13. Модели данных: концептуальные, логические и физические.

Концептуальные модели данных

Организация данных во внутримашинной сфере характеризуется на двух уровнях: логическом и физическом. Физическая организация данных определяет способ размещения данных на машинном носителе.

Пользователь, как правило, при работе с программным обеспечением и данными оперирует логической организацией данных (ЛОД). Она определяется типом структур данных и видом модели данных, которая поддерживается применяемым ПО.

Модель данных – это совокупность взаимосвязанных структур данных и операций над этими структурами. Вид модели и используемые в ней типы структур данных отражают организацию и обработку данных, используемых в СУБД, поддерживающих эту модель, или в языке программирования, на котором создается прикладная программа обработки данных.

Выбор модели определяется объемом решаемой задачи, требуемым быстродействием, необходимостью обеспечения целостности и безопасности данных (защита от несанкционированного доступа), предпочтениями пользователя, возможностью аппаратных средств.

Модели данных делятся на две группы: синтаксические и семантические. Синтаксические связаны с формой представления данных, а семантические определяются содержанием.

Описание хранимой и обрабатываемой информации в ЭИС делается с разной степенью детализации. Различают 3 уровня детализации:

1. Внешний уровень - описание информационных потребностей конечного пользователя.

2. Концептуальный уровень - описание информационных потребностей на уровне ЭИС.

3. Внутренний уровень - описание способов хранения информации в памяти ЭВМ и методов доступа к ней.

Информационные потребности отдельного пользователя относятся лишь к некоторой части БД, описание этих потребностей может не совпадать с хранимыми в ЭИС представлениями данных.

Внешнее представление может пользоваться любым аппаратом понятий. Основное требование к внешнему представлению - возможность преобразования его в концептуальные представления. Цель концептуального уровня - создать такое представление о БД, чтобы любое внешнее представление являлось его подмножеством. В процессе интеграции внешних представлений устраняются двусмысленности и противоречия в информационных потребностях различных пользователей. Допускается множество внешних описаний, каждое из которых отображается частью БД, и единственное концептуальное описание, представляющее всю БД.

Внешний уровень достаточен для применения ряда прикладных программ, который можно назвать генератором отчетов. Поток входной информации преобразуется в поток выходной информации, который оформляется в виде отчетов, удобных для использования специалистами.

Концептуальное представление описывает полное информационное содержание БД в более абстрактной форме по сравнению со способом физического хранения данных. В нем необходимы не только сведения о структуре обрабатываемой информации, но и сведения о технологии ее обработки.

Концептуальный уровень описания оказывается достаточным для использования программной поддержки СУБД. Его при этом необходимо трансформировать к требованиям конкретной СУБД. После такого преобразования возможно наиболее эффективное использование этой СУБД, упрощаются проблемы разработки программного обеспечения системы, сокращаются сроки разработки ЭИС.

К концептуальному представлению предъявляется требование устойчивости. Это означает, что изменения в предметной области не должны приводить к обязательной корректировке концептуального представления. Оно должно быть достаточно абстрактным, т.е. не содержать ограничений, вытекающих из программной реализации требуемых методов обработки данных.

Для преодоления ограничении реляционной модели и обеспечения потребности проектировщиков базы данных в более удобных и мощных средствах моделирования предметной области проектирование бал данных обычно выполняется не в терминах реляционной модели, а с использованием концептуальных моделей предметной области.

Обычно различают концептуальные модели двух видов:

• объектно-ориентированные модели, в которых сущности реального мира представляются в виде объектов, а не записей реляционных таблиц;

• семантические модели, отражающие значения реальных сущностей и отношений.

Объектно-ориентированную модель можно рассматривать как результат объединения семантической модели данных и объектно-ориентированного языка программирования.

Несмотря на то что в последнее время все большее распространение получают объектно-ориентированные модели, не снижается и значение семантических моделей. Концептуальное моделирование баз данных на основе семантических моделей поддерживается во всех известных CASE-средствах (например, таких как ERWin и Power Designer). Кроме того, семантические модели более просты для понимания, особенно при проектировании сравнительно небольших баз данных. Как и реляционная модель, любая развитая семантическая модель данных ик.'почае структурную, манипуляционную и целостную части. Главным назначением семантических моделей является обеспечение' возможности выражения семантики данных. Цель семантическою моделирования — обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных. Поэтому семантическую модель данных пытаются строить по аналогии с естественным языком (последний не может быть использован в чистом виде из-за сложности компьютерной обработки в тексте неоднозначности любого естественного языка). Основными конструктивными элементами семантических моделей являются сущности, связи между ними и свойства (атрибуты).