Основы теории проектирования баз данных

Основы теории проектирования баз данных. При проектировании системы обработки данных именно данные и интересуют нас в первую очередь.

Причем больше всего нас интересует организация данных. Для понимания организации данных вводится понятие информационной модели. Система автоматизированной обработки данных основывается на использовании определенной модели данных или информационной модели. Модель данных отражает взаимосвязи между объектами. Процесс создания информационной модели начинается с определения концептуальных требований ряда пользователей. Концептуальные требования могут определяться и для некоторых задач приложений, которые в ближайшее время реализовывать не планируется.

Это может несколько повысить трудоемкость работы, однако поможет наиболее полно учесть все нюансы функциональности, требуемой для разрабатываемой системы, и снизит вероятность ее переделки в дальнейшем. Требования отдельных пользователей интегрируются в едином обобщенном представлении. Последнее называют концептуальной моделью. Концептуальная модель. Концептуальная модель представляет объекты и их взаимосвязи без указания способов их физического хранения.

Таким образом, концептуальная модель является, по существу, моделью предметной области. При проектировании концептуальной модели все усилия разработчика должны быть направлены в основном на структуризацию данных и выявление взаимосвязей между ними без рассмотрения особенностей реализации и вопросов эффективности обработки. Проектирование концептуальной модели основано на анализе решаемых на этом предприятии задач по обработке данных.

Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, представляющих интерес в рассматриваемой предметной области и выявляемых в результате анализа данных. Концептуальная модель транслируется затем в модель данных, совместимую с выбранной СУБД. Возможно, что отраженные в концептуальной модели взаимосвязи между объектами окажутся впоследствии нереализуемыми средствами выбранной СУБД. Это потребует изменения концептуальной модели. Версия концептуальной модели, которая может быть обеспечена конкретной СУБД, называется логической моделью.

Логическая модель внешняя модель. Логическая модель отражает логические связи между элементами данных вне зависимости от их содержания и среде хранения. Логическая модель данных может быть реляционной, иерархической или сетевой. Пользователям выделяются подмножества этой логической модели, называемые внешними моделями, отражающие их представления о предметной области. Внешняя модель соответствует представлениям, которые пользователи получают на основе логической модели, в то время как концептуальные требования отражают представления, которые пользователи первоначально желали иметь и которые легли в основу разработки концептуальной модели.

Логическая модель отображается в физическую память, такую, как диск, лента или какой-либо другой носитель информации. Физическая модель внутренняя модель. Физическая модель, определяющая размещение данных, методы доступа и технику индексирования, называется внутренней моделью системы.

Внешние модели никак не связаны с типом физической памяти, в которой будут храниться данные, и с методами доступа к этим данным. Это положение отражает первый уровень независимости данных. С другой стороны, если концептуальная модель способна учитывать расширение требований к системе в будущем, то вносимые в нее изменения не должны оказывать влияния на существующие внешние модели. Это - второй уровень независимости данных. Построение логической модели обусловлено требованиями используемой СУБД. Все актуальные требования предметной области и адекватные им скрытые требования на стадии проектирования должны найти свое отражение в концептуальной модели.

Конечно, нельзя предусмотреть все возможные варианты использования и изменения базы данных. Но в большинстве предметных областей такие основные данные, как объекты и их взаимосвязи, относительно стабильны. Меняются только информационные требования, то есть способы использования данных для получения информации.

Степень независимости данных определяется тщательностью проектирования базы данных. Всесторонний анализ объектов предметной области и их взаимосвязей минимизирует влияние изменения требований к данным в одной программе на другие программы. В этом и состоит всеобъемлющая независимость данных. Типы моделей данных. Иерархическая и сетевая модели данных стали применяться в системах управления базами данных в начале 60-х годов. В начале 70-х годов была предложена реляционная модель данных.

Эти три модели различаются в основном способами представления взаимосвязей между объектами. Иерархическая модель. Иерархическая модель данных строится по принципу иерархии типов объектов, то есть один тип объекта является главным, а остальные, находящиеся на низших уровнях иерархии подчиненными. Между главным и подчиненными объектами устанавливается взаимосвязь один ко многим. Иными словами, для данного главного типа объекта существует несколько подчиненных типов объектов. В то же время для каждого экземпляра главного объекта может быть несколько экземпляров подчиненных типов объектов.

Узлы и ветви образуют иерархическую древовидную структуру. Узел является совокупностью атрибутов, описывающих объект. Наивысший в иерархии узел называется корневым это главный тип объекта. Корневой узел находится на первом уровне. Зависимые узлы подчиненные типы объектов находятся на втором, третьем и др. уровнях. Сетевая модель. В сетевой модели данных понятия главного и подчиненного объектов несколько расширены.

Любой объект может быть и главным и подчиненным в сетевой модели главный объект обозначается термином владелец набора, а подчиненный - термином член набора. Один и тот же объект может одновременно выступать и в роли владельца и в роли члена набора. Это означает, что каждый объект может участвовать в любом числе взаимосвязей. Реляционная модель. В реляционной модели данных объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц. Взаимосвязи также рассматриваются в качестве объектов.

Каждая таблица представляет один объект и состоит из строк и столбцов. В реляционной базе данных каждая таблица должна иметь первичный ключ ключевой элемент - поле или комбинацию полей, которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице. Благодаря своей простоте и естественности представления реляционная модель получила наибольшее распространение в СУБД для персональных компьютеров. Проектирование базы данных. Все тонкости построения информационной модели преследуют одну-единственную цель - получить хорошую базу данных.

Что же такое хорошая база данных? Существует очень простое понятие базы данных как большого по объему хранилища, в которое организация помещает все используемые ею данные и из которого различные пользователи могут их получать, используя различные приложения. Такая единая база данных представляется идеальным вариантом, хотя на практике это решение труднодостижимо. Поэтому чаще всего под базой данных понимают любой набор хранящихся в компьютере взаимосвязанных данных. В основу проектирования БД должны быть положены представления конечных пользователей конкретной организации - концептуальные требования к системе.

При рассмотрении требований конечных пользователей необходимо принимать во внимание следующее База данных должна удовлетворять актуальным информационным потребностям организации. Получаемая информация должна по структуре и содержанию соответствовать решаемым задачам. База данных должна обеспечивать получение требуемых данных за приемлемое время, то есть отвечать заданным требованиям производительности.

База данных должна удовлетворять выявленным и вновь возникающим требованиям конечных пользователей. База данных должна легко расширяться при реорганизации и расширении предметной области. База данных должна легко изменяться при изменении программной и аппаратной среды. Загруженные в базу данных корректные данные должны оставаться корректными. Данные до включения в базу данных должны проверяться на корректность. Доступ к данным, размещаемым в базе данных, должны иметь только лица с соответствующими полномочиями.

В результате анализа поставленной заказчиком задачи и обработки требований конечных пользователей составляется концептуальная модель. При разработке логической модели базы данных прежде всего необходимо решить, какая модель данных наиболее подходит для отображения конкретной концептуальной модели предметной области. Коммерческие системы управления базами данных поддерживают одну из известных моделей данных или некоторую их комбинацию.

Большинство СУБД для персональных компьютеров поддерживают реляционную модель данных. Отображение концептуальной модели на реляционную модель производится относительно просто. Каждый объект концептуальной модели отображается в одно отношение, которое отражает представление пользователя в удобном для него табличном формате. Простота отображения достигается использованием реляционного подхода еще на стадии создания концептуальной модели. 2.2.