Предисловие (стр. 22 )

На практике анализ и синтез структуры предметной области могут осуществляться и в дедуктивной форме, когда уже изначально выявляются типы сущностей, устанавливаются общие свойства всех принадлежащих им сущностей и эти свойства принимаются за свойства типа. Свойства типа "делегируются" каждому экземпляру сущностей данного типа.

Подход к представлению предметной области, основанный на типизации ее сущностей, конечно, не является единственно возможным. Но в случаях, когда он приемлем, задача моделирования предметной области и операции над моделью становятся более формализованными.

Каждая сущность предметной области отличается от других сущностей, имеет свою индивидуальность. Естественно, эти различия должны иметь место и в рамках множества экземпляров сущностей каждого типа. Каждая сущность должна быть отличимой от других сущностей того типа, к которому она отнесена. Для поддержки индивидуальности сущностям данного типа назначается некоторый идентификатор, позволяющий на них однозначно ссылаться. Такой идентификатор называют уникальным в силу взаимно-однозначного соответствия между его значениями и конкретными сущностями рассматриваемого типа. В качестве уникального идентификатора, называемого также первичным ключом, может использоваться какой-либо атрибут или комбинация нескольких атрибутов сущностей. Так, в качестве уникальных идентификаторов лиц, свойства которых принимаются во внимание в рассматриваемой предметной области при условии отсутствия однофамильцев, могли бы служить их фамилии.

Между сущностями предметной области могут существовать связи, имеющие различный содержательный смысл. Точно так же, как можно говорить об экземплярах сущностей и типах сущностей предметной области, можно вести речь о типах связей и экземплярах связей (далее для краткости просто «связей») этих типов. Свойства, ассоциированные с типом связей, распространяются на каждый экземпляр связи данного типа.

Типы связей (связи) могут быть обязательными или факультативными. Пусть, например, для заданной пары типов сущностей определен некоторый тип связей. Если вновь порожденная сущность одного из типов – участников этой связи автоматически оказывается состоящей в связи данного типа с какой-либо сущностью другого типа из заданной пары типов сущностей, то рассматриваемый тип связей - обязательный. В противном случае тип связей является факультативным.

Связи между типами сущностей могут быть любой размерности (арности). На практике наряду с n-арными (n>2) связями весьма часто используются бинарные, устанавливающие различные виды соответствия между сущностями "связанных" типов - "одна к одной" (1:1), "одна ко многим" (1:n), "многие ко многим" (m:n).

Совокупность типов сущностей предметной области и типов связей между ними характеризует (типовую) структуру предметной области и может рассматриваться как типовая модель предметной области. Такая модель характеризует свойства предметной области, неизменные (или относительно неизменные) во времени. Ее называют интенсиональной моделью.

Вместе с тем экземпляры сущностей различных типов, значения атрибутов сущностей и связи между ними могут изменяться во времени. Изменения могут проявляться в появлении новых или исключении из рассмотрения некоторых существующих сущностей в предметной области, установлении новых или разрушении существующих связей между ними, в изменении значений атрибутов имеющихся сущностей. Поэтому с каждым моментом времени можно сопоставить некоторое состояние предметной области. Каждое состояние предметной области характеризуется составом множества сущностей каждого типа в данный момент времени, значениями их атрибутов и множеством фактически существующих в этот момент связей между сущностями. Совокупность перечисленных элементов можно рассматривать как модель предметной области, которая характеризует ее свойства, изменяющиеся во времени. Такая  модель называется экстенсиональной.

Нужно заметить, что каждое состояние предметной области должно удовлетворять некоторым ограничениям, которые характеризуют смысл сущностей предметной области и связей между ними. Такие ограничения называются ограничениями целостности. Они могут ассоциироваться с типами сущностей и типами связей и/или с их отдельными экземплярами. Ограничения целостности, заданные для типа сущностей или связей, имеют силу для типа в целом как множества экземпляров сущностей или связей.

Например, ограничение для экземпляров сущностей может декларировать, что значение некоторого атрибута сущностей данного типа не может быть неопределенным. Ограничение для типа сущностей может задавать, например, максимально допустимое количество экземпляров сущностей данного типа.

Ограничения целостности могут быть явными, т. е. сформулированными в виде некоторых утверждений, либо неявными, внутренне присущими предметной области и тем самым не требующими явного выражения. Неявные ограничения обычно выражают какие-либо свойства структуры предметной области, например, тот факт, что в древовидной структуре у каждой ее вершины, кроме корня, имеется единственная родительская вершина.

Различаются статические и динамические ограничения целостности. Статические ограничения присущи каждому отдельному состоянию предметной области, в то время как динамические ограничения определяют возможные переходы предметной области из одного состояния в другое.

Ясно, что ограничения целостности являются свойствами предметной области, неизменными во времени, и они являются составной частью ее интенсиональной модели.

Здесь необходимо сделать важное замечание. Интенсиональная и экстенсиональная модели предметной области представляют предметную область на разных уровнях абстракции. Экстенсиональная модель представляется в терминах конкретных экземпляров сущностей предметной области и связей между ними, принимает во внимание свойства отдельных экземпляров. В то же время интенсиональная модель абстрагируется от свойств конкретных экземпляров сущностей и связей. Это – типовая модель.

Рассматривая вопрос о моделировании предметной области в информационных системах, следует обратить внимание еще на один важный момент. Разработчика информационной системы интересует, прежде всего, интенсиональная модель предметной области в целом, а не различных ее составных частей, которые, в свою очередь, представляют интерес при создании приложений для решения отдельных задач или групп задач, с ними связанных. Такое полное представление предметной области называется ее концептуальной моделью. Эта модель в полной мере характеризует то "информационное пространство", которое интегрирует информационные потребности всех возможных пользователей будущей информационной системы. Синтез концептуальной модели предметной области является одним из наиболее ответственных этапов разработки информационной системы.

Завершая этот раздел, следует заметить, что наряду с рассмотренным выше подходом к моделированию предметной области на практике получил широкое распространение и другой поход, называемый объектным (или объектно-ориентированным). Существо этого подхода подробнее рассматривается в разд. 5.6.

Контрольные вопросы

На какие два крупных класса было принято разделять информационные системы на ранних стадиях их развития?

В чем состоит специфика документальных информационных систем?

Для каких целей служат фактографические информационные системы?

Каково назначение информационных систем, основанных на технологиях баз данных?

Что такое предметная область информационной системы?

Какого рода информационные модели предметной области должны поддерживать информационные системы?

Охарактеризуйте основные принципы моделирования предметной области в информационных системах.

Какая модель предметной области называется интенсиональной?

В чем заключаются особенности экстенсиональной модели предметной области?

Что такое концептуальная модель предметной области и для чего она предназначена?

8.3. База данных и другие основные понятия

Теперь пора обратиться к понятию, которое занимает центральное место в данной главе – к понятию базы данных. Введем также другие основные понятия, необходимые для дальнейшего обсуждения.

Как уже отмечалось в предыдущем разделе, назначение каждой информационной системы заключается в поддержке динамической модели предметной области системы. В информационных системах, основанных на технологиях баз данных, эта модель является двухуровневой. Модель нижнего уровня (экстенсиональная модель) представляет состояние предметной области в каждый момент времени и изменяется в соответствии с изменениями, происходящими в предметной области. Эта модель выражается в терминах состояний экземпляров объектов предметной области и связей между ними, которые, в свою очередь, представляются с помощью значений данных. Такая совокупность данных хранится в памяти компьютеров и называется базой данных.

Организация базы данных – ее структура и ограничения целостности, которым она должна удовлетворять в каждый момент времени, определяются более абстрактной моделью предметной области верхнего уровня (интенсиональной моделью). Позднее мы выясним, в каком виде эта модель представляется в информационной системе, основанной на технологиях баз данных.

Для поддержки адекватного отображения состояний предметной области в базе данных необходимо динамически, в процессе функционирования информационной системы, обновлять (актуализировать) содержимое базы данных в соответствии с теми изменениями, которые происходят в предметной области. Актуализация базы данных сводится к включению в нее новых объектов данных, удалению или модификации значений атрибутов существующих объектов данных, установлению новых или ликвидации существующих связей между объектами базы данных. Строго говоря, операции актуализации могут быть связаны также и с изменениями предметной области на уровне типов принадлежащих ей сущностей и связей, приводящими к модификации ее интенсиональной модели, хотя такие изменения могут происходить сравнительно редко. В таких случаях могут ликвидироваться существующие или добавляться новые типы объектов или типы связей, могут изменяться свойства типов, а также ограничения целостности. Процедура такого рода называется  реструктуризацией базы данных.