Информационный материал

Понятие экономической информационной системы связано в первую очередь с организацией хранения данных и доступа к ним. При этом подразумевается либо хранилище структур данных (связанных множеств записей и способы работы с ними), либо хранение собственно модели предметной области, допускающей организацию доступного конечному пользователю способа взаимодействия с моделью.

При моделировании ЭИС может использоваться несколько моделей: обобщенная (понятийная) модель и модель, представленная схемой базы данных, которые чаще всего дополняются рядом промежуточных (например, модель "сущность-связь" определенного уровня общности).

Моделирование экономической информационной системы базируется на использовании модели предметной области, полученной в результате ее обследования, и включает определение состава и структуры данных предметной области, которые должны находиться в базе данных и обеспечивать выполнение необходимых запросов, задач и приложений пользователя.

Процесс создания информационной модели начинается с определения концептуальных требований пользователей. Требования пользователей интегрируются в едином обобщенном представлении - концептуальной модели.

Концептуальная модель (схема) является моделью логического уровня и представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содер­жанию и среде хранения.

Назначение концептуальной модели, которую еще называют даталогической моделью, заключается в формировании такого представления о базе данных предметной области, чтобы любое внешнее представление являлось его подмножеством. В процессе интеграции внешних представлений устраняются двусмысленности и противоречия в информационных потребностях различных пользователей.

При разработке концептуальной модели проводится структуризация данных и выявление взаимосвязей между ними без рассмотрения особенностей реализации и вопросов эффективности обработки. Проектирование концептуальной модели основано на анализе решаемых специалистом задач и их информационной составляющей. Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, сведения о технологии обработки информации – применяемых методах контроля достоверности исходных данных, формировании и использовании результатной информации в подразделениях экономической системы, защите информации от несанкционированного доступа и ряде других технологических процедур, представляющих интерес в рассматриваемой предметной области и выявляемых в результате анализа данных и реализации информационных процессов.

Основным требованием, предъявляемым к концептуальной модели, является требование устойчивости. Это означает, что изменения в предметной области не должны приводить к обязательной корректировке концептуальной модели. С другой стороны, концептуальная мо­дель должна быть достаточно абстрактной, т.е. не должна допускать ограничений, вытекающих из программной реализации методов обработки данных.

Концептуальная модель транслируется в модель данных, совместимую с выбранной системе управления базой данных (СУБД). Версия концептуальной модели, которая может быть обеспечена конкретной СУБД, называется логической моделью. Логическая модель отражает логические связи между элементами данных вне зависимости от их содержания и среде хранения. Логическая модель данных может быть реляционной, иерархической или сетевой. Пользователям выделяются подмножества этой логической модели, называемые внешними моделями, отражающие их представления о предметной области.

Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы “сущность-связь”, впервые введенные П. Ченом (Entity-relationship diagram (ERD) – диаграма «Сущность-связь»). ER-диаграмы хорошо вписываются в методологию структурного анализа и проектирования информационных систем. Такие методологии обеспечивают строгое и наглядное описание проектируемой системы, которое начинается с ее общего обзора и затем уточняется, давая возможность получить различную степень детализации объекта с различным числом уровней.

Максимально формализованное описание задачи состоит из следующих компонентов:

• Наименование задачи.

• Цель работы.

• Функции задачи.

• Бизнес-правила.

• Требования к программе.

• Перечень вводимой информации.

• Перечень печатных отчетов.

• Требования к оснащению офиса фирмы компьютерной техникой.

Моделируемая сущность определяется уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

- иметь уникальное имя; к одному и тому же имени всегда должна применяться одна и та же интерпретация; одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами;

- обладать одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;

- обладать одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности.

Сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.

Если между некоторыми сущностями существует связь, то факты из одной сущности ссылаются или некоторым образом связаны с фактами из другой сущности.

Поддержание непротиворечивости функциональных зависимостей между сущностями называется ссылочной целостностью. Поскольку связи содержатся «внутри» реляционной модели, реализация ссылочной целостности может выполняться как приложением, так и самой системой управления базами данных (СУБД) с помощью механизмов декларативной ссылочной целостности и триггеров.

Связи могут быть представлены пятью основными характеристиками:

• тип связи (идентифицирующая, не идентифицирующая, полная/неполная категория, неспецифическая связь);

• родительская сущность;

• дочерняя (зависимая) сущность;

• мощность связи;

• допустимость пустых значений.

Связь (отношение) между сущностями обладает свойством, именуемым мощность (количество экземпляров сущности-потомка, которое может существовать для каждого экземпляра сущности-родителя).

Любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности - атрибут. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных со множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, предметов и т.д.). Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. В модели атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута. При проектировании данных рекомендуется создавать атомарные атрибуты.

Для обеспечения связи между сущностями используются понятия ключа:

1. Первичный ключ (главный ключ) - атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующая каждый экземпляр сущности. При выборе первичного ключа следует отдавать предпочтение наиболее простым ключам, имеющим числовой тип значений. Первичный (главный) ключ должен обладать следующими свойствами: должен иметь уникальные значения; не должен содержать пустых (неопределенных) значений; должен быть компактным, т.е. должен содержать только такие атрибуты, удаление любого из которых может привести к утрате уникальности.

2. Альтернативный ключ - заменитель главного ключа. Используется для организации поиска данных. Выбирается из числа ключей-кандидатов на роль главного ключа.

3. Внешний ключ - существует только для дочерней сущности и является ссылкой на значение ключа родительской сущности. При создании связей (отношений) между сущностями в дочернюю сущность передаются атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности. Эти атрибуты и составляют внешний ключ.

Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей, в противном случае - неидентифицирующей.

Сущность-родитель в идентифицирующей связи может быть как независимой, так и зависимой от идентификатора сущностью, что определяется ее связями с другими сущностями). Сущность-потомок в неидентифицирующей связи будет независимой от идентификатора, если она не является также сущностью-потомком в какой-либо идентифицирующей связи.

Диаграммы "сущность-связь" лежат в основе проектирования баз данных (БД).

Основные модели, используемые при разработке БД

Реляционная модель

Информационная система представлена в виде совокупности таблиц. Строки в каждой таблице - это кортеж неструктурированных единиц данных, "атрибутов". Набор кортежей, составляющий таблицу, образует математическое отношение. Таким образом, модель данных представляется множеством таблиц-отношений (называемых также R-таблицами); отсюда название "реляционная", т.е. модель, представленная отношениями.

Атрибуты строк-кортежей (и таблиц-отношений) - это значения из заданных наравне с таблицами областей определения ("доменов"). Разные столбцы в одной и той же или в разных таблицах могут иметь одну и ту же область определения, а могут - разные.

Значения атрибутов в таблице-отношении могут иметь только один определенный вид функциональной зависимости друг от друга, а именно, все значения в произвольном кортеже должны по отдельности зависеть только от значений столбца или группы столбцов - одних для всего отношения. Такой столбец или группа столбцов, называются ключевыми, а значения атрибутов в них - ключами.

В рамках реляционной теории имеется список операций, которые можно осуществлять над таблицами, причем так, что результатом снова будет таблица (таким образом, в результате выполнения операции снова образуется реляционная база данных). Обычно это следующие операции:

• базовые операции

  • ограничение - исключение из таблицы некоторых строк;

  • проекция - исключение из таблицы некоторых столбцов;

  • декартово произведение - из двух таблиц получается третья по принципу декартова произведения двух множеств строк;

  • объединение - объединение множеств строк двух таблиц;

  • разность - разность множеств строк двух таблиц;

  • присвоение - именованной таблице присваивается значение выражения над таблицами;

• производные операции

  • группа операций соединения;

  • пересечение - пересечение множеств строк двух таблиц;

  • деление;

  • разбиение;

  • расширение - добавление новых столбцов в таблицу;

  • суммирование - в новой таблице с меньшим, чем в исходной, числом строк, строки получены как агрегирование (например, суммирование по какому-то столбцу) строк исходной.

Помимо "основных" таблиц, составляющих первоначальную основу БД, приведенные операции позволяют получать выводимые таблицы -представления, получаемые в результате применения операций.

Поскольку в основе лежит корректная математическая модель, то любой запрос к базе данных, составленный на каком-либо формальном языке повлечет ответ, однозначно определенный схемой данных и конкретными данными.

Реляционный подход приносит относительную простоту работы разработчику системы, поскольку прикладная область часто описывается в терминах таблиц достаточно естественно.

Е. Кодд, автор реляционного подхода, в конце 70-х гг. предложил правила соответствия произвольной СУБД реляционной модели, дополнив основные понятия реляционных баз данных определениями, важными для практики:

0. Основное (подразумеваемое) правило. Система, которая рекламируется или провозглашается поставщиком как реляционная СУБД, должна управлять базами данных исключительно способами, соответствующими реляционной модели.

1. Информационное правило. Вся информация, хранимая в реляционной базе данных, должна быть явно, на логическом уровне, представлена единственным образом: в виде значений в R-таблицах.

2. Правило гарантированного логического доступа. К каждому имеющемуся в реляционной базе атомарному значению должен быть гарантирован доступ с помощью указания имени R-таблицы, значения первичного ключа и имени столбца.

3. Правило наличия значения (missing information). В полностью реляционной СУБД должны иметься специальные индикаторы (отличные от пустой символьной строки или строки из одних пробелов и отличные от нуля или какого-то другого числового значения) для выражения (на логическом уровне, систематично и независимо от типа данных) того факта, что значение отсутствует по меньшей мере по двум различным причинам: его действительно нет либо оно неприменимо к данной позиции. СУБД должна не только отражать этот факт, но и распространять на такие индикаторы свои функции манипулирования данными не зависимо от типа данных.

4. Правило динамического диалогового реляционного каталога. Описание базы данных выглядит логически как обычные данные, так что авторизованные пользователи и прикладные программы могут употреблять для работы с этим описанием тот же реляционный язык, что и при работе с обычными данными.

5. Правило полноты языка работы с данными. Сколько бы много в СУБД ни поддерживалось языков и режимов работы с данными, должен иметься по крайней мере один язык, выражаемый в виде командных строк в некотором удобном синтаксисе, который бы позволял формулировать:

• определение данных,

• определение правил целостности,

• манипулирование данными (в диалоге и из программы),

• определение выводимых таблиц (в том числе возможности их модификации),

• определение правил авторизации,

• границы транзакций.

6. Правило модификации таблиц-представлений. В СУБД должен существовать корректный алгоритм, позволяющий автоматически для каждой таблицы-представления определять во время ее создания, может ли она использоваться для вставки и удаления строк и какие из столбцов допускают модификацию, и заносящий полученную таким образом информацию в системный каталог.

7. Правило множественности операций. Возможность оперирования базовыми или выводимыми таблицами распространяется полностью не только на выдачу информации из БД, но и на вставку, модификацию и удаление данных.

8. Правило физической независимости. Диалоговые операторы и прикладные программы на логическом уровне не должны страдать от каких-либо изменений во внутреннем хранении данных или в методах доступа СУБД.

9. Правило логической независимости. Диалоговые операторы и прикладные программы на логическом уровне не должны страдать от таких изменений в базовых таблицах, которые сохраняют информацию и теоретически допускают неизменность этих операторов и программ.

10. Правило сохранения целостности. Диалоговые операторы и прикладные программы не должны изменяться при изменении правил целостности в БД (задаваемых языком работы с данными и хранимых в системном каталоге).

11. Правило независимости от распределенности. Диалоговые операторы и прикладные программы на логическом уровне не должны страдать от совершаемого физического разнесения данных (если первоначально СУБД работала с нераспределенными данными) или перераспределения (если СУБД действительно распределенная).

12. Правило соблюдения реляционного языка. Если в реляционной СУБД имеется язык низкого уровня (для работы с отдельными строками), он не должен позволять нарушать или "обходить" правила, сформулированные на языке высокого уровня (множественном) и занесенные в системный каталог.

Реляционная модель данных, несмотря на ее достоинства, в ряде случаев не позволяет ясно (или вовсе) отразить особенности предметной области, так как в ней отсутствуют прямые средства выражения иерархии.

Объектно-ориентированная модель

Основные понятия объектно-ориентированной модели данных:

• объекты, обладающие внутренней структурой и однозначно идентифицируемые уникальным внутрисистемным ключом;

• классы, являющиеся по сути типами объектов;

• операции над объектами одного или разных типов, называемые "методами";

• инкапсуляция структурного и функционального описания объектов, позволяющая разделять внутреннее и внешнее описания (в терминологии предшествовавшего объектному модульного программирования - "модульность" объектов);

• наследуемость внешних свойств объектов на основе соотношения "класс-подкласс".

К достоинствам объектно-ориентированной модели относятся следующие:

• возможность для пользователя системы определять свои сложные типы данных (используя имеющийся синтаксис и свойства наследуемости и инкапсуляции);

• наличие наследуемости свойств объектов;

• повторное использование программного описания типов объектов при обращении к другим типам, на них ссылающимся.

К недостаткам объектно-ориентированной модели можно отнести:

• отсутствие строгих определений; разное понимание терминов и различия в терминологии;

• модель не исследована столь тщательно математически, как реляционная;

• отсутствие общеупотребимых стандартов, позволяющих связывать конкретные объектно-ориентированные системы с другими системами работы с данными.

Модель "объектов-ролей"

В отличие от реляционной в данной модели нет атрибутов, а основные понятия - это объекты и роли, описывающие их.

Роли могут быть как "изолированные", присущие исключительно какому-нибудь объекту, так и существующие как элемент какого-либо отношения между объектами. Модель служит для понятийного моделирования, что отличает ее от реляционной модели. Для описания модели помимо графического языка разработано подмножество естественного языка, не допускающее неоднозначностей, и, таким образом, пользователь (заказчик) не только общается с аналитиком на естественном языке, но и видит представленный на том же языке результат его работы по формализации задачи.