Информационные системы с базами данных

Модели данных

Понятие о модели данных

В предыдущих разделах все время подчеркивалась роль представления данных в решении задач обработки информации (принцип независимости программ от данных, концепция баз данных и т.д.). Представление информации с помощью данных требует унифицированного подхода к понятию данных как независимого объекта моделирования. Поэтому для разработчика ИС выбор соответствующей модели данных является одной из самых важных проблем. Выбор модели данных влечет за собой выбор средств анализа предметной области (ПО БД) как сферы реального мира, подлежащего изучению и обработке средствами ВТ, - об этом мы будем говорить в следующей лекции. В конечном счете такой выбор делает разработчика "заложником" той или иной информационной технологии создания информационных систем с базами данных.

• Модель данных ограничивает возможность выбора СУБД, так как обычно отдельно взятая модель поддерживает определенную модель данных.
• Модель данных определяет и методы создания дружественного интерфейса пользователя за счет средств СУБД (особенности конкретной реализации модели (замкнутость на свою среду), иногда весьма существенные, ибо коммерческие интересы фирм - разработчиков СУБД вступают в противоречие с требованиями рынка информационных услуг).
• Модель данных требует приведения представлений пользователя о данных и результатах их обработки к определенному уровню понимания, что может повлечь за собой необходимость обучения пользователя методам и средствам работы с данными (необходимость использования моделей высокого уровня для описания семантики предметной области информационной системы, желательно возможностью использования средств реинжиниринга).

Таким образом, понятие модели данных является одним из фундаментальных понятий информатики, от которого во многом зависят механизмы реализации ИС как программно-аппаратного комплекса.

Что же такое модели данных? В самом общем случае модель данных - это логическое представление данных и совокупность операций над ними.

Определение 5. Модель данных ( Data Model ) есть логическая структура данных, которая представляет присущие этим данным свойства, не зависимые от аппаратного и программного обеспечения и не связанные с функционированием компьютера.

Можно рассмотреть несколько аспектов моделирования в обработке данных:

• информационное моделирование:
  • концептуальное моделирование (моделирование семантики предметной области);
  • логическое моделирование данных;
• физическое моделирование:
  • создание моделей доступа к данным;
  • оптимизация физической организации данных в аппаратной среде.

Физическая модель определяется особенностями устройств хранения информации и связи. Поскольку мы в наших лекциях не занимаемся разработкой методов доступа и СУБД, то вопросы физического моделирования данных рассматриваться не будут.

Информационная модель данных

На рис. 1.6 иллюстрируется общее содержание понятия модели данных, сложившееся к настоящему времени.

Рис. 1.6. Представление об информационной модели данных

Объектами информационной модели являются сущности реального мира из предметной области. Иногда их называют итемами, чтобы подчеркнуть их целостность. Свойства объектов (сущностей) называют атрибутами. Сущности вступают в связи друг с другом через свои атрибуты. Эти три компонента информационной модели представляют субъективные средства описания модели, которые после определенной формализации дают внешнюю схему данных БД ИС.

Концепция трех схем

В рамках информационного моделирования существует несколько точек зрения (схем) на абстрагирование данных. С точки зрения пользователя (называемой внешней схемой), определение данных представляется в контексте языка предметной области. Структура данных и содержание меняется в зависимости от сферы деятельности и особенностей конкретного пользователя. С точки зрения компьютера (называемой внутренней схемой), данные определяются в терминах файловых структур для хранения и поиска. Структура данных в этом случае зависит от конкретной компьютерной технологии и от требований эффективности обработки данных.

При моделировании информации на основе разработки только внешней и внутренней схем по-прежнему остаются трудными для решения проблемы избыточности и противоречивости данных. Хотя СУБД значительно расширяет возможности совместного использования данных, все же ее применение не гарантирует непротиворечивости определения данных.

Исследовательская группа по СУБД ANSI/X3/SPARC пришла к выводу, что для создания идеальной среды управления данными необходимо определение их с третьей, промежуточной точки зрения (концепция трех схем ANSI/X3/SPARC ). Эта точка зрения (называемая концептуальной схемой) сводится к единообразному определению данных в рамках предметной области, не ориентированному на какое-либо конкретное использование их и не зависящему от того, как данные физически обрабатываются на компьютере (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Концепция трех схем

Основной целью концептуальной схемы является выработка непротиворечивой интерпретации определения взаимосвязей данных для их объединения, совместного использования и управления целостностью данных.

С другой стороны, любая информационная модель данных определяется средствами поддержки модели данных, реализуемыми СУБД.