Алматы энергетика және байланыс институты

Инженерлік кибернетика кафдрасы

МӘЛІМЕТТЕР ҚОРЛАРЫН ЖОБАЛАУ

Алматы 2010

ҚҰРАСТЫРУШЫ: Ибраева Л.К. «Мәліметтер қорларын жобалау» пәні бойынша 5B0502 - Автоматтандыру және басқару мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы – Алматы: АЭжБИ, 2010 – 63 б.

Дәрістер жинағы «Мәліметтер қорларын жобалау» пәнінің жұмыс бағдарламасы бойынша 5B0502 - Автоматтандыру және басқару мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне құрастырылған. Жинақ 15 тақырыптан тұрады және теориялық материалды оқығанда, емтихан мен зертханалық жұмыстарға дайындалғанда, өзіндік жұмыстарды орындағанда студенттерге көмек ретінде негізделген.

Кіріспе

Есептеу техниканың дамуы біздің қоғамымызға көп жағынан зор әсер етті. Соңғы он жылдықтарда есептеу техниканы қолдану салалары көбейіп, оның күнделікті өмірге әсері көтерілді. Мәліметтерді ұйымдастырып, ақпараттты беретін автоматтандырылған жүйе ақпараттық жүйе болып табылады.

Ақпараттық жүйелерді жасаумен байланысты ең күрделі және жауапкершілік есептердің бірі мәліметтер қорларын жобалау болып табылады. Осы есепті шешу нәтижесінде мәліметтер қорларының мазмұны, оның болашақ пайдаланушыларына тиімді мәліметтерді үйымдастырудың әдісі және мәліметтерді басқарудың инструменталды құралдары анықталуы керек.

Мәліметтер қорын жобалау процесі тақырып аймақтың ақпараттық құрылымының сөзбен бейнеленуінен тақырып аймақтың объектілерін кейбір модель терминдеріндегі формалданған бейнелеуге көшу болып табылады. Жалпы кезде жобалаудың келесідей кезеңдерін бөлуге болады: тақырып аймақтың ақпараттық объектілерін жүйелік талқылау және сөзбен бейнелеу; тақырып аймақтың концептуалды моделін, яғни таңдалынған семантикалық модель терминдеріндегі тақырып аймақтың объектілерінің формалданған бейнелеуін жобалау; белгілі мәліметтер қорларын басқару жүйесін таңдау; таңдалынған жүйе терминдерінде мәліметтер қорын бейнелеу және соңынан, мәліметтер қорын физикалық жобалау, яғни қолданбалының тиімді жұмыс жасауын қамтамасыздандыру үшін сыртқы жадыларда мәліметтер қорының тиімді орналасуын таңдау.

Қазіргі кездегі мәліметтерді басқару ақпараттық технологиялар мәліметтерді басқарудың реляциялық жүйелерін қолдануда негізделген. Реляциялық мәліметтер қорлары пайда болар алдында өңделген мәліметтермен әрекеттесудің барлық тілдері файлдардың логикалық жазбалары түрде көрсетілетін мәліметтермен операцияларды жасауға бағытталған болатын. Сондықтан пайдаланушылар мәліметтерді сақтау тәртібін толығымен біліп, қажетті мәліметтерді, олардың орналасу орнын көрсетумен бірге оларды алу амалдарын орнату керек. Қазіргі кездегі мәліметтер қорлар тілдерінің ерекшелігі, олардың мәліметтерді өңдеудің поцедураларына бағытталғаны емес, мәліметтерді өңдеудің соңғы нәтижесіне бағытталғанында.

Дәрістер жиынтығында мәліметтер қорларының дамуы туралы негізгі мағлұматтар, мәліметтер қорлар жүйелерінің үш деңгейлі архитектурасы, мәліметтер қорларын жобалаудың концептуалды және реляциялық амалдарының негізгі түсініктемелері, мәліметтер қорларын нормалау принциптері қарастырылған.

1 Дәріс. Мәліметтер қорлары технологиясының дамуы

Дәріс мазмұны:

- ақпараттық жүйелердің негізгі түсініктемелері.

Дәріс мақсаты:

- мәліметтер қорларының даму және мәліметтерді өңдеудін әдістерін тарихын оқып білу.

1.1 Ақпараттық жүйелері

Қызметтің белгілі түрін қолдану үшін мәліметтерді жинауын, сақтауын және оңдеуін қаматамасыздандыратын, электронды есептеу машиналар және информатика саласының басқа техникалық құралдарының негізінде жұмыс жасайтын кешенді ақпараттық жүйесі деп атайды. Басқа сөзбен айтқанда, ақпараттық жүйе – мәліметтерді ұйымдастырып, ақпаратты беретін автоматтандырылған жүйе.

Ақпараттық жүйе келесідей функцияларды:

- компьютер жадысында ақпаратты сенімді сақтауды;

- белгілі қолданбалының спецификалық ақпаратты түрлендіруі мен есепетелуін орындауды;

- пайдаланушыларға ыңғайлы және жеңіл дағдыланатын интерфейсті ұсынуын қамтитын программалық-жабдықты кешені болып табылады

Осындай жүйелердің негізгі компоненттері ретінде бағдарламалық қамтамасыздандыру құралдары, компьютерлердің немесе компьютерлік желілердің техникалық құралдары, пайдаланушылардың интерфейстерінің лингвистикалық құралдары, жүйе арқылы сақталынып өңделінетін мәліметтік ресурстары болып табылады.

Бұл контекстінде біздер мәлімет және ақпарат терминдерін ажыратамыз. Мәліметтер деп біздер жекеленген фактілерді түсінеміз. Мысалы, «Сони фирмасы Жапонияда орналасқан». Ал, ұйымдастырылған және өңделген мәліметтерді ақпарат деп атаймыз. Ақпарат шешім қабылдау үшін басқарушыларға қажет.

Ақпараттың жобалауға және шешімдер қабылдауға маңызды әсері бар болғандықтан, ақпарат белгілі бағасы бар ресурс болып табылады, сондықтан ол реттеу мен басқаруды талап етеді. Егер басқарушылар маңызды ақпаратқа ие болса, олар уақытында шешімдер қабылдайды.

Пайда болған мәліметтер қорларын қолданатын ақпараттық жүйелер басқарушыларды дәл және уақытысында қамтамасыздандыратын негізгі құралы болып табылды.

1.2 Файлдар және файлдық жүйелер

Мәліметтерді өңдеу және ақпаратты басқару әдістерінің бірнеше он жылдар ішінде даму нәтижесі ретінде мәліметтер қорларының технологиясының дамуы болды. Мәліметтерді өңдеудің дамуы өткен ғасырдың 50-ші жылдарының примитивті әдістерінен қазіргі кезеңдегі күрделі интегралданған жүйелерге келтірілді. Мәліметтерді өңдеудің бірінші жүйелері тек қана кеңселік жұмыстарды орындап, қағаз сандарын азайтты. Қазіргі заманның жүйелері ақпаратты сақтап, басқаруға мүмкіндік береді. Технологиялық өзгерістер бизнес қажеттіліктерімен байланысты. Қазіргі кезде мәліметтер қорларын басқару жүйелерінің маңызды функциясы – корпоратвті пайдаланатын ақпараттық жүйелердің негізі болуында.

Есептеу техниканы қолданудың тарихында екі негізгі аймағын атауға болады.

Бірінші аймақ - қолмен жасауға мүмкін емес немесе өте күрделі болатын сандық есептеулерге есептеу техникасын қолдану. Осы саланың дамуы күрделі математикалық есептерді сандық шешу әдістерін интенсификациялауға, сандық алгоритмдерді ыңғайлы жазуға бағытталған программалық тілдердің пайда болуына, есептеу машиналардың жаңа архитектураларын өңдірулермен қайта байланысына себеп болды. Көлемдері үлкен емес, құрылымдары қарапайым болатын мәліметтерді өңдеудің күрделі алгоритмдерін қолдану есептеу техникасын пайдаланудың осы саласының сипатты ерекшелігі болып табылды.

Біздің тақырыбымызға тікелей қатысы бар екінші аймақ — есептеу техника құралдарын автоматты немесе автоматтандырылған ақпараттық жүйелерде пайдалану. Әдетте осындай жүйелер күрделі құрылымы бар ақпараттың үлкен көлемдерімен жұмыс істейді. Ақпараттық жүйелердің классикалық мысалдары: банктік жүйелер, кәсіпорындардың автоматтандырылған басқару жүйелері, әуе немесе темір жол билеттерін, қонақ үйлердегі орынды резервтеу жүйелері, т.с. болып табылады.

Файлдарды басқарудың орталықтандырылған жүйелерін пайдалану ақпараттық жүйелердің дамуына маңызды себеп болды. Қолданбалы программа көз қарасы жағынан файл сыртқы жадының аталған аймағы болып табылады, мәліметтерді оған жазып немесе одан жазып алуға болады. Файлдарды атаудың ережелері, файлда сақталынған мәліметтерге қол жеткізудің әдістері, осы мәліметтердің құрылымы, файлдарды басқарудың белгілі жүйесінен және файл типтерінен тәуелді болады. Сыртқы жадыны таратуды, файл аттарын сыртқы жадының сәйкес адрестерінде көрсетуді, мәліметтерге қол жеткізуді файлдарды басқару жүйесі қамтамасыздандырады.

Пайдаланушылар файлды жазбалардың сызықты тізбегі ретінде қабылдап, оларға әртүрлі стандартты операцияларды қолданады: қажетті типті және өлшемді файлды жасау; алдында жасалған файлды ашу; файлдағы белгілі (ағынды, алдыңғы, бірінші немесе соңғы) жазбаны оқып шығу; файлдағы ағынды жазба орнына жаңасын жазу, файл соңына жаңа жазбаны қосу. Әртүрлі файлдық жүйелерде бұл операциялар өзгеше болуы мүмкін, бірақ жалпы мағынасы осындай болды. Ең маңыздысы — файл жазбасының құрылымы тек қана онымен жұмыс істейтін программаға белгілі болады, файлдарды басқару жүйесі оны білмейді. Сондықтан, файлдан кейбір ақпаратты алу үшін файл жазбасының құрылымын бит дәлдігімен білу қажет болатын.

Файлмен жұмыс істейтін программаның ішінде файл құрылымына сәйкес мәліметтер құрылымы болу керек. Сондықтан файл құрылымын өзгерткен кезде программа құрылымын өзгерту керек, сонымен бірге жаңадан компиляциялау, яғни программаны жаңадан орындалатын машиналық кодтарға түрлендіру қажет болатын. Осындай жағдай программаның мәліметтерден тәуелдігі деп сипатталады. Әдетте ақпараттық жүйелерде өте көп әртүрлі пайдаланушылар (программалар), олардың әрқайсысында бір файлда сақталатын ақпаратты өңдеудің спецификалық алгоритмдері бар болады. Бір программаға қажетті файл құрылымын өзгерту үшін осы файлмен жұмыс істейтін басқа программаларды жөндеп, қайтадан компиляциялап, қосымша түзетуді талап ететін. Ақпаратты сақтау мен басқарудың жаңа жүйелерінің жасалынуына себеп болған осы жағдай файлдық жүйелерінің бірінші маңызды кемшілігі болып табылды.

Бірінші коммерциялық компьютерлік жүйелері негізінде бухгалтерлік жұмыстарына қолданылған: балансты, жалақыны, т.б. есептеу. Бұл жұмыстарға жұмсалатын қол еңбектің шығындары сонша көп болғандықтан, компьютерлік жүйенің құны шығындардың орнын тез толтырды. Бұл жүйелер әдеттегі құжаттармен жасалынатын жұмыстарды орындайтын болғандықтан, олар мәліметтерді өңдеу жүйелері деп аталды. Компьютерлік файлдар құжаттар сақталынатын папкаларға сәйкес болды.

Бұл файлдар мәліметтерге теқ қана бір ізді қол жеткізуді рұқсат ететін еді, яғни файлдағы әрбір жазбаны оқып, өңдеу үшін оның алдындағы барлық жазбаларды қарап шығу қажет. 60-шы жылдарда (ХХ ғ.) ақпаратты дискіде сақтаудың құны өте жоғары болғанда көптеген файлдар магнитті ленталарда сақталатын, сондықтан жазбалар тізбектеліп алынып өңделетін еді.

Есептеу техникасын қолданудың екінші аймағы біріншіден соң пайда болды. Бұл жағдай келесімен байланысты: есептеу техниканың пайда болған кезеңінде компьютерлердің ақпаратты сақтау мүмкіншіліктері өте шектелген болатын. Электр көзін сөндіргеннен кейін ақпаратты ұзақ және сенімді сақтау үшін ақпаратты сақтайтын сақтау құрылғылары болуы керек болады. Компьютердің оперативті (негізгі) жадысының осындай қасиеті жоқ. Бірінші компьютерлерде сыртқы жадының екі түрі қолдалынатын еді — магнитті ленталар мен магнитті барабандар. Магнитті ленталардың сыйымдылығы жоғары болғанмен, олар тек қана тізбектеліп қол жеткізуді қамтамасыздандыратын еді. Бекітілген басы бар магнитті барабандар (олар кәзіргі кездегі магнитті дискілерге жақын) мәліметтерге еркін қол жеткізуді қамтамасыздандырғанмен, оларда сақталатын ақпараттың көлемі шектелген.

Аталған шектеулер компьютерде орындалатын сандық есептеулерге көп кедергі жасамайды, себебі программа ақпараттың үлкен көлемін өңдеу немесе есептеу керек болса, оның тиімді орындалуы үшін осы ақпараттың сыртқы жадысында сақталу тәртібін программалау терең ойластыруға болады. Бірақ, ақпараттық жүйелерде өзара байланысқан ақпараттық объектілердің жиынтығы нақты қоршаған ортаның объектілерінің моделі болып табылады. Ал пайдаланушыларға нақты объектілер күйлерін адекватты көрсететін ақпарат қажет болғандықтан, олардың сұраныстарына жүйе бірден жауап беруі керек. Бұл кезде жәй құрылғылары болып табылатын магнитті ленталар мен барабандар мәліметтерді сақтауға жеткілікті болмайды.

Сондықтан сандық емес қолданбалылардың талаптары жылжымалы басы бар алмастырылып отыратын магнитті дискілердің пайда болуына себеп болды деп болжауға болады. Есептеу техникасының тарихында бұл себеп революциялық болды. Осындай сыртқы жадының құралдарының сыйымдылықтары магнитті барабандарға қарағанда маңызы үлкен болып, мәліметтерге еркін қол жеткізу режіміндегі жылдамдығы жеткілікті, ал құрылғыдағы дискілік пакетті алмастыру мүмкіншіліктері практикалық шектелмеген мәліметтер архивін орнатуға мүмкіндік берді.

Магнитті дискілердің пайда болуымен бірге мәліметтерді сыртқы жадыда басқару жүйелерінің тарихы басталды. Файлдағы жазбаларға еркін қол жеткізу қажеттілігі пайда болды.

Файлдың белгілі жазбасына оны алдына-ала реттемей немесе алдынғы барлық жазбаларды оқымай қол жеткізуді еркін қол жетерлік деп атайды.

Мұның алдында сыртқы жадыда мәліметтерін сақтайтын әр қолданбалы программа магнитті лентада немесе барабанда мәліметтердің әр бөлігін орнатуын өзі анықтап оперативті жады мен сыртқы жадының құрылғылары арасындағы мәліметтермен алмасуды төменгі деңгейдегі программа-жабдықтық құралдары көмегімен (машиналық бұйрықтар немесе операциялық жүйенің сәйкес программаларын шақыру жолымен) өзі орнататын еді. Мұндай режім бір сыртқы құрылғыда ұзақ сақталатын ақпараттың бірнеше архивін сақтауын сүйемелдеуін қиындатады немесе мүмкіндік бермейді. Сонымен бірге, әр қолданбалы программаға мәліметтер бөліктерін атаудың және сыртқы жадыдағы мәліметтерді құрамдастыру мәселелерін шешу қажет болатын еді.

Өткен ғасырдың алпысыншы жылдары индексті файлдар көп тарады. Олар жазбаны еркін ретімен табуға мүмкіндік береді. Керекті жазбаны табу үшін, файлдарда кілт деп аталатын, бір немесе бірнеше өрістер белгіленеді. Жазбаны бір мағналы анықтайтын мәліметтер өрістері кілт болып табылады.

Индекстік файлдарды: негізгі және индексті деп аталатын екі бөліктен тұратын файл ретінде көрсетуге болады. Бұл екі бөлік физикалық бір файлда болмауы мүмкін, көбінесе индекстік аймақ бөлек индексті файлды құрастырады, ал негізгі аймақ оған индекс жасалатын файл болып табылады.

Индексті және негізгі аймақтарды ұйымдастыру ережесіне байланысты файлдардың екі типін қарастырады - тығыз индексі және тығыз емес индексі бар файлдар.

Олардың құрылымдарымен сүйемелденетін еркін жазбаға қол жекткізу әдістерімен тікелей байланысты бұл файлдардың тағы қосымша атаулары бар. Тығыз индексі бар файлдар индексті-тіке файлдар деп, ал тығыз емес индексі бар файлдар индексті-тізбектелген файлдар деп аталады.