Характеристика связей

При построении инфологических моделей можно использовать язык ER-диаграмм (от англ. Entity-Relationship, т.е. сущность-связь). В них сущности изображаются помеченными прямоугольниками, ассоциации – помеченными ромбами или шестиугольниками, атрибуты – помеченными овалами, а связи между ними – ненаправленными ребрами, над которыми может проставляться степень связи (1 или буква, заменяющая слово "много") и необходимое пояснение.

Между двумя сущностям, например, А и В возможны четыре вида связей.

Первый тип – связь ОДИН-К-ОДНОМУ (1:1): в каждый момент времени каждому представителю (экземпляру) сущности А соответствует 1 или 0 представителей сущности В:

Студент может не "заработать" стипендию, получить обычную или одну из повышенных стипендий.

Второй тип – связь ОДИН-КО-МНОГИМ (1:М): одному представителю сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В.

Квартира может пустовать, в ней может жить один или несколько жильцов.

Так как между двумя сущностями возможны связи в обоих направлениях, то существует еще два типа связи МНОГИЕ-К-ОДНОМУ (М:1) и МНОГИЕ-КО-МНОГИМ (М:N).

Пример. Если связь между сущностями МУЖЧИНЫ и ЖЕНЩИНЫ называется БРАК, то существует четыре возможныхпредставления такой связи:

Характер связей между сущностями не ограничивается перечисленными. Существуют и более сложные связи:

• множество связей между одними и теми же сущностями

(пациент, имея одного лечащего врача, может иметь также несколько врачей-консультантов; врач может быть лечащим врачом нескольких пациентов и может одновременно консультировать несколько других пациентов);

• тренарные связи

(врач может назначить несколько пациентов на несколько анализов, анализ может быть назначен несколькими врачами нескольким пациентам и пациент может быть назначен на несколько анализов несколькими врачами);

• связи более высоких порядков, семантика (смысл) которых иногда очень сложна.

В соответствии с рассмотренными понятиями содержание и процесс создания инфологической модели для отдельной предметной области можно представить следующей последовательностью действий:

1. Формирование инфологического графа данных (ER-диаграммы):

   • Выявление сущностей и их взаимосвязей, данные о которых отражаются в документах и обрабатываются в процессе решения задач;

   • Разработка схемы инфологического графа;

   • Формирование описаний объектов и связей, их атрибутов и доменов.

2. Анализ и формирование закономерностей и ограничений целостности функционального типа на множестве атрибутов инфологического графа.

Формирование инфологического графа данных

Выявление сущностей представляет собой сложный трудно формализуемый процесс, осуществляемый в результате многоаспектного анализа и классификации типов данных, необходимых для решения задачи и\или используемых в документах. Каждая сущность определяется некоторым необходимым для решения задачи набором свойств. Сущность вводится в рассмотрение если она обладает хотя бы одним свойством. Она на графе обозначается прямоугольником с указанием ее имени. Имя сущности указывается в виде имени существительного в именительном падеже в единственном числе. При построении инфологической модели желательно дать словесную интерпретацию каждой сущности, атрибутов и доменов особенно если возможно неоднозначное толкование понятия.

Описание каждого типа объекта или связи состоит в указании значений следующих характеристик:

• полное наименование типа объекта или связи;

• удобное для пользователя сокращение наименований (аббревиатура) типа объекта или связи;

• определение смысла моделируемого (отображаемого) типового объекта;

Описание атрибутов для введения в схему ИЛГ типов объектов и связей включает:

• полное наименование атрибута (возможно с указанием роли в описании объекта);

• удобное для пользователя сокращение наименований атрибута;

• определённость значения атрибута в базе данных: 1 – всегда определено, 0 – может быть неизвестным;

• характер значения атрибута по отношению к задаче: входной (вх) – значение атрибута задаётся, выходной (вых) – значение атрибута определяется в результате решения задачи, входной-выходной (вх-вых) – атрибут имеет неопределённый характер в зависимости от запросов пользователя;

• шифр домена – идентификатор описания области значений атрибута.

Описание доменов атрибутов включает:

• шифр (идентификатор) домена;

• полное наименование домена;

• определение домена, содержащее определение правил формирования значений, тип значений (числовой целый, числовой вещественный, символьный и др.), диапазон допустимых числовых значений, максимальное количество значений (мощность документа), полный список значений (если они известны) и т.д.;

• наименование единицы измерения величины значения (км, град., тонн и т.д.);

• шаблон, описывающий структуру каждого значения атрибута (либо в соответствии с некоторым языком программирования, либо с указанием необходимых пояснений);

• примеры значений.

При описании предметной области надо отразить связи между объектами. Различают связи типа «один к одному», «многие к одному» и «многие ко многим». Кроме степени связи в инфологической модели для характеристики связи между разными сущностями надо указать так называемый «класс принадлежности», который показывает, может ли отсутствовать связь объекта данного класса с каким-либо объектом другого класса. Класс принадлежности сущности должен быть либо обязательным, либо необязательным.

Пример. Предположим, что предметной областью является институт, а объект «ЛИЧНОСТЬ» отображает абитуриентов обязательно должен владеть каким-либо иностранным языком, но никто ни владеет более чем одним языком. В этом случае ИЛГ будет иметь вид:

ЛИЧНОСТЬ

Иностранный язык

Процесс разработки ИЛГ данных в общем случае носит итерационных характер.

Формирование закономерностей и ограничений целостности

функционального типа

Целостностью БД называется ее способность сохранять достоверные соответствующие действительности данные в процессе их обновления, при возможных воздействиях различных искажающих факторов.

63. Понятие и основные функции СУБД.

1. Назначение, средства и основные функции СУБД

СУБД представляет собой программное обеспеченье, которое управляет доступом к базе данных.

Основными средствами типовой СУБД являются:

• средства задания (описания) структуры базы данных;

• средства конструирования экранных форм, предназначенных для ввода данных, просмотра и их обработки в диалоговом режиме;

• средства задания запросов для выборки данных при заданных условиях, а также выполнения операций по их обработке;

• средства создания отчетов из базы данных для вывода на печать результатов обработки в удобном для пользователя виде;

• языковые средства – макросы, встроенный алгоритмический язык (Dbase, Visual Basic или другой), язык запросов (QBE, SQL) и т.п., которые используются для реализации нестандартных алгоритмов обработки данных, а также процедур обработки событий в задачах пользователя;

• средства создания приложений пользователя (генераторы приложений, средства создания меню и панелей управления приложениями), позволяющие объединить различные операции работы с базой данных в единый технологический процесс.

Используя эти средства СУБД выполняет следующие функции:

• Определение данных.

СУБД должна допускать определение данных (внешние схемы, концептуальную схему, внутреннюю схему, а также все связанные отображения) в исходной форме и преобразовывать эти определения в форму соответствующих объектов. СУБД должна «понимать» синтаксис языка определений данных.

• Обработка данных.

СУБД должна иметь обрабатывать запросы пользователя на выборку, изменение или удаление существующих данных в базе данных или на добавление новых данных в базе данных. Данные операции должны выполняться с помощью планируемых и не планируемых запросов.

Планируемый запрос – необходимость которого предусмотрена заранее. Администратор базы данных должен настроить проект базы данных таким образом, чтобы гарантировать достаточное быстродействие для таких запросов.

Не планируемый запрос – это, наоборот, специальный запрос, необходимость которого не была предусмотрена заранее. Проекты БД могут подходить, а могут и не подходить для реализации этих запросов. Это проблема.

• Обеспечение целостности и безопасности данных.

Целостность БД – есть свойство БД, означающее, что в ней содержится полная непротиворечивая и адекватно отражающая предметную область информация. Целостность состояния БД описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные.

К средствам обеспечения целостности данных на уровне СУБД относятся:

• встроенные средства для назначения первичного ключа, в том числе средства для работы с типом полей с автоматическим приращением, когда СУБД самостоятельно присваивает новое уникальное значение;

• средства поддержания ссылочной целостности, которые обеспечивают запись информации о связях таблиц и автоматически пресекают любую операцию, приводящую к нарушению ссылочной целостности.

Для обеспечения безопасности данных (т.е. незаконных обращений к БД) СУБД обеспечивает выполнение следующих операций:

• шифрование прикладных программ;

• шифрование данных;

• защиту паролем;

• ограничение уровня доступа (к базе данных, к таблице, к словарю, для пользователя);

• восстановление данных и дублирование.

Для восстановления данных и поддержания целостности в СУБД используется механизм транзакций.

Транзакцией называется некоторая неделимая последовательность операций над данными БД, которая отслеживается СУБД от начала и до завершения. Если по каким-либо причинам (сбои и отказы оборудования, ошибки в программном обеспечении) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.

Транзакции должны быть присущи три основных свойства:

• атомарность (выполняются все входящие в транзакцию операции или ни одна);

• сериализуемость (отсутствует взаимное влияние выполняемых в одно и то же время транзакций);

• долговечность (даже крах системы не приводит к утрате результатов зафиксированной транзакции).

Пример транзакции: Операция перевода денег с одного счета на другой в банке. Здесь необходим двух шаговый процесс. Сначала снимают деньги с одного счета, затем добавляют к другому. Если хотя бы одно действие будет не выполнено, то результат операции будет неправильный.

• Ведение журнала изменений в БД.

Выполняется СУБД для обеспечения надежности хранения данных в базе при наличии аппаратных сбоев, а также ошибок в программном обеспечении.

Журнал СУБД – это особая БД или часть основной БД, непосредственно недоступная пользователю и используемая для записи информации обо всех изменениях БД. Для поддержания надежности хранения и поддержания самого журнала в системе хранятся несколько его копий.

• Производительность.

СУБД должна выполнять свои функции с максимально возможной эффективностью.

Производительность СУБД оценивается:

• временем выполнения запросов;

• скоростью поиска информации в неиндексированных полях;

• временем выполнения операций импортирования базы данных из других форматов;

• скоростью создания индексов и выполнения таких массовых операций, как обновление, вставка, удаление данных;

• максимальным числом параллельных обращении к данным в многопользовательском режиме;

• временем генерации отчетов.

На производительность СУБД оказывают влияние два фактора:

• СУБД несут дополнительную нагрузку за соблюдением целостности данных (в отличии от других программ);

• Производительность собственных прикладных программ сильно зависит от правильного проектирования и построения базы данных.

Самые быстрые программные изделия отнюдь не обладают самыми развитыми функциональными возможностями на уровне процессора СУБД.

• Обеспечение работы в многопользовательских средах.

Обработка данных в многопользовательских средах предлагает выполнение программным продуктом следующих функций:

• блокировку БД, файла, записи, поля;

• идентификацию станции, установившей блокировку;

• обновление информации после модификации;

• контроль за временем и повторение обращения;

• обработку транзакций.

• Обеспечение импорт – экспорт:

• возможность обработки СУБД информации, подготовленной другими программными средствами;

• возможность использования другими программами данных, сформированных средствами рассматриваемой СУБД.

• Обеспечение доступа к данным посредством языка SQL.

Язык запросов SQL (Structured Query Language) реализован в ряде популярных СУБД как базовый, либо как альтернативный. Он является международным стандартом языка запросов. Поэтому совместимость с SQL - системами играет большую роль, когда предполагается проведение работы с корпоративными данными. СУБД хорошо подготовлены в качестве средств первичной обработки информации для SQL– систем, могут открывать двери в системы с архитектурой клиент – сервер.

СУБД имеют доступ к данным в следующих случаях:

• базы совместимы с ODBC (Open Database Connectivity открытое соединение баз данных);

• реализована естественная поддержка SQL – баз данных;

• возможна реализация SQL – запросов локальных данных.

Многие СУБД могут «прозрачно» подключаться к входным SQL - подсистемам с помощью ODBC или драйверов, являющихся их частью.

Например, Access - работают с источниками SQL - данных, совместимых с системой ODBC .

2. Классификация современных СУБД

К важным признакам классификации современных СУБД относятся:

• среда функционирования – класс компьютеров и операционных систем (платформа), на которых работает СУБД, в том числе разрядность операционной системы, на которую ориентирована СУБД (16 или 32 - разрядные);

• тип поддерживаемой в СУБД модели данных – сетевая, иерархическая или реляционная;

• возможность встроенного языка СУБД, его переносимость в другие приложения (SQL, Visual Basic, Object Pal и т. п.);

• наличие развитых диалоговых средств конструирования (таблиц, форм, запросов, отчетов, макросов) и средств работы с базой данных;

• возможность работы с нетрадиционными данными в корпоративных сетях (страницы HTML, сообщения электронной почты, изображения, звуковые файлы, видео клипы и т.п.);

• используемая концепция работы с нетрадиционными данными – объектно-реляционные, объектные;

• уровень использования – локальная (для настольных систем) архитектура клиент – сервер, с параллельной обработкой данных (многопроцессорная);

• использование объектной технологии OLE;

• возможности интеграции данных из разных СУБД;

• степень поддержки языка SQL и возможности работы с сервером баз банных (SQL - сервером);

• наличие средств отчуждаемых приложений, позволяющий не проводить полной инсталляции СУБД для тиражируемых приложений пользователя.

3. Обзор современных систем управления БД. Использование СУБД в локальных и многопользовательских информационных системах

Перспективы развития СУБД

Анализ современных СУБД и реализованных на их основе приложений позволя­ет предположить следующие направления их развития:

1) поиск более совершенных моделей представления и типов данных в базах;

2) разработка новых архитектур СУБД;

3) расширение областей применения БД;

4) улучшение сервиса конечных пользователей, администраторов и разработчиков.

В рамках первого направления представляют интерес СУБД, поддерживаю­щие несколько моделей или одну интегрированную модель и позволяющие удоб­но программировать вычисления, обрабатывать символьную и графическую ин­формацию, работать со знаниями, аудио- и видеоинформацией, осуществлять до­ступ к распределенной информации, организовывать телеконференции, обучение и выполнять другие операции. На пути к решению этой проблемы находится по­пытка поддержки во многих современных СУБД различных типов двоичных дан­ных и типа гиперссылка.

Новые архитектуры СУБД. Современные информационные системы в ряде слу­чаев требуют от СУБД возможности хранить и обрабатывать данные объемом по­рядка Петабайтов (PetaByte - 10¹³ байтов). Несмотря на значительный рост воз­можностей по объему магнитных и магнитооптических дисков, вряд ли их будет достаточно для информационных систем, работающих со сверхбольшими объема­ми данных. В связи с этим говорят о необходимости организации нового уровня иерархии носителей - «третичной памяти». Устройствами третичной памяти могут быть устройства в виде стоек магнитных дисков или лент с автоматически сменяе­мыми носителями.

К новым областям применения СУБД можно отнести следующие два класса за­дач: обработки сверхбольших объемов информации и распределенной обработки ин­формации в сетях ЭВМ.

В рамках четвертого направления перспективные СУБД должны позволять решать стоящие прикладные задачи с лучшим качеством. Для этого, они будут опираться на более совершенную элементную базу (повышение объема хранимых данных, увеличение производительности обработки запросов), иметь более совершен­ную программную организацию (распределенная обработка, безопасность хранимой информации, защита прав собственности), обладать более гибкими и удобными ин­терфейсами для программистов, пользователей и администраторов БД.

Осознание необходимости хранения в базах данных не только информации о пред­метной области, но и информации разработчиков приложений привела к тому, что некоторые крупные фирмы (Огас1е, Microsoft) заявили о скором появлении программ­ных продуктов управления метаданными - объектно-ориентированных репозиториях. Такие репоэитории полезны администраторам БД в управлении метаданными, а также разработчикам, так как позволяют при разработке приложений многократно использовать готовые компоненты.

Одним из новых требований в области информационных технологий является обеспечение безостановочной работы. С одной стороны, возможности компьютеров, а с другой - конкуренция привели к тому, что некоторые информационные системы работают непрерывно. Появился так называемый «стандарт готовности», который определяется как возможность пользователя совершать интерактивное обновление данных 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 52 недели в год. Часто безостановочный режим работы называют «7*24-» или «24*365-работой». Это означает, что в каждый день года в любое время пользователю доступны информационные ресурсы, без ски­док на выходные и праздничные дни.

Такой уровень качества прикладных систем, использующих БД, помимо мер по­вышения надежности и устойчивости непрерывной работы, выдвигает и новые тре­бования к организации обслуживания систем. Раньше существовали «окна» ночного времени, в которых выполнялось резервное копирование, исправление ошибок, реор­ганизация БД, установка новых версий ПО, модернизация компьютера и ОС. Теперь это требуется делать в «горячем» режиме, совмещая с текущим обслуживанием пользо­вателей. Решение этих задач требует новых подходов к организации вычислительных работ и управлению БД, при котором допустимо параллельное и бесконфликтное ре­шение задач пользователей и администратора БД.

В современных условиях появляется потребность в обеспечении информацион­ного обслуживания мобильного пользователя. Ранее типовой схемой ввода и обновле­ния данных в базе являлся пакетный ввод информации и оперативный ввод с терми­налов пользователей. Теперь нужно иметь возможность ведения БД как на централь­ной (стационарной) ВС, так и на портативном (переносном) компьютере. При этом необходимо иметь средства загрузки/выгрузки выбранных данных с центральной на портативную ЭВМ, а также средства обеспечения согласованности информации в обеих базах.

Определенные шаги в реализации такого рода услуг в некоторых СУБД уже сде­ланы. Так, в системе Ассеss имеется средство репликации БД. Дру­гим примером реализации средства работы с БД мобильного пользователя является СУБД Огас1е Lite (Огас1е), функционирующая в карманных компьютерах с операци­онной системой Windows CE. Эта СУБД, называемая клиентской, обеспечивает дос­туп через сеть к данным и приложениям, поддерживаемым системой Огас1е 8. Катего­рию пользователей, для которых разработана Огас1е Lite, составляют менеджеры, руководители и специалисты, находящиеся за пределами своих рабочих мест и тре­бующие подключения к системным ресурсам. Им предоставляется возможность осу­ществлять синхронизацию локальных БД с информацией на сервере, выполнять зап­росы к корпоративным БД, запускать приложения для обработки данных на своем компьютере и на сервере.

Использование СУБД в локальных и многопользовательских средах.

Функциональные ИС могут размещаться на одном или на нескольких компьютерах.

Организация функционирования локальной ИС на одном компьютере в среде некоторой ОС возможна с помощью следующих вариантов использования программных средств:

• «полной СУБД»;

• приложения и «усеченной» (ядра) СУБД;

• независимого приложения.

Первый способ. В дисковой памяти ПК помещается вся СУБД. Взаимодействия пользователя с СУБД происходит напрямую через пользовательский (терминальный) интерфейс СУБД, либо с помощью приложения.

Приложение выполняется в режиме интерпретации.