Автоматизированные банки данных в системах управления водным транспортом. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА ЭФ и АСУ ВТ

Ю.М. МИРОНОВ В.И. САВИН

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ БАНКИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ

учебное пособие

Москва 2001

УДК 681.656.62 (075.8) Савин В.И., Миронов Ю.М.,

Автоматизированные банки данных в системах управления водным транспортом.

Учебное пособие. – М.: МГАВТ, 2001, с. 77

Учебное пособие рассмотрено и утверждено к изданию на кафедре "Эксплуатации флота и АСУ водным транспортом".

Протокол №9 от 07.05.2001 г.

Рекомендовано к изданию на заседании учебно-методического совета МГАВТ. Протокол № от 27.11.2001 г.

Рецензент: зам. директора ЦНИИЭВТ, доцент, к.т.н. Е.В. Ширяев.

Учебное пособие разработано в соответствии с учебным планом и программой специальности 24.01 "Организация перевозок и управления на водном транспорте" по дисциплине "Базы и банки данных" для студентов III уровня обучения.

В пособии приведены краткие сведения и определены основные понятия о банках данных, как об информационно-обеспечивающей подсистеме автоматизированной системы. Достаточно подробно рассмотрен структурный состав банка данных и его специфические особенности архитектурного построения, процессы обработки данных в автоматизированной системе. Рассмотрены три типа моделей представления данных, их характерные особенности с примерами практической реализации. Дается характеристика программных средств управления банками данных и освещаются вопросы проектирования баз данных.

Рекомендовано также в качестве учебного пособия для студентов старших курсов других специальностей, аспирантов и специалистов в области создания автоматизированных систем обработки информации и рабочих мест.

Ил.26, табл.2, библиогр.10 назв.

Предисловие

Одним из наиболее перспективных методов реализации информационного обеспечения в автоматизированных системах (АС) различного уровня является использование банков данных (БнД).

Новый подход к организации процессов обработки данных нашел наиболее яркое выражение в концепциях банков данных, которые позволили принципиально по-новому подойти к вопросам управления информацией в автоматизированных системах. АС спроектированные на основе концепции банков данных, обладают рядом характерных свойств, выгодно отличающихся от предшествующих разработок, основой которых была система массивов данных, ориентированная на решение комплекса установившихся задач. Использование автоматизированных банков данных позволяет обеспечить многоаспектный доступ к совокупности взаимосвязанных данных, интеграцию и централизацию управления данными, устранение излишней избыточности данных, возможность совмещения эффективных режимов пакетной и телепроцессорной обработки данных.

Автоматизированный банк данных определяют как систему информационных, математических, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоаспектного использования данных, для получения необходимой информации. В автоматизированном банке данных часть функций выполняется различными элементами вычислительной техники, а другая – человеком.

Массив данных, хранимый в запоминающих устройствах компьютера, называется базой данных. База данных вместе с системой управления его является составной частью банка данных.

Базы данных (БД) подобны картотекам и в отличие от записной книжки могут содержать сотни и тысячи записей, хранящих совокупности взаимосвязанных сведений о тех или иных объектах. Главное преимущество, которое дает переход к автоматизированному ведению базы данных, – быстрый поиск необходимых сведений и предоставление их в удобной форме.

Следующее преимущество автоматизированных баз данных – их компактность.

Еще одно немаловажное преимущество использования автоматизированных баз данных состоит в том, что для оформления различных справок и отчетов не потребуется машинистка. Надо лишь сообщить ЭВМ описание документа, который необходимо с ее

помощью подготовить. Причем это может быть как довольно сложный отчет, так и простейшие справки.

Базы данных, как правило, разрабатываются с помощью серийно выпускаемых систем управления базами данных (СУБД). При создании баз данных необходимо уделить особое внимание тому, чтобы данные можно было широко использовать в различного рода приложениях и чтобы способы использования данных можно было легко и быстро изменять. Для обеспечения гибкости использования данных необходимо учитывать два аспекта разработки баз данных: во-первых, данные должны быть независимы от программ, использующих их, для того, чтобы данные можно было добавлять или перестраивать без изменения программ; во-вторых, должна быть обеспечена возможность запрашивать и отыскивать информацию в базе данных без трудоемкого написания программ на обычном языке программирования. Таким образом, создание баз данных должно основываться на вполне определенной системе положений – четко сформулированной концепции.

В настоящее время весьма интенсивно решаются теоретические вопросы создания БД и их систем управления и в первую очередь вопросы создания моделей данных. Накоплен достаточно большой практический опыт реализации различных баз данных. Однако пока не всегда выбор СУБД, разработка БД и программных средств для их функционирования обеспечены необходимой концепцией.

Концепция баз данных стала определяющим фактором, при создании эффективных автоматизированных систем обработки информации.

Базы и банки данных, являясь одними из основных компонентов автоматизированных систем различных уровней, создаются для многих сфер и отраслей народного хозяйства: оперативного планирования, учета и контроля, управления предприятиями, прогнозирования, статистики, моделирования сложных систем и др.

Поэтому проектирование и эксплуатация любой автоматизированной системы, связанной с обработкой информации, должны включать в себя проектирование и эксплуатацию банков данных.

1. Банк данных - информационно-обеспечивающая подсистема АС

Под банком данных понимают относительно автономную совокупность специально организованных взаимосвязанных массивов информации, предназначенных для решения определенного комплекса задач АС: алгоритмических, языковых, программных средств; методов обслуживания, доступа и управления массивами, а также технических средств, реализующих функции хранения, обновления, поиска и выдачи информации пользователю. В совокупности перечисленные элементы БнД обеспечивают создание и эксплуатацию эффективных систем накопления информации, поступающей от различных источников, ее обновление и корректировку, многоаспектное использование для функционирования конкретных задач АС, а также прямую связь с различными пользователями; для получения ответов, как на стандартные, так и произвольные запросы. Структурнофункциональное положение БнД в составе АС представлено на рис.1, из которого видно, что банк данных выступает в роли информационнообеспечивающей подсистемы.

Любой процесс управления всегда связан с процессом обработки информации. Одним из важнейших видов информации является экономическая – совокупность сведений, отражающих условия, состояния и результаты общественного производства. Частью экономической информации является производственная информация – содержание сообщений, принимаемых, обрабатываемых и передаваемых отдельными работниками или административными подразделениями в процессе управления производством.

При автоматизированном управлении каким-либо объектом по технологическому признаку, отражающему последовательные операции преобразования информации, можно выделить следующие фазы (рис.2): восприятие и подготовка, передача, обработка и хранение, документирование, выработка управляющего воздействия.

Поэтому при автоматизированном управлении под информацией понимаются все сведения являющиеся объектом операций: сбора, восприятия, подготовки, передачи, хранения, обработки, документирования и управляющих воздействий.

На практике при автоматизированном управлении имеют дело с данными, представляющими собой информацию, фиксированную в строго определенной форме, пригодной для ее последующего преобразования.

ПЕРСОНАЛ

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИЕ

УПРАВЛЕНИЯ

РЕШЕНИЯ

Рис.1 Банк данных в составе АС

ВЫРАБОТКА ВОСПРИЯТИЕ УПРАВЛЯЮЩЕГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Рис. 2. Последовательность преобразования информации в АС

Данные имеют форму (способ представления) и содержание (семантику – смысл).

Содержание определяется составом задач управления для решения которых предназначаются данные, а способ представления данных тесно связан с комплексом аппаратно-программных средств, используемых для реализации каждой фазы управления.

Данные соответствуют зарегистрированным фактам об объектах управления, их параметрах, характеристиках, чтобы в дальнейшем использовать данные требуется их специальное представление в банках данных.

В банках данных различают два уровня представления данных (в общем виде): инфологический и датологический. На уровне инфологического представления рассматриваются вопросы, связанные со смысловым содержанием данных, а именно: о каких объектах требуется накапливать и обрабатывать данные, какие их основные

характеристики и взаимосвязи между собой будут учитываться, уточнения вводимых в БнД понятий об объектах и явлениях, их характеристиках и взаимосвязях.

Основное средство представления семантики данных – естественный язык. Но можно использовать формализованные языки, которые позволяют более эффективно организовать обработку данных на вычислительной технике и представить необходимую семантику данных, удовлетворяющую практическим потребностям целого ряда прикладных задач.

Другими словами, на уровне инфологического проектирования выделяется множество данных, определяющее информационные потребности АС, то есть ее предметную область (ПО).

Предметная область – это область применения конкретного банка данных. Различают БнД, применяемые в сфере управления предприятиями, различными организациями, транспортом, в научных исследованиях и т.д.

Датологический уровень рассматривает вопросы, связанные с представлением данных в памяти автоматизированной системы, а именно: способы, формы отображения данных для последующей обработки, хранения и передачи. При датологическом проектировании разрабатываются формы представления информации в системе посредством данных, приводятся модели и методы представления и преобразования данных, формулируются правила смысловой интерпретации данных.

Банк данных, как обеспечивающая подсистема в составе АС, должен выполнять две основные функции: поддержания информационной модели в требуемом состоянии и обеспечения информационных запросов пользователей.

Функция поддержания информационной модели в необходимом состоянии в банке данных осуществляется посредством выполнения операций: хранения, включать, удалить, изменить данные в соответствии с возникающими изменениями в предметной области объекта управления. Она предусматривает также корректировку информационной модели ПО в процессе развития АС, когда видоизменяются состав ПО и связи между ними. Так как в АС используется самая разнообразная по смысловому содержанию информация, представленная в различных видах, то рассматриваемая функция обеспечивает использование информации различных видов и изменяет при необходимости структуру хранимых данных за счет достаточно гибкой организации БнД.

Функция обеспечения информационных запросов пользователей включает в себя обязательное выполнение двух этапов, которые следует рассматривать и учитывать при проектировании БнД.

Первый этап связан с определением границ конкретной ПО и разработкой описания соответствующей информационной модели. А второй этап – с разработкой БнД, ориентированного на эффективное обслуживание запросов пользователей.

Всвязи с чем, с одной стороны, банк данных должен обеспечить АС всей необходимой информацией, а в идеальном случае и той, которая может потребоваться при ее дальнейшем расширении, а с другой – необходимо проанализировать типы и виды запросов пользователей. Пользователей банка данных в АС можно классифицировать по следующим признакам: регулярности обращения, форме представления запросов и затребованной информации, уровню компетенции (рис.3).

По регулярности обращения к БнД различают постоянные и разовые пользователи.

Постоянные пользователи – такие, которые регулярно пользуются услугами БнД и для которых заранее можно сформулировать типы запросов, определяющих круг их интересов. Они могут обращаться к БнД и с произвольными по содержанию запросами.

Разовые пользователи-те, которые могут обращаться к БнД с произвольными по содержанию запросами.

Следовательно в АС существуют два потока регламентированных

ипроизвольных по содержанию запросов, требующих разработку специальных подходов к определению границ ПО и проектированию состава элементов информационной модели.

Внастоящее время используются два подхода к проектированию: подход "от реального мира" и "подход от запросов пользователей".

Подход "от реального мира" применяется, при наличии в АС потоков регламентированных и произвольных по содержанию запросов

ис учетом ее развития во времени, для выполнения прогноза смыслового содержания ожидаемой совокупности произвольных запросов.

При данном подходе сначала экспертным путем определяются границы ПО – состав объектов, их свойства и отношения с учетом развития АС, а затем проектируется модель.

Подход "от запросов пользователей" применяется для определения границ ПО и выполнения проектирования, исходя из анализа содержания всей совокупности регламентированных запросов пользователей и без учета развития АС.