Архітектура бази даних. Поняття схеми бази даних, стандарт sparс. Етапи проектування баз даних
Проектування баз даних – це ітераційний, багатоетапний процес прийняття обґрунтованих рішень у процесі аналізу інформаційної моделі предметної області, вимог до даних з боку прикладних програмістів і користувачів, синтезу логічних і фізичних структур даних, аналізу та обґрунтування вибору програмних і апаратних засобів. Етапність проектування даних пов'язана з багаторівневою організацією даних.
Згідно з пропозиціями дослідницької групи по системах керування даними Американського національного інституту стандартів ANSI/SPARC, як правило, виділяється три рівні подання даних: зовнішній (з точки зору кінцевого користувача і прикладного програміста), концептуальний (з точки зору СКБД), внутрішній (з точки зору системного програміста). Згідно з цією концепцією зовнішній рівень є частина концептуальної моделі, необхідна для реалізації якогось запиту чи прикладної програми. Модель ANSI/SPARC не стала стандартом, проте вона все ще є основою для розуміння деяких функціональних особливостей СКБД.
На базі моделі ANSI/SPARC запропоновані й інші варіанти багаторівневого подання даних, в яких під зовнішнім рівнем розуміють загальні поняття, які пов'язані з вивченням і аналізом інформаційних потоків предметної області, а для структуризації даних вводиться допоміжний рівень, який називається інфологічним (інформаційно-логічним). Зовнішній рівень у цьому випадку виступає як окремий етап проектування, на якому вивчається все позамашинне інформаційне забезпечення: форми документування та подання даних, а також зовнішнє середовище, в якому функціонуватиме база даних з точки зору методів фіксації, збирання та передавання інформації в базу даних.
Така концепція більш доцільніша з точки зору розуміння процесу проектування бази даних. Тому будемо дотримуватися багаторівневого подання даних, який включає зовнішній рівень і три рівня подання даних у базі даних на етапі проектування, створення та супроводження бази даних (рис. 10.4).
Мета багаторівневої архітектури полягає у відокремленні призначеного для користувача представлення бази даних від її фізичного уявлення. Причини, по яких бажано виконувати таке розділення наступні:
кожен користувач повинен мати можливість звертатися до одних і тих же даних, використовуючи своє власне уявлення про них, а також змінювати своє уявлення про дані, причому ця зміна не повинна впливати на інших користувачів;
користувачі не повинні безпосередньо мати справи з подробицями фізичного зберігання даних в базі;
адміністратор бази даних повинен мати можливість змінювати структуру зберігання даних в базі, не роблячи впливу на призначені для користувача уявлення.
Поняття схеми бази даних. Схемою бази даних називається загальний опис бази даних. Існують різні типи схем бази даних, які визначаються відповідно до рівнів абстракції багаторівневої архітектури, показаної на рис. 10.4. На кожному рівні використовується своя мова опису схеми бази даних.
Зовнішній рівень є словесним описом вхідних і вихідних повідомлень, а також даних, які доцільно зберігати в базі даних. При проектуванні бази даних необхідно на зовнішньому рівні вивчити функціонування об'єкта керування , для якого проектується база даних, усю первинну та вихідну документацію для визначення даних, які необхідно зберігати в базі даних, а також вимоги користувачів і прикладних програмістів. На цьому рівні не виключена наявність елементів дублювання, надлишковості та неузгодженості даних. Для усунення цих аномалій і протиріч зовнішнього опису даних виконується інфологічне та логічне проектування.
Рис. 10.4 Багаторівнева архітектура баз даних
Інфологічний рівень являє собою інформаційно-логічну модель предметної області, в якій виключено надлишковість даних і відображено інформаційні особливості об'єкта керування без урахування особливостей і специфіки конкретної СКБД. Інфологічне подання даних орієнтоване переважно на людину, яка проектує чи використовує базу даних. На етапі проектування інфологічної моделі будується концептуальна схема, яка є структурованою моделлю бази даних без урахування особливостей СКБД. Для розробки концептуальної схеми широко застосовується метод «сутність-зв’язок» (див. тема 10.3).
Логічний рівень враховує специфіку й особливості конкретної СКБД. Цей рівень подання даних орієнтований більше на комп'ютерну обробку і на програмістів, які займаються її розробкою. Проектування логічної моделі здійснюється шляхом перетворення інфологічної моделі даних в логічну модель. Результатом цього етапу є логічна схема бази даних у вигляді взаємопов’язаних таблиць. Основною метою етапу є усунення надмірності даних з використанням спеціальних правил нормалізації та мінімізація можливих структурних змін бази даних.
На фізичному рівні вирішуються питання, що пов'язані з продуктивністю системи, створюються таблиці та інші об’єкти бази даних і здійснюється тестування бази даних з урахуванням вимог кінцевих користувачів. Результатом цього етапу є схема бази даних у вигляді взаємопов’язаних таблиць.