База данных представляет собой некоторую целевую модель ПО. В БД находят отражение факты о ПО, которые лежат в сфере интересов пользователей АС.
При проектировании БД нужно суметь выделить и описать эти ожидаемые факты (тем самым будет очерчена граница ПО БнД), а затем отобразить описания этих фактов в структуры данных базы, выполнив интерпретацию описаний с помощью допустимых конкретной СУБД структур данных.
Предметная область БнД определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения. Предполагается, что состояние ПО БнД в некоторый момент времени t может быть описано совокупностью предложений некоторого языка, определяющих все истинные в момент времени t факты. БД представляет собой описание состояния ПО на формализованном языке.
Проектирование БД начинается с предварительной (еще до создания БД) структуризации ПО. Объекты реального мира классифицируются, фиксируется их совокупность, подлежащая отображению в БД; для объекта каждого типа определяется совокупность свойств, посредством которых они будут описываться в БД; фиксируются виды отношений (взаимосвязей) между объектами. Затем решаются вопросы о том, какая информация об этих объектах должна быть представлена в базе и как это сделать с помощью данных.
Идея установления соответствия между состоянием ПО, его восприятием и представлением в БД лежит в основе так называемого инфологического подхода к проектированию информационных систем. Согласно этому подходу, при проектировании необходимо различать явления реального мира, информацию об этих явлениях и ее представление посредством данных. Соответственно в инфологическом подходе выделяют следующие три сферы: реальный мир или объективную систему, информационную и датологическую сферы.
Основными составляющими объектной системы являются: объект; свойство; связь (или объектное отношение); время.
Объект в инфологическом подходе – это то, о чем в информационной системе должна накапливаться информация. Выбор объектов проводится в соответствии с целевым назначением информационной системы. Объекты могут рассматриваться как атомарные или составные, причем один и тот же объект в одном приложении может быть атомарным, а в другом – составным. Для составного объекта должны быть определены его внутренние составляющие (которые, в свою очередь, могут быть атомарными или составными объектами), а также внутренняя структура этого объекта, в соответствии с которой устанавливается порядок композиции составляющих.
Каждый объект в конкретный момент времени характеризуется определенным состоянием. Это состояние описывается с помощью ограниченного набора свойств и связей (отношений) с другими объектами, причем каждый объект в объектной системе в любой момент времени отличается от других объектов своим набором свойств.
Свойства объекта могут не зависеть от его связей (отношений) с другими объектами, т.е. быть локальными, а могут и зависеть от них. В последнем случае они являются реляционными.
Каждая связь между объектами по числу входящих в нее объектов характеризуется степенью п = 2, 3,..., k (бинарная, тернарная,..., k -арная). Объекты имеют определенное состояние как в отдельные моменты времени, так и в течение некоторых временных интервалов. Концепция времени позволяет строить динамические модели, в которых отображается зависимость от времени составляющих объектной системы.
Основные составляющие объектной системы могут быть скомбинированы в базисные структуры, называемые в рассматриваемом подходе элементарными ситуациями и определяемые тройками
<о, у, t>
где о – объект (или п объектов); y – свойство (или n -арная связь); t – время. Различают элементарные ситуации типа «свойство»:
<o, p, t>,
и реляционного типа:
<< о 1, o 2,..., оп>, r, t>,
где p – элемент множества свойств; r – элемент множества связей.
Для конкретной ПО и определенного типа объектов элементарные ситуации, существующие в некоторый момент времени, называются элементарными фактами.
Множество всех объектов, имеющих общее свойство р, называется группой объектов О (р). В объектной системе группы объектов могут быть пересекающиеся и не пересекающиеся.
В инфологическом подходе используется также понятие типа элементарной ситуации:
<х, у>,
где х – объектная группа; у – атрибут (множество свойств объектной группы или связь между п объектами).
Таким образом, составляющие объектной системы группируются в классы подобных составляющих: объекты – в типы объектов (группы объектов), свойства формируют атрибуты, а элементарные ситуации группируются в типы элементарных ситуаций.
Информационная сфера представляется понятиями, с помощью которых можно формально описать и проанализировать информацию об объектной системе. Основным понятием в информационной сфере является сведение. Для каждого сведения всегда определена предметная цель. Сведение может относиться к объекту, объектной группе, атрибуту, связи, времени или ситуации. Сведения представляют собой смысловые, концептуальные образы составляющих, которые используются человеком при восприятии и осмыслении реальных объектов. Различные сведения могут относится к одной и той же составляющей объектной системы и наоборот.
Однозначное сведение называется универсальным именем. Сведение, не имеющее универсальной однозначности, называется локальным именем.
Сведения представляются выражениями, основу которых составляют элементарные сообщения. Структура элементарного сообщения соответствует структуре элементарной ситуации:
<x, y, z>,
где х – сведения об объекте; у – сведения о свойствах или связях; z – сведения о времени.
Аналогично элементарным ситуациям в рассмотрение вводятся элементарные сообщения типа «свойств» и элементарные сообщения реляционного типа.
Тройка <х, у, z> представляет собой полное элементарное сообщение, содержащее сведения об объекте, предикате и времени. Если отсутствует хотя бы одна составляющая, то получается неполное элементарное сообщение. Запросы к информационной системе представляются в неполных элементарных сообщениях.
Полные элементарные сообщения выражают элементарные ситуации объектной системы и выступают в качестве элементарных информационных единиц. Множеству допустимых элементарных ситуаций объектной системы соответствует множество значимых полных элементарных сообщений. Множеству элементарных фактов соответствует множество истинных полных элементарных сообщений.
В датологической сфере рассматриваются вопросы представления с помощью данных выделенных информационных структур объектной системы. Таким образом, чтобы отобразить объектную систему в информационную сферу, необходимо определить, какие объекты важны для данного применения, какие свойства они могут иметь, какие связи существуют между ними и какие имена можно присвоить отдельным составляющим объектной системы.
Для точной спецификации объектной системы вместо раздельного описания типов объектов, атрибутов, связей и ограничений рекомендуется использовать тип элементарной ситуации. Выполненная спецификация представляет собой инфологическую модель объектной системы, в которой отражены составляющие ПО и связи между ними.
В заключение отметим, что инфологический подход не предоставляет формальных способов моделирования реальности, однако он закладывает основы методологии проектирования БД.
Кроме инфологического существует ряд других подходов к проектированию информационных моделей, основанных на использовании различных элементарных базисных конструкций, с помощью которых определяются отдельные составляющие ПО и правила композиции модели. Основные различия этих подходов состоят в уровне абстрагирования и в выборе состава базисных конструкций. Все подходы к инфологическому проектированию являются неформализованными, им присущ методологический характер, и поэтому качество проектирования во многом зависит от искусства проектировщика.