ТКП - Тема 5

Оперативні БД допускають поповнення і зміну даних безпосередньо по запитах користувачів в «реальному» масштабі часу.

Мінливі БД – допускають модифікацію даних адміністратором БД по заявках користувачів через певні проміжки часу.

Статичні БД – використовуються для зберігання інформації нормативнодовідкового характеру (ГОСТ, РТМ, нормалі), а також зведення про раніше виконані розробки і типові проектні рішення.

СУБД – це програмна система, що забезпечує використання і введення баз даних, тобто що реалізовує централізоване управління даними і що забезпечує доступ до ним.

Сучасні СУБД підтримують звичайно три рівні опису даних, відповідних:

1.Фізичному представленню даних в середовищі зберігання

2.Загальному логічному представленню всіх даних в БД

3.Приватним представленням даних з погляду користувачів

Ці рівні опису відповідно називають: внутрішня, концептуальна і зовнішня схеми БД. На рис.5.6 1,2,3 відповідно уявлення приватні, загальне, фізичне.

Рис.5.6 – Рівні опису даних. СхВа, Сх ВN - зовнішні схеми А,N;

CxBн - внутрішня схема; КС – концептуальна (внутрішня логічна) схема. Зовнішні і концептуальні схеми БД будуються звичайно на основі однієї з

трьох моделей даних: ієрархічної, мережевої і реляційної.

Адміністратор бази даних – це особа або група осіб, які реалізують управління базою даних.

У БНД як об'єкт управління виступає база даних, а як орган, що управляє, – група фахівців, які володіють теорією обробки даних, знайомі із специфікою наочної області даної інформаційної системи і реалізує централізоване управління БД за допомогою СУБД.

5.3 Створення проекту БД

Модель даних повинна відображати тільки інформаційний зміст БД, без подробиць організації фізичного збереження даних. Модель повинна мати свою схему, в якій повинна бути відбиті структура даних, імена і формати полів. Для роботи з даними моделі розробляється конкретна мова і мова маніпулювання даними. Запити до даних з БД повинні виражатися в прикладних програмах користувачів за допомогою мов і термінів моделі даних. Таким чином, прикладна програма працює тільки із записами моделі.

Проектування БНД починається з попередньої структуризації наочної області: об'єкти реального світу підлягають класифікації, фіксується сукупність типів об'єктів, які підлягають віддзеркаленню в БД.

Для кожного з типів об'єктів фіксується сукупність властивостей, за допомогою яких описуватимуться конкретні об'єкти цього типа в БД, види відносин (взаємозв'язок) між цими об'єктами. Потім розв'язуються питання про те, яка інформація про ці об'єкти повинна бути представлена в БД, і як її представити за допомогою даних.

При проектуванні слід розрізняти:

явища реального світу

інформацію про ці явища

представлення цієї інформації за допомогою даних.

Відповідно цьому розподілу при проектуванні БД виділяють три системи:

реальний світ або об'єктна система

інформаційна система

датологическая система

Об'єктна система має такі основні складові: об'єкт, властивість, зв'язок (або об'єктні відносини), час.

Об'єкт – це те, про що повинна накопичуватися інформація в системі. Об'єкт вибирається відповідно до цільового призначення інформаційної системи. Об'єкти можуть розглядатися як елементарні або як складні. До того ж один і той же об'єкт в одному застосуванні може розглядатися як елементарний, а в другом – як складний. Для складного об'єкту (електричної машини, трансформатора т.п.) повинні бути відомі його внутрішні складові (які, у свою чергу, можуть бути елементарними або складними) і внутрішня структура, відповідно до якої, визначається синтез складових.

Кожен об'єкт в певний момент часу характеризується певним станом. Цей стан описується за допомогою обмеженого набору властивостей і зв'язків (відносин) з іншими об'єктами.

Властивості об'єкту можуть не залежати від його зв'язків (об'єктних відносин) з іншими об'єктами, тобто бути локальними. Якщо властивості об'єкту залежать від його зв'язків з іншими об'єктами, то вони є реляційними.

Зв'язок між об'єктами залежно від кількості об'єктів, які в неї входять, характеризується ступенем: n=2,3,.k.

Час теж розглядається як основна складова. У окремі моменти часу або впродовж деяких тимчасових інтервалів об'єкти можуть мати визначені, але різні стани.

Основні складові об'єкту можна скомбінувати в базисні структури, які в инфологическом підході називають елементарними ситуаціями.

Елементарна ситуація – це структура, яка описується виразом: <o, у t>где про

– об'єкт (або n- об'єктів), у – властивість (або n – парний зв'язок), t – час. Вводяться також поняття елементарних ситуацій типу властивостей: <o, p t> і

елементарних ситуацій реляційного типа: <<O1,O2, .On>r>,где Про – об'єкт, р – елемент безлічі властивостей, r – елемент безлічі зв'язків.

Елементарні ситуації, які існують в якийсь момент часу для конкретної наочної області, для конкретних об'єктів, називають елементарними фактами.

Безліч всіх об'єктів, які мають загальну властивість «P» називають об'єктною групою Про(р). У об'єктній системі об'єктні групи можуть перехрещуватися або не перехрещуватися.

Тип елементарної ситуації має вигляд <x, y>, де x – об'єктна група або кортеж об'єктних груп (О1,О2.Оn); у – атрибут (безліч властивостей об'єктної групи) або зв'язок між n-об'єктами.

Таким чином, складові об'єктної системи можуть групуватися в класи подібних складових. Об'єкти групуються в типи об'єктів – групи об'єктів. Властивості формують атрибути. Елементарні ситуації групуються в типи елементарних ситуацій.

Інформаційне середовище представлене поняттями, за допомогою яких можна формально описати і проаналізувати інформацію про об'єктну систему.

Основне поняття в інформаційному середовищі – «відомості».

Для кожного зведення завжди визначена його наочна мета, тобто вказано до чого воно відноситься. Відомості можуть відноситися до об'єкту, об'єктної групи, атрибуту, зв'язку, часу, ситуації. Відомості є смисловими, концептуальними образами складових, які використовуються людиною при сприйнятті і усвідомленні реальних об'єктів. Різні відомості можуть відноситися до однієї і тієї ж складової об'єктної системи, і навпаки. Однозначне зведення називають універсальним ім'ям. Зведення, що не має універсальної однозначності, є локальним ім'ям.

5.4 Моделі даних

5.4.1 Основні операції з даними

Розвиток теорії і практики проектування і експлуатації баз даних супроводжується інтенсивним розвитком моделей даних (МД). Структуризація

даних базується на використанні концепцій типу «агрегація» і «узагальнення». Наприклад, у файлових системах реалізована модель типу «плоский файл» з базисом з чотирьох основних типів логічних структур даних:

поле – найменша пойменована одиниця даних;

запис – пойменована сукупність полів;

файл – пойменована сукупність екземплярів записів одного типа;

набір файлів або бібліотека – пойменована сукупність файлів, що обробляється в системі.

Агрегація використовується для композиції полів в запис, а узагальнення – для представлення безлічі екземплярів записів одного типу загальною структурою вищого рівня – файлом. У ряді систем допускається об'єднання у файл екземплярів записів декількох типів. Узагальнення також використовується для деякої підмножини екземплярів записів, яка задовольняє заданому критерію вибірки.

Реалізація якої-небудь конкретної операції з даними включає селекцію даних, тобто виділення зі всієї сукупності тільки тих даних, над якими виконується конкретна операція і дія над виділеними даними, яке визначає характер операції.

По характеру дії, яке відбувається, розрізняють такі види операцій:

1)ідентифікацію даного і знаходження його позиції в БД;

2)вибірку (читання) даного з БД;

3)записування даного в БД;

4)виключення даного з БД; 5)модификацию даного в БД.

Удеяких мовах перша і друга операції об'єднуються. Моделі даних повинні також передбачати спеціальні операції для встановлення і розриву зв'язків між групами даних в БД. Ці операції по сенсу аналогічні перерахованим вище 1).5) плюс операція по встановленню (розриву) зв'язку між двома ідентифікованими екземплярами груп (з метою модифікації відповідного екземпляра групового відношення).

5.4.2 Мережева модель даних

Базується на використанні графської форми представлення даних. Вершини графа інтерпретують типи суті. При реалізації вершини графа представляються сукупністю описів екземплярів суті відповідного типа.

Дуги графа (зв'язки між вершинами) використовуються для інтерпретації типів зв'язків між типами суті. При реалізації моделей в різних конкретних СУБД можуть використовуватися різні конкретні чини уявлення в пам'яті системи даних, що описують зв'язок між суттю (рис.5.7).

Відношення А-С А1 А2 А2

С1 С3 С4

Відношення В-С

Рис.5.8 – Реляційна модель даних.

Це, перш за все, різні класифікатори, які прискорюють пошук необхідної інформації (наприклад, телефонний довідник), ієрархічні, функціональні структури управління і т.п.

Ієрархічні моделі даних так само, як і мережеві, базуються на використанні графської форми представлення даних.

У графській діаграмі бази даних вершини графа також використовуються для інтерпретації типів суті, а дуги – типів зв'язків між типами суті. При реалізації кожна вершина графа представляється сукупністю описів екземплярів суті відповідного типа.

Проте в ієрархічній моделі даних діють жорсткіші внутрішні обмеження на представлення зв'язків між суттю, чим в мережевій моделі.

Основні внутрішні обмеження тут такі:

1.всі типи зв'язків функціональні;

2.структура зв'язків деревовидна.

Результатом цих обмежень є особливості процесу структуризації в ієрархічній моделі.

Деревовидна структура, або дерево – це зв'язковий неорієнтований граф, який не містить циклів, тобто петель із замкнутих шляхів. Звичайно при роботі з деревом виділяють якусь конкретну вершину, визначають її як корінь дерева і розглядають особливо – в цю вершину не повинне заходити жодне ребро

(рис.5.3).

Будь-який вузол дерева є коренем деякого поддерева, яке міститься в повному дереві. Кількість піддерев вузла називають ступенем вузла. Вузол кінцевий, якщо він має нульовий ступінь. Іноді кінцеві вузли називають листям, а ребра – вітками. Вузол, який не є ні коренем, ні кінцевим вузлом, називають вузлом галуження.

Таким чином, ієрархічна деревовидна структура, орієнтована від кореня, задовольняє умовам:

1. ієрархія завжди починається з кореневого вузла;

2.на першому рівні (i=1, головний рівень ієрархії дерева) може знаходитися тільки один вузол – кореневий;

3.на нижніх рівнях (і=2,3,.,n) знаходяться породжені (залежні) вузли;

4.кожен породжений вузол на рівні і безпосередньо пов'язаний тільки з одним початковим вузлом (батьківським), який знаходиться на вищому (і=1) рівні дерева.

5.кожен початковий вузол може мати один або декілька безпосередньо породжених вузлів, які називаються подібними;

6.доступ до кожного породженого вузла виконується через його безпосередній початковий вузол;

7.існує єдиний ієрархічний шлях доступу до будь-якого вузла, починаючи з кореня дерева.

5.4.4Реляційна модель даних

Ця модель вважається зараз найбільш перспективною.

У основі реляційної моделі використовується поняття «відношення», яке є підмножиною декартового множення доменів.

Домен – це деяка безліч елементів, наприклад, безліч цілих чисел або безліч допустимих значень, які може приймати об'єкт при деякій властивості.

Декартовий твір доменів Д, Д.,Д k : Д=ДД.Д

де Д={d, d., d1n1 }, Д={d 21 ,d 22 ,.,d 2n2 }.,

Д={d, d.d kik ,.,d knk } – це безліч всіх кортежів завдовжки до, тобто тих, які

складаються з k- елементів, по одному з кожного домена «Д».

Декартовий твір дозволяє одержувати всі можливі комбінації елементів початкових множин – елементів даних доменів.

Таким чином, реляційна модель даних – це модель, визначувана сукупністю плоских (двовимірних) таблиць, де кожна таблиця – деяке відношення, що складається з кортежів (рис.5.8).

Поняття «кортеж» в термінології реляційної моделі даних анологично поняттю «запис» в ієрархічних і мережевих моделях. Але в реляційній моделі зв'язку між даними в ній представляються за допомогою відносин (тобто за допомогою деяких даних, а не «захисту» в схемі). Таке уявлення найбільш звичне і природне, для кінцевих користувачів і програмістів.

Реляційне СУБД складні в програмній реалізації, але дозволяють зручніше для користувачів описати структуру даних і маніпулювання ними.