Этапы проектирования баз данных

В базе данных отражается информация об определенной предметной области. Предметной областью (ПО) называется часть реального мира, представляющая интерес для данного исследования (использования). В автоматизированных информационных системах отражение предметной области представлено моделями данных нескольких уровней. Число уровней моделей будет зависеть от особенностей СУБД (см. Классификацию СУБД по числу уровней в архитектуре). Мы будем рассматривать далее вопросы проектирования баз данных для СУБД, поддерживающих структурированные модели данных. Независимо от того, поддерживаются ли в явном виде отдельно модели логического и физического уровня, с точки зрения методологии все равно можно выделить эти уровни моделей и соответствующие им этапы проектирования баз данных.

Инфологическая модель предметной области. Выше мы говорили о трех уровнях моделей, которые поддерживаются СУБД. Но для того чтобы спроектировать структуру базы данных, необходима исходная информация о предметной области. Желательно, чтобы эта информация была представлена в формализованном виде. Информация, требуемая для проектирования БД, мало зависит от особенностей СУБД. Более того, для проектирования ИС с <<небанковской>> организацией обычно требуется та же информация. Описание предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства, называется инфологической моделью предметной области (ИЛМ).

Даталогическая модель базы данных (ДЛМ). Даталогическая модель является моделью логического уровня и представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию и среде хранения. Эта модель строится в терминах информационных единиц, допустимых в той конкретной СУБД, в среде которой мы проектируем базу данных. Этап создания ДЛМ называется даталогическим проектированием. Описание логической структуры базы данных на языке СУБД называется схемой.

Физическая модель БД. Для привязки даталогической модели к среде хранения используется модель данных физического уровня (для краткости часто называемая физической моделью). Эта модель определяет используемые запоминающие устройства, способы физической организации данных в среде хранения. Модель физического уровня также строится с учетом возможностей, предоставляемых СУБД. Описание физической структуры базы данных называется схемой хранения. Соответствующий этап проектирования БД называется физическим проектированием.

СУБД обладают разными возможностями по физической организации данных, в связи с чем сложность и трудоемкость физического проектирования, относятся: выбор типа носителя, способа организации данных, методов доступа, определение размера физического блока, управление размещением данных на внешнем носителе, управление свободной памятью, определение целесообразности сжатия данных и используемых методов сжатия, оценка физической модели данных. К физическому проектированию относятся и проблемы, связанные с буферизацией (определение числа и размеров буферов, используемых при передаче данных из внешней памяти во внутреннюю, закрепление файлов за буферами).

В настоящее время наблюдается тенденция к сокращению работ на стадии физического проектирования. Иногда эти работы вообще бывают скрыты от проектировщика.

Внешняя модель. В некоторых СУБД, помимо описания общей логической структуры базы данных, имеется возможность описать логическую структуру БД с точки зрения конкретного пользователя. Такая модель называется внешней, а ее описание называется подсхемой. Если СУБД <<поддерживает>> схему, схему хранения и подсхему, то она является СУБД с трехуровневой архитектурой (см. Классификацию БнД).

Если СУБД поддерживает уровень подсхем, то перед проектировщиком встает задача их определения. Это тоже можно рассматривать как этап проектирования БД.

Взаимосвязь этапов проектирования БД. Инфологическая модель предметной области строится первой. Предварительная инфологическая модель строится еще на педпроектной стадии и затем уточняется на более поздних стадиях проектирования. Затем на ее основе строится даталогическая модель. Физическая и внешняя модели после этого могут строиться в любой последовательности, в том числе и параллельно. На рис. 1.6 изображена взаимосвязь этапов проектирования БД. Как видно из рисунка, при проектировании БД возможен возврат на предыдущие уровни. При этом возможны два вида возвратов: первый тип обусловлен необходимостью пересмотра результата проектирования (например, для улучшения полученных характеристик, <<обхода>> ограничений и т. п.), второй тип вызван необходимостью уточнения предыдущей модели (обычно инфологической) с целью получения дополнительной информации для проектирования или при выявлении противоречий в модели.

МОДЕЛИ ДАННЫХ

Модель данных состоит из трех компонент.

1. Структура данных для представления точки зрения пользователя на базу данных.

2. Допустимые операции, выполняемые на структуре данных. Они составляют основу языка данных рассматриваемой модели данных. Одной лишь хорошей структуры данных недостаточно. Необходимо иметь возможность работать с этой структурой при помощи различных операций ЯОД и ЯМД. Богатая структура данных ничего не стоит, если нет возможности оперировать ее содержимым.

3. Ограничения для контроля целостности. Модель данных должна быть обеспечена средствами, позволяющими сохранять ее целостность и защищать ее. Ниже приведены примеры таких ограничений:

а) Каждое поддерево должно иметь исходный узел. В иерархических базах данных нельзя хранить порожденные узлы без исходного.

б) В отношении реляционной базы данных не может быть одинаковых кортежей. Для файла это ограничение требует уникальности всех записей.

Схема. Это средство, с помощью которого определяется модель данных приложения. В действительности схема содержит не только модель данных: в ней присутствует также некоторая семантическая информация, относящаяся к конкретному приложению. В модели данных можно определить, например, что база данных будет хранить информацию о фирмах и служащих. Однако тот факт, что данный служащий не может работать более чем в одном отделе фирмы, отражает семантику приложения. Это семантическое ограничение должно выполняться для каждого отдельного экземпляра записи базы данных об этом служащем. Поддержка ограничений заданной модели данных в базе данных также является частью функций СУБД по обеспечению защиты и целостности.