Вопрос I. Основные понятия. Вопрос 2. Проектирование баз данных.

Понятие «база данных» возникло в результате стандартизации и унификации данных, универсально организованных и хранящихся с помощью ЭВМ с целью использования для многих приложений. При этом описание данных уже не скрыто в программах, а явным образом декларируется и хранится в самой базе. База данных может быть определена как структурная совокупность данных, поддерживаемых в актуальном состоянии (в соответствии объектам некоторой предметной области) и служащая для удовлетворения информационных потребностей многих пользователей. Базы данных устраняют избыточность и противоречивость данных. Для поддержания актуальности данных, хранящихся в базе, получения сводок по информационным запросам, перехода к данным и программам пользователей служат системы управления базами данных ( СУБД ).

Основой СУБД являются два языка - язык описания данных ( ЯОД ) и язык манипулирования данными ( ЯМД ). С помощью языка описания данных администратор базы данных и программисты описывают структуру и содержимое базы данных. Язык манипулирования данными является средством, которое применяется пользователями или прикладным программистом для выполнения операций над данными, хранящимися в базе. Смысл элементов данных, способы их использования, источники, различные правила и ограничения представляют собой метаданные. В формализованном виде данные могут содержаться в словарях данных, обслуживающих базы данных. Основными функциями словарей данных, являются установление единообразного понимания данных пользователями БД ; эффективное управление элементами данных при модификации описания данных в системе ; уменьшение избыточности ; устранение противоречивости ; упрощение проектирования БД и ее сопровождения, расширения и т. д.

Администратор - это специалист, имеющий представление об информационных потребностях конечных пользователей и отвечающий за определение, загрузку, защиту и эффективность базы данных.. Аналитики, обладая знаниями закономерностей соответствующей предметной области, в контакте с конечными пользователями строят формальные ( матема ­ тические ) модели для задач конечного пользователя, которые являются исходным представлением задачи для прикладного программиста. Прикладные программисты на основе представления задачи, полученного ана ­ литиками, разрабатывают прикладные программы для решения задач конечных пользователей. Системные программисты обеспечивают работоспособность операционной сис ­ темы, систем программирования и СУБД, разрабатывают сервисные программы.

Важнейшие требования, к современным базам данных: адекватность базы данных предметной области; интегрированность данных; независимость данных; минимальная избыточность хранимых данных; целостность базы данных; обеспечение защиты от несанкционированного доступа или случайного уничтожения данных; гибкость и адаптивность структуры базы данных; «динамичность данных и способность к расширению; возможность поиска по многим ключам.

Вопрос 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ К любой базе данных возможен подход на каждом из следующих трех уровней (рис. 1) «на уровне представлений данных конечного пользователя или прикладного программиста (внешнего представления); на уровне концептуального представления данных (представления администратора); на уровне внутреннего представления данных (с позиции системного программиста или представления реализации, Под представлением данных понимаются правила организации и кодирования.

Трехуровневое представление данных в концепции ANSI/SPARC

Представление данных конечного пользователя ( внешнее представление ) является совокупностью требований к данным со стороны некоторой конкретной задачи или программы. Для конечного пользователя внешнее представление является совокупностью спецификаций и реальных форматов данных, отражающих конкретные информационные потребности при решении некоторой задачи ( проблемы ). Концептуальное представление данных является интегрированным определением данных на основе объединения внешних представлений данных для всей сово ­ купности приложений, т. е. достаточно полной моделью предметной области. Структура данных на концептуальном уровне называется концептуальной схемой и описывает семантику данных.

Основными понятиями внутреннего представления являются физические блоки, хранимые записи, указатели. Внутреннее представление обеспечивает доступ к данным на логическом уровне и скрывает от прикладных программистов и пользователей многие технические детали манипулирования данными и методов доступа к ним.

Концептуальное представление основано на определенной модели данных. Различают три основные типа модели данных : иерархический, сетевой и реляционный. Важную роль при проектировании базы данных играет методология построения концептуальных моделей предметной области, включающая методы и средства, позволяющие спроектировать базу данных, удовлетворяющую заданным целям и требованиям пользователей и прикладных программистов. Средства моделирования Системный анализ Методы экспертных оценок

В недавнем прошлом процесс проектирования баз данных был ориентирован, в основном, на требования пользователей и прикладных программистов ( ПП - информация ) и учитывал текущие или предвидимые приложения. Важную роль при проектировании стала играть информация о предметной области ( ПО - информация ), не зависящая напрямую от существующих приложений и обеспечивающая гибкость, адаптивность и универсальность данных, пригодность всей системы к развитию и использованию для незапланированных будущих приложений.

Процесс построения концептуальной модели разделяется на следующие этапы : сбор и содержательный анализ априорной информации о предметной области и прикладных задачах пользователей ; Результатом данного этапа являются 1. список всех создаваемых и используемых элементов данных ; 2. перечень прикладных задач, их характеристик и используемых в них данных ; 3. список принимаемых решений в управлении организацией или процессами, а также условий и правил их принятия ; 4) список возможных будущих изменений в деятельности и их влияний на принятие решений. концептуальный анализ данных и синтез концептуальной модели. На этапе концептуализации собранной информации выявляются элементы предметной области, их свойства и взаимосвязи, затем синтезируется структура концептуальной модели базы данных. Наиболее известными подходами концептуализации являются анализ сущностей и представление знаний.

В качестве основных принципов системного подхода при построении моделей используются : рассмотрения объекта с различных точек зрения, выявления аспектов изучаемого объекта с учетом их взаимосвязи; расчленения объекта на более простые подсистемы (основанием для введения подсистем является то, что связи между подсистемами много слабее, чем между элементами внутри подсистемы, а каждая подсистема много проще, чем вся система в целом); выделения иерархических отношений типа «целое - часть» между компонентами системы разных уровней и отношений эквивалентности между компонентами одного уровня.