Автор Анна Евкова
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Проектирование баз данных, его этапы и задачи (Факультет: Математическое обеспечение и администрирование информационных систем)

Содержание:

Введение

Создание вычислительной техники, компьютеров с исторической точки зрения явилось выдающимся результатом развития электротехники и технических знаний в целом. Постепенно наращивалась память, повышался уровень программного обеспечения, и компьютеры стали приобретать не только вычислительные, но и другие функции. В истории развития компьютеризации информационных процессов и систем выделяются следующие этапы:

  • технический период (приблизительно с 1946 по 1964 г.), в течение которого сложились основные представления о структуре универсальных электронных вычислительных машин (ЭВМ), определилась архитектура и типы устройств; • программный период (с 1954 по 1970 г.), за который выработалась современная классификация программных средств, их структур и взаимосвязей, сложились языки программирования, разработаны компиляторы и принципы процедур ной обработки;
  • информационный период (с 1970 г. по настоящее время) — в центре внимания исследователей и разработчиков оказываются структуры данных, языки описания (ЯОД) и манипулирования (ЯМД) данными, непроцедурные подходы к построению систем обработки информации;
  • гуманитарный период (с начала 90-х гг. прошлого века), связанный с резким возрастанием круга пользователей АИТ и повышением роли интерфейсных и навигационных возможностей соответствующих систем. Кроме этого, основные черты новых информационных технологий связаны с усилением персонального характера компьютера и расширением возможностей пользователя. Если традиционные системы были подчинены производителю информации и доводили одинаковое содержание до всех адресатов, то новые технологии направлены на индивидуального пользователя, предоставляя возможность получения информации, нужной именно ему. Заметим здесь, что каждый из перечисленных периодов был отмечен взрывообразным развитием и преимущественным влиянием соответствующего фактора информатизации:
  • аппаратурный фактор (технические средства информатизации);
  • программный (программные средства и системы);
  • информационный (собственно информация, т. е. сигналы, сообщения, массивы данных, файлы и базы данных);
  • человеческий фактор (интеллектуальные усилия и человеческий труд, затрачиваемые на решение задач предметной области).

Основная часть

Приходится констатировать, что «локомотивом» здесь явля­ются технические средства — темпы развития ЭВМ поистине фантастичны. Еще в 1984 г. американские газетчики писали: «В 1953 г. ЭВМ с памятью 64 Кбайт стоила 1 млн. долл., сейчас она стоит менее 1 тыс. долл. Если бы автомобили раз­вивались в течение последних 20 лет теми же темпами, как компьютеры, то сегодня роллс-ройс стоил бы 3,0 долл., прохо­дил миллион миль на галлоне бензина, развивал мощность лайнера «Queen Elisabeth» и 2 автомобиля помещались бы на кончике пера». Добавим здесь, что сегодняшние темпы еще выше. Напри­мер, если микропроцессор Pentium IV «Northwood» (2002 г.) со­держал 42 млн транзисторов, то Pentium IV «Prescott» (2004 г.) — 125 млн. Следом тянется программное обеспечение, являющееся «те­нью» своего «старшего брата» (известно, что с появлением но­вых процессоров многие приложения приходится перекомпили­ровать, несмотря на декларации разработчиков об «обратной со­вместимости»), затем — средства обработки и поиска данных (здесь большие трудности с управлением захлестывающим потоком мультимедийных данных). К сожалению, массовые пользо­ватели (несмотря на упомянутый взрывообразный рост их чис­ленности) являются самым «слабым» звеном всей этой цепочки. Базы данных (БД) и системы управления ба­зами данных (СУБД) по своему происхождению относят­ся к 3-му этапу вышеприведенной периодизации. Они пережили бум и период взрывообразного развития в свое время и сейчас продолжают гармонично развиваться, следуя динамике роста технических средств и программного обеспечения. Сегодня трудно себе представить сколько-нибудь значимую информационную систему, которая бы не имела в качестве ос­новы или важной составляющей базу данных. Концепции и тех­нологии баз данных складывались постепенно и всегда были тесно связаны с развитием систем автоматизированной обработ­ки информации. Создание баз данных после появления реляци­онного подхода превратилось из искусства в науку, но, как по­казала практика последних лет, все же окончательно его не ис­ключившая. Тем не менее сейчас это вполне сложившаяся дисциплина (хотя являющаяся скорее инженерной, чем чисто научной), основанная на достаточно формализованных подходах и включающая широкий спектр приемов и методов создания баз данных. Все тонкости построения информационной модели некоторой предметной области деятельности человека преследуют одну цель – получить хорошую БД. Поясним термин – хорошая БД и сформулируем требования, которым должна удовлетворять такая БД: БД должна удовлетворять информационным потребностям пользователей (организаций) и по структуре и содержанию соответствовать решаемым задачам;

2. БД должна обеспечивать получение требуемых данных за приемлемое время, т.е. отвечать требованиям производительности;

3. БД должна легко расширяться при реорганизации предметной области;

4. БД должна легко изменяться при изменении программной и аппаратной среды;

5. Корректные данные, загруженные в БД, должны оставаться корректными (данные должны проверяться на корректность при их вводе).

Этапы планирования БД:

Первый этап. Планирование разработки базы данных. На этом этапе выделятся наиболее эффективный способ реализации этапов жизненного цикла системы.

Второй этап. Определение требований к системе. Производится определение диапазона действий и границ приложения базы данных, а также производится сбор и анализ требований пользователей.

Третий этап. Проектирование концептуальной модели БД. Процесс создания БД начинается с определения концептуальной модели, представляющей объекты и их взаимосвязи без указания способов их физического хранения. Усилия на этом этапе должны быть направлены на структуризацию данных и выявление взаимосвязей между ними. Этот процесс можно разбить еще на несколько подэтапов:

a) Уточнение задачи. Еще перед началом работы над конкретным приложением у разработчика обычно имеются некоторые представления о том, что он будет разрабатывать. В иных случаях, когда разрабатывается небольшая персональная БД, такие представления могут быть достаточно полными. В других случаях, когда разрабатывается большая БД под заказ, таких представлений может быть очень мало, или они наверняка будут поверхностными. Сразу начинать разработку с определения таблиц, полей и связей между ними явно рановато. Такой подход может привести к полной переделке большей части приложения. Поэтому следует затратить некоторое время на составление списка всех основных задач, которые в принципе должны решаться этим приложением, включая и те, которые могут возникнуть в будущем.

b) Уточнение последовательности выполнения задач. Чтобы приложение работало логично и удобно, лучше всего объединить основные задачи в группы и затем упорядочить задачи каждой группы так, чтобы они располагались в порядке их выполнения. Группировка и графическое представление последовательности их выполнения поможет определить естественный порядок выполнения задач.

c) Анализ данных. После определения списка задач необходимо для каждой задачи составить подробный перечень данных, требуемых для ее решения. После этапа анализа данных можно приступать к разработке концептуальной модели, т.е. к выделению объектов, атрибутов и связей.

Четвертый этап. Построение логической модели. Построение логической модели начинается с выбора модели данных. При выборе модели важную роль играет ее простота, наглядность и сравнение естественной структуры данных с моделью, ее представляющей. Например, если иерархическая структура присуща самим данным, то выбор иерархической модели будет предпочтительнее. Но зачастую этот выбор определяется успехом (или наличием) той или иной СУБД. То есть разработчик выбирает СУБД, а не модель данных. Таким образом, на этом этапе концептуальная модель транслируется в модель данных, совместимую с выбранной СУБД. Возможно, что отображенные в концептуальной модели взаимосвязи между объектами либо некоторые атрибуты объектов окажутся впоследствии нереализуемыми средствами выбранной СУБД. Это потребует изменения концептуальной модели. Версия концептуальной модели, которая может быть обеспечена конкретной СУБД, называется логической моделью. Иногда процесс определения концептуальной и логической моделей называется определением структуры данных.

Пятый этап. Построение физической модели. Физическая модель определяет размещение данных, методы доступа и технику индексирования. На этапе физического проектирования мы привязываемся к конкретной СУБД и расписываем схему данных более детально, с указанием типов, размеров полей и ограничений. Кроме разработки таблиц и индексов, на этом этапе производится также определение основных запросов. При построении физической модели приходится решать две взаимно противоположные по своей сути задачи. Первой из них является минимизация места хранения данных, а второй – достижение максимальной производительности, целостности и безопасности данных. Например, для обеспечения высокой скорости поиска необходимо создание индексов, причем их число будет определяться всеми возможными комбинациями полей, участвующими в поиске; для восстановления данных требуется ведения журнала всех изменений и создание резервных копий БД; для эффективной работы транзакций требуется резервирование места на диске под временные объекты и т.д., что приводит к увеличению (иногда значительному) размера БД.

Шестой этап. Оценка физической модели. На этом этапе проводится оценка эксплуатационных характеристик. Здесь можно проверить эффективность выполнения запросов, скорость поиска, правильность и удобство выполнения операций с БД, целостность данных и эффективность расхода ресурсов компьютера. При неудовлетворительных эксплуатационных характеристиках возможен возврат к пересмотру физической и логической моделей данных, выбору СУБД и типа компьютера.

Седьмой этап. Реализация БД. При удовлетворительных эксплуатационных характеристиках можно перейти к созданию макета приложения, то есть набору основных таблиц, запросов, форм и отчетов. Этот предварительный макет можно продемонстрировать перед заказчиком и получить его одобрение перед детальной реализацией приложения.

Восьмой этап. Тестирование и оптимизация. Обязательным этапом является тестирование и оптимизация разработанного приложения.

Этап девятый, заключительный. Сопровождение и эксплуатация. Так как выявить и устранить все ошибки на этапе тестирования не получается, то этап сопровождения является обычным для баз данных.

Заключение

Существует два основных подхода к проектированию схемы данных: нисходящий и восходящий. При восходящем подходе работа начинается с нижнего уровня – уровня определения атрибутов, которые на основе анализа существующих между ними связей группируются в отношения, представляющие объекты, и связи между ними. Процесс нормализации таблиц для реляционной модели данных является типичным примером этого подхода. Этот подход хорошо подходит для проектирования относительно небольших БД. При увеличении числа атрибутов до нескольких сотен и даже тысяч более подходящей стратегией проектирования является нисходящий подход. Начинается этот подход с определения нескольких высокоуровневых сущностей и связей между ними. Затем эти объекты детализируются до необходимого уровня. Примером такого подхода проектирования является использование модели «сущность-связь». На практике эти подходы обычно комбинируются. В этом случае можно говорить о смешанном подходе проектирования.

Литература

  • Базы данных: проектирование. Практикум : учеб. Пособие для СПО / Н.П. Стружкин, В.В. Годин – издательство Юрайт,2018-219 стр. – (Серия: профессиональное образование)
  • https://oracle.com.ru/database/what-is-database.hltm
  • https://support.office.com/access.hltm
  • Г60 Голицына О. Л., Партыка Т. Л., Попов И. И. Системы управления базами данных: Учеб. пособие. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. — 432 с: ил. — (Профессиональное образование).