15.1. Основн² поняття

Загальн³ положення

Ц³ль будь-яко¿ ³нформац³йно¿ системи - обробка даних про об'ºкти реального св³ту. У широкому зм³ст³ слова база даних - це сукупн³сть зведень про конкретн³ об'ºкти реального св³ту в як³й-небудь предметн³й област³. П³д предметною областю прийнято розум³ти частина реального св³ту, що п³длягаº вивченню для орган³зац³¿ керування й у к³нцевому рахунку автоматизац³¿, наприклад, п³дприºмство, вуз ³ т.д.

Створюючи базу даних, користувач прагне упорядкувати ³нформац³ю з р³зних ознак ³ швидко витягати виб³рку з дов³льним сполученням ознак. Зробити це можливо, т³льки якщо дан³ структурован³.

Структурування -этовведение угод про способи представлення даних.

Неструктурованими називають дан³, записан³, наприклад, у текстовому файл³.

Приклад 15.1. Приклад неструктурованих даних, що м³стять зведення про студент³в (Номер особисто¿ справи, пр³звище, ³м'я, по батьков³ ³ роц³ народження). Легко переконатися, що складно орган³зувати пошук необх³дних даних, що збер³гаються в неструктурованому вид³, а упорядкувати под³бну ³нформац³ю практично не представляºться реальним.

Особисте дало N 16493, Сергººв Петро Михайлович, дата народження 1 с³чня 1876 м; Л/д. N 16593. Петрова Ганна Володимир³вна, дата рожд. 15 березня 1975 м; N личн. справи 16693, д.р. 14.04,78, Анох³н Андр³й Борисович.

Щоб автоматизувати пошук ³ систематизувати ц³ дан³, необх³дно виробити визначен³ угоди про способи представлення даних, тобто дату народження потр³бно записувати однаково для кожного студента, вона повинна мати однакову довжину ³ визначене м³сце серед ³ншо¿ ³нформац³¿. Ц³ ж зауваження справедлив³ ³ для ³нших даних (номер особисто¿ справи, пр³звище, ³м'я. по батьков³).

Приклад 15.2. П³сля проведення нескладно¿ структуризац³¿ з ³нформац³ºю, зазначено¿ в приклад³ (мал. 15.1), вона буде виглядати так, як це показано на мал. 15.2.

N особисто¿ справи Пр³звище ²м'я По батьков³ Дата народження

16493 Сергººв Петро Михайлович 01.01.76

16393 Петрова Ганна Володимир³вна 15.03.75

16693 Анох³н Андр³й Борисович 14.04.76

Рис. 15.2. Приклад структурованих даних

Користувачами бази даних можуть бути р³зн³ прикладн³ програми, програмн³ комплекси, а також фах³вц³ предметно¿ област³, що виступають у рол³ чи споживач³в джерел даних, називан³ к³нцевими користувачами.

У сучасн³й технолог³¿ баз даних передбачаºться, що створення бази даних, ¿¿ п³дтримка ³ забезпечення доступу користувач³в до не¿ зд³йснюються централ³зовано за допомогою спец³ального програмного ³нструментар³ю - системи керування базами даних.

База даних (БД) - це пойменована сукупн³сть структурован³ даних, що в³дносяться до визначено¿ предметно¿ област³.

Система керування базами даних (СУБД) - це комплекс програмних ³ мовних засоб³в, необх³дних для створення баз даних, п³дтримки ¿х в актуальному стан³ й орган³зац³¿ пошуку в них необх³дно¿ ³нформац³¿.

Централ³зований характер керування даними в баз³ даних припускаº необх³дн³сть ³снування деякого обличчя (групи обличчя), на яке покладаються функц³¿ адм³н³стрування даними, збереженими в баз³.

Класиф³кац³я баз даних

За технолог³ºю обробки дан³ бази даних п³дрозд³ляються на централ³зован³ ³ розпод³лен³.

Централ³зована база данныххранится в пам'ят³ одн³º¿ обчислювально¿ системи. Якщо ця обчислювальна система º компонентом мереж³ ЕОМ, можливий розпод³лений доступ до тако¿ бази. Такий спос³б використання баз даних часто застосовують у локальних мережах ПК.

Розпод³лена база даних складаºться з дек³лькох, можливо перес³чних чи нав³ть дублюючих один одного частин, збережених у р³зних ЕОМ обчислювальн³й мереж³. Робота з такою базою зд³йснюºться за допомогою системи керування розпод³леною базою даних (СУРБД).

По способ³ доступу до даних бази даних розд³ляються на бази даних слокальным доступом ³ бази даних з вилученим (мережним доступом).

Системи централ³зованих баз даних з мережним доступом припускають р³зн³ арх³тектури под³бних систем:

• сервер^-файл-сервер;

• сервер^-кл³ºнт-сервер.

Сервер^-файл-сервер. Арх³тектура систем БД ³з мережним доступом припускаº вид³лення одн³º¿ з машин мереж³ в якост³ центрально¿ (сервер файл³в). На так³й машин³ збер³гаºться сп³льно використовувана централ³зована БД. Вс³ ³нш³ машини мереж³ виконують функц³¿ робочих станц³й, за допомогою яких п³дтримуºться доступ користувальницько¿ системи до централ³зовано¿ бази даних. Файли бази даних в³дпов³дно до користувальницьких запит³в передаються на робоч³ станц³¿, де в основному ³ виробляºться обробка. При велик³й ³нтенсивност³ доступу до одним ³ темже даним продуктивн³сть ³нформац³йно¿ системи падаº. Користувач³ можуть створювати також на робочих станц³ях локальн³ БД, що используютсяими монопольно. Концепц³я сервер^-файл-сервер умовно в³дображен на мал. 15.3.

Сервер^-кл³ºнт-сервер. У ц³й концепц³¿ маºться на уваз³, що кр³м збереження централ³зовано¿ бази даних центральна машина (сервер бази даних) повинна забезпечувати виконання основного обсягу обробки даних. Запит на дан³, видаваний кл³ºнтом (робочою станц³ºю), порождаетпоиск ³ витяг даних на сервер³. Витягнут³ дан³ (але не файли) транспортуються по мереж³ в³д сервера до кл³ºнта. Специф³кою арх³тектури кл³ºнт-сервер º використання мови запит³в SQL. Концепц³я кл³ºнт-сервер умовно зображен на мал.15.4

Рис.15.3. Схема обробки ³нформац³¿ в БД за принципом файл-сервер

Рис.15.4. Схема обробки ³нформац³¿ в БД за принципом кл³ºнт-сервер

Структурн³ елементи бази даних

Поняття бази даних т³сно зв'язано з такими поняттями структурних елемент³в, як поле, запис, файл (таблиця) (мал. 15.5).

п о л е, - елементарна одиниця лог³чно¿ орган³зац³¿ даних, що в³дпов³даº непод³льн³й одиниц³ ³нформац³¿ - рекв³зиту. Для опису полючи використовуються наступн³ характеристики:

³ м я, наприклад. Пр³звище, ²м'я, По батьков³, Дата народження;

т и п, наприклад, символьний, числовий, календарний;

д л и и а, наприклад, 15 байт, причому буде визначатися максимально возможнымколичеством символ³в

т о ч н о с т ь, для числових даних, наприклад два десятичныхзнака для в³дображення дробово¿ частини числа.

Рис. 15.5.Основн³ структурн³ елементи БД

Запис - сукупн³сть лог³чно зв'язаних пол³в. Екземпляр запису - окрема реал³зац³я запису, що м³стить конкретн³ значення ¿¿ пол³в.

Файл (таблиця) - сукупн³сть екземпляр³в запис³в одн³º¿ структури.

Опис лог³чно¿ структури запису файлу м³стить посл³довн³сть розташування пол³в запису ³ ¿хн³х основних характеристик, як це показано на мал.15.6.

²м'я файлу

Поле Ознака ключа Формат полючи

²м'я (позначення) Повне найменування Тип Довжина Точн³сть (для чисел)

³ì'ÿ1

-

³ì'ÿ n

Рис. 15.6.Опис лог³чно¿ структури запису файлу

У структур³ запису файлу вказуються полючи, значення яких º ключами: первинними (ПК), що ³дентиф³кують екземпляр запису, ³ вторинними (ВК), що виконують роль пошукових чи группировочных ознак (за значенням вторинного ключа можнонайти к³лька запис³в).

Приклад 15.3. На мал. 15.7приведений приклад опису лог³чно¿ структури запису файлу(таблиц³) студент, ум³ст якого приводиться на рис 15.2. Структура запису файлу СТУДЕНТ л³н³йна, вона м³стить записи ф³ксовано¿ довжини. Повторюван³ групи значень пол³в у запис³ в³дсутн³. Звертання до значення полючи виробляºться по його номер³.

²м'я файлу: СТУДЕНТ

Поле Ознака ключа Формат полючи

Позначення Найменування Тип Довжина Точн³сть

Номер N особисто¿ справи * Симв 5

Пр³звище Пр³звище студента Симв 15

²м'я ²м'я студента Симв 10

По батьков³ По батьков³ студента Симв 15

Дата Дата народження Дата 8

Рис. 15.7. Опис лог³чно¿ структури запису файлу СТУДЕНТ

ВИДИ МОДЕЛЕЙ ДАНИХ

Загальн³ положення

Ядром будь-яко¿ бази даних º модель даних. Модель даних являº собою безл³ч структур даних, обмежень ц³л³сност³ й операц³й ман³пулювання даними. За допомогою модел³ даних можуть бути представлен³ об'ºкти предметно¿ област³ ³ взаºмозв'язку междуними.

Модель даних - сукупн³сть структур даних ³ операц³й ¿хньо¿ обробки.

СУБД ´рунтуºться на використанн³ ³ºрарх³чно¿, мережний чи реляционной модел³, на комб³нац³¿ цих чи моделей на деяк³й ¿хн³й п³дмножин³ [1].

Розглянемо три основних типи моделей даних: ³ºрарх³чну, мережну ³ реляционную.

²ºрарх³чна модель даних

²ºрарх³чна структура представляº сукупн³сть елемент³в, зв'язаних м³ж собою за визначеними правилами. Об'ºкти, зв'язан³ ³ºрарх³чними в³дносинами, утворять ор³ºнтований граф (перевернене дерево), вид якого представлений на мал. 15.8.

До основних понять ³ºрарх³чно¿ структури в³дносяться: р³вень, елемент (вузол), зв'язок. Вузол - це сукупн³сть атрибут³в даних, що описують деякий об'ºкт. На схем³ ³ºрарх³чного дерева вузли представляються вершинами графа. Кожен вузол на б³льш низькому р³вн³ зв'язаний т³льки з одним вузлом, що знаходиться на б³льш високому р³вн³. ²ºрарх³чне дерево маº т³льки одну вершину (кор³нь дерева), не п³длеглу н³як³й ³нш³й вершин³ ³ находящуюся на самому верхньому (першому) р³вн³. Залежн³ (п³длегл³) вузли знаходяться на другому, третьому ³ т.д. р³внях. К³льк³сть дерев у баз³ даних визначаºться числом кореневих запис³в.

До кожного запису бази даних ³снуº т³льки один (³ºрарх³чний) шлях в³д кореневого запису. Наприклад, як видно з мал. 15.8, для запису З4 шлях проходить через записи А и ВЗ.

Рис. 15.8. Граф³чне зображення ³ºрарх³чно¿ структури БД

Приклад 15.4. Приклад, представлений на мал. 15.9. ³люструº використання ³ºрарх³чно¿ модел³ бази даних.

Для розглянутого приклада ³ºрарх³чна структура правом³рна, тому що кожен студент учиться у визначен³й (т³льки одн³º¿) груп³, що в³дноситься до визначеного (т³льки одному) ³нституту.

Мережна модель даних

У мережн³й структур³ при тих же основних поняттях (р³вень, вузол, зв'язок) кожен елемент може бути зв'язаний з будь-яким ³ншим елементом,

На мал. 15.10 зображена мережна структура бази даних у вид³ графа.

Приклад 15.5. Прикладом складно¿ мережно¿ структури може служити структура бази даних, що м³стить зведення про студент³в, що беруть участь у науково-досл³дних роботах (НИРС). Можлива участь одного студента в дек³лькох НИРС, а також участь дек³лькох студент³в у розробц³ одн³º¿ НИРС. Граф³чне зображення описано¿ в примересетевой структури, що складаº т³льки з двох тип³в запис³в, показане на мал. 15.11.ªдине в³дношення являº собою складний зв'язок м³ж записами в обох напрямках.

Рис. 15.9. Приклад ³ºрарх³чно¿ структури БД

Рис. 15.10. Граф³чне зображення мережно¿ структури

Рис. 15.11.Приклад мережно¿ структури БД

Реляционная модель даних

Поняття реляционный (англ.relat³on - в³дношення) зв'язано з розробками в³домого американського фах³вця в област³ систем баз даних Е. Кодда.

Ц³ модел³ характеризуються простотою структури даних, зручним для користувача табличним представленням ³ можлив³стю використання формального апарата алгебри в³дносин ³ реляционного числення для обробки даних.

Реляционная модель ор³ºнтована на орган³зац³ю даних у вид³ двовим³рних таблиць. Кожна реляционная таблиця являº собою двовим³рний масив ³ маº наступн³ властивост³:

кожен елемент таблиц³ - один елемент даних;

ус³ стовпц³ в таблиц³ однор³дн³, тобто вс³ елементи в стовпц³ мають однаковий тип (числовий, символьний ³ т.д.) ³ довжину;

кожен стовпець маº ун³кальне ³м'я;

однаков³ рядки в таблиц³ в³дсутн³;

порядок проходження рядк³в ³ стовпц³в може бути дов³льним.

Приклад 15.6. Реляционной таблицею можна представити ³нформац³ю про студент³в, що навчаються у вуз³ (мал. 15.12).

N особисто¿ справи Пр³звище ²м'я По батьков³ Дата народження Група

16493 Сергººв Петро Михайлович 01.01.76 111

16593 Петрова Ганна Володимир³вна 15.03.75 112

16693 Анох³н Андр³й Борисович 14.04.76 111

Рис. 15.12. Приклад реляционной таблиц³

В³дносини представлен³ у вид³ таблиць, рядка яких в³дпов³дають чи кортежам записам, а стовпц³ - атрибутам в³дносин, доменам, полям.

Поле, кожне значення якого однозначно визначаº в³дпов³дний запис, називаºться простим ключем (ключовим полем). Якщо записи однозначно визначаються значеннями дек³лькох пол³в, то така таблиця бази даних маº складений ключ. У приклад³, показаному на мал. 15.12, ключовим полем таблиц³ º "N особисто¿ справи".

Щоб зв'язати двох реляционные таблиць, необх³дно ключ першо¿ таблиц³ увести до складу ключа друго¿ таблиц³ (можливий зб³г ключ³в); у противному випадку потр³бно ввести в структуру першо¿ таблиц³ зовн³шн³й ключ - ключ друго¿ таблиц³.

Приклад 15.7. На мал. 15.13 показаний приклад реляционной модел³, побудовано¿ на основ³ в³дносин: СТУДЕНТ, СЕС²Я, СТИПЕНД²Я.

Рис.15.13. Приклад реляционной модел³

СТУДЕНТ (Номер, Пр³звище, ²м'я, По батьков³, П³длога, Дата народження. Група);

СЕС²Я (Номер. Оц³нка 1, Оц³нка 2, Оц³нка 3, Оц³нка 4, Результат):

СТИПЕНД²Я (Результат, В³дсоток),

Таблиц³ СТУДЕНТ ² СЕС²Я мають сп³впадаюч³ ключ³ (Номер), що даº можлив³сть легко орган³зувати зв'язок м³ж ними. Таблиця СЕС²Я маº первинний ключ Номер ³ м³стить зовн³шн³й ключ Результат, що забезпечуº ¿¿ зв'язок з таблицею СТИПЕНД²Я.

Лекція 7. Системи автоматизованого проектування