Проектирование баз данных. Процесс разработки структуры БД на основании требований пользователя называют проектированием БД

Процесс разработки структуры БД на основании требований пользователя называют проектированием БД. Результатом проектирования БД является структура БД, состоящая из логических и физических компонент, и руководство для прикладных программистов.

Жизненный цикл БД делится на стадии анализа, проектирования и эксплуатации.

Анализ — формулирования требований, концептуального проектирования — основная цель обеспечить согласованность целей пользователей и представлений об информационных потоках.

Проектирование — реализация БД, анализ функционирования и поддержки, модификация и адаптация.

Логическое проектирование: проектирование БД и программ — результатом является логическая структура БД и функциональное описание программных модулей и наборы запросов БД.

Физическое проектирование: выбор физической структуры БД и отладка программных модулей, полученных при проектировании программ, — результатом является подготовка к эксплуатации БД.

Реализация БД — задача разработки программ доступа к БД.

Языки, используемые в БД: языки описания данных (ЯОД) и языки манипулирования данными (ЯМД). ЯОД определяет различные типы записей, их имена, форматы, служит для определения типов элементов данных, которые нужны в качестве ключей; отношений между записями или их частями; типа данных, которые используются в записях; диапазона их значений; числа элементов, их порядка; режима доступа.

Различают три уровня абстракции для описания данных:

· концептуальный (с позиции администратора);

· реализации (с позиции программиста и пользователя);

· физический (с позиции системного программиста).

На концептуальном уровне описывают объекты, атрибуты и значения данных. На уровне реализации имеют дело с записями, элементами данных и связями между записями. На физическом уровне оперируют блоками, указателями, данными переполнения, группировкой данных. ЯМД дает возможность манипулирования данными без знания несущественных для программиста подробностей. Они могут реализовываться как расширение языков программирования общего назначения путем введения в них специальных операторов или путем реализации специального языка.

Процесс проектирования БД начинают с построения концептуальной модели (КМ), которая состоит из описания объектов и их взаимосвязей без указания способов физического хранения. Построение КМ ведется с анализа данных об объектах и связей между ними, сбора информации о данных в существующих и возможных прикладных программах. КМ является моделью предметной области.

Версия КМ обеспечиваемая СУБД, называется логической моделью (ЛМ). Подмножества ЛМ, которые выделяются для пользователей, называются внешними моделями (подсхемами). ЛМ отображается в физическую, которая описывает размещение данных и методы доступа. Физическую модель называют внутренней.

Внешние модели не связаны с используемыми КТС и методами доступа к БД (рис. 2.2). Они определяют первый уровень независимости данных. Второй уровень независимости данных связан с отсутствием изменений внешних моделей при изменении КТС (КМ). При разработке и проектировании БД важным является словарь данных (СД), который предназначен для хранения сведений об объектах, атрибутах, значениях данных, взаимосвязях между ними, их источниках, форматах представления. СД позволяет получить информацию обо всех ресурсах данных. Назначение СД — документи рование данных, централизованное ведение и управление данными, взаимодействие между разработками САПР. Словарь данных (рис. 2.3) может быть в виде части пакета программ СУБД или отдельного пакета программ в виде дополнения к СУБД.

Рис. 2.2 – Логическая и физическая независимость данных

Рис. 2.3 – Интерфейсные СД в системе с БД

СД — связующее звено в ПО обработки данных, которое включает в себя процессор, СУБД, языки запросов, монитор телеобработки. СД обязаны поддерживать КМ, ЛМ, внешнюю и внутреннюю модели; обеспечивать обмен информации с СУБД и процесс изменений БД. Словарь данных имеет свою БД которая включает в себя атрибут; объект; групповой элемент данных; выводимый объект данных; синонимы, т. е. атрибуты, имеющие одинаковое назначение, но различные идентификаторы; омонимы, т. е. атрибуты с различным назначением, но с одинаковыми идентификаторами; описание КМ, ЛМ, внешних и внутренних моделей; описание, позволяющее пользователям формально и однозначно выбирать атрибуты для решения задач. При проектировании БД (рис. 2.4) выполняется идентификация основных объектов предметной области и прикладных программ, подлежащих использованию; определяются объекты и их взаимосвязи; разрабатываются СД, КМ, ЛМ, ФМ с проведением анализа и оценок.

Рис. 2.4 – Структурная схема проектирования БД

Например, концептуальное структурное представление информации (ISP-информация) не связано с конкретными способами обработки и приложениями, а описывает концептуальные связи в БД:

Информация, описывающая концептуальное представление (UP-информация), определяет требование организации к обработке данных и описывает данные и связи:

Концептуальное представление информации обеспечивает эффективность проектирования, структурное представление информации создает гибкость и адаптивность.

Модели данных

Современные СУБД основываются на использовании моделей данных (МД), позволяющих описывать объекты предметных областей и взаимосвязи между ними. Существуют три основные МД и их комбинации, на которых основываются СУБД: реляционная модель данных РМД, сетевая модель данных (СМД), иерархическая модель данных (ИМД).

Основное отличие между МД состоит в описании взаимодействий между объектами и атрибутами. Взаимосвязь выражает отношение между множествами данных, используя взаимосвязи «один к одному», «один ко многим», «многие ко многим».

«Один к одному» — это взаимно однозначное соответствие, которое устанавливается между одним объектом и одним атрибутом. Например, в определенный момент времени в одной ЭВМ используется один определенный процессор. Номеру выбранной ЭВМ соответствует номер выбранного процессора.

«Один ко многим» — соответствие между одним объектом и многими атрибутами.

«Многие ко многим» — соответствие между многими объектами и многими атрибутами. Например, на множестве ЭВМ может одновременно работать множество пользователей. Взаимосвязи между объектами и атрибутами удобно представлять в виде графов и гиперграфов.