3.2. Литература

1.        www.lit /rus-book/9.ru

 

 

Тема 4. Уровни моделей и этапы проектирования БД. Разделение логического и физического представления данных. Трехуровневая архитектура БД: концептуальный, внешний и внутренний уровни. Логическое (концептуальное) проектирование; проектирование

4.1. Уровни.

Проектирование информационных систем, включающих в себя БД, осуществляется на физическом и логическом уровнях. Решение проблем проектирования на физическом уровне во многом зависит от используемой СУБД, зачастую автоматизировано и скрыто от пользователя. В ряде случаев пользователю предоставляется возможность настройки отдельных параметров системы, которая не составляет большой проблемы.

Логическое проектирование заключается в определении числа и структуры таблиц, формировании запросов к БД, определении типов отчетных документов, разработке алгоритмов обработки информации, создании форм для ввода и редактирования данных в базе данных и решении других задач.

Решение задач логического проектирования БД в основном определяется спецификой задач предметной области. Наиболее важной здесь является проблема структуризации данных.

При проектировании структур данных для автоматизированных систем можно выделить три основных подхода:

1. сбор информации об объектах решаемой задачи в рамках одной таблицы (одного отношения) и последующая декомпозиция ее на несколько взаимосвязанных таблиц на основе процедур нормализации отношений.

2. формулирование знаний о системе (определение типов исходных данных и их взаимосвязей) и требований к обработке данных, полученные с помощью CASE- системы готовой схемы БД или даже готовой прикладной информационной системы.

3. структурирование информации для использования в информационной системе в процессе проведения системного анализа на основе совокупности правил и рекомендаций.

4.2. Этапы проектирования.

Процесс проектирования БД является итерационным - допускающим возврат к предыдущим этапам для пересмотра ранее принятых решений и включает следующие этапы:

1. Выделение сущностей и связей между ними.

2. Построение диаграмм ER - типа с учетом всех сущностей и их связей.

3. Формирование набора предварительных отношений с указанием предполагаемого первичного ключа для каждого отношения с использованием диаграмм ER - типа.

4. Добавление неключевых атрибутов в отношения.

5. Приведение предварительных отношений к нормальной форме Бойса - Кодда, например, с помощью метода нормальных форм.

6. Пересмотр ER - диаграмм в следующих случаях:

- некоторые отношения не приводятся к нормальной форме Бойса - Кодда;

- некоторым атрибутам не находится логически обоснованных атрибутов в предварительных отношениях.

После преобразования ER - диаграмм осуществляется повторное выполнение предыдущих этапов проектирования (возврат к этапу 1).

Одним из узловых этапов проектирования является этап формирования отношений.

4.3.Трехуровневая архитектура организации бд

В процессе научных исследований, посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализации. Самым жизнеспособным из них оказалась предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National Institute) трехуровневая система организации БД, изображенная на рис. 5.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1. Трехуровневая архитектура БД, предложенная ANSI

Архитектура включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний. В общих чертах они представляют собой следующее:

Внутренний - это уровень, наиболее близкий к физическому хранению, т.е. связанный со способами сохранения информации на физических устройствах хранения.

Внешний - наиболее близок к пользователям, т.е. он связан со способами представления данных для отдельных пользователей.

Концептуальный уровень - это ⌠промежуточный уровень между двумя первыми; другими словами, это центральное управляющее звено, где БД представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной БД. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась БД. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира.

Внешний уровень - это индивидуальный уровень пользователя. У каждого пользователя есть свой язык общения. Все эти языки включают подъязык данных, т.е. подмножество операторов всего языка, связанное только с объектами и операциями БД.

В принципе любой подъязык данных является на самом деле комбинацией, по крайней мере двух подчиненных языков - языка определения данных (DDL), который поддерживает определения или объявления объектов БД, и языка обработки данных (DML), который поддерживает операции с такими объектами или их обработку.

Внешнее представление - это содержимое БД, каким видит его определенный пользователь (т.е. для этого пользователя внешнее представление и есть БД).

Концептуальное представление - это представление всей информации БД в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом хранения данных. Однако концептуальное представление существенно отличается от способа представления данных какому- либо отдельному пользователю. Концептуальное представление - это представление данных такими, какие ⌠они есть на самом деле■, а не такими, какими вынужден их видеть пользователь. Концептуальная схема - это определение такого представления. В большинстве существующих систем концептуальная схема в действительности представляет собой немного больше, чем простое объединение всех отдельных внешних схем с дополнительными средствами безопасности и правилами обеспечения целостности.

Внутреннее представление - это представление нижнего уровня всей БД. Внутреннее представление так же, как внешнее и концептуальное, не связанно с физическим уровнем. Это представление предполагает бесконечное линейное адресное пространство.

Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую последовательность хранимых записей и т.д.

Эта архитектура позволяет обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между 2 и 3) независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих на этой же БД. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной БД. Это именно то, чего не хватало при использовании файловых систем.

Выделение концептуального уровня позволило разработать аппарат централизованного управления БД.