Методология проектирования баз данных и инструментальная поддержка процесса ее реализации.

Централизованное управление на всех этапах существования БД реализует администратор БД со своей группой специалистов, осуществляя эффективную взаимосвязь со всеми группами, участвующими в использовании, эксплуатации и обеспечении БД.

Словарь данных представляет собой как бы внутреннюю БД, содержащую централизованные сведения о всех типах данных, их имена, структуру, а также информацию об их использовании. Преимущество словаря данных в эффективном накоплении и управлении информационными ресурсами предметной области. Его применение позволяет уменьшить избыточность и противоречивость данных при их вводе, осуществить простое и эффективное управление при их модификации, упростить процедуру проектирования БД за счет централизации управления данными, установить связи с другими пользователями. Таким образом, словарь данных содержит обобщенное представление всех трех уровней: концептуального, логического и физического. По наиболее характерным признакам БД можно классифицировать следующим образом:

1. По способу хранения информации: интегрированные; распределенные.

2. По типу пользователя: монопользовательские; многопользовательские.

3. По характеру использования данных: прикладные; предметные.

Конкретная реализация системы баз данных с одной стороны определяется спецификой данных предметной области, отраженной в концептуальной модели, а с другой стороны типом конкретной СУБД (МБД), устанавливающей логическую и физическую организацию.

Для работы с БД используется специальный обобщенный инструментарий в виде СУБД (МБД), предназначенный для управления БД и обеспечения интерфейса пользователя.

Основные стандарты СУБД: независимость данных на концептуальном, логическом, физическом уровнях; универсальность (по отношению к концептуальному и логическому уровню, типу ЭВМ); совместимость, неизбыточность; безопасность и целостность данных; актуальность и управляемость.

Существует два основных направления реализации СУБД: программное и аппаратное. Программная реализация (в дальнейшем СУБД) представляет собой набор программных модулей, работает под управлением конкретной ОС и выполняет следующие функции: описание данных на концептуальном и логическом уровнях; загрузку данных; хранение данных; поиск и ответ на запрос (транзакцию); внесение изменений; обеспечение безопасности и целостности.

Обеспечивает пользователя следующими языковыми средствами: язык описания данных (ЯОД); язык манипулирования данными (ЯМД); прикладной (встроенный язык данных (ПЯД, ВЯД).

Аппаратная реализация предусматривает использование так называемых машин баз данных (МБД). Их появление вызвано возросшими объемами информации и требованиями к скорости доступа. Слово “машина” в термине МБД означает вспомогательный периферийный процессор. Термин “компьютер БД” - автономный процессор баз данных или процессор, поддерживающий СУБД. Основные направления МБД: параллельная обработка; распределенная логика; ассоциативные ЗУ; конвейерные ЗУ; фильтры данных и др.

Использование при обработке информации технологии БД требует централизованного управления на каждом этапе их жизненного цикла.

Этапы конвертирования и интеграции связаны с использованием существующих файлов данных и переносом их в создаваемую базу данных. При отсутствии необходимости конвертирования и интеграции существующих данных эти этапы исключаются (штриховая линия).

В настоящее время при проектировании БД используют два подхода. Первый из них основан на стабильности данных, что обеспечивает наибольшую гибкость и адаптируемость к используемым приложениям. Применение такого подхода целесообразно в тех случаях, когда не предъявляются жесткие требования к эффективности функционирования (объем памяти и время поиска), существует большое количество разнообразных задач с изменяемыми и непредсказуемыми запросами.

Другой подход базируется на стабильности процедур запросов к БД и является предпочтительным при жестких требованиях к эффективности функционирования, особенно это касается быстродействия.

Другим важным аспектом проектирования БД является проблема интеграции и распределения данных. Господствовавшая до недавнего времени концепция интеграции данных при резком увеличении их объема, оказалась несостоятельной. Этот факт, а также увеличение объемов памяти внешних запоминающих устройств при ее удешевлении, широкое внедрение сетей передачи данных способствовало внедрению распределенных БД. Распределение данных может осуществляться различными способами:

1. Копируемые данные. Одинаковые копии данных хранятся в различных местах использования, так как это дешевле передачи данных. Модификация данных контролируется централизованно.

2. Подмножество данных. Группы данных, совместимые с исходной базой данных хранятся отдельно для местной обработкой.

3. Реорганизованные данные. Данные в системе интегрируются при передаче на более высокий уровень.

4. Секционированные данные. На различных объектах используются одинаковые структуры, но хранятся разные данные.

5. Данные с отдельной подсхемой. На различных объектах используются различные структуры данных, объединяемые в интегрированную систему.

6. Несовместимые данные. Независимые базы данных, спроектированные без координации, требующие объединения.

Важное значение на процесс создания БД оказывает внутреннее содержание информации. Существует два направления: прикладные БД, ориентированные на конкретные приложения, например, может быть создана БД для учета и контроля поступления материалов; предметные БД, ориентированные на конкретный класс данных, например, предметная БД “Материалы”, которая может быть использована для различных приложений.

В теории БД методология проектирования рассматривается как совокупность человеко-машинных инструментов и средств, применяемых для последовательной разработки проекта структуры баз данных. Целью методологии проектирования является: создание БД, соответствующей целям пользователей (т.е. высокоэффективная и адаптируемая к возникающим нуждам обработки, обладающая свойствами целостности, безопасности и т.д.); наличие свойств гибкости и общности, обеспечивающими доступность разработчикам с различным опытом проектирования, использующим различные модели данных и СУБД; обеспечение воспроизводимости, т.е. получение одинаковых или примерно одинаковых результатов различными разработчиками.

Для достижения указанных целей методология проектирования БД должна включать следующие компоненты:

1. Процесс проектирования, состоящий из серии этапов, на каждом из которых осуществляется выбор из нескольких альтернативных решений.

2. Методики выполнения требуемых в процессе проектирования расчетов и моделирования, критерии оценки альтернативных решений на каждом этапе.

3. Информационные требования в качестве исходных данных на каждом этапе и для всего процесса проектирования в целом.

4. Средства описания исходных данных и результатов выполнения каждого этапа проектирования.

Рассмотрим каждый компонент более подробно.

Процесс проектирования является длительным и трудоемким и обычно длится несколько месяцев, а в некоторых случаях и лет. Основными ресурсами проектировщика БД являются его собственная интуиция и опыт, поэтому качество решения во многих случаях остается низким. В этих условиях важное значение приобретают вопросы автоматизации разработки.

Основными причинами низкой эффективности проектируемых БД являются: недостаточно глубокий анализ требований к данным, включая их семантику и взаимосвязь; большая длительность процесса структурирования, делающая этот процесс утомительным и трудно выполняемым при ручной обработке; трудности, связанные с учетом производительности проектируемой системы и ресурсных ограничений используемых технических средств.

Этап концептуального проектирования заключается в описании и синтезе информационных требований пользователей в первоначальный проект БД. Результатом этого этапа является высокоуровневое представление информационных требований пользователей на основе различных подходов.

В процессе логического проектирования высокоуровневое представление данных преобразуется в структуре используемой СУБД. Полученная логическая структура БД может быть оценена количественно с помощью различных характеристик (число обращений к логическим записям, объем данных в каждом приложении, общий объем данных и т.д.). На основе этих оценок логическая структура может быть усовершенствована с целью достижения большей эффективности.

На этапе физического проектирования решаются вопросы, связанные с производительностью системы, определяются структуры хранения данных и методы доступа.

Весь процесс проектирования БД характеризуется как итеративный, при этом каждый этап рассматривается как совокупность итеративных процедур, в результате выполнения которых получают соответствующую модель.

Взаимодействие между этапами проектирования и словарной системой необходимо рассматривать отдельно. Процедуры проектирования могут использоваться независимо в случае отсутствия словарной системы. Сама словарная система может рассматриваться как элемент автоматизации проектирования.

Основные этапы последовательности проектирования распределенной БД показаны на рис.4, при этом этапы 1, 2, 3, и 6 подобны этапам 1-4 при проектировании централизованной БД. Предполагается, что распределенная СУБД (СУРБД) позволяет осуществить определение всей структуры БД, ее расчленение и размещение.

29.Функциональные возможности современных СУБД и его соответствие требованиям бизнес-модели организации.

Возможности по созданию базы данных и ее актуализации, извлечению данных, созданию приложений базы данных, взаимодействию с другими системами, управлению базой данных.

В настоящее время создано множество СУБД имеющих приблизительно одинаковые возможности. Все СУБД позволяют создавать структуру БД и заполнять таблицы (создавать и просматривать файлы базы данных), редактировать их (обновлять данные, удалять ненужные данные, добавлять новые данные). Данные в базе можно упорядочить по одному или нескольким полям. Можно осуществить поиск данных в базе по различным критериям поиска. Важна возможность изменения существующей структуры базы данных. Также имеются возможности конструировать формы, формировать отчеты, реализовать нестандартные процедуры обработки данных (макросы, VB), создавать приложения пользователя (генераторы приложений, средства создания меню и панелей управления приложениями). Для реализации перечисленных возможностей в состав СУБД входят языковые средства.

Язык современной СУБД включает подмножество команд, относящихся к следующим специализированным языкам:

язык описания данных — высокоуровневый непроцедурный язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных;

язык манипулирования данными — командный язык СУБД обеспечивающий выполнение основных операций по работе с данными — ввод, модификацию и вывод данных по запросам;

структурированный язык запросов (Structured Query Language, SQL) — обеспечивает манипулирование данными и определение схемы реляционной БДП, является стандартным средством доступа к серверу БД.

Для обработки команд пользователя в СУБД используются интерпретаторы команд (операторов) и компиляторы. С помощью компьютеров в ряде СУБД можно получать исполняемые автономно приложения программы.

Обеспечение безопасности достигается в СУБД шифрованием прикладных пpoгpaмм, защитой паролем, поддержкой уровней доступа к базе данных, к отдельной таблице.

Расширение возможностей пользователя СУБД достигается за счет подключения систем построения графиков и диаграмм, а также подключения модулей, написанных на языках Си или Ассемблера.

Поддержка функционирования в сети обеспечивается: средствами управления доступом пользователей к совместно используемым базам, т.е. средствами блокировки файлов (таблиц), записей, полей, которые в равной степени реализованы в разных СУБДП; средствами механизма транзакций, обеспечивающими целостность БД функционировании в сети.

Поддержка взаимодействия с Windows-приложениями позволяет СУБД внедрять в отчет сведения, хранящиеся в файлах, созданных с помощью других приложений (например, в документе Word или в рабочей книге Excel), включая графику и звук.В СУБД поддерживаются механизмы, разработанные для среды Window, такие как DDE (Dynamic Data Exchange — динамический обмен данными) и OLE (Objeci and Embedding — связывание и внедрение объектов).