Столяров Александр, студент 2 курса, направление подготовки прикладная информатика
ФГБОУ ВПО Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МГТУ имени Носова»
Аннотация
В статье даётся определение базы данных и понятия концептуальной модели. Рассматриваются основные компоненты, относящиеся к концептуальной модели, этапы её создания, а так же её значение и применение.
Develop a conceptual database model
Stolyarov Alexandr, 2nd year student, specialty Applied Informatics,
Magnitogorsk State Technical University of a name Nosov
Annotation
The article defines database concepts and conceptual model. The basic components related to the conceptual model, the stages of its creation, as well as its meaning and application.
§1. База Данных и её проектирование
База данных – это объединение взаимосвязанных данных при малой крайней избыточности, допускающей их рациональное использование в различной областях человеческой деятельности. Это модель, позволяющая сохранять информацию о наборе объектов, обладающих сходной группой свойств, в определенном порядке.
В зависимости от способа описания данных и отношений между ними, базы данных могут иметь реляционную, сетевую или иерархическую структуры.
Реляционная база данных является множеством взаимосвязанных таблиц, которые содержат информацию об объектах определенного вида. Строка таблицы, называемая записью, содержит данные об одном объекте (компьютере, сотруднике и т. д.), а столбцы таблицы содержат какие-либо характеристики этих объектов – атрибуты (адрес клиента, IP-адрес компьютера и так далее.).
Иерархические базы данных представляются графически перевернутым деревом, состоящим из объектов, относящимся к различным уровням. 1-й уровень занимает один объект, 2-й – объекты второго уровня и т. д. Между объектами существуют связи. Объекты в иерархической структуре находятся в отношении предка к потомку. Объекты, которые имеют общего предка, называют близнецами.
Сетевая модель организует данные в виде сетевой структуры. Структура называется сетевой, если в отношениях между данными порожденный элемент имеет более одного исходного.
На эффективность базы данных с различными структурами влияют условия её применения. Реляционные базы данных широко используется в документах и отчётах, поскольку они удобны и позволяют наглядно представлять различного рода данные.
Можно выделить несколько этапов проектирования БД:
1. Концептуальное проектирование – это сбор, анализ, редактирование требований к данным. Осуществляют следующие мероприятия:
a. исследование предметной области и изучение ее структуры;
b. выявление всех фрагментов, характеризующиеся пользовательским представлением атак же информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами;
c. интеграция атак же моделирование всех представлений.
По окончании этого этапа получаем концептуальную модель. Обычно она представляет собой модели “сущность-связь”.
2. Логическое проектирование – это преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных. На этом этапе создают модель базы данных применительно к конкретным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.
3. Физическое проектирование – это определение особенностей хранения данных и методов доступа к ним.
§2. Концептуальная модель и её основные определения.
Создание семантической модели предметной области является начальной стадией проектирования системы баз данных, в основе которой лежит анализ свойств объектов предметной области и информационных потребностей тех, кто будет эксплуатировать систему. Эта стадия называется концептуальным проектированием системы, а ее результат – концептуальной моделью предметной области. Объектом моделирования является предметная область будущей системы.
Концептуальная модель – модель предметной области, состоящей из перечня связанных понятий, используемых для описания области, вместе со свойствами и характеристиками, классификацией этих понятий, по видам, ситуациям, признакам в данной области и алгоритмов протекания процессов в ней.
Есть две понятийные области в концептуальной модели. Каждая из них построена по принципу иерархии. 1-я область – это дерево типов данных, 2-я – дерево данных.
Дадим основные определения:
Уровень упрощения – уровень детализации представления об объекте реального мира для его описания и последующей эксплуатации. Для того чтобы максимально полно представить объект и использовать на практике представления о нем нам предельно упростить объект реального мира.
Свойство объекта – информация о характеристике реального мира, которую мы будем хранить в базе данных.
События – совокупность реакций объекта на изменения внешней среды, описанных в базе данных.
Тип – совокупность свойств и событий объекта, описанных как единая группа.
Объект – группа типов и свойств, объединенных в один тип, достаточный для описания объекта реального мира.
Связь – свойство типа или свойства типа, характеризующее взаимосвязь типов в дереве данных а так же способ изменения значения свойства объектного типа. Различают три вида связей:
1. включение в дереве данных,
2. вставка из другого типа значения свойства.
3. ссылка на экземпляр типа в дереве данных. Включение позволяет строить дерево данных.
Наследование – это способ описания дерева типов. Вы можете описать тип транспорт, от которого наследовать типы: грузовой автомобиль, трамвай, самолёт и т.д. При этом поддерживается полиморфизм (свойство, которое позволяет одно и то же имя использовать для решения двух или более схожих, но технически разных задач).
§ 3. Создание концептуальной модели.
Целью концептуального проектирования является построение концептуальной модели данных в основе которой лежат представления о предметной области каждого отдельного типа пользователей. Концептуальная модель являет собой описание основных сущностей и связей между ними без учета принятой модели БД и синтаксиса конечной СУБД. Как правило на такой модели отображаются только имена сущностей, не указывая их атрибутов. Представление пользователя включает в себя данные, необходимые конкретному пользователю для принятия решений или выполнения задания.
Ниже рассматривается последовательность шагов при концептуальном проектировании:
1. Выделение сущностей.
Заключается в определении главных объектов, которые могут интересовать пользователя и должны храниться в БД. При наличии функциональной модели IDEF0 прообразами таких объектов являются входы, управления и выходы. Так же для этих целей можно использовать DFD. Прообразами объектов в этом случае будут накопители данных. Накопитель данных является совокупностью таблиц или непосредственно таблицей. Возможные трудности в определении объектов связаны с использованием постановщиками задачи:
- примеров и аналогий при описании объектов;
- синонимов;
- омонимов.
Каждая сущность должна обладать следующими свойствами:
- должна иметь уникальное имя;
- обладать одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;
- обладать одним или несколькими атрибутами, которые делают уникальной каждую строку таблицы;
- обладать произвольным количеством связей с другими сущностями.
2. Определение атрибутов.
Выявленные атрибуты могут быть следующих видов:
- простой (или атомарный, неделимый) – состоящий из одного компонента с независимым существованием;
- составной (псевдоатомарный) – состоящий из нескольких компонентов;
- однозначный – содержащий только одно значение для одного экземпляра;
- многозначный – содержащий несколько значений;
- производный (или вычисляемый) – значение атрибута может быть определено по значениям других атрибутов;
- ключевой – служащий для уникальной идентификации экземпляра сущности;
- неключевой (или описательный) – не входящий в первичный ключ;
- обязательный – при вводе нового экземпляра в сущность или редактировании обязательно указывается допустимое значение атрибута. После редактирования оно не может быть неопределенным (NOT NULL).
После определения атрибутов задаются их домены, иначе говоря, области допустимых значений.
Задание доменов определяет набор допустимых значений, тип, размер и формат атрибута.
Ключ – один или несколько атрибутов сущности, служащих для однозначной идентификации ее экземпляров или для их быстрого поиска. Выделяют следующие типы ключей:
- суперключ (superkey) – это атрибут или множество атрибутов, идентифицирующий экземпляр сущности;
- потенциальный ключ (potential key) – это суперключ, не содержащий подмножества, являющегося суперключом данной сущности;
- первичный ключ (primary key) – это потенциальный ключ, выбранный для идентификации экземпляров;
- альтернативные ключи (alternative key) – это потенциальные ключи, не выбранные в качестве первичного ключа;
- внешний ключ (foreign key) — это столбец или сочетание столбцов, применяемые для принудительного установления связи между данными в двух таблицах.
3. Определение связей.
Наиболее типичными видами связей между сущностями являются:
- связи типа «часть–целое»;
- классифицирующие связи;
- производственные связи;
- функциональные связи, определяемые глаголами.
Внешний вид связи на диаграммах IDEF1X указывает на ее мощность, тип и обязательность.
4. Определение суперклассов и подклассов.
Когда две и более сущности по набору атрибутов отличаются друг от друга, применяется иерархия наследования, включающая в себя суперклассы и подклассы.
Суперкласс – сущность, включающая в себя подклассы.
Иерархия наследования создается, когда несколько сущностей имеют общие по смыслу атрибуты и связи.
Так же для каждой категории указывается дискриминатор – атрибут родового предка, показывающий, как отличить одну сущность от другой.
Иерархии категорий можно разделить на два типа: неполные и полные.
Полная категория: одному экземпляру родового предка обязательно соответствует экземпляр в каком-либо потомке.
Неполная категория: из за того, что категория еще не выстроена полностью и в родовом предке могут существовать экземпляры, не имеющие соответствующих экземпляров в потомках.
§4. Значение
Моделирование предметных областей выполняется с разными целями, например для реинжиниринга бизнесс-процессов, для прогнозирования развития предметной области, при проектировании баз данных и программного обеспечения и т.п.
Концептуальная модель имеет множество преимуществ:
Продумывание концептуальной модели вынуждает рассматривать только наиболее важные задачи. Поэтому создаются продукты, наиболее полно поддерживающие задачи пользователя.
Создание списка всех объектов и действий даёт возможно сть обнаруживать действия, общие у некоторых объектов, что позволяет унифицировать интерфейс при работе с похожими объектами.
Словарь пользователя помогает достичь целостности в терминологии.
Прописывание вариантов использования и создание базовых контекстных сценариев помогает не только в проектировании интерфейса программы, но и в подготовке функционального тестирования.
Источники
- «Киберфорум»URL-Доступ: http://citforum.ru/cfin/prcorpsys/infsistpr_09.shtml
- Создание схемы данных для сервера Oracle с помощью AllFusion Data Modeler Махмутова М.В., Махмутов Г.Р. Сборник научных трудов Sworld. 2010. Т. 3. № 2. С. 58a-61.
- Концептуальные модели данных. Модель «сущность-связь». Сущности, атрибуты, связи. Сущности-связи и мощности связей. Примеры.[Электронный ресурс] E-educ.ru – заботясь об образовании; URL-Доступ: http://e-educ.ru/bd12.html
- Разработка информационной модели URL-Доступ: http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/YAT/ITIS/PROEK_INF_SIS/METOD/UMK_DO/frame/UMK_DO/M4/L7.htm
- Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы [Текст]: ГОСТ 34.320 96; Введ. 03.10.1996
Количество просмотров публикации: -