Задача проектирования базы данных

     Однако HTML сегодня уже не удовлетворяет  в полной мере требованиям, предъявляемым  современными разработчиками к языкам подобного рода. И ему на смену  был предложен новый язык гипертекстовой разметки, мощный, гибкий и, одновременно с этим, удобный язык XML. В чем же заключаются его достоинства?

     XML (Extensible Markup Language) — это язык разметки, описывающий целый класс объектов  данных, называемых XML-докумснтами.  Он используется в качестве средства для описания грамматики других языков и контроля за правильностью составления документов. То есть сам по себе XML не содержит никаких тегов, предназначенных для разметки, он просто определяет порядок их создания.

     Тезаурусные модели основаны на принципе организации словарей, содержат определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Эти модели эффективно используются в системах-переводчиках, особенно многоязыковых переводчиках. Принцип хранения информации в этих системах и подчиняется тезаурусным моделям.

     Дескрипторные модели — самые простые из документальных моделей, они широко использовались на ранних стадиях использования  документальных баз данных. В этих моделях каждому документу соответствовал дескриптор — описатель. Этот дескриптор имел жесткую структуру и описывал документ в соответствии с теми характеристиками, которые требуются для работы с документами в разрабатываемой документальной БД. Например, для БД, содержащей описание патентов, дескриптор содержал название области, к которой относился патент, номер патента, дату выдачи патента и еще ряд ключевых параметров, которые заполнялись для каждого патента. Обработка информации в таких базах данных велась исключительно по дескрипторам, то есть по тем параметрам, которые характеризовали патент, а не по самому тексту патента. 
 
 

2.3. Проектирование баз данных

2.3.1. Этапы проектирования баз данных

     Создание  и внедрение в практику современных  информационных систем автоматизированных баз данных выдвигает новые задачи проектирования, которые невозможно решать традиционными приемами и методами. Большое внимание необходимо уделять вопросам проектирования баз данных. От того, насколько успешно будет спроектирована база данных, зависит эффективность функционирования системы в целом, ее жизнеспособность и возможность расширения и дальнейшего развития. Поэтому вопрос проектирования баз данных выделяют как отдельное, самостоятельное направление работ при разработке информационных систем.

     Проектирование  баз данных — это итерационный, многоэтапный процесс принятия обоснованных решений в процессе анализа информационной модели предметной области, требований к данным со стороны прикладных программистов и пользователей, синтеза логических и физических структур данных, анализа и обоснования выбора программных и аппаратных средств. Этапы проектирования баз данных связаны с многоуровневой организацией данных. Рассматривая вопрос проектирования баз данных, будем придерживаться такого многоуровневого представления данных: внешнего, инфологического, логического (даталогического) и внутреннего.

     Такое представление уровней данных не единственное. Существуют и другие варианты многоуровневого представления  данных. Так, в соответствии с предложениями  исследовательской группы по системам управления данными

Американского национального института стандартов ANSI/X3/SPARC, а также CODASYL (Conference on Data Systems Languages), как правило, выделяется три уровня представления данных: внешний уровень (с точки зрения конечного пользователя и прикладного программиста), концептуальный уровень (с точки зрения СУБД), внутренний уровень (с точки зрения системного программиста).

     В соответствии с этой концепцией внешний  уровень это часть

(подмножество) концептуальной модели, необходимая  для реализации какого- либо запроса или прикладной программы. То есть, если концептуальная модель выступает как схема, поддерживаемая конкретной СУБД, то внешний уровень — это некоторая совокупность подсхем, необходимых для реализации конкретной прикладной программы или запроса пользователя.

     Существует  также другая точка зрения, в соответствии с которой под внешним уровнем  понимают более общие понятия, связанные  с изучением и анализом информационных потоков предметной области и  их структуризацией.

     Некоторые авторы вводят вспомогательный уровень (промежуточный между внешним и даталогическим уровнями), который называется инфологическим. Он может выступать как самостоятельный или быть составной частью внешнего уровня. Такая концепция более целесообразна с точки зрения понимания процесса проектирования БД.

     Поэтому будем рассматривать инфологический уровень как самостоятельный  уровень представления данных. Внешний  уровень в этом случае выступает  как отдельный этап проектирования, на котором изучается все внемашинное информационное обеспечение, то есть формы документирования и представления данных, а также внешняя среда, в которой будет функционировать банк данных с точки зрения методов фиксации, сбора и передачи информации в базу данных.

     При проектировании БД на внешнем уровне необходимо изучить функционирование объекта управления, для которого проектируется БД, всю первичную и выходную документацию с точки зрения определения того, какие именно данные необходимо сохранять в базе данных. Внешний уровень это, как правило, словесное описание входных и выходных сообщений, а также данных, которые целесообразно сохранять в БД. Описание внешнего уровня не исключает наличия элементов дублирования, избыточности и несогласованности данных.

     Поэтому для устранения этих аномалий и противоречий внешнего описания данных выполняется инфологическое проектирование. Инфологическая модель является средством структуризации предметной области и понимания концепции семантики данных. Инфологическую модель можно рассматривать в основном как средство документирования и структурирования формы представления информационных потребностей, которая обеспечивает непротиворечивое общение пользователей и разработчиков системы.

     Все внешние представления интегрируются  на инфологическом уровне, где формируется инфологическая (каноническая) модель данных, которая не является простой суммой внешних представлений данных.

     Инфологический  уровень представляет собой информационно-логическую модель (ИЛМ) предметной области, из которой  исключена избыточность данных и  отображены информационные особенности объекта управление без учета особенностей и специфики конкретной СУБД. То есть инфологическое представление данных ориентированно преимущественно на человека, который проектирует или использует базу данных.

     Логический (концептуальный) уровень построен с учетом специфики и особенностей конкретной СУБД. Этот уровень представления данных ориентирован больше на компьютерную обработку и на программистов, которые занимаются ее разработкой. На этом уровне формируется концептуальная модель данных, то есть специальным способом структурированная модель предметной области, которая отвечает особенностям и ограничениям выбранной СУБД.

     Модель  логического уровня, поддерживаемую средствами конкретной СУБД, называют еще даталогической. 

Инфологическая и даталогическая модели, которые отображают модель одной предметной области, зависимы между собой. Инфологическая модель может легко трансформироваться в даталогическую модель.

     Внутренний  уровень связан с физическим размещением  данных в памяти ЭВМ.

     На  этом уровне формируется физическая модель БД, которая включает структуры  сохранения данных в памяти ЭВМ, в  т.ч. описание форматов записей, порядок  их логического или физического  приведения в порядок, размещение по типам устройств, а также характеристики и пути доступа к данным.

     От  параметров физической модели зависят  такие характеристики функционирования БД: объем памяти и время реакции  системы. Физические параметры БД можно  изменять в процессе ее эксплуатации с целью повышения эффективности  функционирование системы. Изменение физических параметров не предопределяет необходимости изменения инфологической и даталогической моделей.

     Проектирование  БД— это сложный и трудоемкий процесс, который требует привлечения  многих высококвалифицированных специалистов. От того, насколько квалифицированно спроектирована БД, зависят производительность информационной системы и полнота обеспечения функциональных потребностей пользователей и прикладных программ. Неудачно спроектированная БД может усложнить процесс разработки прикладного программного обеспечения, обусловить необходимость использования более сложной логики, которая, в свою очередь, увеличит время реакции системы, а в дальнейшем может привести к необходимости перепроектирования логической модели БД. Реструктуризация или внесение изменений в логическую модель БД это очень нежелательный процесс, поскольку он является причиной необходимости модификации или даже перепрограммирование отдельных задач.

     Все работы, которые выполняются на каждом этапе проектирования, должны интегрироваться со словарем данных. Каждый этап проектирования рассматривается как определенная последовательность итеративных процедур, в результате которых формируется определенная модель БД. 
 
 
 
 

2.3.2. Внешний уровень — подготовительный этап инфологического проектирования

     Целью проектирования на внешнем уровне является разработка внемашинного информационного  обеспечения, которое включает систему  входной (первичной) документации, характеризующую  определенную предметную область, систему  классификации и кодирования технико-экономической информации, а также перечень соответствующих выходных сообщений, которые нужно формировать с помощью БнД.

     Существуют  два подхода к проектированию баз данных на внешнем уровне: «от предметной области» и «от запроса». Подход «от предметной области» состоит в том, что формируется внешнее информационное обеспечение всей предметной области без учета потребностей пользователей и прикладных программ. Иногда этот подход называют еще объектным или непроцессным.

     При подходе «от запроса» основным источником информации о предметной области есть изучение запросов пользователей и потребностей прикладных программ. Этот подход также называется процессным или функциональным. При таком подходе БД проектируется для выполнения текущих задач управления без учета возможности расширение системы и возникновение новых задач управление.

     Преимущество  подхода «от предметной области» это его объективность, системность  при отображении ПО и стойкость  информационной модели, возможность  реализации большого количества прикладных программ и запросов, в том числе незапланированных при создании БД. Недостатком этого подхода является значительный объем работ, которые необходимо выполнить при определении информации. подлежащей хранению в БД, что, соответственно, усложняет и увеличивает срок разработки проекта.

     Функциональный  подход ориентирован на реализацию текущих  требований пользователей и прикладных программ без учета перспектив развития системы.

При его использовании  могут возникнуть сложности в  агрегации требований разных пользователей и прикладных программ. Тем не менее, при таком подходе значительно уменьшается трудоемкость проектирования, и поэтому возможно создать систему с высокими эксплуатационными характеристиками.

     Однако  взятый в отдельности любой из этих методов не может дать достаточно информации для проектирования рациональной структуры БД. Поэтому при проектировании БД целесообразно совместно использовать эти два подхода.

     Если  схематично представить процесс  проектирования БД на внешнем уровне, то он состоит из таких работ. 

1. Определение функциональных задач предметной области, которые подлежат автоматизированному  решению. Поскольку основной целью  создания БД есть обеспечение информацией  функций обработки данных, то, прежде всего, необходимо изучить все функции предметной области

(объекта управления), для которой разрабатывается  база данных, и проанализировать  их особенности. Функции и функциональные  особенности объекта управление  необходимо изучать в неразрывной  связи с изучением функциональных  требований к данным со стороны будущих пользователей информационной системы. Изучение и анализ предусматривают выявление информационных потребностей и определения информационных потоков. Эти работы можно выполнять обследованием предметной области и анкетированием ее сотрудников. Результатом такого изучения может быть перечень функциональных задач, которые должны решаться автоматизированным способом с использованием БД.