Конкретные явления реального мира, представляющие интерес для проводимого исследования, будем называть предметной областью.

Проектирование (моделирование) базы данных представляет собой многоэтапный процесс. Основные этапы этого процесса приведены на рис. [Ш1] 4.4.).

 

 

Рис. 4.4. Этапы проектирования базы данных

 

Подробно действия, отраженные на приведенном рисунке, будут рассмотрены в следующих лекциях. Здесь дадим лишь краткие комментарии к соответствующим блокам.

В блоках 1,2 необходимо особое внимание обратить на слово «абстрагирование». Имеется ввиду, что проектирование базы данных нужно вести не под конкретный документ, обрабатываемый пользователем, и не под конкретные действия пользователя с этим документом, а под обобщенный (абстрактный) образ документов и обобщенные (абстрактные) действия пользователей. Например, рассматривать документ не с конкретными числами строк и столбцов, а с абстрактными числами n и m; вместо требуемого пользователем поиска по конкретному полю (например, фамилии) рассматривать поиск по любому полю и т. д. Это очень важно, так как конкретные формы документов и действия пользователей при работе с ними достаточно часто изменяются. В этом случае при проектировании базы данных под конкретные формы документов и конкретные действия придется перепроектировать базу данных. что связано с существенными временными и стоимостными затратами.

Очень важным является выбор СУБД (блок 4), от которого в значительной степени зависит работоспособность построенной базы данных. Проблема выбора СУБД уже обсуждалась в лекции 3. Заметим здесь, что выбор СУБД зависит от количества форм документов, от сложности связей между данными, от объема обрабатываемых данных, от количества пользователей, работающих с БД и т. д.

Ранее отмечалось, что отображение логической модели базы данных в структуру хранения (представление данных в памяти компьютера) осуществляется системой управления базой данных. Тем не менее, во многих СУБД для повышения эффективности функционирования базы данных представляется возможность выбора ряда параметров, управляющих представлением данных в памяти компьютера. Выбор таких параметров и подразумевается в блоке 6.

Заметим, что очень важно при проектировании базы данных делать оценки ее возможной работоспособности. Так, по завершении проектирования обобщенного концептуального представления нужно попытаться оценить необходимое число производимых операций с элементами моделей при реализации возможных запросов пользователей. При невозможности в рамках построенной модели ответить на какой-то запрос пользователя или при значительном числе производимых при этом операций (что приведет к невозможности реализации соответствующего запроса в реальном масштабе времени) необходим возврат по схеме рис. 4.4. на шаг назад (построение более эффективного обобщенного концептуального представления). Аналогичные оценки необходимо делать и при завершении других этапов проектирования (блоки 5, 7). При этом возможен возврат назад на один или несколько шагов. Так, например, при проектировании логической модели (блок 5) не удается достичь адекватного представления концептуальной модели средствами модели данных СУБД. В этом случае необходимо либо вернуться на шаг назад и выбрать другую СУБД, либо вернуться к блоку 3 и изменить вид концептуальной модели. Так же, если полученные при реализации блока 7 оценки эксплуатационных характеристик не отвечают требованиям пользователя, возможны пересмотры всех ранее полученных решений (блоки 7, 6, 5, 4, 3). Кроме этого, необходим возврат на проектирование обобщенного концептуального представления при изменении внешних требований пользователей, а также при выявленных ошибках проектирования.

Краткие

итоги: Рассмотрены различные представления о данных в базах данных - модели обрабатываемых данных (внешнее представление, концептуальная модель, структура хранения). Представлено отражение этих представлений в трехуровневой архитектуре базы данных (внешний уровень, концептуальный уровень, внутренний уровень), сформулировано достоинство трехуровней архитектуры. Описаны основные этапы проектирования базы данных как процесса построения вышеуказанных моделей и жизненный цикл проектирования базы данных (создание, апробация, исправление ошибок и улучшение характеристик, опытная эксплуатация).

Вопросы данной лекции рассматриваются в [1-6].

 

Контрольные тесты

 

Задача 1. Что такое концептуальная модель?

 

 

Вариант 1.

Что такое концептуальная модель?

 

ð Интегрированные данные

ð база данных

+ ð+ обобщенное представление пользователей о данных

ð описание представления данных в памяти компьютера

 

 

Вариант 2.

Что входит в представление концептуальной модели?

 

+ ð+ информационное описание предметной области

+ ð+ логические взаимосвязи между данными

ð описание представления данных в памяти компьютера

ð описание решаемых прикладных задач

 

 

Вариант 3.

Как соотносятся понятия информационно-логической модели и обобщенного концептуального представления?

 

ð+ +одно и тоже

ð это разные понятия

ð обобщенное концептуальное представление является частью информационно-логической модели

ð информационно-логическая модель является частью обобщенного концептуального представления

 

Задача 2. Что такое логическая модель базы данных?

 

 

Вариант 1.

Как соотносятся понятия логической модели и концептуальной модели?

 

ð это разные понятия

+ ð+ логическая модель это вариант представления концептуальной модели

ð это одно и то же

ð логическая модель является частью концептуальной модели

 

 

Вариант 2.

Какая связь между логической моделью базы данных и СУБД?

 

ð это не связанные понятия

+ ð+ логическая модель базы данных использует спецификации СУБД

+ ð+ СУБД отображает логическую модель базы данных в структуру хранения

ð логическая модель базы данных описывает структуру хранения данных системой управления базами данных

 

 

Вариант 3.

Какое описание данных используется прикладными программами при работе с базой данных?

 

ð описание структуры представления базы данных в памяти компьютера

ð описание структуры хранения данных системой управления базами данных

+ ð+ описание логической модели данных

ð описание данных в прикладных программах

 

Задача 3. Какие уровни выделяются в архитектуре базы данных?

 

 

Вариант 1.

Как называются уровни архитектуры базы данных?

 

ð нижний

+ ð+ внешний

+ ð+ концептуальный

+ ð+ внутренний

ð верхний

 

 

Вариант 2.

Какой из уровней используется специалистом предметной области?

 

ð нижний

+ ð+ внешний

ð концептуальный

ð внутренний

ð верхний

 

 

Вариант 3.

Какой из уровней используется прикладным программистом?

ð нижний

ð внешний

+ ð+ концептуальный

ð внутренний

ð верхний

 

Задача 4. Из каких составляющих элементов состоят уровни архитектуры базы данных?

 

Вариант 1.

Какие понятия соответствуют внешнему уровню архитектуры базы данных?

 

+ ð+ концептуальные требования пользователей

+ ð+ внешние представления пользователей

ð концептуальная модель

ð обобщенное представление

 

 

Вариант 2.

Какие понятия соответствуют концептуальному уровню архитектуры базы данных?

 

ð концептуальные требования пользователей

+ ð+ логическая модель базы данных

+ ð+ концептуальная модель

+ ð обобщенное представление пользователей

 

 

Вариант 3..

Какие понятия соответствуют внутреннему уровню архитектуры базы данных?

 

ð логическая модель базы данных

ð обобщенное представление пользователей

ð+ +структура хранения данных

+ ð+ методы доступа к данным

 

Задача 5. Что представляет собой процесс проектирования базы данных?

 

 

Вариант 1.

Основные этапы проектирования базы данных:

 

+ ð+ изучение предметной области

+ ð+ проектирование обобщенного концептуального представления

 

+ ð+ проектирование концептуального представления, специфицированного к модели данных СУБД (логической модели)

 

ð разработка прикладных программ

 

 

Вариант 2.

Из каких составляющих состоит процесс проектирования концептуальной модели?

 

+ ð+ проектирование обобщенного концептуального представления

(инфологической модели)

+ ð+ выбор СУБД

+ ð+ проектирование концептуального представления, специфицированного к модели данных СУБД (логической модели)

ð проектирование представления данных в памяти компьютера (структур хранения)

 

 

Вариант 3.

Какие действия выполняются на этапе проектирования структур хранения?

 

ð выбор СУБД

ð разработка прикладных программ

ð выбор способа размещения данных в памяти компьютера

+ ð+ выбор параметров размещения данных в памяти компьютера, представляемых СУБД

 

Задача 6. Какие этапы входят в первую и вторую стадию концептуального проектирования?

 

 

Вариант 1.

Из каких этапов состоит первая стадия концептуального проектирования?

 

+ ð+ изучение предметной области

+ ð+ проектирование обобщенного концептуального представления

 

ð проектирование концептуального представления, специфицированного к модели данных СУБД (логической модели)

ð проектирование представления данных в памяти компьютера (структур хранения)

 

ð разработка прикладных программ

 

Вариант 2.

Какие этапы проектирования базы данных не входят в первую стадию концептуального проектирования?

 

ð проектирование обобщенного концептуального представления

(инфологической модели)

ð+ выбор СУБД

+ ð+ проектирование концептуального представления, специфицированного к модели данных СУБД (логической модели)

+ ð+ проектирование представления данных в памяти компьютера (структур хранения)

 

Вариант 3.

Какие этапы проектирования базы данных входят во вторую стадию концептуального проектирования?

ð изучение предметной области

ð проектирование обобщенного концептуального представления

 

+ ð+ проектирование концептуального представления, специфицированного к модели данных СУБД (логической модели)

+ ð+ проектирование представления данных в памяти компьютера (структур хранения)

 

Задача 7. Что понимается под понятием «абстрагирование» при описании предметной области и информационных потребностей пользователя?

Вариант 1.

Что понимается под термином «абстрагирование» при описании предметной области

ð описание форм конкретных обрабатываемых документов

ð описание абстрактного документа, не связанного с рассматриваемой предметной областью

+ ð+ описание документов, представляющих абстрактный образ обрабатываемых документов

ð описание обобщенного представления действий всех пользователей

Вариант 2.

Что понимается под термином «абстрагирование» при описании информационных потребностей пользователей?

ð описание конкретных задач пользователя при работе с базой данных

ð описание абстрактных действий с базой данных, не связанных с предметной областью

+ ð+ описание абстрактных действий с базой данных, обобщающих действия всех пользователей

ð абстрактное описание документов, с которыми работают все пользователи

 

 

Вариант 3.

Что не соответствует понятию «абстрагирование»?

 

+ ð+ описание форм конкретных обрабатываемых документов

ð описание абстрактного документа, не связанного с рассматриваемой предметной областью

ð описание документов, представляющих абстрактный образ обрабатываемых документов

 

+ ð+ описание конкретных задач пользователя при работе с базой данных

ð описание абстрактных действий с базой данных, не связанных с предметной областью

ð описание абстрактных действий с базой данных, обобщающих действия всех пользователей

ð абстрактное описание документов, с которыми работают все пользователи

 

Задача 8. С чем связана необходимость возврата к предыдущим этапам проектирования базы данных?

Вариант 1.

Как необходимо оценивать результат завершенного этапа проектирования базы данных?

 

+ ð+ по возможности ответа на все возможные запросы пользователей

+ ð+ по числу элементарных действий, необходимых для ответа на все возможные запросы пользователей

ð по отсутствия дублирования информации

+ ð+ по адекватности представления предметной области

Вариант 2.

Что в процессе проектирования базы данных обуславливает необходимость возврата на начало этапа или на предыдущие этапы?

 

+ ð+ ошибки проектирования

+ ð+ изменение требований пользователей

+ ð+ невозможность ответа на все возможные запросы пользователей

ð+ слишком большое число элементарных действий, необходимых для ответа на все возможные запросы пользователей

Вариант 3.

Какие этапы проектирования могут повторно пересматриваться?

ð изучение предметной области

+ ð+ проектирование обобщенного концептуального представления

 

+ ð+ выбор СУБД

+ ð+ проектирование концептуального представления, специфицированного к модели данных СУБД (логической модели)

+ ð+ проектирование представления данных в памяти компьютера (структур хранения)

 

Литература

 

1. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах: Пер. с англ. /Под ред. А.А. Стогния и А.Л. Щерса. – М.: Мир, 1980. – 664 с.

2. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных: Пер. с англ. – 6-е изд. – К.: Диалектика, 1998. – 784 с.

3. Ульман Дж. Основы систем баз данных: Пер. с англ. / Под ред. М.Р. Когаловского. – М.: Финансы и статистика, 1983. – 334 с.

4. Конноли Т., Бэгг К., Страчан А. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 1120 с.

5. Швецов В.И., Визгунов А.Н., Мееров И.Б. Базы данных. Учебное пособие. Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2004. 271 с.

6. Толстобров А.П. Управление данными. Учебное пособие. Воронеж: Изд-во Воронежского ГУ, 2007 – 205 с.

Лекция 5. Первая стадия концептуального проектирования базы данных (концептуальное моделирование)

Лекция посвящена моделированию предметной области. Здесь рассматриваются понятия, с помощью которых описывается предметная область, средства графического представления концептуальной модели предметной области в виде. ER-диаграммы, основные приемы, используемые при моделировании.

Ключевые термины: информационное описание предметной области, атрибут, сущность, класс сущностей, связь, типы связей, диаграмма сущность-связь,. ER-диаграмма, концептуальная модель, этапы построения концептуальной модели, ограничения целостности.

Цель лекции: показать, как описывается предметная область при концептуальном моделировании (с помощью каких понятий, средств представления и приемов построения) и как обеспечивается достоверность информации в базе данных за счет ограничений целостности концептуальной модели.

 

5.1. Описание информационного представления
предметной области. ER-диаграмма.

 

Иллюстрацию вводимых понятий и этапов проектирования базы данных будем проводить на примере близкой для читателя конкретной предметной области: представление данных о студентах вуза, Дадим краткое описание рассматриваемой предметной области. В вузе имеется несколько факультетов, на каждом их которых ведется подготовка по нескольким специальностям или направлениям. Для каждой специальности на факультете есть свой учебный план, в котором приводится перечень изучаемых учебных курсов с указанием количества часов занятий. Студенты изучают соответствующие дисциплины, сдают экзамены и зачеты, получают оценки.