Принципы построения банков данных

В основе построения БнД лежат определенные научные принципы, позволяющие создавать высококачественные системы, отвечающие современным требованиям. Выбор принципов построения БнД и их воплощение в конкретной системе составляют основу проектирования.

Из множества используемых принципов выделим наиболее существенные (рис. 1): принцип интеграции данных и принцип централизации управления ими.

Оба принципа отражают суть банка данных: интеграция является основой организации БД, централизация управления- основой организации и функционирования системы управления базами данных (СУБД). Остальные принципы в той или иной степени связаны с первыми, отдельные из них являются их следствием либо одним из возможных путей реализации. Так, интеграция данных предполагает взаимозависимость (связность) данных, связность, в свою очередь, вместе с принципом композиции позволяет свести избыточность данных к минимуму (добиться высокой степени неизбыточности информации).

Суть принципа интеграции данных состоит в объединении отдельных, взаимно не связанных данных в единое целое, в роли которого выступает база данных, в результате чего пользователю и его прикладным программам все данные представляются единым информационным массивом. При этом облегчаются поиск взаимосвязанных данных и их совместная обработка, уменьшается избыточность данных, упрощается процесс ведения БД.

Интеграцию данных необходимо рассматривать на двух уровнях- логическом и физическом. На логическом уровне множество структур данных отображается в единую структуру данных, на физическом уровне автономные файлы объединяются в базу данных.

Принцип целостности данных отражает требование адекватности хранимой в БД информации состоянию предметной области: в любой момент времени данные должны в точности соответствовать свойствам и характеристикам объектов. Нарушение целостности возникает вследствие искажения или даже разрушения (стирания) всех или части данных, а также как результат записи в базу данных неверной информации. Поддержание целостности достигается контролем входной информации, периодической проверкой хранимых в БД данных, применением специальной системы восстановления данных, а также рядом других мероприятий.

Под независимостью данных будем понимать независимость прикладных программ от хранимых данных, при которой любые изменения в организации данных не требуют коррекции этих программ. Одним из путей достижения независимости является введение дополнительных уровней абстрагирования данных (принцип многоуровневости). Вместо двух традиционных уровней, предусмотренных базовым программным обеспечением и стандартными языками программирования - логического и физического- в архитектуре БнД используется принцип трехуровневой организации данных: логический уровень делится на два- внешний (уровень пользователя) и концептуальный (общий системный уровень данных).

Другой путь достижения независимости данных - передача ядру СУБД части функций, ранее возлагавшихся на прикладные программы: имеются ввиду функции, связанные с организацией доступа к БД. При этом прикладная программа никак не связана ни с БД, ни с методом доступа. Она лишь формирует и передает ядру информацию, необходимую для поиска данных.

Независимость данных достигается также применением и соблюдением принципа отделения описания БД от процедур обработки данных. Наконец, существенным фактором обеспечения независимости следует считать реляционный подход к построению БД- разработку базы данных на основе реляционной модели данных и использовании методов и средств реляционной алгебры в процессе обработки БД. Наибольший эффект достигается рациональным сочетанием всех указанных путей.

Неизбыточность- это состояние данных, когда каждое из них присутствует в БД в единственном экземпляре. Избыточность может иметь место как на логическом уровне, когда в структуре данных повторяются одни и те же типы данных, так и на физическом уровне, когда данные хранятся в двух или более экземплярах. Принцип интеграции позволяет свести избыточность к минимуму. Так, если в трех файлах СОТРУДНИК, КАДРЫ, ФИНАНСЫ (рис. 2) АИС на автономных файлах часть данных повторяется (например, поля ФАМ, ГОД, ДОЛЖ), то в БД (рис. 3) избыточность на логическом уровне сведена к нулю.

Под непротиворечивостью понимается смысловое соответствие между данными; это состояние базы данных, при котором хранимые в ней данные не противоречат друг другу. Различают два аспекта непротиворечивости: смысловое соответствие разнотипных данных и идентичность (равенство) дублирующих данных.

Принцип связности данных заключается в том, что данные в БД взаимосвязаны, и связи отражают отношения между объектами предметной области. Множество типов данных и множество связей образуют логическую структуру данных. В качестве примера можно указать связи ”КАФЕДРА- ПРЕПОДАВАТЕЛЬ”, ”ПРЕПОДАВАТЕЛЬ- ДИСЦИПЛИНА”, ”ГРУППА- СТУДЕНТ”, для предметной области ФАКУЛЬТЕТ, приведенной на рис. 4. Наличие связей между записями в БД позволяет уменьшить избыточность, упростить и ускорить поиск данных.

Принцип централизации управления состоит в передаче всех функций управления данными единому комплексу управляющих программ - системе управления базами данных. Как было указано выше, все операции, связанные с доступом к БД, выполняются не прикладными программами, а централизованно - ядром СУБД - на основании информации, получаемой из этих программ. Соблюдение этого принципа позволяет автоматизировать работу с базами данных и тем самым существенно повысить эффект, получаемый от применения информационной системы.

Отделение описания данных от процедур их обработки предполагает, что описание данных исключается из прикладных программ, составляется и транслируется отдельно от них и хранится в базе данных (или вне ее виде отдельного файла). Вывод этих описаний за рамки прикладной программы делает ее более независимой от БД, облегчает процесс программирования, уменьшает размеры потребной для программы памяти, повышает гибкость манипулирования данными.

На основе указанных выше принципов формируется архитектура БнД- концепция взаимосвязи логических, физических и программных компонентов системы.

Для локальных баз данных принята трехуровневая организация, предложенная комитетом ANSI/SPARC: это два уровня логической организации данных- внешний и концептуальный- и третий уровень (низший)- уровень физической организации данных.

Дата добавления: 2014-01-03