Лекция 3. Технология проектирования баз данных

Понятие проекта базы данных как комплекса взаимосвязанных моделей данных: инфологической, даталогической и физической. Понятие процесса проектирования баз данных. Цель процесса проектирования баз данных. Основные этапы процесса проектирования баз данных.

CASE-средства проектирования базы данных. Понятия CASE-средства. Классификация CASE-средств. Проблемы автоматизации проектирования баз данных.

Третья лекция курса «Технология проектирования баз данных» посвящена знакомству с технологией проектирования базы данных. В данной лекции приводятся определение ключевых понятий процесса проектирования базы данных, общие сведения об используемых при проектировании CASE-средств, а также об основных проблемах автоматизации проектирования баз данных.

Проект (от лат. projectus — брошенный вперёд, выступающий, выдающийся вперёд) – замысел, идея, образ, воплощённые в форму описания, обоснования расчётов, чертежей, раскрывающих сущность замысла и возможность его практической реализации.

Проект базы данных предполагает определение: 1) требований к базе данных, информационных потребностей со стороны разных категорий пользователей; 2) способа отображения в базе данных объектов предметной области и связи между ними, который не противоречил бы семантике предметной области; 3) способа структуризации данных; 4) способа расположения данных во внешней памяти. Иными Проект базы данных – комплекс взаимосвязанных моделей данных: инфологической, даталогической и физической. Цели построения отдельных моделей и их взаимосвязь приведены на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 Уровни моделей данных

Соответственно, процесс проектирования баз данных представляет собой последовательность переходов от неформального словесного описания информационной структуры предметной области к формализованному описанию объектов предметной области в терминах некоторой модели данных.

Цель процесса проектирования баз данных состоит в получении проекта базы данных, который бы: 1) адекватно отображал предметную область; 2) удовлетворял информационным требованиям пользователей; 3) соответствовал правилу «Три НЕ» (неизбыточность, непротиворечивость, независимость от приложений).

В общем случае, можно выделить следующие этапы проектирования: 1) предпроектное обследование предметной области; 2) семантическая структуризация предметной области; 3) выбор правил структурирования данных и инструментария; 4) логическая структуризация данных; 5) физическая структуризация данных.

Содержание основных этапов проектирования баз данных приведено на рис. 3.1.

Рисунок 3.2. Этапы проектирования базы данных

Предпроектное обследование предметной области предполагает восприятие, изучение и описание информационных процессов предметной области, а также выявление информационных потребностей пользователей и формулирование требований к содержанию и обработке данных.

Семантическая структуризация предметной области предполагает: 1) неформализованное словесное описание предметной области с использованием таблиц, формул, схем; 2) описание связей между данными с использованием некоторой формализованной системы нотаций (системы условных обозначений, языка зависимостей). Указанные связи являются основой выбора модели данных и проектных решений относительно структуризации данных.

Выбор правил структурирования данных и инструментария предполагает выбор конкретной модели данных (сетевой, иерархической, реляционной и т.д.).

Логическая структуризация данных предполагает описание структуры базы данных в терминах выбранной модели данных. При этом построенная модель является машинно-независимой, а также независимой от конкретной системы управления базами данных.

Физическая структуризация данных предполагает: 1) выбор конкретной системы управления базы данных для построения базы данных; 2) описание структуры базы данных в терминах языка манипулирования данных выбранной системы управления базы данных. На данном этапе определяются носители, методы доступа и способы защиты данных и др.

Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования приведено в табл. 3.1

Таблица 3.1. Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования

Вид структуризации данных (тип проектирования)	Основные элементы	Действующее лицо
Семантическая (инфологическое проектирование)	Сущности, атрибуты, связи между сущностями	Аналитик
Логическая (даталогическое проектирование)	Записи, элементы данных, связи между записями	Программист
Физическая (физическое проектирование)	Группирование данных, индексы, методы доступа	Администратор

Следует учитывать, что проектирование базы данных с построением цепочки соответствующих моделей не является последовательным процессом. Это скорее итеративный процесс с постоянной обратной связью для проверки предыдущих этапов.

При проектировании баз данных используется широкий спектр CASE-средств. Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) дословно переводится как разработка программного обеспечения с помощью компьютера. В настоящее время этот термин получил более широкий смысл, означающий автоматизацию разработки информационных систем

Это программные средства, автоматизирующие некоторые этапы разработки (инжиниринга) информационных систем. Они обеспечивают наглядное описание информационных процессов и инфологической модели предметной области, генерацию и анализ вариантов логических и физических моделей базы данных, создание приложений и т.п.

Современная CASE-индустрия объединяет сотни известных фирм и компаний. В настоящее время практически все серьезные проекты осуществляются с использованием CASE-средств. Общее число распространяемых на рынке программных продуктов CASE-средств составляет порядка 500 наименований.

Классификация CASE-средств осуществляется по нескольким признакам: 1) по ориентации на этапы проектирования; 2) по степени независимости от системы управления базами данных.

По ориентации на этапы проектирования выделяют следующие типы CASE-средств: инструменты анализа и моделирования предметной области; средства проектирования баз данных; средства разработки приложений.

По степени независимости от системы управления базами данных различают независимые и встроенные CASE-системы.

Автоматизация проектирования баз данных сопровождена с определёнными проблемами, несмотря на то, что при этом используется широкий спектр CASE-средств.

Этапы 1 и 3 полностью не формализуются. На этапе 2 только человек способен построить в своей голове инфологическую модель предметной области. А лишь потом для описания этой модели применить соответствующие CASE-средства (средства автоматизации проектирования).

Современные CASE-средства позволяют создавать синтаксические модели базы данных на этапах 4 и 5, исходя из инфологической модели предметной области, построенной человеком на этапе 2.

Таким образом, на всех этапах требуется участие человека, и как следствие комплексная автоматизация проектирования баз данных невозможна.

Подробное изложение теоретических вопросов, затронутых в первой лекции, можно найти в литературе [1,3,5,6]. Практические аспекты этих вопросов можно отыскать в работах [2,4].

Знания следует самостоятельно проверить путем ответов на контрольные вопросы (список контрольных вопросов приведен в Методических рекомендациях по самостоятельному изучению дисциплины «Базы данных», которые являются неотъемлемой частью учебно-методического комплекса дисциплины «Базы данных»).