Методология проектирования

Понятие "предметная область" является базисным понятием в теории баз данных и поэтому не имеет строгого определения. Чтобы выяснить его смысл, дадим несколько определений.

Под информацией понимают любые сведения о каком-либо событии, процессе и т.п., являющиеся объектом некоторых операций: восприятия, передачи, преобразования, хранения или использования.

Перед тем как определить понятие данного, представим следующую абстрактную ситуацию. Имеются: некоторая система, информация о которой представляет интерес; наблюдатель, способный воспринимать состояния системы и в определенной форме фиксировать их в своей памяти (никаких других действий наблюдатель не выполняет). В этом случае говорят, что в памяти наблюдателя находятся "данные", описывающие состояние системы. Таким наблюдателем, в общем случае, могут выступать информационные системы. В самом широком смысле информационная система представляет собой программное обеспечение, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти ЭВМ, выполнении необходимых преобразований информации и предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого доступа к функциям, реализуемым информационной системой. Таким образом, 'данные" можно определить как информацию, фиксированную в определенной форме, пригодной для последующей передачи и хранения. Другими словами, данные - это последовательность элементарных символов, цифр или букв, являющихся значением некоторого атрибута. Метаданными будем называть данные о данных.

Объект - это все то, что существует вне нас и независимо от нашего сознания, влияния внешнего мира и материальной действительности. Объекты потенциально обладают огромным количеством свойств и находятся в потенциально бесконечном числе взаимосвязей между собой. Однако среди всего множества свойств и взаимосвязей между объектами имеет смысл выделять лишь существенные, важные с точки зрения потребителя информации.

Предмет - это объект, ставший носителем определенной совокупности свойств и входящий в различные взаимоотношения, которые представляют интерес для потребителей информации. Один и тот же объект может восприниматься разными системами как разные предметы. Таким образом, предмет - это модель реального объекта.

Совокупность объектов, информация о которых представляет интерес для пользователей, образует объектное ядро предметной области.

Понятие "предметная область" соответствует точке зрения потребителей информации на объектное ядро, при которой выделяются только те свойства объектов и взаимосвязи между ними, которые представляют определенную ценность и должны фиксироваться в базе данных. Таким образом, предметная область представляет собой абстрактную картину реальной действительности, определенная часть которой фиксируется в качестве модели фрагмента действительности.

В каждый момент времени предметная область находится в одном из состояний, которое характеризуется совокупностью объектов и их взаимосвязей. Если объекты образуют объектное ядро, то совокупность взаимосвязей отражает структуру фрагмента действительности. С течением времени одни объекты исчезают, другие появляются, меняются свойства и взаимосвязи. Тем не менее возникающие новые состояния считаются состояниями одной и той же предметной области. Таким образом, предметную область целесообразно рассматривать как систему, переживающую свою историю, которая состоит из определенной последовательности состояний.

После задания пространства состояний можно рассматривать в нем определенные траектории или последовательности состояний S_0,S_1,…….,S_t, в которых находится предметная область в моменты времени 0, 1, ……., t. Члены такой последовательности не могут быть совершенно - произвольными, поскольку состояние S_t обычно каким-либо образом связано с предшествующими состояниями S_0,S_1,…….,S_t-1. Поэтому предметную область можно определить как класс всех действительно возможных последовательностей состояний. Такие последовательности называются траекториями предметной области. Совокупность всех общих свойств траекторий называется семантикой предметной области.

Поскольку объектное ядро произвольной предметной области потенциально содержит бесконечное число объектов, которые находятся в потенциально бесконечном множестве взаимосвязей, то становится ясным, что прямой подход к описанию предметной области через описание всех объектов и взаимосвязей между ними обречен на провал.

Очевидной альтернативой в этой ситуации является поход к описанию предметной области, фиксирующий только то общее, что является неизменным и характеризует ситуацию в любой момент времени, или, говоря иными словами, отражающий семантику предметной области. Отсюда следует, что необходимы специальные средства описания предметной области, которые были бы применимы к любым областям, и которые достаточно просто интерпретировать в конкретном фрагменте внешнего мира и одновременно являлись бы точными, структурированными и обозримыми (конечными).

Приспособленность указанных средств для описания любой предметной области означает, что они обязаны быть достаточно универсальными. Для обеспечения универсальности необходима высокая общность, абстрактность системы базисных метапонятий и правил порождения новых понятий, которые допускают интерпретацию в любой предметной области. В силу своей абстрактности средства описания предметной области называются концептуальными. Поэтому в теории баз данных принято говорить о концептуальном или информационно-логическом (инфологическом) моделировании предметной области. Результатом процесса моделирования является концептуальная схема (модель) предметной области.

Введем следующее определение: тип - это понятие, объединяющее все объекты данного типа. В отличие от объекта, существующего в данный момент в конкретном месте, тип не имеет пространственно-временной локализации. Он охватывает все существовавшие, существующие и мыслимые объекты, относимые к данному типу. Типы обеспечивают непротиворечивое объединение локальных точек зрения различных групп пользователей.

Понятие типа не следует путать с понятием множества. Под множеством пони мается любое объединение в одно целое определенных вполне различаемых объектов из нашего восприятия или мысли, которые называются элементами множества. Таким образом, между элементом множества и самим множеством существует отношение часть - целое. Тип же является абстракцией реальных объектов, Т.е. тип и объект данного типа находится в отношений абстрактное - конкретное.

Связь – это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя сущностями. Эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей же самой (рекурсивная связь). В любой связи выделяются два конца (в соответствии с парой связываемых сущностей), на каждом из которых указывается имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данной сущности связывается), обязательность связи (т. е. любой ли экземпляр данной сущности должен участвовать в данной связи).

Связи "многие-со-многими". Иногда бывает необходимо связывать сущности таким образом, что с обоих концов связи могут присутствовать несколько экземпляров сущности (например, все члены кооператива сообща владеют имуществом кооператива). Для этого вводится разновидность связи "многие-со-многими".

Уточняемые степени связи. Иногда бывает полезно определить возможное количество экземпляров сущности, участвующих в данной связи (например, служащему разрешается участвовать не более чем в трех проектах одновременно). Для выражения этого семантического ограничения разрешается указывать на конце связи ее максимальную или обязательную степень.

Каскадные удаления экземпляров сущностей. Некоторые связи бывают настолько сильными (конечно, в случае связи "один-ко-многим"), что при удалении опорного экземпляра сущности (соответствующего концу связи "один") нужно удалить и все экземпляры сущности, соответствующие концу связи "многие". Соответствующее требование "каскадного удаления" можно сформулировать при определении сущности.

Домены. Как и в случае реляционной модели данных, бывает, полезна возможность определения потенциально допустимого множества значений атрибута сущности (домена).

Эти и другие более сложные элементы модели данных сущность – связь делают ее более мощной, но одновременно несколько усложняют ее использование. Конечно, при реальном использовании ЕR-диаграмм для проектирования баз данных необходимо ознакомиться со всеми возможностями.

Наиболее часто на практике ЕR-моделирование используется на первой стадии проектирования базы данных. Его результатом, как правило, является концептуальная модель предметной области, выраженная в терминах ЕR-модели.

При переходе к следующему этапу - моделированию схемы БД – перед разработчиком возникает проблема выражения концептуальной модели предметной области в терминах применяемой модели данных (например, реляционной). Существует три подхода к решению этой проблемы.

Первый подход состоит в ручном преобразовании концептуальной модели предметной области в схему БД, выполняемом согласно методикам, в которых достаточно четко оговорены все этапы такого преобразования.

Во втором подходе реализуется автоматизированная компиляция концептуальной модели предметной области в схему БД (чаще всего реляционную). Известны два типа подхода:

подход, основанный на явном представлении концептуальной модели предметной области как исходной информации для компиляции;

подход, ориентированный на построение интегрированных систем проектирования с автоматизированным созданием концептуальной модели предметной области на основе интервью с экспертами предметной области.

И в том, и в другом случае в результате создается реляционная схема базы данных в третьей нормальной форме.

Наконец, третий подход - это непосредственная работа с базой данных в семантической модели, Т.е. применение СУБД, основанных на семантических моделях данных. При этом снова рассматриваются два варианта.

Первый вариант - обеспечение пользовательского интерфейса на основе семантической модели данных с автоматическим отображением конструкций в реляционную модель данных (это задача примерно такого же уровня сложности, как автоматическая компиляция концептуальной модели предметной области в схему БД).

Второй вариант - прямая реализация СУБД, основанная на какой либо семантической модели данных.