Bazy_dannykh_i_znanii_UP_SHirokov_L.A._2000

(2.7)

в котором каждая база DBl есть объединение записей:

(2.8)

Каждую запись можно представить как совокупность полей в виде объединения:

(2.9)

i=1,...,k; j=1,...,ni, где i - номера баз данных; j - номера записей; l - номера полей.

2.13. СРЕДСТВА ПОДДЕРЖКИ БД

Взаимодействие пользователя с базами данных обеспечивается соответствующими средствами аппаратной и программной поддержки. Их можно разделить на три группы. Первая группа - средства вво- да-вывода данных, к которым относятся: клавиатура, магнитный диск, сканер, дигитайзер, лазерный диск, видеокамера, принтер, плоттер, видеоэкран и др. с соответствующими программными средствами.

Сканер обеспечивает считывание информации с твердых носителей, чаще с бумажных, путем сплошной оцифровки рабочей поверхности. Дигитайзер предназначен для оцифровывания заданных последовательностей точек в двухили трехмерном представлении. Плоттер - это устройство вывода на твердый носитель графической информации.

Во вторую группу выделяются средства передачи данных:

-локальные вычислительные сети с операционной системой и аппаратными средствами, включающими рабочие станции (РС), файлсервер (ФС), сетевые адаптеры, сетевой кабель;

-глобальные вычислительные сети (ГВС) с соответствующим программным обеспечением и аппаратными средствами, включающими модем (МД), телефонную линию, спутниковую связь.

Рабочие станции представляют собой ПК, подключенные к ЛВС, оборудованные необходимыми периферийными средствами, предназначенные для решения задач пользователя. Файл-сервер - это наиболее мощный ПК в сети, который концентрирует в своей памяти всю информацию, циркулирующую в ЛВС между РС. Модем в ГВС предназначен для сопряжения РС с линией сетевой связи, он обеспечивает кодирование и декодирование с проверкой и исправлением ошибок передаваемой информации.

31

Средства манипулирования данными в БнД включены в третью группу. Она включает СУБД, язык запросов, например SQL, программы пользователей.

2.14. ВИДЫ МОДЕЛЕЙ ДАННЫХ ДЛЯ БД

При разработке прикладных программ для пользователей БД удобно ориентироваться на заранее проработанные и рекомендованные типовые модели данных, т.е. некоторые стандартные модели, структуры которых удовлетворяют заранее определенным требованиям.

В современных информационных системах наиболее распространены три вида моделей данных:

-иерархическая;

-сетевая;

-реляционная.

2.14.1.Иерархическая модель данных

Иерархическая модель данных – это модель, имеющая древовидную графовую структуру (рис. 2.13), представляющую собой иерархию элементов, называемых вершинами (или узлами), соединенных между собой дугами (или ветвями). На верхнем уровне иерархии, называемом первым, находится единственный узел, называемый корнем. Узлы следующего более низкого уровня порождаются предыдущими узлами. Каждый узел более высокого уровня может породить один или несколько узлов следующего уровня. Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями.

Иерархическая структура используется как для логического, так и для физического описания данных. Файлы с записями, связанными древовидной структурой, называются иерархическими.

Рис. 2.13

2.14.2. Сетевая модель данных

Сетевой моделью данных называется структура, в которой порожденный элемент может иметь больше одного исходного элемента.

32

На рис. 2.14,а каждый порожденный элемент 3 и 4 имеет по два исходных: элементы 1 и 2. На рис. 2.14,б нижний элемент 4 имеет три исходных: элементы 1, 2, 3.

Рис. 2.14

Для сетевых моделей данных, как и для иерархических, рассматривается уровневость. Так, структура на рис.2.14,а является двухуровневой, а на рис. 2.14,б - четырехуровневая. В зависимости от уровней связи сетевые модели разделяются на два вида структур:

-сетевые модели простой структуры - при наличии связей типа

1:1 и 1:М;

-сетевые модели сложной структуры - при наличии связей типа

М: М.

2.14.3.Реляционная модель данных

Реляционная модель данных основана на теоретикомножественном подходе. Ее базу составляют методология и язык, разработанные Коддом в 1972 г.

Реляционной моделью данных называется модель, представляемая в виде двухмерной таблицы (рис. 2.15), информационными единицами которой являются поля, домены и кортежи. Для реляционной модели данных используется также термин "отношение".

Доменом называется совокупность значений какого-либо типа поля. Из домена извлекаются требуемые конкретные значения этого поля.

Кортежем называется запись, или строка, реляционной таблицы. По количеству столбцов в кортеже определяется размерность реляционной модели данных, или отношения. Так, при размерности n реляционная модель будет степени n или n-мерной.

Для различных пользователей из БД интересны различные наборы данных и связи между ними. Для одних пользователей требуется извлекать подмножества полей таблицы с целью создания таблиц меньшей размерности, а для других пользователей, наоборот, объединять поля в таблицы большей размерности. Следовательно, с логиче-

33

ской точки зрения реляционная модель данных ПО - это множество двухмерных таблиц, называемых также отношениями с операторами извлечения и объединения полей.

Для представления структур реляционных моделей данных, или отношений, можно вместо таблиц использовать рассмотренные ранее строковые записи. В этих записях указывается тип отношения, затем в круглых скобках размещаются через запятую имена доменов, или атрибутов. При этом атрибуты ключей размещаются на первых позициях и подчеркиваются:

Тип отношения(Атрибут1, Атрибут2,…, АтрибутN).

(2.10)

Рис. 2.15

В отношении (2.10) имена атрибутов, состоящих из нескольких слов, как отмечалось ранее, записываются без пробелов между словами, но каждое новое слово записывается с большой буквы.

Пример.

Сотрудник(NТабСотрудника, ФИО, Задание, ВремяВыполненияЗадания). (2.11)

Рассмотрим реляционную таблицу - БД "Временные трудовые коллективы (ВТК)", приведенную на рис. 2.16.

№ВТК	НазваниеВТК	№Комнаты	ФИОРуководителя
В1	Луч	212	Белов В. Г.
В2	Стрела	318	Орлов К.И.
В3	Взлет	214	Белов В. Г.
В4	Омега	318	Ломов Г. Р.
		Рис. 2.16

Здесь первичными ключами-кандидатами могут быть:

атрибут №ВТК или сцепленный ключ №Комнаты + ФИО Руководителя.

Используя для представления реляционной модели данных вместо таблицы строковую запись и принимая простой первичный

34

ключ, структуру таблицы на рис. 2.16. можно записать в виде:

ВТК(№ВТК , НазваниеВТК, №Комн, ФИОРук-ля).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что понимается под информационным моделированием?

2.Какие аспекты рассматриваются при инфологическом подходе

кпостроению информационных систем?

3.Что называется инфологической моделью БД?

4.Какими свойствами характеризуются объекты?

5.Что называется атрибутом?

6.Какова элементная база моделирования объектов предметной области?

7.Определите понятие сущность.

8.Что называется моделью "сущность-связь"?

9.Что понимается под схемой и экземпляром схемы структуры данных?

10.Какие используются формы представления данных?

11.Перечислите виды отношений и их характеристики.

12.Каким требованиям должна удовлетворять БД?

13.Какие используются средства поддержки и взаимодействия с

БД?

14.Какова цель объединения полей в записи?

15.Каковы правила группировки атрибутов в отношения?

16.Перечислите модели данных.

17.Что называется иерархической моделью данных?

18.Какие элементы используются в структурах иерархических моделей данных?

19.Что называется сетевой моделью данных?

20.В чем отличия сетевой модели данных от иерархической?

21.Что называется реляционной моделью данных?

35

ГЛАВА 3. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

3.1. ФУНКЦИИ И СОСТАВ УНИВЕРСАЛЬНОЙ СУБД

Система управления базами данных (СУБД) представляет собой программный комплекс, предназначенный для выполнения операций по обработке данных с целью обеспечения пользователей информацией.

СУБД обеспечивает операции:

-ввод структур данных;

-ввод данных;

-модификация и удаление данных;

-формирование запросов и просмотр ответов по запросам;

-формирование отчетов, т.е. представление данных в требуемых выходных формах и печать.

На рис. 3.1 отражены функции и состав универсальной СУБД. На первом уровне (в первом пунктирном квадрате) представлены описания, макеты, заявки, сообщения (диалог). На втором уровне (во втором пунктирном квадрате) представлены укрупненные программные средства для поддержки задач первого уровня. При этом взаимосвязь элементов первого и второго уровней указана посредством цифровых адресных меток с разделительными точками, которые размещены возле соответствующих стрелок. В адресной метке первая цифра указывает номер адресуемого уровня, а вторая – номер блока на этом

уровне. На третьем уровне (в третьем пунктирном квадрате) приведены основные хранилища (базы) для различных видов данных.

Рассмотрим более подробно общую организацию и функции, выполняемые программами СУБД. Они представлены на втором уровне (см. рис.3.1) в блоках 2.1 - 2.9 (далее номера блоков будут использованы для нумерации соответствующих программ. Например, Пр.2.1 - это программа в блоке 2.1).

Для использования данных их необходимо предварительно ввести в БД. С этой целью сначала надо описать вводимые данные, а затем документы, с которых они вводятся. В СУБД эти функции выполняют программы Пр.2.1 и Пр.2.2.

Пр.2.1 «Ввод описаний информационных объектов» в описаниях информационных объектов отражает:

- свойства типов данных;

36

Рис. 3.1

-отношения между типами данных, которые присущи описываемому объекту.

Для описания информационных объектов, т.е. для их моделей, предназначается соответствующий язык описания информационных документов. На основании описаний информационных объектов реализуется загрузка данных в БД 3.3 и их извлечение из БД.

Пр. 2.1 выполняет две функции:

-проверка каждого вводимого описания на соблюдение формальных правил языка информационных объектов, и при наличии ошибок сообщение о них;

-загрузка описания в базу 3.1 «Описание информационных объектов».

37

Пр.2.2 Ввод описаний входных документов при рассмотрении данных в каких-либо документах может устанавливать две привязки:

-к какому типу данных оно принадлежит;

-с какими другими данными оно связано.

В памяти ЭВМ данные находятся в виде последовательностей, содержащих между каждым данным разделитель. Для того чтобы на основании последовательности установить для каждого ее данного две вышеописанные привязки, в СУБД и вводится специальное средство «Описание входного документа». Отметим, что в конкретных БД возможные типы данных и типы отношений введены в Пр.2.1.

Описание входного документа составляется в терминах языка описания документов. Кроме рассмотренных двух привязок, в описание могут вводиться условия для проверки правильности ввода совокупностей данных.

Пр.2.2 загружает описание входных документов в базу 3.2 «Описания входных документов».

После реализации Пр.2.1 и Пр.2.2 и загрузки баз 3.1 и 3.2 можно вводить данные в БД. Эту функцию реализует Пр.2.3 «Ввод данных». Данные вводятся с учетом объявленных в описаниях входного документа порядка данных и их разделителей. Для ввода необходимо:

- инициировать программу «Ввод данных», указав: а) имя описания информационного объекта; б) имя описания входного документа;

-вводить массив данных. Пр. 2.3 реализует:

-проверку каждого вводимого данного на соответствие объекту;

-проверку соответствия совокупностей данных условиям правильности, заявленным в описании входного документа;

-размещение вводимых данных в БД;

-редактирование данных (дополнение, исправление);

-уничтожение данных.

Пр. 2.3 может оперировать с данными, которые вводятся с внешних носителей информации или уже находятся в памяти ЭВМ.

Пр.2.4 «Реализация запросов». При обращениях с запросами можно выделить три вида заявок:

-немедленная печать данных или высвечивание в стандартном формате;

-то же в желаемом формате;

-организация массива данных желаемой структуры в памяти

ЭВМ.

Первый вид заявок - экспресс-форма работы с БД, так как она наиболее быстрая, но данные выводятся в упрощенном стандартном формате.

При втором и третьем видах заявок пользователь первоначально должен подготовить макеты форм для размещения данных. Отметим,

38

что в третьем случае массивы данных желаемой структуры размещаются в базе 3.7 и уже не будут принадлежать БД, хотя с помощью Пр.2.3 они могут быть вновь загружены в БД или переданы какомулибо алгоритму пользователя для обработки.

Для формулировки запросов предусмотрен язык запросов, который регламентирует их форму. Запрос, введенный в ЭВМ, обрабатывается Пр.2.4 и превращается в серию операций доступа к БД. Пр.2.4 ведет специальную базу запросов, представленную на рис. 3.1 блоком 3.4 и обеспечивающую запоминание данных для часто повторяющихся запросов. Запросы могут запоминаться в статической и динамической формах. Во втором случае можно настраивать параметры запросов при извлечении их из базы запросов.

Данные, выдаваемые из БД по запросам пользователей, должны быть размещены в некоторой заданной форме (или документе). С этой целью предварительно должен быть определен макет выходного документа. Часто используемые макеты можно сохранять и накапливать в базе 3.5 «Макеты выходных документов» (см. рис.3.1). Функцию ввода макетов выполняет Пр.2.5. «Ввод макетов выходных документов».

Макет описывается в терминах языка описания документов и программой «Ввод макетов выходных документов» загружается в базу 3.5. В заявке на формирование выходного сообщения, адресуемой Пр. 2.6 «Вывод данных», необходимо указывать:

-имя макета выходного документа;

-печатающее устройство или дисплей;

-запрос или имя запроса, если он лежит в базе запросов 3.4;

-для случая вывода внешнего массива данных (база 3.7) необходимо указать имя массива.

Вывод данных по запросам в конкретной форме на принтер или видеотерминал обеспечивает программа Пр.2.6 «Вывод данных».

Для сокращения объема БД и ускорения поисковых операций в БнД реализуется сжатие БД. Это является главной функцией Пр.2.7 «Словарная система». Для каждого данного того типа, для которого есть указание о сжатии, словарная система формирует шифр и помещает его вместе с данными в словарную систему. В саму БД помещаются лишь шифры. На момент печати, высвечивания на дисплее или подготовки внешнего массива шифры автоматически заменяются на сами данные.

В процессе взаимодействия пользователей с БнД возникает задача преобразования информационных объектов. Это операция, при которой изменяется состав типов данных и изменяются отношения между типами данных, выполняется Пр.2.8 «Преобразование информационных объектов». Заявки на преобразование объекта представляются на языке преобразования информационных объектов и реализуются программными средствами преобразования информационных

39

объектов.

Для общения с БнД на естественном объектно-ориентированном языке, т.е. языке терминов предметной области баз и банков данных, предназначена Пр.2.9 «Ведение диалога». Получая ответы от СУБД в виде фраз и уточняющих вопросов или новых меню, пользователь вводит требуемую информацию и данные либо указывает действия простым выбором из меню с помощью стрелок управления курсором. Это делает общение с системой простым и оперативным. Обучение обычного пользователя работе с системой реализуется на уровне описательного ознакомления без привлечения средств программирования.

3.2. ЛИНГВИСТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СУБД

Лингвистическим обеспечением (ЛО) СУБД называются языковые средства для общения пользователей различного уровня с БнД. С помощью ЛО описываются различные компоненты БнД, внешние устройства, взаимодействующие с БнД, а также реализуются обращения к информационным ресурсам и отдельным системным устройствам БнД.

ЛО для различных задач общения включает различные языковые средства:

-язык описания схем БД (ЯОС БД), т.е. состава и логической организации БД. Он может быть реализован в виде:

a) расширения языка прикладного программирования; б) самостоятельного языка; в) набора операторов вызова в самой СУБД.

Эффективность этого языка в том, что при изменениях программного и технического обеспечения БнД можно не перерабатывать схему БД.

-язык описания внешних моделей пользователей (или подсхем) БД (ЯОПС БД), предназначенный для описания данных пользователя

иих связей. Он может быть реализован способами, указанными в пункте 1.

-язык описания схемы хранения БД (ЯОСХ БД) (или описания физического размещения данных на внешних носителях). Он должен определять:

а) буферизацию; б) перемещение страниц памяти; в) адресацию; г) поиск;

д) индексирование; е) цепочки связей полей.

-язык манипулирования данными (ЯМД). Это набор команд, обеспечивающий:

а) передачу команд от прикладных программ (ПП) пользователей

40