Модели данных

Характер СУБД, возможности ее языковых средств определяются главным образом моделью данных, поддерживаемых СУБД. В зависимости от уровня абстракции выделяют три уровня – три вида моделей данных:

• концептуальная;

• логическая;

• физическая.

• Концептуальный уровень - это семантический уровень представления данных в виде абстрактных понятий, учитывающих особенности ПрО. На концептуальном уровне представлены следующие компоненты:

• все сущности, их атрибуты и связи;

• ограничения, накладываемые на данные;

• семантическая информация о данных;

• информация о мерах обеспечения безопасности и поддержки целостности данных.

Концептуальное проектирование базы данных абсолютно не зависит от таких подробностей ее реализации, как тип выбранной целевой СУБД, набор создаваемых прикладных программ, используемые языки программирования, тип выбранной вычислительной платформы, т.е. от любых особенностей физической реализации. Концептуальная модель является источником информации для логического проектирования базы данных.

• Логический уровень - уровень представления данных в виде некоторой структуры (списки, деревья, графы, таблицы и т.д.). Логическая модель данных учитывает особенности выбранной модели организации данных в целевой СУБД (например, реляционная модель или объектно-ориентированная).

На этапе логического проектирования игнорируются любые особенности физической организации структур данных.

Для проверки правильности логической модели данных используется метод нормализации.

Нормализация гарантирует, что отношения, выведенные из существующей модели данных, не будут обладать избыточностью данных, способной вызвать нарушения в процессе обновления данных после их физической реализации.

Логическая модель данных должна обеспечивать поддержку всех необходимых пользователям транзакций.

Созданная логическая модель данных является источником информации для этапа физического проектирования.

• Физический уровень - способ организации данных на машинном носителе.

Этот уровень описывает физическую реализацию БД и предназначен для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономного использования дискового пространства.

Он содержит описание структур данных и организации отдельных файлов, используемых для хранения данных на запоминающих устройствах. На этом уровне осуществляется взаимодействие СУБД с методами доступа операционной системы с целью размещения данных на запоминающих устройствах, создания индексов, извлечение данных и т.д.

Между логическим и физическим проектированием существует постоянная обратная связь, так как решения, принимаемые на этапе физического проектирования с целью повышения производительности системы, способны повлиять на структуру логической модели данных.

Основным назначением трехуровневой архитектуры является обеспечение независимости от данных, которая означает, что изменения на нижних уровнях не влияют на верхние уровни.

Различают два типа независимости от данных: логическую и физическую.

• Логическая независимость от данных означает полную защищенность данных концептуального уровня от изменений, вносимых в логическую схему представления данных. Такие изменения, как добавление или удаление новых сущностей, атрибутов или связей, должны осуществляться без необходимости внесения изменений в уже существующие схемы логического уровня или корректировки прикладных программ.

• Физическая независимость от данных означает защищенность данных концептуального уровня от изменений, вносимых в логическую или физическую схему представления данных. Такие изменения физической схемы, как использование различных файловых структур или структур хранения, разных устройств хранения, модификация индексов, должны осуществляться без необходимости внесения изменений в концептуальную схему.

В зависимости от способа хранения данных различают следующие виды баз данных:

• Локальная БД хранит данные в памяти одного компьютера.

• Распределенная БД хранит данные, расположенные в различных компьютерах вычислительной сети.

Базы данных различаются в зависимости от вида хранимой информации:

• Фактографическая БД хранит информацию в виде данных-фактов (записи, файлы и т.д.). Данные отражают текущее состояние предметной области.

• Динамическая БД хранит данные и время, отображая состояние предметной области в определенный момент времени.

• Документальная БД хранит информацию в виде документов: отчетов, монографий и т.д.

• Графическая БД хранит информацию в виде графических объектов: картинно-графические, видео, картографические данные.

• Интегрированная БД хранит информацию в виде данных, документов, графических документов. Например, ГИС.

База данных, как информационная структура, может быть включена в состав других систем.

Банк данных – это информационная система, реализующая централизованное управление данными. В состав банка данных входят база данных, СУБД, словарь данных, вычислительная система, администратор базы данных.

База знаний – совокупность данных, знаний и набора правил вывода новых знаний.

Экспертная система – база знаний и управляющая система, интерпретирующая правила вывода.

СУБД - система управления базами данных - выполняет функции файловой системы, средства создания и ведения БД, средства манипулирования данными (добавление, удаление, изменение данных), средства поиска данных (поиск, выбор, сортировка).