Основные понятия и принципы программирования баз данных

   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 базы данных.

       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   базы данных   на   внешнем   уровне   необходимо   изучить функционирование объекта управления,  для  которого  проектируется  база данных,  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 базе данных. 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 предметной области, из которой исключена избыточность данных  и отображены  информационные  особенности   объекта   управление   без   учета особенностей  и  специфики   конкретной   системы управления базами данных.

   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   системы управления базами данных.   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  системы управления базами данных.

   Модель  логического  уровня,  поддерживаемую  средствами  конкретной   системы управления базами данных, 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 базы данных, 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 базы данных:  объем памяти  и время реакции системы.  Физические параметры базы данных можно изменять в процессе ее  эксплуатации  с целью повышения эффективности функционирование системы. Изменение физических  параметров не предопределяет  необходимости  изменения  инфологической  и   даталогической моделей.

   В соответствии с этими уровнями проектируется  база данных.  Проектирование  баз  данных - это  сложный  и  трудоемкий  процесс,  который  требует  привлечения  многих высококвалифицированных специалистов. От  того,  насколько  квалифицированно спроектирована  база данных,  зависят производительность  информационной  системы и полнота обеспечения функциональных потребностей пользователей  и  прикладных программ. Неудачно спроектированная база данных 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  базы данных.  Реструктуризация  или внесение изменений в логическую модель базы данных 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 баз данных.                              

       Итак, 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 баз данных.

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

   1.Определение   функциональных  задач  предметной   области,   которые подлежат  автоматизированному  решению.  Поскольку  основной   целью       создания базы данных 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 базы данных.

   2.Изучение  и анализ оперативных первичных  документов. Изучив функции и   определив   перечень   функциональных   задач,   которые    подлежат автоматизированному  решению,  переходят  к   изучению   оперативных       документов, которые используются  на  входе  каждой  задачи  или  их       комплекса. Изучив и проанализировав все оперативные  документы  (как       внешние, так и внутренние), которые  используются  на  входе  каждой задачи, определяют, какие реквизиты этих документов нужно  сохранять в базе данных.

   3.Изучение  нормативно-справочных документов. На третьем шаге изучают и       анализируют  всю   нормативно-справочную   документацию.   К   такой       документации принадлежат различные классификаторы, сметы,  договоры,       нормативы, законодательные акты  по  налоговой политике,  плановая       документация и т.п. Распределение и отдельный анализ  оперативной и       нормативно-справочной информации обусловлены технологически. В базы       данных различаются технологии создания  и  ведения  файлов  условно-       постоянной   информации,   размещенной    в    нормативно-справочной       документации, и файлов оперативной информации.

   4.Изучение процессов преобразования  входных сообщений в выходные.       Прежде всего, изучаются все выходные сообщения, которые выдаются  на        печать или на экран и сохраняются в виде выходных  массивов. Это необходимо для того,  чтобы  определить,  которые  из  атрибутов входных сообщений нужно сохранять в базе данных  для получения выходных сообщений. Кроме того, на этом  этапе  определяются  те  показатели, которые получают во время решения  задачи  в  результате  выполнения определенных вычислений. По каждому  расчетному  показателю  следует определить алгоритм его формирования и убедиться  в  том,  что  этот показатель  можно  получить  на  основе  атрибутов   оперативной   и  нормативно-справочной информации, которые были определены на  втором и третьем шагах. Если определенных данных  не  хватает для полного выполнения  расчетов, необходимо возвратиться назад, провести  дополнительное исследование и определить, где и каким способом можно получить атрибуты, которых не хватает.

   Кроме  того,  нужно  определиться,  какие  из   расчетных   показателей целесообразно сохранять в базе данных. Показатели, полученные  расчетным путем,  как правило, в базе данных не сохраняются. Исключением являются случаи,  когда расчетный показатель нужно использовать  для решения других  задач или для данной задачи, но в следующие календарные периоды.

   При проведении проектных работ на внешнем  уровне надо учитывать то, что для   выполнения   определенных   функций   в   базе данных   необходимо    сохранять дополнительные  данные,  которые  не   отображены   в   документах   (данные календаря,  статистические  данные  и  т.п.). 

   Такое изучение необходимо провести по каждой функциональной задаче  или их комплексу, которые будут решаться с помощью базы данных.

   Результатом проектирования на внешнем уровне будет  перечень  атрибутов (реквизитов)   оперативной   и   условно-постоянной   информации,    которые необходимо хранить в  базе данных,  с указанием источников  их  получения и формы представления. Однако этот перечень не исключает возможности существования в нем избыточности, дублирования, несогласованности  и  других  недостатков.

   Поэтому на этом процесс не заканчивается, а  осуществляется переход  к  этапу инфологического проектирования.

   Основными составными элементами инфологической модели являются сущности (информационные объекты), связи между ними и их атрибуты (свойства).

       Сущность - любой различимый объект (объект, который мы  можем отличить от  другого),  информацию  о  котором  необходимо  хранить  в базе  данных.

   Сущностями  могут быть люди,  места,  самолеты,  рейсы,  вкус,  цвет  и  т.д.

   Необходимо  различать такие понятия, как  тип сущности и  экземпляр  сущности.

   Понятие тип сущности относится к  набору  однородных  личностей,  предметов, событий или идей, выступающих как  целое.  Экземпляр  сущности  относится  к конкретной вещи в наборе. Например,  типом  сущности  может  быть  город,  а экземпляром – Москва, Киев и т.д.

       Атрибут  -  поименованная характеристика  сущности.  Его наименование должно  быть  уникальным  для  конкретного  типа  сущности,  но  может  быть одинаковым  для  различного  типа  сущностей  (например,  цвет  может   быть определен для многих сущностей: собака).  Атрибуты используются для определения того, какая информация должна  быть  собрана  о сущности.    Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами  отсутствует. Атрибут  является  таковым  только  в  связи  с  типом  сущности.  В  другом контексте атрибут может выступать как  самостоятельная  сущность.

   Связь - ассоциирование двух или более сущностей.  Если  бы  назначением базы данных  было  только  хранение  отдельных,  не  связанных  между  собой данных, то ее  структура  могла  бы  быть  очень  простой.  Однако  одно  из основных требований к организации базы данных - это обеспечение возможности отыскания  одних  сущностей  по  значениям  других,  для   чего   необходимо установить между ними определенные связи. А так как в реальных базах  данных нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей,  то  теоретически  между ними может быть установлено более миллиона связей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей.