Учебная дисциплина «Базы данных» для студентов специальности «Информационные системы и технологии» ЛЕКЦИЯ 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ Вопрос 1. Этапы проектирования баз данных. Вопрос 2. Проектирование баз данных на внешнем уровне. Вопрос 3. Составные части инфологической модели. Требования и подходы к инфологическому проектированию.

Литература 1.Базы данных: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений / А.В. Кузин, С.В. Левонисова. – 2-е изд. стер. – М.: Издательский центр «Академия», Марков А.С., Лисовский К.Ю. Базы данных. Введение в теорию и методологию: Учебник. –М.: Финансы и статистика, Теория и практика построения баз данных. 8- е изд. / Д. Крёнке. –СПб: Питер, 2003.

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. Рассматривая вопрос проектирования баз данных, будем придерживаться многоуровневого представления данных: внешнего, инфологического, логического (даталогического) внутреннего.

Рисунок 1 – Схема взаимосвязи уровней представления данных в БД

Внешний уровень это часть (подмножество) концептуальной модели, необходимая для реализации какого-либо запроса или прикладной программы. В некоторых случаях под внешним уровнем понимают более общие понятия, связанные с изучением и анализом информационных потоков предметной области и их структуризацией.

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.

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. Инфологическое представление данных ориентировано 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 логическом 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.

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.

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.

Существуют два подхода к проектированию баз данных на внешнем уровне: «от предметной области» и «от запроса». При подходе «от запроса» основным источником информации о предметной области есть изучение запросов пользователей и потребностей прикладных программ. При таком подходе БД проектируется для выполнения текущих задач управления без учета возможности расширение системы и возникновение новых задач управление.

Функциональный подход «от предметной области» ориентирован на реализацию текущих требований пользователей и прикладных программ без учета перспектив развития системы. Преимущества подхода «от предметной области»: 1)объективность, 2)системность при отображении ПО, 3)стойкость информационной модели, 4)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.

Рисунок 2 - Обобщенная схема процесса проектирования баз данных на внешнем уровне

Основными составными элементами инфологической модели являются сущности (информационные объекты), связи между ними и их атрибуты (свойства). Сущность - любой различимый объект (т.е. объект, который можно отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Связь - ассоциирование двух или более сущностей. Атрибут - поименованная характеристика сущности. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. Ключ - минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности.

Целью инфологического проектирования является создание структурированной информационной модели ПО, для которой будет разрабатываться БД. Суть инфологического моделирования состоит в выделении сущностей (информационных объектов ПО), которые подлежат хранению в БД, а также в определении характеристик (атрибутов) объектов и взаимосвязей между ними. Существует два подхода к инфологическому проектированию: анализ объектов и синтез атрибутов. Подход, который базируется на анализе объектов, называется нисходящим, а на синтезе атрибутов восходящим.

При проектировании на инфологическом уровне создается информационно-логическая модель (ИЛМ), которая должна отвечать таким требованиям, как: - обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных; - корректность схемы БД, то есть адекватное отображение моделированной ПО; - простота и удобство использования на следующих этапах проектирования, то есть ИЛМ может легко отображаться на модели БД, которые поддерживаются известными СУБД (сетевые, иерархические, реляционные и др.); - ИЛМ должна быть описана языком, понятным проектировщикам БД, программистам, администратору и будущим пользователям.

Контрольные вопросы 1.Поясните, что понимается под процессом проектирования баз данных и перечислите основные уровни представления данных. 2.Дайте характеристику уровней представления данных, используемых при проектировании баз данных. 3.Приведите и охарактеризуйте существующие подходы к проектированию баз данных на внешнем уровне. 4.Приведите и поясните обобщенную схему процесса проектирования баз данных на внешнем уровне. 5.Перечислите и раскройте содержание основных составных элементов инфологической модели базы данных. 6.Перечислите цель, суть и существующие подходы инфологического проектирования баз данных. 7.Приведите требования, предъявляемые к информационно-логической модели баз данных на инфологическом уровне.