Межгосударственный стандарт ГОСТ 34.320-96 "Информационные технологии. Система стандартов по базам данных. Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы" (введен в действие постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 22 февраля 2001 г. N 87-ст)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 34.320-96
"Информационные технологии. Система стандартов по базам данных. Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы"
(введен в действие постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 22 февраля 2001 г. N 87-ст)

Information technology. Database standards system. Concepts and terminology for the conceptual schema and the information base

Дата введения - 1 июля 2001 г.

Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Институтом программных систем НАН Украины

Внесен Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации

2 Принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 10 от 3 октября 1996 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Беларусь	Госстандарт Республики Беларусь
Республика Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Республика Кыргызстан	Кыргызстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Таджикистан	Таджикстандарт
Туркменистан	Главгосинспекция "Туркменстандартлары"
Республика Узбекистан	Узгосстандарт
Украина	Госстандарт Украины

3 Настоящий стандарт соответствует международному стандарту ISO/TR 9007:1987 "Concepts and terminology for the conceptual schema and the information base"

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 22 февраля 2001 г. N 87-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34.320-96 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2001 г.

5 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные понятия и термины концептуальных схем и информационных баз, охватывающие разработку, описание и применение концептуальных схем и информационных баз, манипулирования информацией, а также описание и реализацию информационного процесса.

Стандарт определяет роль концептуальной схемы. Положения, изложенные в стандарте, носят рекомендательный характер и могут использоваться для оценки систем управления базами данных (СУБД).

Стандарт не описывает конкретные методы применения средств поддержки концептуальных схем.

Описанные в стандарте языки концептуальных схем не следует рассматривать как стандартные.

2 Проблематика концептуальной схемы и информационной базы

Концептуальная схема описывает содержимое базы данных, которое включает перечень действий, допустимых над этими данными.

Концептуальное представление концентрирует внимание на смысле информации. Концептуальная схема описывает это представление. Внешние представления сосредоточены на том, как представлена информация для пользователя. Внутреннее представление сосредоточено на внутреннем физическом представлении данных в компьютерной системе и описывается во внутренней схеме.

Такая архитектура принимается за основу в стандарте. Она должна играть ключевую роль в системном анализе и проектировании баз данных. Концептуальная схема должна быть как моделью предметной области, полученной в результате системного анализа, так и центральным узлом между представлениями пользователя и проектом базы данных на физическом уровне.

Необходимо проводить четкое разделение между смыслом информации, внешним представлением данных и внутренней физической структурой хранения данных.

2.1 Проблемная область

Основной характеристикой баз данных является совместное использование общих данных многими пользователями системы. Совместно используя общие данные, пользователи устанавливают диалог друг с другом через систему. Должно существовать какое-то общее понимание информации, представленной данными. Общее понимание должно относиться к чему-либо внешнему по отношению к пользователям. Оно должно быть зафиксировано. Для этого необходима общая предварительно определенная грамматика.

Объекты и события, к которым относится общее понимание информации, являются проблемной областью. Проблемные области могут быть как вещественными, так и абстрактными.

В стандарте к проблемным областям применяется неформальный подход.

Типичная проблемная область состоит из реальных и абстрактных объектов, которые являются сущностями. Она состоит из классов сущностей. Эта классификация основывается на сходстве и учитывает характеристики, общие для нескольких сущностей. Выбор характеристик для группировки сущностей в классы произволен; выбор осуществляется прагматически, в зависимости от целей проблемной области.

Общие свойства сущностей неформально характеризуются как "классификации", "правила", "законы" или "ограничения", касающиеся состояния и поведения сущностей в проблемной области.

То, что считается частью проблемной области, зависит от времени. Это относится к объектам, событиям, классификациям, правилам, законам и т.д.

2.2 Описание проблемной области

В соответствии с принятой терминологией информация о проблемной области "описывает" или "моделирует" эту область.

Информация, содержащаяся в системе обработки данных, дает описание проблемной области. Конкретное физическое представление этой информации является базой данных.

Концептуальная схема указывает на сущности, которые могут существовать в проблемной области, т.е. на сущности, которые существуют, существовали или могли когда-либо существовать. Она также указывает на факты и события, которые являются возможными или обязательными для этих сущностей. Вся другая информация о сущностях и их фактическом состоянии в определенный момент или период времени относится к информационной базе.

Каждое описание обязательно имеет форму представления. Для того чтобы описание можно было передавать, необходима интерпретация представления, в первую очередь смысл описания. Термин "информация" следует использовать, если есть необходимость в интерпретации, а термин "данные" - если необходимо сконцентрировать внимание на формах представления информации.

Концептуальную схему и информационную базу следует рассматривать как находящиеся на концептуальном уровне и обеспечивающие концептуальное представление информации о проблемной области.

Базу данных или ее части с точки зрения пользователя системы (строки данных) следует рассматривать как находящиеся на внешнем уровне, представляя внешнее представление информации о проблемной области. Формы внутреннего хранения в компьютере относятся к внутреннему уровню, который является внутренним представлением информации проблемной области. Для внешнего и внутреннего представлений формы представления имеют первостепенное значение. Интерпретация этих форм является интерпретацией, которая задана в концептуальном представлении.

2.3 Статические и динамические аспекты концептуальной схемы и информационной базы

Набор понятий для концептуальной схемы должен учитывать статические и динамические аспекты. Концептуальная схема может изменяться для правильного представления изменений в выбранной: части реального или предполагаемого мира. Динамические аспекты рассматриваются в описаниях манипуляций, необходимых для ознакомления с содержимым концептуальной схемы и информационной базы.

Время появления изменений в проблемной области и: время внесения соответствующих изменений в концептуальную схему и информационную базу могут быть не связаны между собой: изменения в проблемной области могут быть зарегистрированы ретроспективно, даже в другой последовательности. В других случаях временные масштабы так тесно связаны друг с другом, что концептуальная схема и информационная база при необходимости становятся частью проблемной области; в этих случаях особенно описание такого взаимодействия должно также быть частью динамических аспектов.

Между статическими и динамическими аспектами не определена четкая граница; она может изменяться в различных подходах, а в некоторых случаях - отсутствовать.

2.4 Взаимодействие между реальным миром и информационной системой

Информационный процессор - это процессор, который осуществляет изменения в концептуальной схеме и информационной базе. Информационная система - это система, состоящая из концептуальной схемы, информационной базы и информационного процессора.

Информационный процессор производит изменения в информационной базе или концептуальной схеме только при получении сообщения. Сообщение содержит информацию и/или выражает команды. Сообщения исходят из части реального мира, которую называют средой, которая может быть или не быть внешней по отношению к проблемной области. При получении сообщения, содержащего команду, информационный процессор может выдавать информацию, имеющуюся в концептуальной схеме и информационной базе.

Термин "информационная система" необходимо использовать пользователям информационной системы вне среды.

2.5 Роль пользователей и информационных процессоров

Пользователями информационной системы могут быть машины или другие системы, а также люди. Пользователь - это некто или нечто, посылающий команды и сообщения в информационную систему и получающий сообщения от информационной системы. Он является частью среды. Некоторые пользователи: могут иметь полномочия устанавливать правила поведения или ограничения для информационной системы.

Информационный процессор передает сообщения между средой и информационной базой или концептуальной схемой. Он не имеет своей инициативы, а может только в точности следовать правилам.

Информационный процессор является компьютерной системой или ее частью. Человек тоже может играть роль информационного процессора при условии, что он не нарушает установленных правил и не действует по своей инициативе. С другой стороны, компьютерные системы могут действовать как пользователи информационной системы. Примером может служить сеть информационных систем, обменивающихся сообщениями друг с другом. Если каждая из них имеет набор правил, независимый от других, тогда каждая выполняет роль пользователя других информационных систем. Поэтому роль определяет, должно ли нечто рассматриваться как пользователь или как информационный процессор.

Определение пользователей и информационных процессоров в терминах ролей подразумевает, что среда и информационная система необязательно должны быть разделены. Если в информационной базе содержится информация о пользователях информационной системы, то среда и проблемная область не будут разделены. Но даже если они не разделены, их всегда можно различить.

2.6 Общие принципы описания проблемной области

Концептуальная схема и информационная база должны описывать концептуальное представление. Это подразумевает, что концептуальная схема определяется в терминах и конструкциях, относящихся к объектам в самой проблемной области и выражающих состояние этих объектов.

Конструкции, используемые в концептуальной схеме и информационной базе, должны опираться на формальную логику в качестве теоретического обоснования. Можно ограничиться простейшими конструкциями, выражающими фундаментальные понятия. Но всегда можно определить над этими основами более сложные конструкции ("макроконструкции"), которые могут быть более удобными или эффективными для описания различных аспектов проблемной области.

Выбор конкретных макроконструкций основывается на таких практических соображениях, как легкость понимания и использования. Этот выбор зависит от области применения информационной системы, для которой предусматривается концептуальная схема и информационная база.

Необходимо тщательно провести различие между сущностями и их описаниями. В этих описаниях сущности идентифицируются именами, которые ссылаются на сущности. Сюда входят синонимы - различные имена, относящиеся к одной и той же сущности, и омонимы - идентичные имена, относящиеся к различным сущностям.

Концептуальная схема описывает статические и динамические аспекты и зависимости проблемной области. Она определяет описания, которые могут присутствовать в концептуальной схеме и информационной базе, и манипуляции, допустимые над описаниями. Для этого необходимы конструкции как для самих описаний, так и для манипулирования ими в информационной системе.

2.7 Общие принципы определения содержимого концептуальной схемы

Системный аналитик должен учитывать ряд факторов при определении содержания концептуальной схемы. Среди них могут быть:

- описания классов (типов) сущностей проблемной области, а не отдельных экземпляров;

- описания понятий, менее подверженных изменениям;

- включение правил или ограничений, имеющих широкое воздействие на поведение проблемной области (и поэтому на поведение концептуальной схемы и информационной базы).

В любом случае должны соблюдаться общие принципы концептуальной схемы:

Принцип 100%

Принцип, согласно которому все общие аспекты, т.е. все правила, законы и т.д., проблемной области должны быть описаны в концептуальной схеме, причем информационная система не может нести ответственность за несоблюдение правил и законов, описанных не в концептуальной схеме.

Принцип концептуализации

Принцип, согласно которому концептуальная схема должна включать статические и динамические аспекты проблемной области только концептуального уровня, не касаясь внешних и внутренних аспектов представления и организации данных (физической организации данных и доступа к ним, аспектов представления, касающихся отдельных пользователей).

2.8 Роли концептуальной схемы

Основные роли концептуальной схемы:

- обеспечить общую основу для понимания общего поведения проблемной области;

- определить допустимую эволюцию и манипулирование информацией о проблемной области;

- обеспечить основу для интерпретации внешних и внутренних синтаксических форм, представляющих информацию о проблемной области;

- обеспечить основу для преобразований внешних и внутренних схем.

2.9 Требования к средству поддержки концептуальной схемы

Средство поддержки концептуальной схемы должно:

- обеспечивать основные понятия, пригодные для адекватного описания как статических, так и динамических аспектов проблемной области, и тем самым описания в терминах концептуальной схемы и информационной базы;

- иметь язык, на котором можно описать концептуальную схему таким образом, чтобы она была понятна пользователям;

- обеспечить язык описания концептуальной схемы, который мог бы интерпретироваться компьютером;

- иметь удобные средства внесения изменений в концептуальную схему для отражения изменений в общих классификациях, правилах, законах и т.д. проблемной области и для предсказания непосредственных последствий таких изменений.

Представление информации, необходимой для различных пользователей, не должно противоречить утверждениям в концептуальной схеме. Если такие внешние схемы подлежат изменению, средство поддержки должно быть таким, чтобы изменение не влияло на концептуальную схему. Концептуальная схема должна быть инвариантной по отношению к изменениям во внутреннем (физическом) представлении данных в компьютере.

3 Основные понятия для концептуальной схемы и информационной базы

Раздел содержит пояснения основных понятий для концептуальной схемы и информационной базы. Определения приведены в указателе терминов в приложении А.

сущность: Любой конкретный или абстрактный объект, включая связи между объектами.

высказывание: Возможное состояние сущностей, по поводу которого можно утверждать или отрицать, что такое состояние имеет место.

Высказывание может относиться к одной сущности, нескольким отдельным сущностям, к труппе сущностей и т.д.

лингвистический объект: Грамматически допустимая языковая конструкция.

Лингвистические объекты сами могут считаться сущностями.

Обмениваться информацией о сущностях можно только посредством описаний высказываний.

предложение: Лингвистический объект, представляющий определенное высказывание.

Предложения состоят из термов и предикатов.

терм: Лингвистический объект, обозначающий сущность.

предикат: Лингвистический объект, аналогичный глаголу, сообщающий что-либо о сущностях, обозначенных термами.

Например, предложение "Автомобиль РСХХ999 является моделью Мустанг" является примером высказывания. В этом предложении глагол "является" представляет собой предикат.

Термы "автомобиль РСХХ999" и "модель Мустанг" относятся к сущностям.

лексический объект (имя): Простой лингвистический объект, используемый только для ссылки на сущность.

Как правило, лексический объект состоит из одного или нескольких существительных.

Особый вид связи между "основными" сущностями и лексическими: объектами, относящимися к ним, называется соглашением об именовании. Если такое соглашение между сущностью и лексическим объектом установлено корректно, всегда возможно, хотя бы в принципе, выявить причинную цепочку по поводу использования этого лексического объекта.

Часть работы проектировщика информационной системы состоит в том, чтобы гарантировать, что на все рассматриваемые сущности можно каким-то образом сослаться. По этой причине проектировщику информационной системы требуется дополнительное описание (в концептуальной схеме и информационной базе) согласованных способов обращения к сущностям.

синонимы: Различные термы, обозначающие одну и ту же сущность.

омонимы: Идентичные термы, обозначающие различные сущности.

Омонимы могут привести к некоторой неоднозначности. В некоторых информационных системах они запрещены. Это запрещение не является фундаментальным требованием.

пространство сущностей: Совокупность сущностей, воспринимаемых как единое целое.

В одно и то же или в различное время можно различать много разных пространств сущностей. Кроме того, сущность может принадлежать многим пространствам сущностей.

пространство высказываний: Совокупность высказываний, каждое из которых истинно для данного пространства сущностей. Совокупность предложений, выражающих высказывания пространства высказываний, содержит информацию о соответствующем пространстве сущностей.

проблемная область: Все сущности, являющиеся объектом интереса, которые были, есть или когда-либо могут быть.

Проблемная область является областью возможных сущностей. Проблемная область ограничивается возможными сущностями, представляющими для нас интерес. В примере из приложения Б проблемная область Органа Регистрации состоит из всех автомобилей, изготовителей, моделей изготовителей, гаражей, людей и т.д., которые существовали, существуют или когда-либо будут существовать и которые интересуют Орган Регистрации.

Все высказывания, которые могут выполняться в одном или нескольких пространствах сущностей, вместе составляющих проблемную сферу, формируют область возможных высказываний. Проектировщика информационной системы должны интересовать те высказывания, которые выполняются во всех возможных пространствах сущностей.

необходимое высказывание

Высказывание, которое должно содержаться во всех возможных пространствах высказываний и является истинным во всех пространствах сущностей.

Необходимые высказывания определяют состояния, обязательные для всех сущностей во всех пространствах сущностей. Эти высказывания представляют абстракцию всех пространств сущностей, обобщающую то, что у них общее.

Необходимые высказывания определяют, какие сущности могут встретиться в любом пространстве сущностей (возможные сущности). В соответствующих случаях они определяют также, какие сущности должны появляться в каждом пространстве сущностей (необходимые сущности).

Классификации, правила, законы и т.д. проблемной области, описанные в разделе 2, образуют необходимые высказывания.

класс [сущностей]; Сущности проблемной области, для которых данное высказывание является истинным.

Каждый класс сущностей полностью определяется его возможными элементами. Любая сущность может быть элементом многих классов, поэтому классы могут пересекаться.

Сами классы являются сущностями, и им могут быть даны имена.

тип [сущности]: Высказывание, устанавливающее, что сущность принадлежит к определенному классу сущностей.

Подразумевается, что такой класс сущностей существует.

На тип можно ссылаться посредством имени типа. Для обозначения имени типа используется имя (существительное) в единственном числе, а для обозначения имени класса - имя (существительное) во множественном числе.

Проектировщик информационной системы произвольно определяет, следует ли связывать понятие типа с определенным классом сущностей. Это зависит от того, что считается удобным или обычным для пользователей концептуальной схемы.

реализация (экземпляр) [типа сущности]: Отдельная сущность, для которой истинно некоторое высказывание по поводу ее типа.

При проектировании информационных систем понятия класса и типа используются, в частности, для установления совокупности необходимых высказываний. С некоторым классом или типом может быть связана совокупность соответствующих необходимых высказываний, которые выполняются для возможных сущностей, являющихся элементами этого класса.

Высказывания, определяющие такие классы или типы, сами относятся к необходимым высказываниям.

концептуальная схема: Непротиворечивая совокупность предложений, выражающих необходимые высказывания, относящиеся к проблемной области.

Все возможные пространства сущностей, составляющие проблемную область, имеют общую концептуальную схему. Эта концептуальная схема определяет проблемную область, так как она несет информацию о том, какой именно должна быть совокупность всех возможных сущностей.

Какие высказывания являются необходимыми, а следовательно, какими будут границы концептуальной схемы, определяется произвольно и зависит оттого, какой степени подробности добивается разработчик информационной системы. Эти границы со временем могут изменяться, требуя дополнительных изменений в уже сформулированной концептуальной схеме.

информационная база: Совокупность предложений, выражающих высказывания, отличные от необходимых высказываний, согласующиеся друг с другом и с концептуальной схемой, а также истинные в некотором пространстве сущностей.

Совокупность предложений, составляющих эту концептуальную схему и информационную базу, вместе описывают вес высказывания, относящиеся к некоторому пространству сущностей, и тем самым дают описание пространства высказываний для этого пространства сущностей. Предполагается, что эти высказывания выполняются для этого пространства сущностей, воспринимаемого как "реальность". Совокупность предложений, составляющих концептуальную схему и информационную базу, должна обязательно быть непротиворечивой, если она претендует на то, чтобы быть истинным описанием этих высказываний.

Информационная база вместе с концептуальной схемой определяют некоторое пространство сущностей. Пространство сущностей состоит в точности из тех конкретных и абстрактных объектов, сущностей, на которые можно сослаться с помощью термов в предложениях, содержащихся в информационной базе и концептуальной схеме, вместе взятых.

Возможно описание одной проблемной области или одного определенного пространства сущностей в более чем одной концептуальной схеме и информационной базе.

Информационная база может предназначаться для того, чтобы выдавать информацию о сущностях, которые присутствуют в момент или в период времени, обычно называемый "сейчас". Тем не менее, "текущее" состояние информационной базы - актуальная информационная база - может относиться к "прошлому" или "будущему" пространства сущностей.

актуальная информационная база: Информационная база, существующая в указанный момент или период времени, который классифицируется как "сейчас", и отражающая дополнительные высказывания, отличные от необходимых.

актуальное пространство сущностей: Совокупность сущностей, которая описана в актуальной информационной базе и ее концептуальной схеме.

3.1 Основные понятия и определения для действий над концептуальной схемой и информационной базой

Информационная база и концептуальная схема со временем изменяются, отражая изменения в выбранной части мира, составляющей проблемную область, так как в информационной базе и концептуальной схеме должны быть только предложения, истинные в этой проблемной области.

Изменения в выбранной части мира могут быть, например, такими:

- сущности, появляющиеся или исчезающие в выбранной части;

- сущность, изменяющая свое состояние или связи с другими сущностями;

- классификация сущностей или какие-либо правила или ограничения, относящиеся к изменяющимся сущностям;

- исследуемая область изменяется в том смысле, что выбранная часть мира расширяется или сокращается.

Такие изменения могут повлечь за собой изменения и информационной базы, и концептуальной схемы. Влияние первых двух типов изменений может ограничиться только информационной базой, последние два типа вызовут также изменения и в концептуальной схеме.

Основным понятием манипулирования информацией в информационной базе или концептуальной схеме является элементарное действие. Определено три вида элементарных действий: вставка, удаление и выборка.

вставка: Добавление предложения к информационной базе или концептуальной схеме.

Другие предложения, не являющиеся логически выводимыми до вставки; могут стать таковыми и, таким образом, становятся выводимой частью информационной базы или концептуальной схемы.

Логически выводимое предложение само по себе фактически не вставляется.

удаление: Извлечение ранее вставленного предложения из информационной базы или концептуальной схемы.

Выводимое предложение, которое не может быть выводимо без исключенного предложения, больше не будет выводимым и поэтому не будет больше выводимой частью информационной базы или концептуальной схемы.

Выводимое предложение может быть одновременно вставлено явно. В этом случае исключение другого предложения, от которого существенно зависит выводимость данного предложения, не приводит к автоматическому удалению явно вставленного предложения. Исключение этого другого предложения только сделает невозможным выведение явно вставленного предложения.

выборка: Поиск и выдача предложения, которое есть в информационной базе или концептуальной схеме или выводится из предложений, имеющихся в них.

Выборка выводимого предложения из информационной базы или концептуальной схемы возможна только в случае, если информационная система знает, как вывести это предложение из других доступных или выводимых предложений в концептуальной схеме и информационной базе.

Допустимы комбинации элементарных действий, предназначенные для получения определенного результата.

действие: Одно или несколько элементарных действий, которые в качестве единого целого изменяют определенную совокупность предложений в информационной базе или концептуальной схеме и/или предоставляют о них информацию.

Типичным примером действия является замена определенного предложения другим, т.е. удаление, за которым следует вставка. Поскольку этот класс действий встречается часто, целесообразно определить его как вид действия.

модификация: Замена предложения в информационной базе или концептуальной схеме на другое.

Для исключения недопустимых действий и управления ими необходимо определить для действий правила и ограничения. Поэтому введем определение действий, рассматриваемых как атомарные единицы исполнения.

допустимое действие: Действие, удовлетворяющее установленным правилам или ограничениям и изменяющее непротиворечивую совокупность предложений в информационной базе или концептуальной схеме на другую непротиворечивую совокупность предложений и/или предоставляющее информацию о непротиворечивой совокупности предложений в информационной базе или концептуальной схеме.

Только окончательная совокупность предложений, полученная в результате допустимого действия, должна быть непротиворечивой совокупностью предложений. Если промежуточные совокупности предложений распознаваемы, они не обязательно непротиворечивы.

Определенные допустимые действия могут изменять предположительно непротиворечивую, но в действительности не "истинную" совокупность предложений, не соответствующую действительности, в непротиворечивую и истинную. Допустимые действия требуются для корректировки разрушенных информационных баз или концептуальных схем, какова бы ни была причина разрушения. Таким действиям разрешается игнорировать некоторые правила о допустимых или требуемых последовательностях состояний совокупностей предложений.

элементарное действие: Вызывается элементарной: командой информационной системы.

элементарная команда: Приказ или сигнал для выполнения элементарного действия.

И действие, и допустимое действие вызываются командой информационной системы.

команда: Приказ или сигнал для выполнения действия. Если допустимость действия будет нарушена, в ответ на команду действие может быть проигнорировано.

Описание команд и действий должно быть дано на подходящем языке.

командное предложение: Лингвистический объект, являющийся командой.

Предъявление командного предложения информационной системе представляет собой команду.

Необходимы также средства для записи комбинаций элементарных действий и их идентификации как единого целого, определяющего неделимое действие или допустимое действие.

описание действия: Лингвистический объект, описывающий действие.

Синтаксическая и семантическая сложность командных предложений и описаний действий зависит от выбранного языка.

3.2 Поведение информационного процессора

Взаимодействие между средой и информационной системой осуществляется посредством сообщений.

сообщение: Совокупность, состоящая из одного или: более предложений, возможно командных предложений, и использующаяся как элемент информационного обмена между средой и информационной системой.

Сообщения обрабатываются информационным процессором информационной системы.

информационный процессор: Процессор, который в ответ на команду выполняет действие над концептуальной схемой и/или информационной базой.

Информационный процессор распознает, относятся ли сообщения, полученные из среды, к данному языку. Сообщения, не относящиеся к данному языку, отбрасываются. Правильные сообщения могут выражать изменение в проблемной области или требовать извлечения одного или нескольких предложений, имеющихся в концептуальной схеме или информационной базе или выводимых из присутствующих в них предложений.

Сообщение, выражающее изменение в проблемной области, должно содержать командное предложение или сопровождаться им. Это предложение ссылается на описание действий для того, чтобы допустимое действие произвело соответствующее изменение в концептуальной схеме и информационной базе. Информационный процессор интерпретирует команду и изменяет информационную базу или концептуальную схему в соответствии с ограничениями и правилами поведения. Эти правила не только определяют, будет ли непротиворечивой полученная совокупность предложений в концептуальной схеме и информационной базе, но также решают, можно ли вообще изменять концептуальную схему и информационную базу в зависимости от того, какие предложения в них уже имеются.

Информационный процессор игнорирует команду, если изменение не может быть произведено в соответствии с ограничениями или правилами поведения. В результате этого информационная база и концептуальная схема остаются без изменения.

Если сообщение выражает команду для извлечения совокупности предложений, имеющихся в концептуальной схеме и информационной базе или выводимых из них, информационный процессор интерпретирует команду. Он выдает сообщение, содержащее соответствующую совокупность предложений согласно ограничениям или правилам поведения, которые определяют, когда и какая совокупность предложений, присутствующих в концептуальной схеме и информационной базе, должна быть результатом команды. Эти правила должны включать правила логического вывода, если применяются выводимые предложения.

Информационный процессор игнорирует команду, если при выборке необходимых предложений нарушаются ограничения или правила поведения.

Когда выдается команда, среде необходимо знать, принята ли команда или отвергнута. Поэтому информационный процессор должен выдавать среде сообщения по этому поводу.

Результат допустимого действия - это функция "управляющих" предложений, формулирующих правила и ограничения предложений, подлежащих изменению или выборке, и входного сообщения, включающего командное предложение и дополнительные предложения, если это необходимо.

Управляющие предложения находятся в концептуальной схеме, хотя предложения в информационной базе также могут играть управляющую роль. Выбираемые или изменяемые предложения находятся в информационной базе. Но эти предложения могут быть и в концептуальной схеме в тех случаях, когда сама концептуальная схема подлежит изменению или выборке. В последнем случае некоторые из управляющих предложений могут быть также найдены и в информационной базе.

Предложение, выражающее высказывание как таковое, имеет значение истинности. Значением истинности является:

- "истина", если оно явно объявлено истинным посредством сообщения, принятого от среды согласно правилам, известным информационному процессору. Оно также считается истинным, если предложение выводимо из таких явно сформулированных предложений в соответствии с правилами вывода, известными информационному процессору;

- "ложь", если его отрицание может быть подобным образом выведено из явно сформулированных предложений.

Значение истинности всех других предложений считается неопределенным.

Информационный процессор имеет двоякую задачу: принятие решения о допустимости изменения совокупности предложений и выведение "новых" предложений или генерация выходных сообщений,

3.3 Заполнение концептуальной схемы. Минимальная концептуальная схема

Первоначально информационному процессору известны только правила, встроенные в него. Информационный процессор обеспечивается механизмом интерпретации, который делает возможным распознавание и интерпретирование некоторого минимального языка. Этот язык позволяет среде:

- расширить язык для включения конструкций, подходящих для описания проблемной области;

- указывать команды;

- указывать полномочия;

- устанавливать новые правила поведения и логического вывода, относящиеся к концептуальной схеме и информационной базе;

- осуществлять описания действий для допустимых действий.

Далее информационный процессор будет снабжен набором алгоритмов, позволяющих ему выводить новые предложения из уже имеющихся.

Эти встроенные правила поведения составляют минимальную концептуальную схему информационной системы.

Имея эту встроенную минимальную концептуальную схему и первоначально пустую информационную базу, среда может использовать этот минимальный язык для систематического построения требуемой концептуальной схемы, а также информационной базы.

Должно существовать фундаментальное правило, касающееся вставки нового правила или ограничения, определяющее, что предпринять в том случае, когда эта вставка сделает противоречивыми определенные совокупности предложений, уже присутствующих в концептуальной схеме и информационной базе. Такое правило может игнорировать существующие предложения или предлагаемое новое правило. Оно не должно принимать и то, и другое.

Первоначально любое предложение, принятое посредством встроенных правил поведения, становится дополнительным правилом или ограничением и включается в концептуальную схему или в информационную базу. По мере добавления предложений число правил или ограничений, определенных в концептуальной схеме и информационной базе, увеличивается и все более ограничивает и управляет допустимыми действиями над концептуальной схемой и информационной базой.

3.4 Правила поведения для среды

Упомянутые выше правила поведения определяют поведение информационного процессора и то, что допустимо в информационной базе или концептуальной схеме.

Информационные системы могут выдавать среде сообщения, предназначенные для того, чтобы вызвать в ней изменения. Соответственно должны быть расширены правила поведения в рамках таких информационных систем. Однако эта ситуация не подразумевает, что информационная система управляет средой. Эти сообщения генерируются согласно правилам или ограничениям, установленным средой. Информационная система не может заставить среду подчиняться правилам, выраженным такими сообщениями.

Дополнительные правила состоят не только из допускающих и предписывающих правил информационного процессора, но также и из допускающих и предписывающих правил для среды. Допускающие правила для среды устанавливают критерии, необходимые информационному процессору для проверки фактической информации, чтобы система могла выдавать предупреждающие сообщения. Предписывающие правила для среды позволяют информационному процессору посылать необходимые запросы к среде.

Эти последние правила поведения для среды никогда не диктуют, что допустимо в информационной базе или концептуальной схеме, включая правила непротиворечивости для совокупностей предложений. Что касается информационной системы, они формулируют только то, что желательно. Как таковые они составляют отдельный класс правил или ограничений в информационной системе.

3.5 Статические и динамические правила и ограничения

Статическими являются аспекты системы, которые применимы для каждого из ее отдельных состояний. Статические правила или ограничения устанавливают зависимости между частями системы в любой момент времени. Динамическими являются аспекты, которые управляют развитием системы во времени. Рассматривать динамические аспекты системы означает рассматривать .законы ее изменения. Динамические правила устанавливают зависимости между частями системы, развивающейся во времени.

Статические правила и ограничения связаны с непротиворечивостью и допустимостью совокупности предложений. Сфера влияния статических правил может быть ограничена единичными предложениями, или она может включать в себя несколько предложений в пределах одной совокупности предложений в одном состоянии информационной базы.

Динамические правила связаны с допустимыми переходами от одной совокупности предложений к другой, определяя возможные последовательности состояний информационной базы. Они являются правилами перехода. Правила перехода абстрагируются от причин изменений, а также от влияния, оказываемого этими изменениями на среду. Они указывают, какие состояния информационной базы могут следовать после других данных состояний информационной базы.

Соблюдение или нарушение правил перехода может контролироваться проверкой состояний. Статические правила могут рассматриваться как специальные случаи правил перехода. Хотя статические правила определяют, какие состояния допустимы, статическое правило можно интерпретировать как утверждение, что определенные состояния допустимы или запрещены независимо от того, каким было предыдущее состояние. То же самое можно выразить в виде правила перехода. Фразу "Независимо от того, каким было предыдущее состояние" можно понимать так: любое из возможных состояний информационной базы может выступать в качестве предыдущего состояния.

Допустимость состояния информационной базы может зависеть от любого из предыдущих состояний, а не только от самого последнего. История состояний может воздействовать на допустимость очередного состояния лишь в той степени, в какой она отражена в самом последнем состоянии. Поэтому достаточно учитывать только последнее состояние.

Такие правила являются статическими, так как они применяются к предложениям в одном состоянии: информационной базы. Но их можно считать динамическими, так как они управляют процессом вывода.

Выводимые предложения не только могут порождаться в процессе вывода в информационной системе. Такие предложения могут быть вставлены явно. В таких случаях "правила вывода" гарантируют непротиворечивость полученной совокупности предложений, включая вставленные "выводимые" предложения.

3.6 Формулирование правил и ограничений

В ориентированных на состояния описаниях правила и ограничения формулируются как требования, предъявляемые к последовательным состояниям информационной базы. Тогда правило или ограничение является по сути описанием множества пар состояний информационной базы <СТАРОЕ, НОВОЕ>. Переход из состояния СТАРОЕ в состояние НОВОЕ допустим, независимо от того, каким образом он осуществляется, тогда и только тогда, когда пара <СТАРОЕ, НОВОЕ> присутствует в этом множестве.

Правило перехода различает допустимые и запрещенные пары состояний информационной базы. Оно может рассматриваться как двоичная функция, которая помечает каждую пару состояний информационной базы или "+" (допустимая), или "-" (запрещенная), что определяет дихотомию декартова произведения множества всех состояний информационной базы самой на себя. Такая дихотомия есть декомпозиция на два множества - Т+ допустимых и Т- запрещенных изменений. Т+ можно назвать положительным, а Т- отрицательным расширением правила. Для описания дихотомии можно использовать любое из двух множеств. Эффект правила перехода полностью определяется как его положительным, так и отрицательным расширением.

В ориентированных на действие описаниях допустимые изменения определяются последовательностями допустимых действий. Допустимость действий или последовательности действий может зависеть от текущего состояния. Поэтому правило или ограничение является множеством пар, каждая из которых состоит из компонента состояния информационной базы и компонента последовательности действий.

В ориентированных на действие описаниях правило определяет, что переход допустим, если, начиная от допустимого состояния СТАРОЕ, переход осуществляется посредством последовательности действий Q такой, что пара <СТАРОЕ, Q> присутствует в множестве, заданном правилом. Допустимость может прослеживаться назад, до начального состояния и всех действий, осуществленных над ним вплоть до текущего момента.

Для того чтобы получить конечные описания теоретически бесконечных последовательностей действий (на длину последовательностей действий ограничений нет), необходимо определить классы действий. Ориентированное на действие правило определено на классах последовательностей действий. В частности, последовательность действий может состоять только из одного элементарного действия. Сложные правила образуются посредством композиций действий в допустимое действие (для данного отправного состояния).

Допустимое действие завершается успешно либо неуспешно как одно целое. Действия, из которых складывается допустимое действие, могут не быть допустимыми по отдельности.

Все установленные правила и ограничения вместе можно рассматривать как одно всеобщее правило, управляющее всей информационной базой. Требованием к языку является возможность составления сложных правил и ограничений из более простых. Разложение на более простые правила должно заканчиваться предопределенными примитивными правилами. Примитивное правило должно быть просто структурированным, легко обозримым множеством пар состояний информационной базы или состояния информационной базы и последовательности действий.

3.7 Координация допустимых действий

Все действия, выполняемые информационным процессором над информационной базой и концептуальной схемой, должны производиться в терминах допустимых действий. В силу этого любой процесс, выполняемый информационным процессором, будет состоять из одного или нескольких допустимых действий.

Концептуальная основа для координации допустимых действий основывается на следующих понятиях.

событие: Факт, состоящий в том, что нечто произошло или в проблемной области, или в среде, или в информационной системе.

команда: См. приложение А.

допустимое действие: См. приложение А.

условие команды: Предусловие выполнения допустимого действия.

Информационная система реагирует только вследствие события.

С точки зрения информационной системы не имеет значения, что считать событием: факт происшедшего или восприятие происшедшего. Но событие (стимул) должно выдавать информационному процессору уведомления о событии, на которое информационный процессор должен реагировать.

внешнее событие: Событие, происходящее в среде или проблемной области информационной системы.

Уведомление о таком событии - это сообщение для информационной системы, выражающее, по меньшей мере, команду.

внутреннее событие: Событие, которое наступает вследствие выполнения какого-либо допустимого действия в информационной системе.

В зависимости от результата такого допустимого действия внутренние события нужны только в том случае, если уведомление о завершении приведет к последующей реакции информационной системы или к отправке сообщения в среду.

События имеют определенные характеристики, которые важны для информационной системы. Они могут относиться к определенным типам (классам) событий. С понятием типа события тесно связано понятие реализации события.

Важной характеристикой типа события (или уведомления о нем) является тип (типы) команды, связанный с этим типом события, который определяет допустимое действие или допустимые действия, ожидаемые в качестве реакции информационной системы.

К другим важным характеристикам типов событий относятся:

- ожидаемое число реализаций событий;

- частота возникновения событий.

Большинство событий нуждаются также в механизме передачи "параметров", чтобы настроить допустимое действие на то, что конкретно должно быть сделано. В этих случаях сообщение, уведомляющее о событии, содержит (или должно сопровождаться) одно или более предложений, являющихся входными предложениями для допустимого действия.

Допустимые действия, выполняемые информационным процессором, могут осуществлять вставку, выборку, удаление или модификацию предложения в концептуальной схеме и информационной базе. Однако вводить сами входные предложения в концептуальную схему или информационную базу необязательно, если входные предложения только передают параметры для допустимого действия. Иногда входные предложения вводятся, в других случаях они приводят к вставке других выведенных предложений. Входное предложение, которое фактически не вставляется, не воспроизводимо после окончания допустимого действия.

Предложения, связанные с допустимым действием, определяют фактический результат. Вместе они определяют фактическое допустимое действие, т.е. реализацию типа допустимого действия.

Допустимое действие запускается событием или, более точно, командой, представленной в виде сообщения, извещающего о событии. Тип события определяет, какой тип допустимого действия запускается. В этот момент допустимое действие будет активным. Активное допустимое действие будет непрерывным до его окончания. Это окончание может вызывать внутреннее событие в зависимости от результата допустимого действия.

В любое время в информационной системе могут быть активны несколько допустимых действий. Допустимые действия могут принадлежать к одному и тому же или к различным типам допустимых действий. Два допустимых действия, активных в одно и то же время, считаются работающими совершенно независимо друг от друга.

Между самим событием и уведомлением о нем в информационный процессор или между уведомлением и реакцией информационного процессора может возникать определенная задержка. Поэтому возможно, что последовательность, в которой информационная система уведомляется о событиях, отличается от последовательности самих событий, происходящих в проблемной области. Если эта последовательность событий во времени существенна, например из-за обязательно предшествующих состояний, которые должны быть зарегистрированы в концептуальной схеме и информационной базе, соответствующие допустимые действия должны быть координированными, включая, в случае необходимости, синхронизацию допустимых действий.

Условие команды для некоторого допустимого действия состоит из событий (внешних и внутренних), которые должны произойти для запуска допустимого действия, а также из правила или множества правил, устанавливающих, каким образом события формируют необходимое условие для запуска допустимого действия. Условие команды может быть расширено и сделано более точным при помощи правил, учитывающих предложения, извещающие о событиях, или уже присутствующих в концептуальной схеме и информационной базе.

Если в условие команды для допустимого действия включено несколько событий, тогда последнее по времени событие, независимо от того, каким оно есть, выполняет условие команды и запускает допустимое действие. "Поступление" других событий, за исключением последнего, переводит условие команды в "состояние ожидания".

Условие команды может иметь ограниченное состояние ожидания, т.е. могут быть ограничения на продолжительность состояния ожидания. Если в этот ограниченный период последнее необходимое событие не происходит, допустимое действие не будет выполняться, несмотря на события, которые уже прошли. Тем не менее новая серия событий может подготовить новое состояние ожидания для возможного допустимого действия. Если не определено ограниченное состояние ожидания, состояние ожидания может продолжаться как угодно долго.

Одна реализация событий может участвовать в запуске только одного допустимого действия. Если условие команды удовлетворено и запуск допустимого действия состоялся, то "поступление" новых событий может подготовить условие команды только для нового запуска допустимого действия.

В контексте условий команд необходимо специальное замечание по поводу событий. Само событие (реализация) несет информацию, так как оно удостоверяет, что нечто произошло. Этот факт устанавливается не в общем смысле, а конкретно. Поэтому событие удостоверяет не то, что имел место какой-то факт определенного типа, но что имел место конкретный факт (реализация) с конкретным результатом.

Вследствие этого внутренние события контролируются предписывающими правилами для данного события. Тип допустимого действия может завершиться несколькими различными внутренними событиями, в зависимости от результата допустимого действия. Такие различные события могут быть взаимоисключающими, но это не обязательно.

Во время выполнения допустимого действия (а также до выполнения самого допустимого действия) информационный процессор использует такие правила и ограничения:

- распознает уведомление о событии и получение выходного предложения согласно правилам распознавания;

- вычисляет условие команда и запускает фактическое допустимое действие или помешает условие команды в состояние ожидания;

- после запуска допустимого действия выполняет само допустимое действие в соответствии с правилами, сформулированными в описании допустимого действия, манипулирующего концептуальной схемой и информационной базой;

- контролирует манипулирование концептуальной схемой и информационной базой согласно соответствующим статическим и динамическим правилам и ограничениям для концептуальной схемы и информационной базы и соответствующим правилам полномочий;

- возбуждает одно или более соответствующих внутренних событий согласно предписывающим правилам для внутренних событий;

- генерирует выходные сообщения в соответствии с предписывающими правилами для выходных сообщений.

4 Понятия и принципы реализации

4.1 Принципы заполнения концептуальной схемы

Для проектирования концептуальной схемы проектировщик информационной системы должен начинать изучение с выбранной части мира, составляющей проблемную область, и строить в уме ее абстрактную модель.

Такая абстрактная модель должна быть достаточно общей для того, чтобы охватить многие (предпочтительно все) реализации некоторого типа явлений. Эта модель представляет собой высказывания, обязательно выполняющиеся во всех возможных пространствах сущностей.

Следует придерживаться разделения предложений на такие, которые выражают общие законы и правила, которым должны подчиняться возможные сущности в проблемной области, и такие, которые устанавливают факты о конкретных сущностях и проблемной области в соответствии: с законами и правилами, описываемыми в концептуальной схеме. К предложениям первой группы относятся:

- описание классов (типов) сущностей в проблемной области;

- описание понятий, менее подверженных изменениям;

- правила или ограничения, имеющие широкое воздействие на поведение проблемной области (и поэтому также на поведение концептуальной схемы и информационной базы).

Необходимо придерживаться таких принципов концептуальной схемы: принцип 100% и принцип концептуализации.

Некоторые соображения и замечания могут расширять эти два принципа.

Язык концептуальной схемы должен позволять описывать любое множество общих правил проблемной области в концептуальной схеме. Для этого некоторые правила можно описывать процедурно.

Если возникает необходимость расширять или модифицировать общие правила проблемной области, то желательно все их поместить в концептуальную схему.

Принцип концептуализации требует, чтобы концептуальная схема включала в себя только концептуальные аспекты проблемной области. Не должны быть частью концептуальной схемы аспекты и конструкции, относящиеся к другим компонентам или факторам информационной системы: аспекты представления данных с точки зрения пользователей, аспекты физической организации данных и эффективности реализации, организованные аспекты информационной системы и т.д.

4.2 Принципы описания проблемной области

Теоретической основой описания проблемной области является интерпретируемая формальная система логики. Разработка такой формальной системы логики для описания проблемной области требует:

- определения алфавита, в котором можно однозначно и автоматически распознать, входит ли данный символ в алфавит. Эти условия естественным образом удовлетворяются при использовании обычных устройств символьного ввода информации в ЭВМ;

- обеспечения конечного набора эффективных правил (алгоритмов), определяющего, какие строки символов являются правилами построения и, в частности, какие правильно построенные строки следует рассматривать как предложения;

- обеспечения конечного набора эффективных правил, определяющих, является ли данное предложение аксиомой;

- обеспечения конечного набора эффективных правил, определяющих, может ли данное предложение быть непосредственно выводимым из данного множества предложений;

- обеспечения конечного набора правил интерпретации, приписывающих каждому предложению значение таким образом, что предложение однозначно интерпретируется как истинное или ложное утверждение о проблемной области.

В данном контексте аксиома определяется следующим образом.

аксиома: Любое предложение с точным содержанием, утверждаемое в качестве такового авторитетным источником.

Аксиомы и правила вывода выбираются так, чтобы:

- каждая аксиома интерпретировалась как истинное утверждение о проблемной области;

- каждое предложение, непосредственно выводимое из множества предложений, интерпретированных как истинные утверждения о проблемной области, само интерпретировалось как истинное утверждение о проблемной области.

Проектировщик информационной системы должен иметь возможность выразить концептуальную схему в терминах, соответствующих рассматриваемой: проблемной области и восприятию ее пользователем. В частности, не должно налагаться никаких ограничений на сущности, наличие которых допускается в проблемной области, или на свойства, которыми они могут обладать. Проектировщик информационной системы ограничен только требованием придерживаться основных принципов логики, встроенных в информационный процессор.

Концептуальная схема должна быть простой в использовании и понимании для разнообразных пользователей. В связи с этим необходим механизм добавления лингвистических конструкций произвольной сложности ("макроконструкций") в формальную систему. Кроме того, в самой формальной системе должен существовать механизм определения новых конструкций в уже существующих терминах.

4.3 Абстрактный синтаксис для концептуальной схемы и информационной базы

Для точного определения проблемной области требуется формальный язык.

В стандарте синтаксис формального языка определяется посредством введения грамматических понятий без какого-либо указания, как эти понятия могут быть выражены на каком-либо определенном языке. Понятиями являются терм, предложение, функтор.

функтор: Лингвистический объект, который обозначает функцию от других лингвистических объектов, имеющую в качестве аргументов (вход) список лингвистических объектов и выдающую в качестве значения (выход) единственный уникально определенный лингвистический объект.

Термы и предложения могут включать в себя переменные.

переменная: Терм, который обозначает неконкретизированную сущность в проблемной области.

4.4 Семантика концептуальной схемы и информационной базы

Чтобы приписать смысл (семантику) различным выражениям в языке, необходимо начать с множества неопределенных понятий - примитивов. Другие понятия тогда получают смысл, выводимый из неформальных примитивных понятий с помощью формальных определений. Соответствующие аспекты смысла каждого примитивного понятия формально вводятся посредством задания аксиом, которые считаются истинными. Правила вывода должны сохранять истинность.

Предложение выражает истинное высказывание, если оно утверждает, что состояние проблемной области - такое-то, и оно действительно является таковым.

Интерпретация предложений зависит от значения термов и предикатов, составляющих это предложение. Интерпретация термов соотносит им конкретные сущности проблемной области.

Интерпретировать предикат в предложении означает возможность определить для любого списка сущностей истинность высказывания, выраженного этим предложением, для данного списка сущностей.

4.5 Принципы составления концептуальной схемы

При рассмотрении принципов составления концептуальной схемы и информационной базы следует решить три вопроса:

- что входит в концептуальную схему?;

- каковы возможности информационного процессора?;

- как информационный процессор работает с концептуальной схемой?

Информационный процессор имеет встроенную минимальную концептуальную схему, которая не может быть изменена без изменения самого информационного процессора. Любая подходящая совокупность предложений, согласующихся с этой минимальной концептуальной схемой, может быть вставлена при помощи механизмов информационного процессора для того, чтобы расширить эту минимальную концептуальную схему для формирования актуальной концептуальной схемы. Этот процесс можно применять рекурсивно.

Информационный процессор должен будет в каждый момент времени "знать", к какой части фактической совокупности предложений, составляющих концептуальную схему и информационную базу, он должен обращаться как к "концептуальной схеме" для того, чтобы управлять манипулированием другими предложениями. Важно решить в процессе проектирования и моделирования, какие предложения будут в минимальной концептуальной схеме, какие - вне ее.

Информационная база - это непротиворечивая совокупность предложений (т.е. непротиворечивая внутри себя и непротиворечивая по отношению к концептуальной схеме), которая выражает дополнительные высказывания для соответствующего пространства сущностей, описываемого в информационной системе.

При наличии концептуальной схемы и, возможно, совокупности существенных или необходимых предложений остальная часть информационной базы является необязательной при единственном условии, что все вместе составляют непротиворечивую совокупность. В любой данный момент состояние концептуальной схемы и информационной базы - это точно определенная совокупность предложений.

4.6 Трехуровневая архитектура

Необходимо снабдить любую реализацию информационной системы по меньшей мере двумя типами интерфейса. Первый тип интерфейса, по отношению к пользователям информационной системы, обрабатывает внешние формы представления, удобные для конкретного пользователя.

Эти внешние интерфейсы описываются во внешних схемах.

внешняя схема: Определение форм внешнего представления для возможных совокупностей предложений в пределах представления конкретного пользователя, а также аспектов манипулирования этими формами.

Внешний интерфейс - это фактически интерфейс между пользователем в среде и информационной системой.

Второй тип интерфейса - это интерфейс между пользователем и информационной системой. Он связан со следующими аспектами:

- формы внутреннего (физического) представления информации;

- эффективность работы программ и механизмы эффективного доступа к хранимым данным;

- управление параллельным использованием, восстановлением после сбоев и т.д. 

Эти интерфейсы определяются во внутренних схемах.

внутренняя схема: Определение форм внутреннего представления в компьютере совокупностей предложений в концептуальной схеме и информационной базе, а также аспектов манипулирования этими формами.

Внутренний интерфейс - это интерфейс между информационной системой и средствами управления данными в компьютере.

В информационную систему поступают сообщения, содержащие информацию, которая добавляется в информационную базу. Информационный процессор, управляемый правилами, описанными в концептуальной схеме и, возможно, другими предложениями, уже присутствующими в информационной базе, или вставит эту новую информацию, или проигнорирует сообщение, выдав соответствующее сообщение, извещающее о результате. Другие действия будут выполняться подобным же образом.

Прикладной процесс, обрабатывающий сообщения пользователя, имеет дело с определенным внешним представлением данных (строками символов), составляющих его внешнюю базу данных, содержащую соответствующую информацию.

Это конкретное внешнее представление описано во внешней схеме, соответствующей данному прикладному процессу. Такая внешняя база данных является виртуальной, отображаемой на информационную базу (или соответствующую ее часть). Это подразумевает, что информационная система должна обрабатывать:

- "интеграцию" действий различных пользователей;

- отображение их внешних представлений в общее (концептуальное) представление, известное информационной системе.

Задачей информационного процессора остается осуществление правил, определенных в концептуальной схеме, и контроль за вставкой. Дополнительные задачи выполняются внешним процессором. Поэтому внешние схемы содержат также правила отображения.

Сама информационная база по существу является виртуальной. Информация представлена в вычислительной системе во внутренних формах физических данных (записи, сегменты, поля и т.д.) во внутренней базе данных. Эти формы описаны во внутренней схеме. Имеется ввиду дополнительный процесс отображения, выполняемый внутренним процессором. Правила отображения для него также описаны во внутренней схеме.

К самой внутренней базе данных доступ осуществляется с помощью средства управления внешней памятью компьютерной системы.

Согласно трехсхемной архитектуре и внутренняя, и внешняя схемы, и процессоры могут иметь множество уровней. Точно также внутренняя база данных может быть реализована как семейство внутренних баз данных, каждая из которых "хранит" часть информационной базы. Такие базы данных пересекаются.

Представления пользователей можно объединить в концептуальную подсхему. Концептуальная схема в информационной системе представляет собой "объединение" этих различных концептуальных подсхем. На концептуальном уровне формы представления несущественны.

На внешнем уровне определяются формы представления, удобные для пользователя. Они описываются во внешних схемах. Каждое представление пользователя (концептуальная подсхема) отображается в одну или более внешних схем, определяющих соответствующие формы представления, каждая из которых описывает внешнюю базу данных, существующую в пределах представления этого пользователя, хотя и в виртуальной форме.

В случае, когда внешнее представление является объединением нескольких представлений, полученная внешняя схема будет охватывать несколько отдельных внешних схем и описывать общую базу данных во внешней, но объединенной форме. Функция разложения внешней схемы на подмножества поддерживается и управляется внешним процессором.

Внешние базы данных отображаются в физические базы данных. Несколько внешних баз данных могут отображаться в одну физическую базу данных; одна внешняя база данных может отображаться в несколько физических баз данных; возможно любое другое сочетание. Возможны и распределенные сети.

Физическая база данных определяется во внутренней схеме. Преобразование из внешней во внутреннюю форму главным образом осуществляется внутренним процессором. В распределенных базах данных взаимосвязь между внешней и внутренней базами данных может быть описана в схеме распределения, которая может быть объединенной частью внешней схемы (внешних схем), взаимодействующей с внутренней схемой (внутренними схемами).

Задача обработки правил, выполняемая информационным процессором, может быть реализована в виде набора процедур. Они не обязательно выполняются одним специальным (информационным) процессором, отличным от внешнего и внутреннего процессоров. В частности, в системах распределенных баз данных эти процедуры могут распределяться по соответствующим внешним и внутренним процессорам.

Концептуальная схема рассматривается как описание необходимых высказываний для проблемной области и поэтому определяет, что описывается в информационной базе, а не как это описывается. Концептуальная схема управляет семантическим значением всех представлений - то есть определяет набор проверяющих, генерирующих и выводящих процедур, определенных на концептуальном уровне информационной системы. Но они не дают описания промежуточного состояния в процессе преобразования из внешней формы во внутреннюю.

Внешний процессор устанавливает связь непосредственно с пользователями и координирует их потоки информации.

Внутренние схемы описывают внутреннее физическое представление информации. Отображение между внешними и внутренними формами выполняется, главным образом, внутренним(ми) процессором (ами). Поэтому внешний(ние) процессор(ры) устанавливает(ют) связь с внутренним(ними) процессором(ами). Отображение внешних схем во внутренние схемы должно сохранять смысл информации в соответствии с концептуальной схемой.

4.7 Модель системы словарей информационных ресурсов

Система словарей информационных ресурсов для информационной системы сама является информационной системой. Она описывает проблемную область, состоящую из целевой информационной системы.

Концептуальная схема системы словарей информационных ресурсов должна описывать проблемную область, содержащую все возможные целевые информационные системы, которые могут документироваться с использованием системы словарей информационных ресурсов. Соответственно, концептуальная схема системы словарей информационных ресурсов должна обеспечивать описание того, что может быть описано в информационной базе системы словарей информационных ресурсов, а также допустимых действий над информационной базой системы словарей информационных ресурсов.

Информационная база системы словарей информационных ресурсов должна описывать все целевые информационные системы, для которых используется система словарей информационных ресурсов, в том числе концептуальные, внешние и внутренние схемы, различные процессоры, программы, пользователей и т.д.

4.8 Соответствие трехуровневой архитектуры информационных систем и эталонной модели архитектуры открытых систем

Концептуальный и внешний уровни трехуровневой архитектуры информационных систем соответствуют функциям прикладного уровня и уровня представления.

Внутренний уровень имеет дело с внутренним представлением данных, включая внутреннее манипулирование данными и практическое физическое хранение данных на запоминающих устройствах. Область деятельности здесь сравнима по характеру с уровнями сеанса, транспортным, сетевым, уровнем данных и физическим уровнем.

5 Подходы к моделированию

Следует использовать такие критерии подходов к моделированию:

- сопоставление формы и содержания;

- статические аспекты в сравнении с динамическими аспектами;

- возможность различать лексические и нелексические сущности;

- выразительная мощность (степень полноты, с которой данный метод может формально выразить все нужные аспекты и ограничения проблемной области в концептуальной схеме);

- гранулирование информации;

- разделение различных видов высказываний.

Рекомендуется использовать следующие методы моделирования в области информационных систем и баз данных:

- абстрактные типы данных;

- модели, основанные на n-арных отношениях;

- концептуальные графы;

- модели предложений с глубокой структурой;

- модели сущность - связь;

- модели, ориентированные на функции или на действия;

- модели, основанные на бинарных отношениях;

- сетевые модели;

- модели объект - роль;

- модели взаимодействия процессов;

- реляционные модели;

- семантические сети;

- теоретико-множественные модели.

Каждый из этих методов является особым взглядом на проблемы концептуальных схем и информационных баз.

Основными подходами к моделированию информационных систем и баз данных являются:

- подходы сущность - атрибут - связь;

- подходы на основе бинарных и элементарных n-арных отношений;

- подходы на основе интерпретируемой логики предикатов.

Подходы сущность - атрибут - связь основываются на следующих понятиях:

- сущности;

- связи между сущностями;

- атрибуты-ассоциации между значениями и сущностями или между значениями и связями;

- значения.

В этих подходах используются также понятия тип и реализация, применяемые к каждому из этих примитивных понятий.

Основой этих подходов является моделирование данных.

Подходы сущность - атрибут - связь следует характеризовать как ориентированные на определение статических аспектов. Они представлены в общих чертах в приложении Г.

Подходы, основанные на бинарных и элементарных n-арных отношениях, различают сущности и имена сущностей, но не различают атрибуты и связи. Подходы базируются на трех основных понятиях:

- сущности;

- имена сущностей;

- бинарные отношения.

В этих подходах используются также понятия тип и реализация, применяемые к каждому из примитивных понятий.

Подходы, основанные на бинарных и элементарных бинарных отношениях, базируются на моделировании проблемной области прямолинейным образом и по отдельным элементам, используя предложения, выражающие простые элементарные высказывания, не вводя специфической классификации элементов.

Общие принципы подходов на основе бинарных и элементарных n-арных отношений представлены в приложении Д.

Подходы на основе интерпретируемой логики предикатов воспринимают проблемную область как состоящую исключительно из сущностей, для которых выполняются определенные высказывания. Концептуальная схема и информационная база образуют описание, состоящее только из множества предложений, закодированных на некотором формальном языке, основанном на формальной логике. Такие предложения состоят из;

- термов и переменных;

- предикатов;

- логических связей;

- кванторов.

Термы и переменные относятся к сущностям в проблемной области, а предложения выражают высказывания об этих сущностях.

Суть подходов - формирование интерпретируемой, аксиоматизированной, дедуктивной, формальной системы логики, описывающей проблемную область и не налагающей какого-либо ограничения со стороны метода моделирования на саму проблемную область.

Обзор этих подходов на основе интерпретируемой логики предикатов более подробно представлен в приложении Е.