Базы данных

Более подходящей стратегией проектирования сложных баз данных является использование  нисходящего подхода. Начинается этот подход с разработки моделей данных, которые содержат несколько высокоуровневых  сущностей и связей, затем работа продолжается в виде серии нисходящих уточнений низкоуровневых сущностей, связей и относящихся к ним  атрибутов. Нисходящий подход демонстрируется  в концепции модели "сущность-связь". В этом случае работа начинается с  выявления сущностей и связей между ними, интересующих данную организацию  в наибольшей степени. Например, сначала  можно было бы идентифицировать сущности PrivateQwner (Владелец) и PropertyForRent (Объект недвижимости), затем установить между ними связь PrivateOwner Owns (Владеет) PropertyForRent и лишь после этого определить связанные  с ними атрибуты — например, PrivateOwner {ownerNo, name, address) и PropertyForRent (propertyNo, address).

Кроме этих подходов для проектирования баз  данных могут применяться другие подходы, например, подход "от общего к частному" или "смешанная  стратегия проектирования". Подход "от общего к частному" напоминает восходящий подход, но отличается от него тем, что вначале выявляется набор  основных сущностей с последующим  расширением круга рассматриваемых  сущностей, связей и атрибутов, которые  взаимодействуют с первоначально  определенными сущностями. В смешанной  стратегии сначала используются восходящий и нисходящий подходы  для создания разных частей модели, после чего все подготовленные фрагменты  собираются в единое целое.

Моделирование данных

Основные  цели моделирования данных состоят  в изучении значения (семантики) данных и упрощении процедур описания требований к данным. При создании модели данных необходимо получить ответы на определенные вопросы об отдельных сущностях, связях и атрибутах. Полученные дополнительные сведения помогут разработчикам  раскрыть особенности семантики  корпоративных данных, которые существуют независимо от того, отмечены они в  формальной модели данных или нет. Сущности, связи и атрибуты являются фундаментальными информационными объектами любого предприятия. Однако их реальный смысл  будет оставаться не вполне понятным до тех пор, пока они не будут должным  образом описаны в документации. Моделирование данных упрощает понимание  смысла элементов данных, поэтому  создание модели необходимо для того, чтобы гарантировать понимание  следующих аспектов данных:

• требования к данным отдельных пользователей;
• характер самих данных независимо от их физического представления;
• использование данных в пределах области применения приложения.

Модели  данных могут использоваться для  демонстрации понимания разработчиком  тех требований к данным, которые  существуют на предприятии. Если обе  стороны знакомы с системой обозначений, используемой для создания модели, то наличие модели данных будет способствовать более плодотворному общению  пользователей и разработчиков. На предприятиях все шире применяются  средства стандартизации для моделирования  данных путем выбора определенного  метода моделирования и использования  его во всех проектах разработки базы данных. Самая популярная технология высокоуровневого моделирования данных, чаще всего используемая при разработке реальных баз данных, построена на концепции модели "сущность-связь" (Entity-Relationship model — ER-модель).

Критерии оценки модели данных

Оптимальная модель данных должна удовлетворять  критериям, перечисленным в таблице. Однако иногда эти критерии несовместимы, поэтому приходится идти на некоторый  компромисс. Например, в погоне за наибольшей выразительностью модели данных можно  утратить ее простоту.

Этапы проектирования базы данных

Процесс проектирования базы данных состоит  из трех основных этапов: концептуальное, логическое и физическое проектирование.

Концептуальное  проектирование базы данных

Концептуальное  проектирование базы данных. Процесс  создания модели используемой на предприятии  информации, не зависящей от любых  физических аспектов ее представления.

Первый  этап процесса проектирования базы данных называется концептуальным проектированием  базы данных. Он заключается в создании концептуальной модели данных для анализируемой  части предприятия. Эта модель данных создается на основе информации, записанной в спецификациях требований пользователей. Концептуальное проектирование базы данных абсолютно не зависит от таких  подробностей ее реализации, как тип  выбранной целевой СУБД, набор  создаваемых прикладных программ, используемые языки программирования, тип выбранной  вычислительной платформы, а также  от любых других особенностей физической реализации.

При разработке концептуальная модель данных постоянно  подвергается тестированию и проверке на соответствие требованиям пользователей. Созданная концептуальная модель данных предприятия является источником информации для этапа логического проектирования базы данных.

Логическое  проектирование базы данных

Логическое  проектирование базы данных. Процесс  создания модели используемой на предприятии  информации на основе выбранной модели организации данных, но без учета  типа целевой СУБД и других физических аспектов реализации.

Второй  этап проектирования базы данных называется логическим проектированием базы данных. Его цель состоит в создании логической модели данных для исследуемой части  предприятия. Концептуальная модель данных, созданная на предыдущем этапе, уточняется и преобразуется в логическую модель данных.Логическая модель данных учитывает особенности выбранной  модели организации данных в целевой  СУБД (например, реляционная модель).

Если  концептуальная модель данных не зависит  от любых физических аспектов реализации, то логическая модель данных создается  на основе выбранной модели организации  данных целевой СУБД. Иначе говоря, на этом этапе уже должно быть известно, какая СУБД будет использоваться в качестве целевой - реляционная, сетевая, иерархическая или объектно-ориентированная. Однако на этом этапе игнорируются все остальные характеристики выбранной  СУБД, например, любые особенности  физической организации ее структур хранения данных и построения индексов.

В процессе разработки логическая модель данных постоянно тестируется и проверяется  на соответствие требованиям пользователей. Для проверки правильносги логической модели данных используется метод нормализации. Нормализация гарантирует, что отношения, выведенные из существующей модели данных, не будут обладать избыточностью  данных, способной вызвать нарушения  в процессе обновления данных после  их физической реализации. Помимо всего  прочего, логическая модель данных должна обеспечивать поддержку всех необходимых  пользователям транзакций.

Созданная логическая модель данных является источником информации для этапа физического  проектирования и обеспечивает разработчика физической базы данных средствами поиска компромиссов, необходимых для достижения поставленных целей, что очень важно  для эффективного проектирования. Логическая модель данных играет также важную роль на этапе эксплуатации и сопровождения  уже готовой системы. При правильно  организованном сопровождении поддерживаемая в актуальном состоянии модель данных позволяет точно и наглядно представить  любые вносимые в базу данных изменения, а также оценить их влияние  на прикладные программы и использование  данных, уже имеющихся в базе.

Физическое  проектирование базы данных

Физическое  проектирование базы данных. Процесс  подготовки описания реализации базы данных на вторичных запоминающих устройствах; на этом этапе рассматриваются основные отношения, организация файлов и  индексов, предназначенных для обеспечения  эффективного доступа к данным, а  также все связанные с этим ограничения целостности и средства защиты.

Физическое  проектирование является третьим и  последним этапом создания проекта  базы данных, при выполнении которого проектировщик принимает решения  о способах реализации разрабатываемой  базы данных. Во время предыдущего  этапа проектирования была определена логическая структура базы данных (которая  описывает отношения и ограничения  в рассматриваемой прикладной области). Хотя эта структура не зависит  от конкретной целевой СУБД, она  создается с учетом выбранной  модели хранения данных, например реляционной, сетевой или иерархической. Однако, приступая к физическому проектированию базы данных, прежде всего необходимо выбрать конкретную целевую СУБД. Поэтому физическое проектирование неразрывно связано с конкретной СУБД. Между логическим и физическим проектированием существует постоянная обратная связь, так как решения, принимаемые на этапе физического  проектирования с целью повышения  производительности системы, способны повлиять на структуру логической модели данных.

Как правило, основной целью физического проектирования базы данных является описание способа  физической реализации логического  проекта базы данных. В случае реляционной  модели данных под этим подразумевается  следующее:

• создание набора реляционных таблиц и ограничений для них на основе информации, представленной в глобальной логической модели данных;
• определение конкретных структур хранения данных и методов доступа к ним, обеспечивающих оптимальную производительность СУБД;
• разработка средств защиты создаваемой системы.

Этапы концептуального и логического  проектирования больших систем следует  отделять от этапов физического проектирования. На это есть несколько причин.

• Они связаны с совершенно разными аспектами системы, поскольку отвечают на вопрос, что делать, а не как делать.
• Они выполняются в разное время, поскольку понять, что надо сделать, следует прежде, чем решить, как это сделать.
• Они требуют совершенно разных навыков и опыта, поэтому требуют привлечения специалистов различного профиля.

Проектирование  базы данных — это итерационный процесс, который имеет свое начало, но не имеет конца и состоит  из бесконечного ряда уточнений. Его  следует рассматривать прежде всего  как процесс познания. Как только проектировщик приходит к пониманию  работы предприятия и смысла обрабатываемых данных, а также выражает это понимание  средствами выбранной модели данных, приобретенные знания могут показать, что требуется уточнение и  в других частях проекта. Особо важную роль в общем процессе успешного создания системы играет концептуальное и логическое проектирование базы данных. Если на этих этапах не удастся получить полное представление о деятельности предприятия, то задача определения всех необходимых пользовательских представлений или обеспечения защиты базы данных становится чрезмерно сложной или даже неосуществимой. К тому же может оказаться затруднительным определение способов физической реализации или достижения приемлемой производительности системы. С другой стороны, способность адаптироваться к изменениям является одним из признаков удачного проекта базы данных. Поэтому вполне имеет смысл затратить время и энергию, необходимые для подготовки наилучшего возможного проекта.

На рисунке  показана взаимосвязь между этой архитектурой и проектированием  баз данных — концептуальным, логическим и физическим.