Модель предметной области и модель данных

Выше уже отмечалось, что для решения задач с использованием данных (как набора конкретных значений атрибутов), определяющих содержимое базы данных, сами данные должны быть полностью осмыслены и истолкованы, то есть отображать требуемую информацию о предметной области, что возможно только в случае определения связей между отдельными фактами (данными).

Таким образом, модель предметной области представляет собой структурную модель, причем необходимо, чтобы в этой модели информационной системы были определены способы отображения сущностей, атрибутов и связей на структуры данных,

Однако, выделение объектов, их свойств и ассоциаций являются необходимым, но не достаточным условием существования модели предметной области. Для пользователей информационной системы важно, чтобы отображение объектов реального мира было однозначным и непротиворечивым. В этом случае говорят, что база данных должна удовлетворять условию целостности. Для того, чтобы гарантировать корректность и взаимную непротиворечивость данных, на базу данных накладываются некоторые ограничения, которые называют ограничениями целостности,то есть указывают условия, которым должны отвечать значения элементов данных, характеризующие объекты и связи (например, год рождения служащего не должен начинаться с 17..). В дальнейшем будут рассмотрены различные виды ограничения целостности.

Итак, модель предметной области – это описание структуры предметной области вместе с совокупностью связанных с ней ограничений целостности (статическая модель).Динамическая модель включает, кроме того, описание поведения сущностей и связей каждого типа.

Учитывая сформулированные ранее определения БД и понятие модели, можно сказать, что:

Определение 4.БД – это созданная и поддерживаемая в вычислительной среде статическая или динамическая модель предметной области, представленная управляемой совокупностью именованных данных, отображающей состояния объектов и их отношений во внешнюю память ЭВМ.

Замечание. Как и всякая модель, БД отображает определенный взгляд на предметную область.

Однако, выделенных компонент БД как модели предметной области недостаточно для разрешения проблемных ситуаций и достижения поставленных целей. Решение задач возможно только при наличии набора операций, которые могут обрабатывать содержимое БД (ее элементы).

Таким образом, мы приходим к общему понятию модели данных, которая должна включать следующие компоненты:

· допустимую организацию данных,

· семантические ограничения целостности,

· множество допустимых операций.

Очевидно, что множество допустимых операций зависит от инструментария конкретной СУБД, в рамках которой реализуется модель предметной области.

Итак, модель данныхможно определить как совокупность правил структурирования данных в базах данных, допустимых операций над ними и ограничений целостности, которым они должны удовлетворять.

Замечание. В модели данных могут учитываться не все виды ограничений целостности, например, в ней нельзя учесть результаты некорректного выполнения коллективных запросов к информационному хранилищу.

Обратим внимание на то, что понятие модели данных можно рассматривать в двух аспектах:

· как инструментарий СУБД (средства описания данных и манипулирования ими),

· как результат моделирования.

Результирующую модель обычно называют моделью базы данных. Заметим при этом, что функции моделей в этих аспектах существенно различаются. В настоящее время термин модель базы данных считается устаревшим (хотя он в литературе и встречается), под моделью данных принято понимать инструментарий СУБД, а конечным результатом моделирования в рамках выбранной СУБД являются схемы базы данных разных уровней (см. п.3.3).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ

1. Дайте определение следующим базовым понятиям: данные, элемент данных, атрибут, объект, предметная область.

2. Что определяет семантику объекта.

3. Сформулируйте определение базы данных, исходя из понятия предметной области.

4. Дайте определения понятиям: проблема, проблемная ситуация, цель, проблемная среда.

5. Дайте общее определение понятию системы. Приведите основные свойства системы как объекта исследования.

6. Дайте общее определение понятию модели. В чем отличительная особенность модели от других видов систем. Перечислите системные свойства модели.

7. Сформулируйте определение базы данных как модели предметной области.

8. Сформулируйте понятие модели данных. Какие составляющие должны быть определены в модели, чтобы ее можно было рассматривать как модель данных.

9. В чем отличие модели предметной области и поддерживаемой инструментарием СУБД определенной модели данных.

ПОНЯТИЕ О БАНКЕ ДАННЫХ

Структура банка данных

Термин “Банк данных” в литературе трактуется по-разному. В нашем рассмотрении под банком данных (БнД) будет подразумеваться информационная система, в которой база данных выступает как информационное ядро. В этой трактовке БнД можно определить как систему языковых, алгоритмических, программных, организационных и технических средств, обеспечивающих централизованное создание и поддержку совокупности коллективно используемых данных, а также сами данные, существующие в форме одной или нескольких баз данных. Структуру такого БнД можно представить следующей схемой (рис.5.).

Конечным пользователем(или просто пользователем, потребителеминформации) является лицо (или коллектив), в интересах которого в БнД накапливается и хранится информация, необходимая для принятия решений (управленческого, научного, конструктивного характера и т.п.). Конечный пользователь рассматривается как непрограммирующий пользователь, который для решения своих задач может использовать БнД либо непосредственно через терминал ЭВМ, либо с помощью специалистов.

Коллектив специалистов включает категории разработчиков, ответственных за создание и ведение (поддержку, эксплуатацию) БнД.

СУБД (система управления базой данных)– сложная программная система накопления данных в БД и последующего манипулирования ими в интересах конечных пользователей. Каждой прикладной программе (ПП) или конечному пользователю СУБД возвращает только те данные из БД, которые необходимы для удовлетворения пришедшего запроса, причем в требуемой форме.

Рис. 5. Общая структура банка данных

ПП (прикладные программы) – комплекс прикладных программ (приложений), определяемых проблемной средой. Каждая из прикладных программ предназначена для решения определенной задачи (или класса задач), возникшей в ходе профессиональной деятельности конечных пользователей.

СС (словари-справочники) – вспомогательные информационные структуры, используемые СУБД для работы с БД. Управление содержимым БД осуществляется СУБД на основании точной и полной информации о данных, хранящихся в БД. Эта информация, часто называемая метаданными, включает описание:

· смысла (семантики) элементов данных,

· способових использования,

· физических характеристик,

· правил и ограничений.

Заметим, что термин метаданные рассматривается с точки зрения функционирования СУБД: применительно к предметной области и проблемной среде (прикладным программам) эта информация рассматривается как соответствующие виды знаний. Метаданные позволяют проводить анализ требований конечных пользователей по новым данным, проектирование и программирование новых прикладных систем, сопровождение существующих приложений и документирование всех этапов развития БД. К основным функциям словарей-справочников можно отнести:

· хранение описателей сущностей, их атрибутов, связей, и т.д.,

· осуществление простого и эффективного управления элементами данных при вводе в систему как новых элементов, так и при изменении описания существующих,

· уменьшение избыточности,

· устранение противоречивости данных,

· централизация управления элементами данных с целью упрощения проектирования БД и ее расширения.

· установление связи между пользователями БД.

Важную роль в решении перечисленных проблем играет стандартизация имен, форматов, описаний элементов и структур данных. При автоматизированном ведении словаря-справочника решение этих проблем упрощается.

Словари-справочники обычно организуются в виде нескольких физических баз данных с логическими связями между ними.

Организационный аспект

Коллектив специалистов, обеспечивающий разработку и функционирование БнД, включает администратораБД, аналитиков, системныхи прикладных программистов.На рис.6. показано их взаимодействие между собой и конечными пользователями.

КП– задача конечного пользователя.

Администратор базы данных.Как и каждый общезначимый ресурс, БД требует отдельного управления, причем:

· БД требует управления для обеспечения ее повседневной эксплуатации,

· БД развивается, отвечая изменениям в потребностях предприятия, и требуется управление ее развитием,

· БД и технология ее разработки и развития являются объектами высокой сложности, требующими специальных знаний, высокого уровня квалификации и строгой дисциплины разработки и эксплуатации.

Функция управления БД получила название "администрирование базы данных", а лицо, ответственное за администрирование БД,получило название"Администратор базы данных",илиАБД.

АБД – это специалист, имеющий представление об информационных потребностях конечных пользователей, работающий в тесном контакте с ними и отвечающий за анализ потребностей пользователей.

Классический набор функций, выполняемых АБД, включает:

· организационное и техническое планирование БД,

· проектирование БД,

· обеспечение поддержки разработок прикладных программ,

· управление эксплуатацией БД.

При этом от непосредственного управления данными отстраняются программисты, выполняющие конкретные прикладные разработки, пользователи, которые не должны изменять или даже видеть не принадлежащие им данные, и другие сотрудники.

Очевидно, что необходимость концепции администратора была осознана в период перехода от файловых структур к системам баз данных. Более подробно роль АБД на этапах планирования и проектирования рассматриваются в разделе 4.

Системные программисты занимаются созданием базового программного обеспечения. Генерируют операционную систему, в рамках которой предполагается функционирование СУБД, саму СУБД, необходимые компиляторы и обслуживающие утилиты.

Аналитики, используя знания закономерностей определенной проблемной среды, строят ее математическую модель, привлекая необходимый математический инструментарий. Основная функция аналитика – представить задачу КП в форме некоторой формальной модели (“погрузить” задачу пользователя в математическую модель его проблемной области). Конечная цель аналитика – исходное представление задачи для прикладного программиста.

Прикладной программистпреобразует продукт деятельности аналитика в форму прикладной программы, предназначенной для реализации на ЭВМ.

Рис. 6. Состав коллектива специалистов