10.2. Тенденции развития информационного обеспечения
В основе АСУП лежит идея интегрированной обработки данных:
четкое разделение всех работ, выполняемых управляющей системой на творческие и рутинные;
разработка процедур выполнения механических операций (схемы заполнения и обработки документов);
построение документооборота с учетом его происхождения через ИВУ (информационные вычислительные устройства);
высвобождение управляющего аппарата от поиска справочников, справочных сведений, переписи их в документы и выполнение операций;
организация единого, централизованного нормативно-справочного хозяйства (нормативная база), введение специальной службы ИВУ (банк данных).
Принципиальная схема организации ИОД
11.1. Реляционная алгебра
Работа с базами данных прежде всего требует понимания вопросов связанных с процессом получения требуемой информации непосредственно из хранимых данных. При работе с иерархическими или сетевыми базами данных основу языков манипулирования данными составляет список операторов, позволяющих оперировать минимальными структурными единицами, например записью в сетевой модели, сегментом в иерархической модели. Подобный уровень языка манипулирования данными приводит к тому, что запросы к базе данных приходится программировать на внешних языках типа КОБОЛ, ПЛ/1, в которых стандартным образом с помощью оператора вызова процедур используются операторы языка манипулирования данными.
Реляционная модель дает нам основу для построения более мощных языков манипулирования данными, ибо позволяет манипулировать как объектами языка целыми множествами хранимых данных. Несмотря на то, что в настоящий момент нет промышленных систем управления реляционными базами данных, реляционную модель и соответствующий язык манипулирования данными можно использовать с целью автоматической генерации программ доступа к базам данных сетевого и иерархического типа. Подобный подход завоевывает в настоящее время все большую популярность, ибо не требует слишком высокой квалификации при программировании запросов и в значительной степени ориентирован на конечного пользователя. В качестве основы языков манипулировании данными в реляционной модели рассмотрим алгебру отношений. Алгебра отношений дает основу для построения процедурных языков манипулирования.
Алгебра отношений
Формально отношение есть подмножество декартового произведения некоторых множеств (доменов – областей определения).
Например, пусть имеется два подмножества:
D1: {d1, d2, d3} – множество деталей;
D2: {m1, m2, m3, m4} – множество материалов.
На этих двух множествах можно задать отношение R, интерпретируемое как «возможность изготовления детали из материала»:
R D1D2,
где - символ операции декартового произведения. Отношение R есть множество пар, которое формально есть подмножество всех возможных пар:
R D1D2
d1
m3 d1 m1; d2 m1; d3 m1;
d2 m2 d1 m2; d2 m2; d3 m2;
d2 m4 d1 m3 ; d2 m3; d3 m3;
d3 m1 d1 m4 ; d2 m4; d3 m4;
Отношение, будучи множеством, может быть задано перечислением элементов. Так как элементы отношения представляют собой кортежи, идентичные по своей структуре, то все отношение может быть представлено в форме таблицы R(A1, A2), где A1 и A2 есть имена атрибутов, которые можно рассматривать как имена подмножеств, определенных на множествах A1 на D1 и A2 на D2, соответственно:
R(A1, A2)
d1 m3
d2 m2
d2 m4
d3 m1
В общем случае отношение R может иметь n атрибутов, что определяет степень отношения. В рассмотренном примере n = 2. Количество выборок определяет мощность отношения М, в примере М = 4. Идентификатор отношения и совокупность имен атрибутов составляют схему отношения. Схема базы данных определяется совокупностью схем отношений. Заметим еще раз, что данный случай характеризуется тем, что схема базы данных состоит из сравнительно небольшого числа схем отношений, но каждое отношение есть множество достаточно большой мощности, исчисляемой тысячами и десятками тысяч кортежей.
В реляционном подходе ответ на конкретный запрос также представляется в форме отношения, поэтому в основе средств, используемых для формулировки запроса, может лежать алгебра отношений. Алгебра отношений, как самостоятельная математическая дисциплина, была развита достаточно давно, но, видимо, Е. Кодд был первым, кто предложил использовать отношения и алгебру отношений для моделирования поисковых процессов в больших базах данных.
Как известно, алгебра есть совокупность
А: <H, S>
носителя Н – в данном случае множество отношений и сигнатуры S – в данном случае множество операций над отношениями. Можно придумать много вариантов операций для реляционной алгебры; изучим только операции, использованные Е. Коддом.
Все множество S операций реляционной алгебры целесообразно разбить на два подмножества.
Стандартные теоретико-множественные операции: объединение - ; пересечение - ; разность - \ ; декартово произведение - .
Специальные операции: проекция; ограничение; соединение; деление.
Операции реляционной алгебры либо унарны, т. е. используются в качестве операнда только одно отношение, либо бинарны, когда имеются два операнда. Рассмотрим более подробно каждую из операций.
Операции объединение, пересечение и разность двух отношений
R1(A1, A2, …, An)
и R2(B1, B2, … , Bn)
возможны только в том случае, когда отношения R1, R2 являются объединяемыми.
Это означает, что степени объединяемых отношений идентичны, а соответственные атрибуты определены на одних и тех же доменах. Например, атрибут А1 из R1 и B1 из R2 определены на домене D1.
В результате операции объединения получающееся отношение имеет ту же степень, что и исходные
Rрез(С1, …, Cn) = R1(A1, …, An) R2(B1, …, Bn),
а мощность Mрез лежит в пределах:
max (M1, M2) Mрез M1 + M2.
Имена атрибутов результирующего отношения могут быть выбраны произвольно, но атрибуты определяются на тех же доменах, что и в исходных отношениях. В частности, во всех трех отношениях могут быть использованы идентичные имена атрибутов, если это не ведет к путанице.
В результате операции пересечения
Rрез(С1, …, Cn) = R1(A1, …, An) R2(B1, …, Bn)
степень отношения также сохраняется, а мощность лежит в пределах: