نموذج البيانات

نموذج البيانات هو نموذج تجريدي ينظم عناصر البيانات ويوحد كيفية ارتباطها ببعضها البعض وبخصائص الكيانات في العالم الحقيقي . ^{[2] [3] على سبيل المثال، قد يحدد نموذج البيانات أن عنصر البيانات الذي يمثل سيارة يتكون من عدد من العناصر} الأخرى التي تمثل بدورها لون وحجم السيارة وتحدد مالكها.

يُطلق على النشاط المهني المقابل عمومًا اسم نمذجة البيانات أو، على وجه التحديد، تصميم قاعدة البيانات . عادةً ما يتم تحديد نماذج البيانات بواسطة خبير بيانات أو متخصص بيانات أو عالم بيانات أو أمين مكتبة بيانات أو باحث بيانات. غالبًا ما يتم تمثيل لغة نمذجة البيانات والترميز في شكل رسوم بيانية. ^[4]

يمكن الإشارة إلى نموذج البيانات أحيانًا باسم بنية البيانات ، وخاصة في سياق لغات البرمجة . غالبًا ما يتم استكمال نماذج البيانات بنماذج الوظائف ، وخاصة في سياق نماذج المؤسسات .

يحدد نموذج البيانات بشكل صريح بنية البيانات ؛ وعلى العكس من ذلك، فإن البيانات المنظمة هي بيانات منظمة وفقًا لنموذج بيانات صريح أو بنية بيانات. تتناقض البيانات المنظمة مع البيانات غير المنظمة والبيانات شبه المنظمة .

يمكن أن يشير مصطلح نموذج البيانات إلى مفهومين متميزين ولكنهما وثيقا الصلة. في بعض الأحيان يشير إلى صياغة مجردة للأشياء والعلاقات الموجودة في مجال تطبيق معين: على سبيل المثال العملاء والمنتجات والطلبات الموجودة في منظمة تصنيع. وفي أحيان أخرى يشير إلى مجموعة المفاهيم المستخدمة في تعريف مثل هذه الصياغات: على سبيل المثال مفاهيم مثل الكيانات أو السمات أو العلاقات أو الجداول. لذا يمكن تعريف "نموذج البيانات" لتطبيق مصرفي باستخدام "نموذج البيانات" الذي يجمع بين الكيان والعلاقة. تستخدم هذه المقالة المصطلح بكلا المعنيين.

إن إدارة كميات كبيرة من البيانات المنظمة وغير المنظمة هي وظيفة أساسية لأنظمة المعلومات . تصف نماذج البيانات جوانب البنية والتلاعب والسلامة للبيانات المخزنة في أنظمة إدارة البيانات مثل قواعد البيانات العلائقية. قد تصف أيضًا البيانات ذات البنية الأكثر مرونة، مثل مستندات معالجة الكلمات ورسائل البريد الإلكتروني والصور والصوت الرقمي والفيديو: على سبيل المثال، يوفر XDM نموذج بيانات لمستندات XML .

الهدف الرئيسي من نماذج البيانات هو دعم تطوير أنظمة المعلومات من خلال توفير تعريف وتنسيق البيانات. وفقًا لـ West و Fowler (1999) "إذا تم ذلك بشكل متسق عبر الأنظمة، فيمكن تحقيق توافق البيانات. إذا تم استخدام نفس هياكل البيانات لتخزين البيانات والوصول إليها، فيمكن لتطبيقات مختلفة مشاركة البيانات. تم الإشارة إلى نتائج هذا أعلاه. ومع ذلك، غالبًا ما تكلف الأنظمة والواجهات أكثر مما ينبغي، للبناء والتشغيل والصيانة. قد تقيد أيضًا العمل بدلاً من دعمه. أحد الأسباب الرئيسية هو أن جودة نماذج البيانات المطبقة في الأنظمة والواجهات رديئة ". ^[5]

• "غالبًا ما تكون قواعد العمل، الخاصة بكيفية إنجاز الأمور في مكان معين، ثابتة في بنية نموذج البيانات. وهذا يعني أن التغييرات الصغيرة في طريقة إنجاز الأعمال تؤدي إلى تغييرات كبيرة في أنظمة الكمبيوتر والواجهات". ^[5]
• "غالبًا ما لا يتم تحديد أنواع الكيانات، أو يتم تحديدها بشكل غير صحيح. وقد يؤدي هذا إلى تكرار البيانات وبنيتها ووظائفها، إلى جانب التكاليف المصاحبة لهذا التكرار في التطوير والصيانة". ^[5]
• "إن نماذج البيانات للأنظمة المختلفة تختلف بشكل تعسفي. والنتيجة المترتبة على ذلك هي أن هناك حاجة إلى واجهات معقدة بين الأنظمة التي تتشارك البيانات. ويمكن أن تشكل هذه الواجهات ما بين 25% إلى 70% من تكلفة الأنظمة الحالية". ^[5]
• "لا يمكن مشاركة البيانات إلكترونيًا مع العملاء والموردين، لأن بنية البيانات ومعناها لم يتم توحيدهما. على سبيل المثال، لا تزال بيانات التصميم الهندسي والرسومات لمصنع العمليات يتم تبادلها أحيانًا على الورق". ^[5]

السبب وراء هذه المشاكل هو عدم وجود معايير تضمن أن نماذج البيانات ستلبي احتياجات العمل وتكون متسقة. ^[5]

يحدد نموذج البيانات بشكل صريح بنية البيانات. تشمل التطبيقات النموذجية لنماذج البيانات نماذج قواعد البيانات وتصميم أنظمة المعلومات وتمكين تبادل البيانات. عادةً، يتم تحديد نماذج البيانات بلغة نمذجة البيانات.[3]

قد يكون نموذج البيانات أحد ثلاثة أنواع وفقًا لـ ANSI في عام 1975: ^[6]

1. نموذج البيانات المفاهيمي : يصف دلالات المجال، كونه نطاق النموذج. على سبيل المثال، قد يكون نموذجًا لمجال اهتمام منظمة أو صناعة. يتكون هذا من فئات الكيانات، التي تمثل أنواعًا من الأشياء ذات الأهمية في المجال، وتأكيدات العلاقة حول الارتباطات بين أزواج فئات الكيانات. يحدد المخطط المفاهيمي أنواع الحقائق أو المقترحات التي يمكن التعبير عنها باستخدام النموذج. وبهذا المعنى، فإنه يحدد التعبيرات المسموح بها في "لغة" اصطناعية ذات نطاق محدود بنطاق النموذج.
2. نموذج البيانات المنطقي : يصف الدلالات كما تمثلها تقنية معالجة بيانات معينة. ويتكون هذا من أوصاف الجداول والأعمدة والفئات الموجهة للكائنات وعلامات XML، من بين أشياء أخرى.
3. نموذج البيانات المادية : يصف الوسائل المادية التي يتم بها تخزين البيانات. يتعلق هذا بالأقسام ووحدات المعالجة المركزية ومساحات الجداول وما شابه ذلك.

تكمن أهمية هذا النهج، وفقًا للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير، في أنه يسمح للمنظورات الثلاثة بأن تكون مستقلة نسبيًا عن بعضها البعض. يمكن أن تتغير تقنية التخزين دون التأثير على النموذج المنطقي أو المفاهيمي. يمكن أن يتغير هيكل الجدول/العمود دون التأثير (بالضرورة) على النموذج المفاهيمي. في كل حالة، بالطبع، يجب أن تظل الهياكل متسقة مع النموذج الآخر. قد يختلف هيكل الجدول/العمود عن الترجمة المباشرة لفئات الكيان والسمات، ولكنه يجب أن ينفذ في النهاية أهداف هيكل فئة الكيان المفاهيمي. تؤكد المراحل المبكرة للعديد من مشاريع تطوير البرامج على تصميم نموذج بيانات مفاهيمي . يمكن تفصيل مثل هذا التصميم في نموذج بيانات منطقي . في المراحل اللاحقة، يمكن ترجمة هذا النموذج إلى نموذج بيانات مادي . ومع ذلك، من الممكن أيضًا تنفيذ نموذج مفاهيمي بشكل مباشر.

كان أحد أقدم الأعمال الرائدة في نمذجة أنظمة المعلومات من تأليف يونج وكينت (1958)، ^{[7] [8]} اللذان دافعا عن "طريقة دقيقة ومجردة لتحديد الخصائص المعلوماتية والزمنية لمشكلة معالجة البيانات ". لقد أرادا إنشاء "ترميز من شأنه أن يمكّن المحلل من تنظيم المشكلة حول أي قطعة من الأجهزة ". كان عملهما أول جهد لإنشاء مواصفات مجردة وأساس ثابت لتصميم تطبيقات بديلة مختلفة باستخدام مكونات أجهزة مختلفة. تم اتخاذ الخطوة التالية في نمذجة أنظمة المعلومات من قبل CODASYL ، وهو اتحاد صناعي لتكنولوجيا المعلومات تأسس في عام 1959، والذي كان يهدف في الأساس إلى نفس الشيء الذي كان يهدف إليه يونج وكينت: تطوير "هيكل مناسب للغة تعريف المشكلة المستقلة عن الآلة، على مستوى نظام معالجة البيانات". أدى هذا إلى تطوير جبر معلومات أنظمة معلومات محدد . ^[8]

في ستينيات القرن العشرين، اكتسبت نمذجة البيانات أهمية أكبر مع بدء مفهوم نظام المعلومات الإدارية (MIS). وفقًا لليونديز (2002)، "خلال ذلك الوقت، قدم نظام المعلومات البيانات والمعلومات لأغراض الإدارة. تم تصميم نظام قاعدة البيانات من الجيل الأول ، المسمى مخزن البيانات المتكامل (IDS)، بواسطة تشارلز باخمان في شركة جنرال إلكتريك. تم اقتراح نموذجين مشهورين لقاعدة البيانات، نموذج بيانات الشبكة ونموذج البيانات الهرمي ، خلال هذه الفترة الزمنية". ^[9] نحو نهاية الستينيات، وضع إدغار ف. كود نظرياته حول ترتيب البيانات، واقترح النموذج العلائقي لإدارة قاعدة البيانات بناءً على منطق المسند من الدرجة الأولى . ^[10]

في سبعينيات القرن العشرين، ظهرت نمذجة الكيان والعلاقات كنوع جديد من نمذجة البيانات المفاهيمية، والتي تم صياغتها رسميًا في الأصل في عام 1976 بواسطة بيتر تشين . تم استخدام نماذج الكيان والعلاقات في المرحلة الأولى من تصميم نظام المعلومات أثناء تحليل المتطلبات لوصف احتياجات المعلومات أو نوع المعلومات التي سيتم تخزينها في قاعدة بيانات . يمكن لهذه التقنية وصف أي علم وجود ، أي نظرة عامة وتصنيف للمفاهيم وعلاقاتها، لمجال اهتمام معين .

في سبعينيات القرن العشرين، طور جي إم نيسن طريقة "تحليل معلومات اللغة الطبيعية" (NIAM)، وطورها في الثمانينيات بالتعاون مع تيري هالبين في النمذجة الموضوعية للدور (ORM). ومع ذلك، كانت أطروحة الدكتوراه التي قدمها تيري هالبين عام 1989 هي التي خلقت الأساس الرسمي الذي يستند إليه النمذجة الموضوعية للدور.

في كتابه " البيانات والواقع" الصادر عام 1978، قارن بيل كينت ^[11] نموذج البيانات بخريطة إقليم، مؤكدًا أنه في العالم الحقيقي، "لا يتم طلاء الطرق السريعة باللون الأحمر، ولا توجد خطوط مقاطعات في الأنهار، ولا يمكنك رؤية خطوط الكنتور على الجبل". وعلى النقيض من الباحثين الآخرين الذين حاولوا إنشاء نماذج نظيفة وأنيقة رياضيًا، أكد كينت على الفوضى الأساسية في العالم الحقيقي، ومهمة مصمم نموذج البيانات في خلق النظام من الفوضى دون تشويه الحقيقة بشكل مفرط.

في ثمانينيات القرن العشرين، وفقًا لـ Jan L. Harrington (2000)، "أدى تطوير نموذج التوجه نحو الكائنات إلى تغيير أساسي في الطريقة التي ننظر بها إلى البيانات والإجراءات التي تعمل على البيانات. تقليديًا، تم تخزين البيانات والإجراءات بشكل منفصل: البيانات وعلاقتها في قاعدة بيانات، والإجراءات في برنامج تطبيقي. ومع ذلك، فإن التوجه نحو الكائنات يجمع بين إجراءات الكيان وبياناته." ^[12]

خلال أوائل تسعينيات القرن العشرين، واصل ثلاثة علماء رياضيات هولنديين، وهم جويدو باكيما، وهارم فان دير ليك، وجان بيتر زوارت، تطوير عمل جي إم نيسن . وركزوا بشكل أكبر على جزء الاتصال من الدلالات. وفي عام 1997، قاموا بإضفاء الطابع الرسمي على طريقة نمذجة المعلومات الموجهة بالكامل نحو الاتصال FCO-IM .

نموذج قاعدة البيانات هو مواصفة تصف كيفية هيكلة قاعدة البيانات واستخدامها.

وقد تم اقتراح العديد من هذه النماذج. وتشمل النماذج الشائعة ما يلي:

نموذج مسطح

قد لا يكون هذا مؤهلاً بشكل صارم باعتباره نموذج بيانات. يتكون النموذج المسطح (أو الجدولي) من مجموعة ثنائية الأبعاد من عناصر البيانات، حيث يُفترض أن تكون جميع عناصر العمود المحدد ذات قيم متشابهة، ويُفترض أن تكون جميع عناصر الصف مرتبطة ببعضها البعض.

النموذج الهرمي

النموذج الهرمي مشابه للنموذج الشبكي باستثناء أن الروابط في النموذج الهرمي تشكل بنية شجرة، بينما يسمح النموذج الشبكي برسم بياني تعسفي.

نموذج الشبكة

ينظم هذا النموذج البيانات باستخدام بنيتين أساسيتين، تسمى السجلات والمجموعات. تحتوي السجلات على حقول، وتحدد المجموعات علاقات من واحد إلى كثير بين السجلات: مالك واحد، والعديد من الأعضاء. نموذج بيانات الشبكة هو تجريد لمفهوم التصميم المستخدم في تنفيذ قواعد البيانات.

نموذج علائقي

نموذج قاعدة بيانات يعتمد على منطق التنبؤ من الدرجة الأولى. وتتلخص فكرته الأساسية في وصف قاعدة البيانات كمجموعة من التنبؤات على مجموعة محدودة من متغيرات التنبؤ، ووصف القيود المفروضة على القيم الممكنة ومجموعات القيم. وتكمن قوة نموذج البيانات العلائقية في أسسه الرياضية ونموذجه البسيط على مستوى المستخدم.

نموذج العلاقة بين الكائن والموضوع

على غرار نموذج قاعدة البيانات العلائقية، إلا أن الكائنات والفئات والوراثة مدعومة بشكل مباشر في مخططات قاعدة البيانات وفي لغة الاستعلام.

نمذجة الدور الموضوعي

طريقة لنمذجة البيانات تم تعريفها على أنها "خالية من السمات" و"تعتمد على الحقائق". والنتيجة هي نظام صحيح يمكن التحقق منه، ويمكن استخلاص قطع أثرية أخرى شائعة منه، مثل ERD وUML والنماذج الدلالية. يتم وصف الارتباطات بين كائنات البيانات أثناء إجراء تصميم قاعدة البيانات، بحيث يكون التطبيع نتيجة حتمية للعملية.

مخطط النجمة

أبسط نمط لمخطط مستودع البيانات. يتكون مخطط النجمة من عدد قليل من "جداول الحقائق" (ربما جدول واحد فقط، مما يبرر الاسم) يشير إلى أي عدد من "جداول الأبعاد". يعتبر مخطط النجمة حالة خاصة مهمة لمخطط ندفة الثلج .

• 
  نموذج مسطح
• 
  النموذج الهرمي
• 
  نموذج الشبكة
• 
  نموذج علائقي
• 
  نموذج موجه نحو المفاهيم
• 
  مخطط النجمة

مخطط هيكل البيانات (DSD) هو مخطط ونموذج بيانات يستخدم لوصف نماذج البيانات المفاهيمية من خلال توفير تدوينات رسومية توثق الكيانات وعلاقاتها والقيود التي تربطها. العناصر الرسومية الأساسية لـ DSDs هي المربعات التي تمثل الكيانات والسهام التي تمثل العلاقات . مخططات هيكل البيانات مفيدة للغاية لتوثيق كيانات البيانات المعقدة.

تعتبر مخططات بنية البيانات امتدادًا لنموذج الكيان والعلاقة (ER model). في مخططات بنية البيانات، يتم تحديد السمات داخل مربعات الكيان وليس خارجها، بينما يتم رسم العلاقات كمربعات مكونة من سمات تحدد القيود التي تربط الكيانات ببعضها البعض. تختلف مخططات بنية البيانات عن نموذج الكيان والعلاقة في أن نموذج الكيان والعلاقة يركز على العلاقات بين الكيانات المختلفة، بينما تركز مخططات بنية البيانات على علاقات العناصر داخل الكيان وتمكن المستخدمين من رؤية الروابط والعلاقات بين كل كيان بشكل كامل.

هناك عدة أنماط لتمثيل مخططات هياكل البيانات، مع اختلاف ملحوظ في طريقة تعريف عدد العناصر . الخيارات هي بين رؤوس الأسهم، أو رؤوس الأسهم المقلوبة ( أقدام الغراب )، أو التمثيل العددي لعدد العناصر.

يمكن استخدام نموذج الكيان-العلاقة (ERM)، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم مخطط الكيان-العلاقة (ERD)، لتمثيل نموذج بيانات مفاهيمي تجريدي (أو نموذج بيانات دلالي أو نموذج بيانات مادي) يستخدم في هندسة البرمجيات لتمثيل البيانات المنظمة. هناك العديد من التدوينات المستخدمة في نماذج الكيان-العلاقة. ومثلها كمثل مخطط الكيان-العلاقة، يتم تحديد السمات داخل مربعات الكيان وليس خارجها، بينما يتم رسم العلاقات كخطوط، مع قيود العلاقة كأوصاف على الخط. يمكن أن يصبح نموذج الكيان-العلاقة، على الرغم من قوته، مرهقًا بصريًا عند تمثيل الكيانات ذات السمات المتعددة.

توجد عدة أنماط لتمثيل مخططات هياكل البيانات، مع وجود اختلاف ملحوظ في طريقة تعريف عدد العناصر. والاختيارات المتاحة هي بين رؤوس الأسهم، أو رؤوس الأسهم المقلوبة (أقدام الغراب)، أو التمثيل العددي لعدد العناصر.

نموذج البيانات في أنظمة المعلومات الجغرافية هو بنية رياضية لتمثيل الكائنات أو الأسطح الجغرافية كبيانات. على سبيل المثال،

• يمثل نموذج بيانات المتجه الجغرافيا على هيئة نقاط وخطوط ومضلعات
• يمثل نموذج البيانات النقطية الجغرافيا كمصفوفات خلايا تخزن القيم الرقمية؛
• ويمثل نموذج بيانات الشبكة غير المنتظمة المثلثية ( TIN) الجغرافيا كمجموعات من المثلثات المتجاورة غير المتداخلة. ^[14]

• 
  ترتبط المجموعات بعملية إنشاء الخريطة ^[15]
• 
  تطبيقات نموذج بيانات NGMDB ^[15]
• 
  قواعد بيانات NGMDB مرتبطة ببعضها البعض ^[15]
• 
  تمثيل معلومات الخريطة ثلاثية الأبعاد ^[15]

إن نماذج البيانات العامة هي عبارة عن تعميمات لنماذج البيانات التقليدية. وهي تحدد أنواع العلاقات العامة القياسية، إلى جانب أنواع الأشياء التي قد تكون مرتبطة بنوع العلاقة هذا. ويتم تطوير نماذج البيانات العامة كنهج لحل بعض أوجه القصور في نماذج البيانات التقليدية. على سبيل المثال، عادةً ما ينتج مصممو النماذج المختلفة نماذج بيانات تقليدية مختلفة لنفس المجال. وقد يؤدي هذا إلى صعوبة في الجمع بين نماذج الأشخاص المختلفين ويشكل عقبة أمام تبادل البيانات وتكاملها. ومع ذلك، فإن هذا الاختلاف يُعزى دائمًا إلى مستويات مختلفة من التجريد في النماذج والاختلافات في أنواع الحقائق التي يمكن تمثيلها (قدرات التعبير الدلالي للنماذج). يحتاج مصممو النماذج إلى التواصل والاتفاق على عناصر معينة يجب تقديمها بشكل أكثر تحديدًا، من أجل جعل الاختلافات أقل أهمية.

نموذج البيانات الدلالي في هندسة البرمجيات هو تقنية لتحديد معنى البيانات في سياق علاقاتها المتبادلة مع البيانات الأخرى. نموذج البيانات الدلالي هو تجريد يحدد كيفية ارتباط الرموز المخزنة بالعالم الحقيقي. ^[13] يُطلق على نموذج البيانات الدلالي أحيانًا نموذج البيانات المفاهيمي .

لا يمكن للبنية المنطقية للبيانات في نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS)، سواء كانت هرمية أو شبكية أو علائقية ، أن تلبي تمامًا متطلبات التعريف المفاهيمي للبيانات لأنها محدودة النطاق ومنحازة نحو استراتيجية التنفيذ التي يستخدمها نظام إدارة قواعد البيانات. لذلك، أدت الحاجة إلى تعريف البيانات من منظور مفاهيمي إلى تطوير تقنيات نمذجة البيانات الدلالية. أي تقنيات لتحديد معنى البيانات في سياق علاقاتها المتبادلة مع البيانات الأخرى. كما هو موضح في الشكل. يتم تعريف العالم الحقيقي، من حيث الموارد والأفكار والأحداث وما إلى ذلك، رمزيًا داخل مخازن البيانات المادية. نموذج البيانات الدلالية هو تجريد يحدد كيفية ارتباط الرموز المخزنة بالعالم الحقيقي. وبالتالي، يجب أن يكون النموذج تمثيلًا حقيقيًا للعالم الحقيقي. ^[13]

هندسة البيانات هي تصميم البيانات لاستخدامها في تحديد الحالة المستهدفة والتخطيط اللاحق اللازم للوصول إلى الحالة المستهدفة. وهي عادةً واحدة من العديد من مجالات الهندسة التي تشكل ركائز هندسة المؤسسة أو هندسة الحلول .

يصف هيكل البيانات هياكل البيانات التي تستخدمها الشركات و/أو تطبيقاتها. هناك أوصاف للبيانات المخزنة والبيانات المتحركة؛ وأوصاف لمخازن البيانات ومجموعات البيانات وعناصر البيانات؛ وتعيينات لعناصر البيانات هذه لخصائص البيانات والتطبيقات والمواقع وما إلى ذلك.

يعد هندسة البيانات أمرًا ضروريًا لتحقيق الحالة المستهدفة، حيث تصف كيفية معالجة البيانات وتخزينها واستخدامها في نظام معين. كما توفر معايير لعمليات معالجة البيانات التي تجعل من الممكن تصميم تدفقات البيانات والتحكم في تدفق البيانات في النظام.

نمذجة البيانات في هندسة البرمجيات هي عملية إنشاء نموذج بيانات من خلال تطبيق أوصاف نموذج البيانات الرسمية باستخدام تقنيات نمذجة البيانات. نمذجة البيانات هي تقنية لتحديد متطلبات العمل لقاعدة البيانات. يطلق عليها أحيانًا نمذجة قاعدة البيانات لأن نموذج البيانات يتم تنفيذه في النهاية في قاعدة البيانات. ^[16]

يوضح الشكل الطريقة التي يتم بها تطوير نماذج البيانات واستخدامها اليوم. يتم تطوير نموذج البيانات المفاهيمي بناءً على متطلبات البيانات للتطبيق الذي يتم تطويره، ربما في سياق نموذج النشاط . يتكون نموذج البيانات عادةً من أنواع الكيانات والسمات والعلاقات وقواعد النزاهة وتعريفات تلك الكائنات. يتم استخدام هذا بعد ذلك كنقطة بداية لتصميم الواجهة أو قاعدة البيانات . ^[5]

بعض الخصائص المهمة للبيانات التي يجب تلبية متطلباتها هي:

• الخصائص المتعلقة بالتعريف ^[5]
  • الأهمية : مدى فائدة البيانات في سياق عملك.
  • الوضوح : توفر تعريف واضح ومشترك للبيانات.
  • الاتساق : توافق نفس نوع البيانات من مصادر مختلفة.
• خصائص متعلقة بالمحتوى
  • التوقيت : مدى توفر البيانات في الوقت المطلوب ومدى حداثة تلك البيانات.
  • الدقة : مدى قرب البيانات من الحقيقة.
• الخصائص المتعلقة بكل من التعريف والمحتوى
  • الاكتمال : ما مقدار البيانات المطلوبة المتاحة.
  • إمكانية الوصول : أين وكيف ولمن تكون البيانات متاحة أو غير متاحة (على سبيل المثال الأمان).
  • التكلفة : التكلفة التي يتم تكبدها في الحصول على البيانات وجعلها متاحة للاستخدام.

يصف نوع آخر من نماذج البيانات كيفية تنظيم البيانات باستخدام نظام إدارة قاعدة البيانات أو تقنية إدارة البيانات الأخرى. يصف، على سبيل المثال، الجداول والأعمدة العلائقية أو الفئات والسمات الموجهة للكائنات. يُشار إلى مثل هذا النموذج من البيانات أحيانًا باسم نموذج البيانات المادي ، ولكن في بنية المخططات الثلاثة الأصلية ANSI، يُطلق عليه "المنطقي". في هذه البنية، يصف النموذج المادي وسائط التخزين (الأسطوانات والمسارات ومساحات الجداول). من الناحية المثالية، يتم اشتقاق هذا النموذج من نموذج البيانات الأكثر مفاهيمية الموصوف أعلاه. ومع ذلك، قد يختلف في مراعاة القيود مثل سعة المعالجة وأنماط الاستخدام.

في حين أن تحليل البيانات هو مصطلح شائع لنمذجة البيانات، فإن هذا النشاط في الواقع يشترك في الكثير مع أفكار وطرق التركيب (استنتاج المفاهيم العامة من حالات معينة) أكثر من ارتباطه بالتحليل ( تحديد المفاهيم المكونة من مفاهيم أكثر عمومية). { من المفترض أننا نطلق على أنفسنا محللي أنظمة لأنه لا يمكن لأحد أن يقول مُركِّبو أنظمة . } تسعى نمذجة البيانات إلى جمع هياكل البيانات ذات الاهتمام معًا في كل متماسك لا ينفصل عن طريق القضاء على التكرارات غير الضرورية في البيانات وربط هياكل البيانات بالعلاقات .

هناك نهج مختلف يتمثل في استخدام أنظمة تكيفية مثل الشبكات العصبية الاصطناعية التي يمكنها إنشاء نماذج ضمنية للبيانات بشكل مستقل.

بنية البيانات هي طريقة لتخزين البيانات في الكمبيوتر بحيث يمكن استخدامها بكفاءة. إنها عبارة عن تنظيم للمفاهيم الرياضية والمنطقية للبيانات. غالبًا ما تسمح بنية البيانات المختارة بعناية باستخدام الخوارزمية الأكثر كفاءة . غالبًا ما يبدأ اختيار بنية البيانات من اختيار نوع البيانات المجردة .

يصف نموذج البيانات بنية البيانات داخل مجال معين، وبالتالي البنية الأساسية لهذا المجال نفسه. وهذا يعني أن نموذج البيانات يحدد في الواقع قواعد نحوية مخصصة للغة اصطناعية مخصصة لهذا المجال. يمثل نموذج البيانات فئات الكيانات (أنواع الأشياء) التي ترغب الشركة في الاحتفاظ بمعلومات عنها، وسمات هذه المعلومات، والعلاقات بين هذه الكيانات والعلاقات (الضمنية غالبًا) بين هذه السمات. يصف النموذج تنظيم البيانات إلى حد ما بغض النظر عن كيفية تمثيل البيانات في نظام الكمبيوتر.

يمكن أن تكون الكيانات التي يمثلها نموذج البيانات كيانات ملموسة، ولكن النماذج التي تتضمن مثل هذه الفئات الملموسة من الكيانات تميل إلى التغير بمرور الوقت. غالبًا ما تحدد نماذج البيانات القوية تجريدات مثل هذه الكيانات. على سبيل المثال، قد يتضمن نموذج البيانات فئة كيان تسمى "الشخص"، تمثل جميع الأشخاص الذين يتفاعلون مع مؤسسة. عادةً ما تكون فئة الكيان المجردة هذه أكثر ملاءمة من تلك التي تسمى "البائع" أو "الموظف"، والتي تحدد الأدوار المحددة التي يلعبها هؤلاء الأشخاص.

• 
  مصفوفة
• 
  جدول التجزئة
• 
  القائمة المرتبطة
• 
  المكدس (هيكل البيانات)

يمكن أن يكون لمصطلح نموذج البيانات معنيين: ^[17]

1. نظرية نموذج البيانات ، أي وصف رسمي لكيفية هيكلة البيانات والوصول إليها.
2. مثال لنموذج البيانات ، أي تطبيق نظرية نموذج البيانات لإنشاء مثال لنموذج البيانات العملي لتطبيق معين.

تتكون نظرية نموذج البيانات من ثلاثة مكونات رئيسية: ^[17]

• الجزء الهيكلي: مجموعة من هياكل البيانات التي تستخدم لإنشاء قواعد بيانات تمثل الكيانات أو الكائنات التي تم نمذجتها بواسطة قاعدة البيانات.
• الجزء الخاص بالسلامة: مجموعة من القواعد التي تحكم القيود المفروضة على هياكل البيانات هذه لضمان السلامة البنيوية.
• الجزء المتعلق بالتلاعب: مجموعة من المشغلات التي يمكن تطبيقها على هياكل البيانات، لتحديث البيانات الموجودة في قاعدة البيانات والاستعلام عنها.

على سبيل المثال، في النموذج العلائقي ، يعتمد الجزء البنيوي على مفهوم معدّل للعلاقة الرياضية ؛ يتم التعبير عن جزء التكامل باستخدام المنطق من الدرجة الأولى ويتم التعبير عن جزء التلاعب باستخدام الجبر العلائقي وحساب التفاضل والتكامل وحساب المجال .

يتم إنشاء نموذج بيانات من خلال تطبيق نظرية نموذج البيانات. يتم ذلك عادةً لحل بعض متطلبات المؤسسة التجارية. يتم عادةً التقاط متطلبات العمل بواسطة نموذج بيانات منطقي دلالي . يتم تحويل هذا إلى نموذج بيانات مادي يتم من خلاله إنشاء قاعدة بيانات مادية. على سبيل المثال، قد يستخدم مُصمم نموذج البيانات أداة نمذجة البيانات لإنشاء نموذج كيان-علاقة لمستودع البيانات المؤسسي لبعض المؤسسات التجارية. يتم تحويل هذا النموذج إلى نموذج علائقي ، والذي بدوره يولد قاعدة بيانات علائقية .

الأنماط ^[18] هي هياكل نمذجة بيانات شائعة تحدث في العديد من نماذج البيانات.

مخطط تدفق البيانات (DFD) هو تمثيل رسومي لـ "تدفق" البيانات عبر نظام المعلومات . وهو يختلف عن مخطط التدفق لأنه يوضح تدفق البيانات بدلاً من تدفق التحكم في البرنامج. يمكن أيضًا استخدام مخطط تدفق البيانات لتصور معالجة البيانات ( التصميم المنظم). تم اختراع مخططات تدفق البيانات بواسطة لاري كونستانتين ، المطور الأصلي للتصميم المنظم، ^[20] بناءً على نموذج "رسم تدفق البيانات" للحوسبة لمارتن وإسترين.

من الشائع رسم مخطط تدفق البيانات على مستوى السياق أولاً، والذي يوضح التفاعل بين النظام والكيانات الخارجية. تم تصميم مخطط تدفق البيانات لإظهار كيفية تقسيم النظام إلى أجزاء أصغر وتسليط الضوء على تدفق البيانات بين تلك الأجزاء. ثم يتم "تقسيم" مخطط تدفق البيانات على مستوى السياق هذا لإظهار المزيد من التفاصيل حول النظام الذي يتم نمذجته

نموذج المعلومات ليس نوعًا من نماذج البيانات، ولكنه نموذج بديل إلى حد ما. في مجال هندسة البرمجيات، يمكن أن يكون كل من نموذج البيانات ونموذج المعلومات عبارة عن تمثيلات مجردة ورسمية لأنواع الكيانات التي تتضمن خصائصها وعلاقاتها والعمليات التي يمكن إجراؤها عليها. قد تكون أنواع الكيانات في النموذج عبارة عن أنواع من الكائنات في العالم الحقيقي، مثل الأجهزة الموجودة في الشبكة، أو قد تكون مجردة بحد ذاتها، مثل الكيانات المستخدمة في نظام الفوترة. تُستخدم عادةً لنمذجة مجال مقيد يمكن وصفه بمجموعة مغلقة من أنواع الكيانات والخصائص والعلاقات والعمليات.

وفقًا لـ Lee (1999) ^{[21]، فإن} نموذج المعلومات هو تمثيل للمفاهيم والعلاقات والقيود والقواعد والعمليات لتحديد دلالات البيانات لمجال مختار من الخطاب. ويمكنه توفير بنية قابلة للمشاركة ومستقرة ومنظمة لمتطلبات المعلومات لسياق المجال. ^[21] وبشكل عام، يُستخدم مصطلح نموذج المعلومات لنماذج الأشياء الفردية، مثل المرافق والمباني ومصانع العمليات وما إلى ذلك. وفي هذه الحالات، يتخصص المفهوم في نموذج معلومات المنشأة ونموذج معلومات المبنى ونموذج معلومات المصنع وما إلى ذلك. مثل هذا النموذج المعلوماتي هو دمج لنموذج المنشأة مع البيانات والوثائق المتعلقة بالمنشأة.

يوفر نموذج المعلومات شكلية لوصف مجال المشكلة دون تقييد كيفية تعيين هذا الوصف إلى تنفيذ فعلي في البرنامج. قد يكون هناك العديد من التعيينات لنموذج المعلومات. تسمى هذه التعيينات نماذج البيانات، بغض النظر عما إذا كانت نماذج كائنية (على سبيل المثال باستخدام UML ) أو نماذج كيان-علاقة أو مخططات XML .

نموذج الكائن في علوم الكمبيوتر هو مجموعة من الكائنات أو الفئات التي يمكن من خلالها لبرنامج فحص ومعالجة بعض الأجزاء المحددة من عالمه. بعبارة أخرى، الواجهة الموجهة للكائنات لبعض الخدمات أو الأنظمة. ويقال إن هذه الواجهة هي نموذج الكائن للخدمة أو النظام الممثل. على سبيل المثال، نموذج كائن المستند (DOM) [1] هو مجموعة من الكائنات التي تمثل صفحة في متصفح الويب ، وتستخدمها برامج النصوص لفحص الصفحة وتغييرها ديناميكيًا. يوجد نموذج كائن Microsoft Excel ^[22] للتحكم في Microsoft Excel من برنامج آخر، وبرنامج تشغيل تلسكوب ASCOM ^[23] هو نموذج كائن للتحكم في تلسكوب فلكي.

في الحوسبة، يحمل مصطلح نموذج الكائن معنى ثانيًا مميزًا للخصائص العامة للكائنات في لغة برمجة كمبيوتر معينة أو تقنية أو تدوين أو منهجية تستخدمها. على سبيل المثال، نموذج كائن Java أو نموذج كائن COM أو نموذج كائن OMT. عادةً ما يتم تعريف نماذج الكائنات هذه باستخدام مفاهيم مثل الفئة والرسالة والوراثة والتعدد الأشكال والتغليف . هناك أدبيات واسعة النطاق حول نماذج الكائنات الرسمية كمجموعة فرعية من الدلالات الرسمية للغات البرمجة .

النمذجة الكائنية والدورية (ORM) هي طريقة للنمذجة المفاهيمية ، ويمكن استخدامها كأداة لتحليل المعلومات والقواعد. ^[25]

النمذجة الكائنية للأدوار هي طريقة قائمة على الحقائق لإجراء تحليل الأنظمة على المستوى المفاهيمي. تعتمد جودة تطبيق قاعدة البيانات بشكل حاسم على تصميمه. للمساعدة في ضمان الدقة والوضوح والقدرة على التكيف والإنتاجية، من الأفضل تحديد أنظمة المعلومات أولاً على المستوى المفاهيمي، باستخدام المفاهيم واللغة التي يمكن للناس فهمها بسهولة.

قد يتضمن التصميم المفاهيمي بيانات، وعمليات، ومنظورات سلوكية، وقد يعتمد نظام إدارة قواعد البيانات الفعلي المستخدم لتنفيذ التصميم على أحد العديد من نماذج البيانات المنطقية (العلائقية، والهرمية، والشبكية، والموجهة نحو الكائنات، وما إلى ذلك). ^[26]

لغة النمذجة الموحدة (UML) هي لغة نمذجة عامة موحدة في مجال هندسة البرمجيات . وهي لغة رسومية لتصور وتحديد وإنشاء وتوثيق عناصر نظام كثيف البرمجيات. تقدم لغة النمذجة الموحدة طريقة قياسية لكتابة مخططات النظام، بما في ذلك: ^[27]

• الأشياء المفاهيمية مثل العمليات التجارية ووظائف النظام
• الأشياء الملموسة مثل عبارات لغة البرمجة ، ومخططات قواعد البيانات، و
• مكونات البرامج القابلة لإعادة الاستخدام .

يقدم UML مزيجًا من النماذج الوظيفية ونماذج البيانات ونماذج قواعد البيانات .

• نموذج عملية الأعمال
• نموذج بيانات الهندسة المعمارية الأساسية
• نموذج البيانات المشترك ، أي نموذج بيانات موحد
• نظام جمع البيانات
• قاموس البيانات
• لغة وصف تنسيق البيانات (DFDL)
• قاعدة بيانات توزيعية-علائقية
• جيه سي 3 آي إي دي إم
• نموذج العملية

• ديفيد سي هاي (1996). أنماط نموذج البيانات: اتفاقيات الفكر . نيويورك: دار نشر دورست هاوس.
• لين سيلفرستون (2001). كتاب موارد نموذج البيانات، المجلد 1/2. جون وايلي وأولاده.
• لين سيلفرستون وبول أجنو (2008). كتاب موارد نموذج البيانات: الأنماط العالمية لنمذجة البيانات المجلد 3. جون وايلي وأولاده.
• ماثيو ويست (2011) تطوير نماذج بيانات عالية الجودة مورجان كوفمان