نموذج البيانات

يتمثل الهدف الرئيسي لنماذج البيانات في دعم تطوير نظم المعلومات من خلال توفير تعريف البيانات وتنسيقها. ووفقًا لويست وفاولر (1999)، "إذا تم ذلك بشكل متسق عبر الأنظمة، يُمكن تحقيق توافق البيانات. فإذا استُخدمت هياكل البيانات نفسها لتخزين البيانات والوصول إليها، يُمكن للتطبيقات المختلفة مشاركة البيانات. وقد ذُكرت نتائج ذلك أعلاه. مع ذلك، غالبًا ما تكون تكلفة بناء الأنظمة والواجهات وتشغيلها وصيانتها أعلى من اللازم. وقد تُقيّد هذه الأنظمة العمل بدلًا من دعمه. ومن الأسباب الرئيسية لذلك تدني جودة نماذج البيانات المُطبقة في الأنظمة والواجهات". ^{[ 5 ]}

• "غالباً ما تكون قواعد العمل، الخاصة بكيفية إنجاز الأمور في مكان معين، ثابتة في بنية نموذج البيانات. وهذا يعني أن التغييرات الطفيفة في طريقة إدارة الأعمال تؤدي إلى تغييرات كبيرة في أنظمة الحاسوب وواجهاتها". ^{[ 5 ]}
• "غالباً ما لا يتم تحديد أنواع الكيانات، أو يتم تحديدها بشكل غير صحيح. وهذا قد يؤدي إلى تكرار البيانات وهيكل البيانات والوظائف، بالإضافة إلى التكاليف المصاحبة لهذا التكرار في التطوير والصيانة". ^{[ 5 ]}
• "تختلف نماذج البيانات للأنظمة المختلفة اختلافًا كبيرًا. ونتيجة لذلك، يلزم وجود 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 إلكترونياً مع العملاء والموردين، لأن بنية البيانات ومعناها لم يتم توحيدها. على سبيل المثال، لا تزال بيانات التصميم الهندسي ورسومات مصانع المعالجة تُتبادل أحياناً على الورق. ^{[ 5 ]}

يعود سبب هذه المشاكل إلى غياب المعايير التي تضمن أن تلبي نماذج البيانات احتياجات العمل وأن تكون متسقة. ^{[ 5 ]}

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

قد يكون نموذج البيانات أحد الأنواع الثلاثة وفقًا لمعيار ANSI في عام 1975: ^{[ 6 ]}

1. نموذج البيانات المفاهيمي : يصف دلالات مجال معين، وهو نطاق النموذج. على سبيل المثال، قد يكون نموذجًا لمجال اهتمام منظمة أو قطاع صناعي. يتكون هذا النموذج من فئات كيانات، تمثل أنواع الأشياء ذات الأهمية في المجال، وتأكيدات علاقات حول الارتباطات بين أزواج فئات الكيانات. يحدد المخطط المفاهيمي أنواع الحقائق أو القضايا التي يمكن التعبير عنها باستخدام النموذج. وبهذا المعنى، فهو يُعرّف التعبيرات المسموح بها في "لغة" اصطناعية بنطاق محدود بنطاق النموذج.
2. نموذج البيانات المنطقي : يصف الدلالات، كما تمثلها تقنية معينة لمعالجة البيانات. ويتضمن ذلك أوصافًا للجداول والأعمدة، والفئات الموجهة للكائنات، ووسوم XML، من بين أمور أخرى.
3. نموذج البيانات المادي : يصف الوسائل المادية التي يتم من خلالها تخزين البيانات. ويتعلق هذا النموذج بالأقسام، ووحدات المعالجة المركزية، ومساحات الجداول، وما شابه ذلك.

تكمن أهمية هذا النهج، وفقًا لمعايير ANSI، في أنه يسمح للمنظورات الثلاثة بأن تكون مستقلة نسبيًا عن بعضها البعض. يمكن لتقنية التخزين أن تتغير دون التأثير على النموذج المنطقي أو النموذج المفاهيمي. كما يمكن لبنية الجدول/العمود أن تتغير دون التأثير (بالضرورة) على النموذج المفاهيمي. في كل حالة، يجب أن تظل البنى متسقة مع النموذج الآخر. قد تختلف بنية الجدول/العمود عن الترجمة المباشرة لفئات الكيانات وخصائصها، ولكن يجب أن تحقق في النهاية أهداف بنية فئة الكيان المفاهيمية. تركز المراحل المبكرة للعديد من مشاريع تطوير البرمجيات على تصميم نموذج بيانات مفاهيمي . يمكن تفصيل هذا التصميم في نموذج بيانات منطقي . في المراحل اللاحقة، يمكن ترجمة هذا النموذج إلى نموذج بيانات فعلي . ومع ذلك، من الممكن أيضًا تنفيذ نموذج مفاهيمي بشكل مباشر.

نموذج قاعدة البيانات هو عبارة عن مواصفات تصف كيفية هيكلة قاعدة البيانات واستخدامها.

تم اقتراح العديد من هذه النماذج. ومن النماذج الشائعة ما يلي:

نموذج مسطح

قد لا يُعتبر هذا نموذج بيانات بالمعنى الدقيق. يتكون النموذج المسطح (أو نموذج الجدول) من مصفوفة ثنائية الأبعاد واحدة من عناصر البيانات، حيث يُفترض أن جميع عناصر العمود الواحد لها قيم متشابهة، وأن جميع عناصر الصف الواحد مرتبطة ببعضها البعض.

النموذج الهرمي

إن النموذج الهرمي مشابه لنموذج الشبكة باستثناء أن الروابط في النموذج الهرمي تشكل بنية شجرية، بينما يسمح نموذج الشبكة برسم بياني عشوائي.

نموذج الشبكة

يُنظّم نموذج الشبكة ، أو نموذج الرسم البياني ، البيانات باستخدام بنيتين أساسيتين: السجلات والمجموعات. تحتوي السجلات (أو العُقد) على حقول (أي سمات)، بينما تُحدّد المجموعات (أو الحواف) علاقات واحد إلى متعدد، ومتعدد إلى متعدد، ومتعدد إلى واحد بين السجلات: مالك واحد، وأعضاء متعددون. يُعدّ نموذج بيانات الشبكة تجريدًا لمفهوم التصميم المُستخدم في تنفيذ قواعد البيانات. تُركّز نماذج الشبكة على الترابط، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تُعدّ فيها العلاقات بالغة الأهمية، مثل الشبكات الاجتماعية وأنظمة التوصية. يُتيح هذا الهيكل الاستعلام الفعّال عن العلاقات دون الحاجة إلى عمليات ربط مُكلفة.

النموذج العلائقي

هو نموذج قاعدة بيانات قائم على منطق المسند من الدرجة الأولى. وتتمثل فكرته الأساسية في وصف قاعدة البيانات كمجموعة من المسندات على مجموعة محدودة من متغيرات المسند، مما يصف القيود المفروضة على القيم الممكنة وتوليفات القيم. تكمن قوة نموذج البيانات العلائقية في أسسه الرياضية وبساطة نموذج المستخدم.

نموذج العلاقات بين الكائنات

يشبه نموذج قاعدة البيانات العلائقية، ولكن يتم دعم الكائنات والفئات والوراثة بشكل مباشر في مخططات قاعدة البيانات وفي لغة الاستعلام.

نمذجة الكائن-الدور

أسلوب لنمذجة البيانات يُعرَّف بأنه "خالٍ من السمات" و"قائم على الحقائق". والنتيجة نظام صحيح قابل للتحقق، يمكن اشتقاق نماذج أخرى شائعة منه، مثل مخططات علاقات الكيانات (ERD) ولغة النمذجة الموحدة (UML) والنماذج الدلالية. تُوصَف العلاقات بين عناصر البيانات أثناء عملية تصميم قاعدة البيانات، بحيث يكون التطبيع نتيجة حتمية لهذه العملية.

مخطط النجوم

أبسط أنواع مخططات مستودعات البيانات. يتكون مخطط النجمة من عدد قليل من "جداول الحقائق" (ربما جدول واحد فقط، وهذا ما يبرر التسمية) تشير إلى أي عدد من "جداول الأبعاد". يُعتبر مخطط النجمة حالة خاصة مهمة من مخطط ندفة الثلج .

• 
  نموذج مسطح
• 
  النموذج الهرمي
• 
  نموذج الشبكة
• 
  النموذج العلائقي
• 
  نموذج موجه نحو المفاهيم
• 
  مخطط النجوم

مخطط بنية البيانات (DSD) هو رسم بياني ونموذج بيانات يُستخدم لوصف نماذج البيانات المفاهيمية من خلال توفير رموز بيانية توثق الكيانات وعلاقاتها ، والقيود التي تربطها. تتكون العناصر الرسومية الأساسية لمخططات بنية البيانات من مربعات تمثل الكيانات، وأسهم تمثل العلاقات . تُعد مخططات بنية البيانات مفيدة للغاية لتوثيق كيانات البيانات المعقدة.

تُعدّ مخططات بنية البيانات امتدادًا لنموذج الكيانات والعلاقات (نموذج ER). في مخططات بنية البيانات، تُحدد السمات داخل مربعات الكيانات بدلًا من خارجها، بينما تُرسَم العلاقات كمربعات مُكوّنة من سمات تُحدد القيود التي تربط الكيانات ببعضها. تختلف مخططات بنية البيانات عن نموذج ER في أن نموذج ER يُركز على العلاقات بين الكيانات المختلفة، بينما تُركز مخططات بنية البيانات على علاقات العناصر داخل الكيان الواحد، وتُمكّن المستخدمين من رؤية الروابط والعلاقات بين كل كيان بشكل كامل.

توجد عدة أنماط لتمثيل مخططات بنية البيانات، مع اختلاف ملحوظ في طريقة تحديد عدد العناصر . وتشمل الخيارات استخدام رؤوس الأسهم، أو رؤوس الأسهم المقلوبة ( أقدام الغراب )، أو التمثيل العددي لعدد العناصر.

يُستخدم نموذج الكيانات والعلاقات (ERM)، والذي يُشار إليه أحيانًا بمخطط الكيانات والعلاقات (ERD)، لتمثيل نموذج بيانات مفاهيمي مجرد (أو نموذج بيانات دلالي أو نموذج بيانات مادي) يُستخدم في هندسة البرمجيات لتمثيل البيانات المهيكلة. توجد عدة رموز تُستخدم في نماذج الكيانات والعلاقات. وكما هو الحال في مخططات البيانات، تُحدد السمات داخل مربعات الكيانات بدلاً من خارجها، بينما تُرسم العلاقات كخطوط، مع وضع قيود العلاقة كأوصاف على الخط. وعلى الرغم من متانة نموذج الكيانات والعلاقات، إلا أنه قد يصبح معقدًا بصريًا عند تمثيل كيانات ذات سمات متعددة.

توجد عدة أنماط لتمثيل مخططات بنية البيانات، مع اختلاف ملحوظ في طريقة تحديد عدد العناصر. وتتمثل الخيارات بين رؤوس الأسهم، أو رؤوس الأسهم المقلوبة (أقدام الغراب)، أو التمثيل العددي لعدد العناصر.

نموذج البيانات في نظم المعلومات الجغرافية هو بناء رياضي لتمثيل الكائنات أو الأسطح الجغرافية كبيانات. على سبيل المثال،

• يمثل نموذج بيانات المتجهات الجغرافيا على شكل نقاط وخطوط ومضلعات
• يمثل نموذج بيانات الراستر الجغرافيا على شكل مصفوفات خلايا تخزن القيم العددية؛
• ويمثل نموذج بيانات الشبكة المثلثية غير المنتظمة (TIN) الجغرافيا كمجموعات من المثلثات المتجاورة وغير المتداخلة. ^{[ 14 ]}

• 
  تتعلق المجموعات بعملية صنع الخريطة ^{[ 15 ]}
• 
  تطبيقات نموذج بيانات NGMDB ^{[ 15 ]}
• 
  قواعد بيانات NGMDB المرتبطة ببعضها البعض ^{[ 15 ]}
• 
  تمثيل معلومات الخريطة ثلاثية الأبعاد ^{[ 15 ]}

تُعدّ نماذج البيانات العامة تعميمات لنماذج البيانات التقليدية. فهي تُعرّف أنواع علاقات عامة موحدة، بالإضافة إلى أنواع العناصر التي يمكن ربطها بهذا النوع من العلاقات. وقد طُوّرت نماذج البيانات العامة كنهجٍ لمعالجة بعض أوجه القصور في نماذج البيانات التقليدية. فعلى سبيل المثال، عادةً ما يُنتج مُصمّمو النماذج نماذج بيانات تقليدية مختلفة لنفس المجال. وهذا قد يُصعّب عملية دمج نماذجهم، ويُشكّل عائقًا أمام تبادل البيانات وتكاملها. ومع ذلك، يُعزى هذا الاختلاف في الغالب إلى اختلاف مستويات التجريد في النماذج، واختلاف أنواع الحقائق التي يُمكن تمثيلها (قدرات التعبير الدلالي للنماذج). ولتقليل أهمية هذه الاختلافات، يحتاج مُصمّمو النماذج إلى التواصل والاتفاق على عناصر مُحدّدة يتمّ عرضها بشكلٍ أكثر واقعية.

يُعدّ نموذج البيانات الدلالي في هندسة البرمجيات أسلوبًا لتحديد معنى البيانات في سياق علاقاتها المتبادلة مع البيانات الأخرى. وهو عبارة عن تجريد يُحدد كيفية ارتباط الرموز المخزنة بالعالم الحقيقي. ^{[ 13 ]} ويُطلق على نموذج البيانات الدلالي أحيانًا اسم نموذج البيانات المفاهيمي .

لا تستطيع بنية البيانات المنطقية لنظام إدارة قواعد البيانات (DBMS)، سواء كانت هرمية أو شبكية أو علائقية ، تلبية متطلبات التعريف المفاهيمي للبيانات بشكل كامل، نظرًا لمحدودية نطاقها وانحيازها لاستراتيجية التنفيذ التي يستخدمها نظام إدارة قواعد البيانات. ولذلك، أدت الحاجة إلى تعريف البيانات من منظور مفاهيمي إلى تطوير تقنيات نمذجة البيانات الدلالية. أي تقنيات تعريف معنى البيانات في سياق علاقاتها المتبادلة مع البيانات الأخرى. وكما هو موضح في الشكل، يُعرَّف العالم الحقيقي، من حيث الموارد والأفكار والأحداث، وما إلى ذلك، بشكل رمزي داخل مخازن البيانات المادية. نموذج البيانات الدلالي هو تجريد يحدد كيفية ارتباط الرموز المخزنة بالعالم الحقيقي. وبالتالي، يجب أن يكون النموذج تمثيلًا دقيقًا للعالم الحقيقي. ^{[ 13 ]}

هندسة البيانات هي تصميم البيانات لاستخدامها في تحديد الحالة المستهدفة والتخطيط اللاحق اللازم لتحقيقها. وهي عادةً ما تكون أحد مجالات الهندسة المعمارية العديدة التي تشكل ركائز هندسة المؤسسة أو هندسة الحلول .

تصف بنية البيانات هياكل البيانات التي تستخدمها المؤسسة و/أو تطبيقاتها. وتشمل هذه البنية وصفًا للبيانات المخزنة والبيانات المتداولة؛ ووصفًا لمخازن البيانات ومجموعات البيانات وعناصر البيانات؛ وربطًا بين هذه العناصر وخصائص البيانات والتطبيقات والمواقع، وما إلى ذلك.

يُعدّ تصميم بنية البيانات أساسياً لتحقيق الحالة المستهدفة، فهو يصف كيفية معالجة البيانات وتخزينها واستخدامها في نظام معين. كما يوفر معايير لعمليات معالجة البيانات التي تُمكّن من تصميم تدفقات البيانات والتحكم في تدفقها داخل النظام.

نمذجة البيانات في هندسة البرمجيات هي عملية إنشاء نموذج بيانات من خلال تطبيق أوصاف رسمية لنموذج البيانات باستخدام تقنيات نمذجة البيانات. تُعدّ نمذجة البيانات أسلوبًا لتحديد متطلبات العمل لقاعدة البيانات. ويُطلق عليها أحيانًا نمذجة قواعد البيانات لأن نموذج البيانات يُطبّق في النهاية داخل قاعدة البيانات. ^{[ 16 ]}

يوضح الشكل كيفية تطوير نماذج البيانات واستخدامها اليوم. يُطوَّر نموذج بيانات مفاهيمي بناءً على متطلبات البيانات للتطبيق قيد التطوير، ربما في سياق نموذج نشاط . يتكون نموذج البيانات عادةً من أنواع الكيانات، والخصائص، والعلاقات، وقواعد التكامل، وتعريفات تلك الكائنات. ثم يُستخدم هذا النموذج كنقطة انطلاق لتصميم واجهة المستخدم أو قاعدة البيانات . ^{[ 5 ]}

من أهم خصائص البيانات التي يجب استيفاء متطلباتها ما يلي:

• الخصائص المتعلقة بالتعريف ^{[ 5 ]}
  • الصلة : مدى فائدة البيانات فيما يتعلق بالغرض المقصود منها أو تطبيقها.
  • الوضوح : توافر تعريف واضح ومشترك للبيانات.
  • الاتساق : توافق نفس نوع البيانات من مصادر مختلفة.
• خصائص متعلقة بالمحتوى
  • التوقيت المناسب : مدى توفر البيانات في الوقت المطلوب ومدى حداثة تلك البيانات.
  • الدقة : مدى قرب البيانات من الحقيقة.
• خصائص متعلقة بكل من التعريف والمحتوى
  • الاكتمال : مقدار البيانات المطلوبة المتاحة.
  • إمكانية الوصول : أين وكيف ولمن تتوفر البيانات أو لا تتوفر (مثل الأمن).
  • التكلفة : التكلفة المتكبدة في الحصول على البيانات، وإتاحتها للاستخدام.

يصف نوع آخر من نماذج البيانات كيفية تنظيم البيانات باستخدام نظام إدارة قواعد البيانات أو أي تقنية أخرى لإدارة البيانات. فهو يصف، على سبيل المثال، الجداول والأعمدة العلائقية، أو الفئات والخصائص الموجهة للكائنات. يُشار إلى هذا النوع من نماذج البيانات أحيانًا باسم نموذج البيانات المادي ، ولكن في بنية ANSI الأصلية ذات المخططات الثلاثة، يُطلق عليه اسم "المنطقي". في تلك البنية، يصف النموذج المادي وسائط التخزين (الأسطوانات، والمسارات، ومساحات الجداول). من الناحية المثالية، يُشتق هذا النموذج من نموذج البيانات المفاهيمي الموصوف أعلاه. ومع ذلك، قد يختلف لمراعاة قيود مثل سعة المعالجة وأنماط الاستخدام.

على الرغم من أن تحليل البيانات مصطلح شائع لنمذجة البيانات، إلا أن هذا النشاط في الواقع أقرب إلى أفكار وأساليب التركيب (استنتاج المفاهيم العامة من حالات محددة) منه إلى التحليل (تحديد المفاهيم المكونة من مفاهيم أكثر عمومية). { من المفترض أننا نطلق على أنفسنا محللي أنظمة لأنه لا يمكن لأحد أن يقول مُركِّبي أنظمة . } تسعى نمذجة البيانات إلى دمج هياكل البيانات ذات الأهمية في وحدة متماسكة لا تتجزأ، وذلك عن طريق إزالة التكرارات غير الضرورية في البيانات وربط هياكل البيانات بالعلاقات .

ثمة 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 الحاسوب بحيث يمكن استخدامها بكفاءة. وهي عبارة عن تنظيم للمفاهيم الرياضية والمنطقية للبيانات. غالبًا ما تسمح بنية البيانات المختارة بعناية باستخدام الخوارزمية الأكثر كفاءة . ويبدأ اختيار بنية البيانات عادةً باختيار نوع بيانات مجرد .

يصف نموذج البيانات بنية البيانات ضمن مجال معين، وبالتالي، البنية الأساسية لهذا المجال نفسه. وهذا يعني أن نموذج البيانات يحدد في الواقع قواعد نحوية خاصة بلغة اصطناعية مخصصة لهذا المجال. يُمثل نموذج البيانات فئات الكيانات (أنواع الأشياء) التي ترغب الشركة في الاحتفاظ بمعلومات عنها، وخصائص تلك المعلومات، والعلاقات بين تلك الكيانات، والعلاقات (الضمنية غالبًا) بين تلك الخصائص. يصف النموذج تنظيم البيانات إلى حد ما بغض النظر عن كيفية تمثيل البيانات في نظام الحاسوب.

يمكن أن تكون الكيانات التي يمثلها نموذج البيانات كيانات مادية، لكن النماذج التي تتضمن فئات كيانات ملموسة كهذه تميل إلى التغير بمرور الوقت. غالبًا ما تحدد نماذج البيانات القوية تجريدات لهذه الكيانات. على سبيل المثال، قد يتضمن نموذج البيانات فئة كيان تُسمى "شخص"، تمثل جميع الأشخاص الذين يتفاعلون مع مؤسسة ما. عادةً ما تكون فئة الكيان المجردة هذه أكثر ملاءمة من فئات تُسمى "مورد" أو "موظف"، والتي تحدد أدوارًا محددة يؤديها هؤلاء الأشخاص.

• 
  المصفوفة
• 
  جدول التجزئة
• 
  قائمة مرتبطة
• 
  المكدس (هيكل البيانات)

يمكن أن يكون لمصطلح نموذج البيانات معنيان: ^{[ 17 ]}

1. نظرية نموذج البيانات ، أي وصف رسمي لكيفية تنظيم البيانات والوصول إليها.
2. مثال على نموذج البيانات ، أي تطبيق نظرية نموذج البيانات لإنشاء مثال عملي لنموذج البيانات 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 المتعلق بالسلامة: مجموعة من القواعد التي تحكم القيود المفروضة على هياكل البيانات هذه لضمان السلامة الهيكلية.
• الجزء الخاص بالمعالجة: مجموعة من العوامل التي يمكن تطبيقها على هياكل البيانات، لتحديث البيانات الموجودة في قاعدة البيانات والاستعلام عنها.

على سبيل المثال، في النموذج العلائقي ، يعتمد الجزء الهيكلي على مفهوم معدل للعلاقة الرياضية ؛ ويتم التعبير عن جزء التكامل في منطق الدرجة الأولى ويتم التعبير عن جزء المعالجة باستخدام الجبر العلائقي وحساب الصفوف وحساب المجال .

يتم إنشاء نموذج بيانات بتطبيق نظرية نماذج البيانات، وذلك عادةً لتلبية متطلبات مؤسسة تجارية. تُجسد هذه المتطلبات عادةً بنموذج بيانات منطقي دلالي ، ثم يُحوّل هذا النموذج إلى نموذج بيانات فعلي، ومنه تُنشأ قاعدة بيانات فعلية. على سبيل المثال، قد يستخدم مصمم نماذج البيانات أداةً لإنشاء نموذج علاقات الكيانات لمستودع بيانات المؤسسة. يُحوّل هذا النموذج إلى نموذج علائقي ، والذي بدوره يُنشئ قاعدة بيانات علائقية .

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

مخطط تدفق البيانات (DFD) هو تمثيل بياني لتدفق البيانات عبر نظام معلوماتي . ويختلف عن مخطط التدفق الانسيابي في كونه يُظهر تدفق البيانات بدلاً من تدفق التحكم في البرنامج. كما يُمكن استخدام مخطط تدفق البيانات لتصوير معالجة البيانات ( التصميم الهيكلي). وقد ابتكر لاري كونستانتين ، المطور الأصلي للتصميم الهيكلي، مخططات تدفق البيانات ^{[ 20 ]} استنادًا إلى نموذج "مخطط تدفق البيانات" الحسابي لمارتن وإسترين.

من الممارسات الشائعة رسم مخطط تدفق البيانات على مستوى السياق أولاً، والذي يوضح التفاعل بين النظام والكيانات الخارجية. يُصمم مخطط تدفق البيانات لإظهار كيفية تقسيم النظام إلى أجزاء أصغر، ولإبراز تدفق البيانات بين هذه الأجزاء. ثم يُفصّل مخطط تدفق البيانات على مستوى السياق لإظهار المزيد من التفاصيل حول النظام قيد النمذجة.

نموذج المعلومات ليس نوعًا من نماذج البيانات، بل هو نموذج بديل. في مجال هندسة البرمجيات، يُمكن أن يكون كل من نموذج البيانات ونموذج المعلومات تمثيلات مجردة ورسمية لأنواع الكيانات، تشمل خصائصها وعلاقاتها والعمليات التي يُمكن إجراؤها عليها. قد تكون أنواع الكيانات في النموذج كائنات من العالم الحقيقي، مثل الأجهزة في الشبكة، أو قد تكون مجردة، كما هو الحال في الكيانات المستخدمة في نظام الفوترة. عادةً ما تُستخدم هذه النماذج لنمذجة مجال مُقيد يُمكن وصفه بمجموعة مُغلقة من أنواع الكيانات وخصائصها وعلاقاتها وعملياتها.

بحسب لي (1999) ^{[ 21 ]،} فإن نموذج المعلومات هو تمثيل للمفاهيم والعلاقات والقيود والقواعد والعمليات لتحديد دلالات البيانات لمجال خطاب مُختار. ويمكنه توفير بنية قابلة للمشاركة ومستقرة ومنظمة لمتطلبات المعلومات في سياق المجال. ^{[ 21 ]} وبشكل أعم، يُستخدم مصطلح نموذج المعلومات لنماذج الأشياء الفردية، مثل المرافق والمباني ومصانع المعالجة، وما إلى ذلك. وفي هذه الحالات، يُخصص المفهوم إلى نموذج معلومات المرفق ، ونموذج معلومات المبنى ، ونموذج معلومات المصنع، وما إلى ذلك. ويمثل نموذج المعلومات هذا تكاملاً بين نموذج المرفق والبيانات والوثائق المتعلقة به.

يُضفي نموذج المعلومات طابعًا رسميًا على وصف مجال المشكلة دون تقييد كيفية ربط هذا الوصف بالتنفيذ الفعلي في البرمجيات. وقد توجد عدة طرق لربط نموذج المعلومات. تُسمى هذه الطرق نماذج البيانات، سواء أكانت نماذج كائنات (مثل استخدام لغة النمذجة الموحدة UML )، أو نماذج علاقات الكيانات ، أو مخططات XML .

في علوم الحاسوب، يُعرَّف نموذج الكائنات بأنه مجموعة من الكائنات أو الفئات التي تُمكّن البرنامج من فحص ومعالجة أجزاء محددة من بيئته. بعبارة أخرى، هو واجهة كائنية التوجه لخدمة أو نظام ما. تُسمى هذه الواجهة نموذج الكائنات للخدمة أو النظام المُمثَّل. على سبيل المثال، نموذج كائن المستند (DOM).هي مجموعة من الكائنات التي تمثل صفحة في متصفح الويب ، وتستخدمها برامج البرمجة النصية لفحص الصفحة وتغييرها ديناميكيًا. يوجد نموذج كائنات مايكروسوفت إكسل ^{[ 22 ]} للتحكم في مايكروسوفت إكسل من برنامج آخر، وبرنامج تشغيل تلسكوب ASCOM ^{[ 23 ]} هو نموذج كائنات للتحكم في تلسكوب فلكي.

في مجال الحوسبة، يحمل مصطلح "نموذج الكائن" معنىً ثانياً مميزاً، وهو الخصائص العامة للكائنات في لغة برمجة حاسوبية أو تقنية أو تدوين أو منهجية محددة تستخدمها. على سبيل المثال، نموذج كائن جافا ، ونموذج كائن COM ، ونموذج كائن OMT . تُعرَّف نماذج الكائنات هذه عادةً باستخدام مفاهيم مثل الفئة ، والرسالة ، والوراثة ، وتعدد الأشكال ، والتغليف . يوجد تراثٌ واسعٌ من المؤلفات حول نماذج الكائنات الرسمية كجزء من الدلالات الرسمية للغات البرمجة .

يُعدّ نمذجة الكائنات والأدوار (ORM) أسلوبًا للنمذجة المفاهيمية ، ويمكن استخدامه كأداة لتحليل المعلومات والقواعد. ^{[ 25 ]}

يُعدّ نمذجة الكائنات والأدوار منهجًا قائمًا على الحقائق لتحليل النظم على المستوى المفاهيمي. وتعتمد جودة تطبيق قاعدة البيانات بشكلٍ حاسم على تصميمه. ولضمان صحة ووضوح ومرونة وإنتاجية نظم المعلومات، يُفضّل تحديدها أولًا على المستوى المفاهيمي، باستخدام مفاهيم ولغة يسهل فهمها.

قد يشمل التصميم المفاهيمي البيانات والعمليات والمنظورات السلوكية، وقد يعتمد نظام إدارة قواعد البيانات المستخدم فعليًا لتنفيذ التصميم على أحد نماذج البيانات المنطقية العديدة (العلائقية، والهرمية، والشبكية، والموجهة للكائنات، وما إلى ذلك). ^{[ 26 ]}

لغة النمذجة الموحدة (UML) هي لغة نمذجة عامة الأغراض ومعيارية في مجال هندسة البرمجيات . وهي لغة رسومية لتصور وتحديد وبناء وتوثيق مكونات نظام برمجي معقد. توفر لغة النمذجة الموحدة طريقة قياسية لكتابة مخططات النظام، بما في ذلك: ^{[ 27 ]}

• الأمور المفاهيمية مثل عمليات الأعمال ووظائف النظام
• أشياء ملموسة مثل عبارات لغة البرمجة ، ومخططات قواعد البيانات، و
• مكونات برمجية قابلة لإعادة الاستخدام .

تقدم لغة النمذجة الموحدة (UML) مزيجًا من النماذج الوظيفية ونماذج البيانات ونماذج قواعد البيانات .