Сравнительная характеристика моделей БД

По наиболее характерным признакам БД можно классифицировать следующим образом.

По способу хранения информации:

• • интегрированные;
• • распределенные.

По типу пользователя:

• • монопользовательские;
• • многопользовательские.

По характеру использования данных:

• • прикладные;
• • предметные.

В настоящее время при проектировании БД используют два подхода. Первый из них основан на стабильности данных, что обеспечивает наибольшую гибкость и адаптируемость к используемым приложениям. Применение такого подхода целесообразно в тех случаях, когда не предъявляются жесткие требования к эффективности функционирования (объем памяти и время поиска), существует большое количество разнообразных задач с изменяемыми и непредсказуемыми запросами.

Другой подход базируется на стабильности процедур запросов к БД и является предпочтительным при жестких требованиях к эффективности функционирования, особенно это касается быстродействия.

Другим важным аспектом проектирования БД является проблема интеграции и распределения данных. Господствовавшая до недавнего времени концепция интеграции данных при резком увеличении их объема оказалась несостоятельной. Этот факт, а также увеличение объемов памяти внешних запоминающих устройств при ее удешевлении, широкое внедрение сетей передачи данных способствовало внедрению распределенных БД. Распределение данных по месту их использования может осуществляться различными способами.

• 1. Копируемые данные. Одинаковые копии данных хранятся в различных местах использования, так как это дешевле передачи данных. Модификация данных контролируется централизованно.
• 2. Подмножество данных. Группы данных, совместимые с исходной базой данных, хранятся отдельно для местной обработки.
• 3. Реорганизованные данные. Данные в системе интегрируются при передаче на более высокий уровень.
• 4. Секционированные данные. На различных объектах используются одинаковые структуры, но хранятся разные данные.
• 5. Данные с отдельной подсхемой. На различных объектах используются различные структуры данных, объединяемые в интегрированную систему.
• 6. Несовместимые данные. Независимые базы данных, спроектированные без координации, требующие объединения.

Важное влияние на процесс создания БД оказывает внутреннее содержание информации. Существует два направления:

• • прикладные БД, ориентированные на конкретные приложения, например, может быть создана БД для учета и контроля поступления материалов;
• • предметные БД, ориентированные на конкретный класс данных, например, предметная БД «Материалы», которая может быть использована для различных приложений.

Для работы с БД используется специальный обобщенный инструментарий в виде СУБД (МБД), предназначенный для управления БД и обеспечения интерфейса пользователя.

Управление всеми процессами в БД, в том числе обеспечение интерфейса пользователя, осуществляет специальный инструментарий в виде системы управления базой данных (СУБД) или машины базы данных (МБД).

Основные стандарты СУБД:

• • независимость данных на концептуальном, логическом, физическом уровнях;
• • универсальность (по отношению к концептуальному и логическому уровню, типу ЭВМ);
• • совместимость, неизбыточность;
• • безопасность и целостность данных;
• • актуальность и управляемость.

Существует два основных направления реализации СУБД: программное и аппаратное.

Программная реализация (в дальнейшем — СУБД) представляет собой набор программных модулей, работает под управлением конкретной ОС и выполняет следующие функции:

• • описание данных на концептуальном и логическом уровнях;
• • загрузку данных;
• • хранение данных;
• • поиск и ответ на запрос (транзакцию);
• • внесение изменений;
• • обеспечение безопасности и целостности.

Обеспечивает пользователя следующими языковыми средствами:

• • язык описания данных (далее — ЯОД);
• • язык манипулирования данными (далее — ЯМД);
• • прикладной (встроенный) язык данных (далее — ПЯД, ВЯД).

Аппаратная реализация предусматривает использование так называемых машин баз данных (далее — МБД). Их появление вызвано возросшими объемами информации и требованиями к скорости доступа. Слово «машина» в термине МБД означает вспомогательный периферийный процессор. Термин «компьютер БД» — автономный процессор баз данных или процессор, поддерживающий СУБД. Основные направления МБД:

• • параллельная обработка;
• • распределенная логика;
• • ассоциативные ЗУ (запоминающие устройства);
• • конвейерные ЗУ;
• • фильтры данных и др.

На рис. 2.14 представлена совокупность процедур проектирования БД, которые можно объединить в четыре этапа.

Рис. 2.14. Совокупность процедур проектирования БД.

На этапе формулирования и анализа требований устанавливаются цели организации, определяются требования к БД. Эти требования документируются в форме доступной конечному пользователю и проектировщику БД. Обычно при этом используется методика интервьюирования персонала различных уровней управления.

Этап концептуального проектирования заключается в описании и синтезе информационных требований пользователей в первоначальный проект БД. Результатом этого этапа является высокоуровневое представление информационных требований пользователей на основе различных подходов.

В процессе логического проектирования высокоуровневое представление данных преобразуется в структуре используемой СУБД. Полученная логическая структура БД может быть оценена количественно с помощью различных характеристик (число обращений к логическим записям, объем данных в каждом приложении, общий объем данных и т. д.). На основе этих оценок логическая структура может быть усовершенствована с целью достижения большей эффективности.

На этапе физического проектирования решаются вопросы, связанные с производительностью системы, определяются структуры хранения данных и методы доступа.

Весь процесс проектирования БД является итеративным, при этом каждый этап рассматривается как совокупность итеративных процедур, в результате выполнения которых получают соответствующую модель.

Взаимодействие между этапами проектирования и словарной системой необходимо рассматривать отдельно. Процедуры проектирования могут использоваться независимо в случае отсутствия словарной системы. Сама словарная система может рассматриваться как элемент автоматизации проектирования.

Этап расчленения БД связан с разбиением ее на разделы и синтезом различных приложений на основе модели. Основными факторами, определяющими методику расчленения, помимо указанных на рис. 2.14, являются: размер каждого раздела (допустимые размеры); модели и частоты использования приложений; структурная совместимость; факторы производительности БД. Связь между разделом БД и приложениями характеризуется идентификатором типа приложения, идентификатором узла сети, частотой использования приложения и его моделью.

Модели приложений могут быть классифицированы следующим образом:

• 1) приложения, использующие единственный файл;
• 2) приложения, использующие несколько файлов, в том числе:
  • • допускающие независимую параллельную обработку,
  • • допускающие синхронизированную обработку.

Сложность реализации этапа размещения БД определяется многовариантностью. Поэтому на практике рекомендуется в первую очередь рассмотреть возможность использования определенных допущений, упрощающих функции СУБД, например, допустимость временного рассогласования БД, осуществление процедуры обновления БД из одного узла и др. Такие допущения оказывают большое влияние на выбор СУБД и рассматриваемую фазу проектирования.

Средства проектирования и оценочные критерии используются на всех стадиях разработки. Любой метод проектирования (аналитический, эвристический, процедурный), реализованный в виде программы, становится инструментальным средством проектирования, практически не подверженным влиянию стиля проектирования.

В настоящее время неопределенность при выборе критериев являются наиболее слабым местом в проектировании БД. Это связано с трудностью описания и идентификации бесконечного числа альтернативных решений. При этом следует иметь в виду, что существует много признаков оптимальности, являющихся неизмеримыми свойствами, которые трудно выразить в количественном представлении или в виде целевой функции. Поэтому оценочные критерии принято делить на количественные и качественные. Наиболее часто используемые критерии оценки БД, сгруппированные в такие категории, представлены ниже.

Количественные критерии: время ответа на запрос, стоимость модификации, стоимость памяти, время на создание, стоимость на реорганизацию.

Качественные критерии: гибкость, адаптивность, доступность для новых пользователей, совместимость с другими системами, возможность конвертирования в другую вычислительную среду, возможность восстановления, возможность распределения и расширения.

Трудность в оценке проектных решений связана также с различной чувствительностью и временем действия критериев. Например, критерий эффективности обычно является краткосрочным и чрезвычайно чувствительным к проводимыми изменениям, а такие понятия, как адаптируемость и конвертируемость, проявляются на длительных временных интервалах и менее чувствительны к воздействию внешней среды.

Предназначение склада данных — информационная поддержка принятия решений, а не оперативная обработка данных. Потому база данных и склад данных не являются одинаковыми понятиями. Архитектура ХД представлена на рис. 2.15.