав пользователя и внешней модели данных, соответствующей данному пользователю, подтверждает или запрещает доступ данного пользователя к запрошенным данным.
3. В случае запрета на доступ к данным СУБД сообщает пользователю об этом (стрелка 12) и прекращает дальнейший процесс обработки данных, в противном случае СУБД определяет часть концептуальной модели, которая затрагивается запросом пользователя.
4. СУБД запрашивают информацию о части концептуальной модели.
5. СУБД получает информацию о запрошенной части концептуальной модели.
6. СУБД запрашивает информацию о местоположении данных на физическом уровне (файлы или физические адреса).
7. В СУБД возвращается информация о местоположении данных в терминах операционной системы.
8. СУБД вежливо просит операционную систему предоставить необходимые данные, используя средства операционной системы.
9. Операционная система осуществляет перекачку информации из устройств хранения и пересылает ее в системный буфер.
10. Операционная система оповещает СУБД об окончании пересылки.
11. СУБД выбирает из доставленной информации, находящейся в системном буфере, только то, что нужно пользователю, и пересылает эти данные в рабочую область пользователя.

____________________________

БМД — База Метаданных

 

 

Предметная область (ПО)

Предметная область (ПО) – это мысленно ограниченная часть реального мира, подлежащая исследованию (изучению) для решения поставленной задачи (например, автоматизации, организации автоматизированного управления). Предметная область будет нами упоминаться в связи с задачами автоматизации процессов управления теми или иными объектами. Примерами предметной области могут служить: ВУЗ или его подразделения, предприятие или его подразделение, органы государственного управления.

Формально можно представить, что предметная область состоит из множества фрагментов, а каждый фрагмент предметной области характеризуется множеством объектов, процессов (использующих объекты или в которых участвуют объекты), отношений (между объектами и процессами), а также множеством пользователей, имеющих единый взгляд на предметную область.

Предметная область, как часть реального мира, неисчерпаема (бесконечна) для исследования. Любой объект имеет множество самых различных свойств, которые охватить практически невозможно.

Есть такая байка. Однажды студент спросил всемирно известного биолога, специализирующегося на дождевых червях: «Профессор, как вы можете всю жизнь заниматься какими-то червяками?» «Ах, молодой человек! - со вздохом ответил заслуженный академик. - Жизнь такая короткая, а червяк такой длинный...».

С другой стороны, с точки зрения проводимого исследования, ПО содержит как существенные, так и несущественные (не значащие) объекты, процессы и отношения; каждый объект имеет как существенные (в дальнейшем получающие отражение в хранимых данных), так и несущественные свойства. Благодаря выделению существенных объектов (свойств) и отбрасыванию несущественных объектов (свойств), возможно в принципе изучение мира. Подчеркнем, что отнесение объектов (свойств объектов) к существенным или несущественным – это неформальная, творческая задача, зависит от цели исследования, компетенции исследователя, имеющихся ресурсов и ограничений и т.д.

Во всяком случае, решение любой задачи в сфере разработки программного обеспечения должно начинаться с изучения предметной области.

Любое исследование - это процесс познания определенной предметной области, объекта или явления с определенной целью.

Процесс исследования заключается в наблюдении свойств объектов с целью выявления и оценки важных, с точки зрения субъекта-исследователя, закономерных отношений между показателями данных свойств.

Итак, по-другому можно сказать, что предметная область:

а) это мысленно ограниченная область реальной действительности, подлежащая описанию, исследованию и моделированию.

б) состоит из объектов, различаемых по свойствам и находящихся в определенных отношениях между собой и/или взаимодействующих каким-либо образом.

 

Пример ПО: ВУЗ.

Фрагменты: Ректорат, Факультеты, Кафедры, Подразделения и др.

Объекты: Сотрудники, Студенты, Здания, Предметы и др.

Признаки, по которым выделяются объекты:

- они участвуют в процессах и/или отношениях: Сотрудник работает, Студент учится, Абитуриент поступает и т.д.;

Студент посещает Занятия по Предмету, Преподаватель читает лекцию в Группе, Студент сдает Экзамен по Предмету, Бухгалтер начисляет Зарплату, Студент состоит в Группе, Кабинет находится в Корпусе, Сотрудник работает на Кафедре, Студент подчиняется Декану, Студент изучает Предмет, Преподаватель ведет занятия по Предмету и т.д.

 

Информационная система

Информационная система служит для сбора, накопления, хранения и переработки информации.

Сейчас невозможно себе представить эффективную информационную систему, созданную без применения компьютерной техники. Поэтому в дальнейшем будем говорить об автоматизированных информационных системах (АИС).

Информационные система подразделяют по сферам применения на информационно-поисковые системы и системы обработки данных.

Информационно-поисковые системы предназначены, как правило, для извлечения подмножества хранимой информации, удовлетворяющей некоторому поисковому критерию.

Системы обработки данных позволяют хранить определенные данные, пользователи системы могут изменять, обрабатывать эти данные, при этом вывод информации может вовсе отсутствовать.

По типу хранимой информации информационные системы подразделяют на фактографические и документальные.

Фактографические системы предназначения для сбора, накопления и обработки информации связанной с объектами предметной области.

В документальных системах объектом хранения и переработки являются документы.

Информационная система может нести в себе черты как документальной, так и фактографической системы, в этом случае будем называть ее документально-фактографической.

В информационной системе, как правило, хранятся данные о некоторой предметной области. Таким образом, информационная система – это в определенном смысле модель предметной области, точнее – информационная модель. В отличие от базы данных - это более полная информационная модель, т.к. содержит дополнительные компоненты: программные модули, позволяющие выполнять действия (операции) с данными, средства пользовательского интерфейса (экранные формы и др.), выходные формы (отчеты), механизмы управления доступом, защиты информации и др. При этом следует отметить, что бывают и другие модели: физические, геометрические, математические и т.д., имеющие свои особенности – средства («языки») и правила моделирования.

Первоначальный подход к проектированию информационных систем состоял в автоматизации отдельных процессов в рамках фрагментов предметной области, т.е. в создании множества локальных приложений. Это приводило к многократному дублированию одних и тех же данных, а также к нарушению соответствия информации по одному и тому же объекту в различных приложениях.

Ясно, что такая организация информационной системы имеет много недостатков

При создании автоматизированных информационных систем требуется качественно новый подход к организации данных. Этот подход заключается в использовании единого хранилища данных – базы данных. Этот подход обеспечивает централизованное хранение данных и их динамическое обновление.