Этапы проектирования БАЗ данных

База данных – это динамическая целевая модель некоторого сегмента предметной области, описывающая множество фактов, существенных в рамках функционирования проектируемой информационной системы. В настоящем пособии рассматривается технология проектирования БД, реализующая так называемый инфологический подход, в основу которого положены рассмотренные выше принципы проектирования сложных объектов и элементы структурного анализа.

Сущность инфологического подхода заключается в последовательном установлении соответствия между фактическим состоянием предметной области, его восприятием пользователями и представлением в БД. В процессе проектирования БД разработчик должен определить границы рассматриваемого сегмента предметной области, выделить и описать все существенные факты и взаимосвязи между ними и затем интерпретировать полученные описания с помощью структур данных, допустимых выбранной СУБД. Рассматриваемый подход базируется на понятии архитектуры банка данных, представленной на рис.1.

Пользователи Внешние

модели

Внешний

уровень

Прикладные Информационная

программы модель

Логическая

модель

Внутренний

уровень

Администратор Физическая

БнД модель

Рис. 1. Архитектура банка данных

Внешний уровень архитектуры представлен внешней и информационной (концептуальной) моделями, которые неформально описывают представления пользователя и разработчика БД об объектной системе предметной области и не зависят от способа последующей реализации БД. Внутренний уровень представлен логической и физической моделями, с помощью которых описывается структура БД. Процесс проектирования БД при инфологическом подходе должен обеспечить последовательное отображение моделей более высоких уровней на соответствующие низкоуровневые модели.

Внешняя модель предметной области - это совокупность требований к проектируемому банку данных. Как правило, предметная область описывается множеством внешних моделей, каждая из которых описывает некоторое (локальное) представление о проектируемой системе со стороны определенной группы пользователей.

Этап разработки внешних моделей соответствует стадии «Техническое задание». Основное назначение этого этапа – изучение и подробное описание основных технологических и информационных процессов предметной области, подлежащих автоматизации средствами проектируемой системы. Производится классификация пользователей системы, выявляются типовые запросы, исследуется информационная структура обрабатываемых «бумажных» документов, предварительно разрабатывается функциональная структура системы. Результаты разработки оформляются в форме текстового документа, иллюстрированного операционными диаграммами, технологическими схемами, схемами движения документов и т.д. В приложениях к ТЗ приводятся используемые заказчиком технологические и должностные инструкции, выходные формы, типовые отчеты и прочие документы, необходимые на последующих этапах проектирования.

Информационная, или концептуальная модель разрабатывается на основе внешних моделей и предназначена для формального описания объектной структуры предметной области. Составляющие этой модели – объекты («типы сущностей»), их свойства («атрибуты сущностей») и связи между объектами. Основная цель информационного моделирования – структуризация объектной системы и ее семантическое описание для последующего анализа и выбора эффективных моделей данных. Этап разработки информационной модели соответствует стадии «Эскизный проект». Результаты информационного моделирования представляются в виде простой и удобной для понимания и анализа графической диаграмме «сущность – связь» и дополняющих диаграмму табличных спецификаций сущностей и связей. Правила построения диаграмм и спецификаций будут рассмотрены ниже.

Логическая модель данных – это отображение концептуальной модели предметной области, сделанное в терминах выбранной СУБД. Доступ к данным со стороны внешних прикладных программ, реализующих запросы пользователей или администратора БнД, разрешен только на уровне логической модели данных и обеспечивается соответствующими средствами СУБД.

При использовании реляционной модели данных используются следующие отображения: объекты («типы сущностей»), определенные на предшествующем этапе, и связи между ними отображаются в виде «отношений», свойства объектов и связей – в виде «атрибутов» соответствующих отношений. Процесс такого отображения не является одновариантным и включает процедуру «нормализации» исходных отношений с целью получения рациональной структуры БД, обеспечивающей эффективное хранение и доступ к данным и препятствующей возникновению различных аномалий, то есть нарушений целостности данных в процессе эксплуатации БД.

Этап разработки логической модели данных соответствует стадии «Технический проект». Промежуточные результаты проектирования на этом этапе представляются в виде графических диаграмм и табличных спецификаций с необходимыми комментариями. Окончательная структура БД описывается языковыми средствами выбранной СУБД.

Физическая модель данных формируется в процессе реализации (программирования) БнД на завершающем этапе разработки, соответствующем стадии «Рабочий проект». На этом этапе решаются вопросы технической организации БД: способы организации файлов, реализация эффективных методов поиска информации, взаимодействие с операционной системой и т.п. Физическая модель данных поддерживается СУБД, доступ к физической модели со стороны внешних приложений запрещен.

Внешние модели могут изменяться в связи с появлением новых требований со стороны пользователей банка данных. Физическая и логическая модели также могут претерпевать радикальные изменения в связи с изменением масштабов БД, внешних условий функционирования системы, изменения мощности аппаратных средств и т.п. Наиболее стабильной является информационная модель. «Хорошая» информационная модель не должна радикально изменяться ни в связи с корректировкой пользовательских требований, ни в связи с изменениями в реализации банка данных.

Рассмотренный выше процесс проектирования БД схематично представлен на рис.2. Два первых этапа этого процесса, связанных с информационным моделированием предметной области, объединяют термином «инфологическое проектирование». Завершающие этапы проектирования, на которых разрабатываются и реализуются модели данных, называют «датологическим проектированием».

В последующих разделах будут рассмотрены основы технологии разработки информационных моделей предметной области и реляционных моделей данных.