Многоуровневая система моделирования предметной области

Построение и исследование моделей различных ПрО являются одними из основных способов познания объектов, процессов и явлений. Эти два процесса составляют основу моделирования ПрО.

Модель (от лат. modulus — образец) это упрощенное представление исследуемого объекта, процесса или явления, сохраняющее существенные для изучения свойства.

Выделяют два типа моделей: материальные (физические, предметные) и информационные. Первые отражают физические, геометрические, химические и другие свойства в материальной форме. Информационные модели воспроизводят свойства объектов в образной или знаковой форме (формулы, диаграммы, текстовое описание).

Например, макет, описывающий расположение зданий предприятия, выполненный из дерева, является физической моделью. Описание параметров каждого здания (размеры, коммуникации, функциональное назначение) является информационной моделью, позволяющей спроектировать или изучить инфраструктуру предприятия. Информационной моделью будет и макет расположения зданий, выполненный в программах 3D-моделирования.

Одной из важнейших разновидностей информационных моделей, применяемых для решения экономических задач, является база данных (БД). Однозначного определения БД не существует: специалисты выделяют различные особенности этого понятия.

Под базой данных будем понимать совокупность данных, организованных в соответствии с некоторыми правилами и отражающих состояние некоторой ПрО. Например, можно говорить о базе данных поставщиков, потребителей, товаров.

Проектирование БД (переход от ПрО к конкретной БД) обычно осуществляется поэтапно. Целью проектирования является построение БД, в которой воплощаются представления проектировщика о самой ПрО и решаемых в ней задачах, возникающих у пользователей информационных потребностей, которые связаны с ПрО. Наличие этапов объясняется тем, что связи, присутствующие в ПрО, сложны и не всегда можно охватить все аспекты использования данных сразу. Представление ПрО в БД выполняется, но следующим уровням, называемым также уровнями абстракции: внешнему, концептуальному, внутреннему (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Многоуровневая система моделирования ПрО (три уровня представления БД).

Внешний уровень (уровень пользователя) представляет описание ПрО в будущей БД в самом общем виде, с точки зрения конкретных пользователей (например, работников отдела кадров, бухгалтерии, службы маркетинга и цехов предприятия), в нее включаются данные, необходимые только указанным пользователям.

Пользователь БД программа или человек, обращающийся к БД с помощью средств управления данными (систем управления базами данных — СУБД). Поскольку БД ориентирована на обслуживание множества пользователей различных категорий, то такой подход позволяет обеспечить санкционированный доступ к данным БД, т. е. каждому пользователю будет доступна своя часть содержимого БД, какая-то своя часть описания ПрО.

Внешний уровень оформляется внешней моделью. Внешняя модель ражение представления пользователя о БД, формализованное описание ПрО. Одной из разновидностей внешней модели ПрО является инфологическая (информационнологическая) модель (другое название — концептуальная модель).

это от;

Инфологическая модель (ИЛМ) — формализованное описание ПрО, не зависимое от СУБД. Это модель ПрО, определяющая совокупность классов и объектов (например, РАБОЧИЙ, НАКЛАДНАЯ), их атрибутов (Фамилия, Дата_Договора) и связей (отношений) между ними (ПРОИЗВОДИТ, СОДЕРЖИТ), динамику изменений ПрО, а также характер информационных потребностей пользователей. Говоря об ИЛМ, обычно подразумевают ИЛМ ПрО. Независимость от СУБД означает, что ИЛМ не должна быть жестко ориентирована на применяемые в дальнейшем программные и технические средства.

ИЛМ должна адекватно отражать ПрО, потому изменение реального положения вещей должно соответствующим образом отражаться в ИЛМ. На основе ИЛМ выполняется технико-экономическое обоснование (целесообразность создания БД, анализ затрат и результатов проектирования) и разработка технического задания (постановки задачи для непосредственного проектирования).

ИЛМ должна отражать специфику ПрО, содержание и структуру ПрО, а не структуру БД. Основным компонентом ИЛМ является описание объектов и связей между ними, так как именно он (компонент) оказывает наибольшее влияние на проектирование структуры БД. Подобное описание может быть выполнено различными способами: па естественном языке, с помощью математических формул, графиков, таблиц и других средств, понятных проектировщикам и разработчикам БД. Однако в большинстве случаев представление ИЛМ (описание объектов и их связей) осуществляется с использованием графических обозначений. Одним из видов такого представления являются ER-диаграммы (см. параграф (13.4)). От того, насколько правильно смоделирована ПрО на внешнем уровне, зависит успех дальнейшей разработки БД.

Концептуальный уровень оформляется логической моделью, в которой данные и связи между ними рассматриваются без учета особенностей их хранения и поиска в конкретной вычислительной среде (физически независимый уровень представления). БД на концептуальном уровне рассматривается с точки зрения применения конкретной СУБД, поэтому описание моделей данных должно быть выполнено в рамках именно этой СУБД. Для этого применяют даталогические модели.

Даталогическая модель (ДЛМ) — это описание, создаваемое по ИЛМ и представленное с помощью языковых инструментов конкретной СУБД. Эта модель БД, содержащая полный набор элементов данных (значений атрибутов) и связей между ними.

На концептуальном уровне происходит объединение данных, необходимых каждому пользователю. На рис. 13.2 показан пример объединения для двух внешних представлений в ПрО учебного заведения.

Рис. 13.2. Объединение данных на концептуальном уровне.

Говоря об ДЛМ, обычно подразумевают ДЛМ данных.

Следует различать модели ПрО и модели БД (модели представления данных). Представляя собой отражения одной и той же части ПрО (объектов и связей), эти модели взаимосвязаны. Но модели ПрО связаны скорее с неформальным уровнем семантического моделирования, а модели БД ассоциируются с формализованным описанием, в том числе в рамках программной среды.

Среди ДЛМ выделяют две группы: документальные и фактографические.

Документальные модели применяются для описания слабо структурированной информации, например, текстовых документов (законодательных актов, распоряжений), web-документов и пр.

Фактографические модели применяются дня описания информации, имеющей четкую структуру. Наибольшее распространение получили фактографические модели, основанные на теоретико-графовом представлении (иерархические и сетевые) и теоретикомножественном (реляционные) представлении данных. В экономических задачах основная часть информации представляется именно в реляционных моделях, представляюмножественное понятие отношения.

На внутреннем уровне представления ПрО в БД фиксируются структуры данных в оперативной памяти и организация файлов с хранимыми данными (организация хранения данных на внешних носителях). В рамках физической модели данных описываются способы хранения и поиска в запоминающей среде средствами конкретной СУБД.

Преобразование ДЛМ в физическую модель может быть выполнено с помощью специальных систем автоматизированного проектирования программного обеспечения CASE-срсдств (англ. Computer Aided. Software Engineering). При полном описании объектов и отношений между ними проектирование структуры БД для конкретной СУБД происходит автоматически (такой способ называется также прямым проектированием). CASE-средства позволяют также на основе имеющейся БД создавать физическую модель, а затем формировать и ДЛМ (обратное проектирование).

Физические особенности хранения данных определяются самой СУБД без участия проектировщиков на основе спецификаций ДЛМ и с учетом выбранной СУБД. Проектировщики не работают с внутренним уровнем представления БД, все операции выполняются СУБД.

Физические файлы БД размещаются на устройствах, к которым имеют доступ ОС и другие прикладные программы. Методы управления файлами во многом определяются архитектурой ОС, используемой файловой системой, подсистемой ввода-вывода данных.