33

Л Е К Ц И И

по дисциплине «Базы данных

(Управление данными)»

Москва - 2010

Содержание

стр

Глава 1. Концептуальная технология анализа

и проектирования информационных

систем на базе СУБД…………….(Тема1.doc)

Глава 2. Общая характеристика банков

данных……………………………...(Тема2.doc)

Глава 3. Проектирование баз данных…..….(Тема3.doc)

Глава 4. Модели данных…………………….(Тема4.doc)

Глава 5. Разработка пользовательского

интерфейса………………………… (Тема5.doc)

Глава 6. Физическое представление

данных…………………….…………(Тема 6.doc)

Тема 1

Концептуальная технология анализа и проектирования информационных систем на базе СУБД

Основные определения

База данных – совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Банк данных – это система специальным образом организованных данных:

-баз данных,

- программных средств,

- технических средств,

- языковых средств,

предназначенных для централизованного накопления и коллективного иного целевого использования данных.

СУБД – это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования Баз данных многими пользователями.

Концепция – способ рассмотрения сложных объектов и систем.

Концептуальная модель – описание этого способа.

Страта – часть сложной системы.

1. Общие положения СК анализа

С системной точки зрения подход к банкам данных намечается из концептуальной модели сложной системы, для которой можно записать следующее выражение:

S₀ = < S^и_о, S^м_о, S^эн_о, S^эк_о, S^орг_о >,

где S – это страты объекта S₀,

и – информационная,

м – материальная,

эн – энергетическая,

эк – экономическая,

орг– организационная.

Графически концептуальная модель объекта представляется следующим образом (рис.1.1.):

Рис.1.1.

Когда речь идет о банках данных. то мы должны рассматривать информационную страту объекта S^и₀.

Если рассматривать теперь более детально страту S^и, то она может быть представлена в виде следующей концептуальной модели:

S^и = < S^и_μ, S^и_φ, S^и_ω, S^и_μφ, S^и_φμ, S^и_ωμ, S^и_μω, S^и_ωφ, S^и_φω >,

где μ – структура,

φ – функция,

ω – управление.

Структура информационной страты связана с тем, как организованы данные в нашей информационной системе.

Функция информационной страты связана с тем, как организуется взаимодействие между пользователем и ЭВМ при обработке данных.

Управление информационной стратой связано с деятельностью администратора базы данных, который отвечает за целостность и сохранность данных.

Графически концептуальная модель информационной страты может быть представлена следующим образом (рис.1.2.):

Рис.1.2.

2. Структурный аспект информационной страты объекта автоматизации

Структуру информационной страты мы будем рассматривать на 2-х уровнях.

1-й уровень анализа дает нам общее представление об информационных элементах системы и их связях. На основании этого строится база данных объекта автоматизации.

2-й уровень анализа дает нам представление о внутренней структуре каждого из информационных элементов, об атрибутах этого информационного элемента и о его функциональных связях. С точки зрения базы данных этот уровень анализа дает нам представление о каждой из таблиц базы данных.

Каждому из уровней соответствует своя концептуальная модель.

а) Концептуальная модель 1-го уровня

S^и_µ = < E^и_i, V^и_ke, Ψ^и, P^и_µkl, T >,

где E^и_i – информационные элементы объекта,

V^и_ke – связи между информационными элементами,

Ψ^и – конфигурация связей,

P^и_µkl – параметр связи между элементами,

µkl – текущие значения элементов E,

T – это параметр, который указывает на то, что необходимо определить, как первые 4 элемента концептуальной модели меняются во времени.

Концептуальную модель можно представить в графическом виде (рис.1.3.):

S^и – информационная страта

Е₁

Е₂

V₁₃ V_2n

Е₃

Е_n

. . .

P_µ13 P_µ32 Ψ

V₃₂

Рис.1.3.

Так схема базы данных представляется в конструкторе базы данных СУБД Visual FoxPro.

б) Концептуальная модель 2-го уровня

Концептуальная модель 2-го уровня относится к каждому информационному элементу объекта, т.е. к каждому из элементов Е_i .

S^и_µi = < e_ij, v_ijk, Ψ_i, P_µijk, T >,

где i – номер информационного элемента Е,

j – номер информациооного элемента е,

k – номер информационного элемента е, с которым связан элемент j,

e_ij – компоненты информационного элемента Е_i ,

v_ijk – связи между e_ij и e_ik ,

Ψ_i – конфигурация связей,

P_µijk – параметр связи между e_ij и e_ik ,

T – имеет смысл, аналогичный концептуальной модели 1-го уровня

Концептуальная модель 2-го уровня также имеет графическую интерпретацию (рис.1.4.). Для информационного элемента Е₁: Е₁ – состоит из атрибутов е₁₁, е₁₂, е₁₃ и т.д.

e11

e12

e13

e14

. . .

e1i

. . .

e1n

V₁₁₃

P_µ113

P_µ1i4

V_1i4

V_1in

Рис.1.4.

Конфигурация связей Ψ_iявляется предметом анализа для определения качества таблиц базы данных, т.е. есть ли в базе данных аномалии включения, удаления и обновления.

Если конфигурация связей имеет вид (рис.1.5.):

Рис.1.5.

или

Рис.1.6.

Т.е. все атрибуты зависят от одного элемента ключа, то в этих таблицах нет проблем или аномалий, связанных с коррекцией информации, вводом данных и удалением записей из таблиц.

Если конфигурация связей имеет вид (рис.1.7):

Рис.1.7.

или

Рис.1.8.

Т.е. атрибуты зависят не только от ключа, но есть и простые ( ) и множественные ( ) связи внутри информационных элементов, то этим информационным элементам присущи всеаномалии(включения, удаления и обновления) .

Закономерности перехода от сложной конфигурации связей к простой, т.е. от таблиц, обладающих аномалиями включения, удаления и обновления, и таблицами, где этих аномалий нет, рассматриваются в теории нормальных форм (предмет дальнейшего изучения).

3. Функциональный аспект информационной страты объекта автоматизации S^и_φ

Концептуальная модель S^и_φ выглядит следующим образом:

S^и_φ = < x^и, y^и, F^и, P^и_φ, T >,

гдеx^и – вектор входных воздействий,

y^и – вектор реакции системы,

F^и – функция преобразования х в у,

P^и_φ – параметр функции преобразования,

T –время.

В графическом виде этот аспект объекта можно представить следующим образом (рис. 1.9)

х^и

Рис.1.9.

Здесь х^и = (х^и₁ , х^и₂, х^и_i, х^и_l)

где х^и_i – интерпретируется как i входной документ

и х^и_i = (х_i1 , х_i2, х_i3… х_ij…)

где х_ij – интерпретируется как j компонента или атрибут i входного документа.

И аналогично для выходных векторов:

у^и = (у^и₁ , у^и₂, у^и_k, у^и_m)

где у^и_k – интерпретируется как k входной документ

и у^и_k = (у_k1 , у_k2, у_k3… у_kj…)

где у_kj – интерпретируется как j компонента или атрибут k-го входного документа.

F^и: {x  y}

Функция преобразования F интерпретируется следующим образом:

информация из входных документов или векторов х₁ , х₂ . . . заполняет базу данных. Этот процесс определяет те функции, которые должен реализовать пользовательский интерфейс проектируемой системы, т.е. выбор вида работы ввод информации, её корректировку, формулировку запросов.

Далее, набор выходных векторов у₁ , у₂ . . . определяет те операции над данными, которые производятся с использованием всей структуры базы данных. Эти процессы тоже определяют функции, которые должны быть включены в пользовательский интерфейс. Это формирование различных отчетов, справок, ответы на запросы, формирование требуемых текстов и т.д.

Обобщая сказанное, можно сказать, что F это набор функций, которые должен реализовать пользовательский интерфейс.

F - имеет графическую интерпретацию.

Если мы выделим основные функции, которые реализует пользовательский интерфейс, то мы получим пункты главного меню системы, которые в СУБД реализуются как экранная форма.

- экранная форма 1.

Она состоит из 3-х кнопок, каждая из которых вызывает свою функцию.

Если мы выбираем функцию 1, то мы перейдем к экранной форме, которая нам позволит производить, например, ввод информации l.

Если мы выбираем функцию 2 , то мы перейдем к экранной форме, которая нам позволит осуществить запросы к базе данных, т.е. графически, мы можем интерпретировать F как структуру экранных форм или структуру объектов, т.к. в объектно-ориентированных СУБД формы являются объектами.

Итак, на рис 1.10 мы имеем структуру экранных форм, которая представляет собой схему интерфейса информационной системы, реализующую функцию преобразования F-3-го элемента концептуальной модели S^и_φ

Рис.1.10.

Рассмотрим 4-й и 5-й элементы концептуальной модели S^и_φ

P^и_φ – этот элемент концептуальной модели обычно интерпретируется как нормативно-справочная информация, характерная для объекта автоматизации.

Т – при рассмотрении этого параметра, необходимо рассмотреть поведение х^и, у^и, F^и и P^и_φ во времени.

5. Функционально-структурный аспект информа-ционной страты объекта автоматизации S^и_φµ

Концептуальная модель S^и_φµ выглядит следующим образом:

S^и_φµ = < x, y, E, T >

Для раскрытия этого аспекта рассмотрим взаимодействие векторов х и у с базой данных. Графически это взаимодействие представлено на рис.1.11.

Рис.1.11.

Внутри прямоугольника различаются информационные элементы Е₁, Е₂ … Е_n базы данных (структура). С базой данных взаимодействует вектор х – вектор входных воздействий. База данных, в свою очередь, взаимодействует с вектором у – вектором реакции системы.

Вектор х является результирующим и он состоит из векторов х₁, х₂ … х_l.

Вектор у имеет составляющие у₁, у₂ … у_m . Вектора х и у являются элементами функции. Поэтому аспект носит название функционально(х,у)-структурного (Е₁÷Е_n)

Между множеством компонент входных векторов и множеством атрибутов информационных элементов Е₁… Е_n базы данных должно быть соответствие, т.е. каждый компонент входного вектора х должен быть размещен в соответствующем атрибуте одного из информационных элементов базы данных Е₁… Е_n .

Элементы базы данных E_{1 …} Е_п .

Между множеством компонент выходных векторов и множеством атрибутов базы данных должно быть следующее соответствие. Значение каждого компонента выходного вектора Y должно быть получено из значений атрибутов базы данных путем определенных преобразований.

Пример соответствия между компонентами X и атрибутами базы данных:

е₁₁=х₁₁…

е₁₅=х2₁…

е₂₂=х3₁… и т.д.

Так как первый компонент вектора Х₁ – (Х₁₁) размещается в первом атрибуте информационного элемента Е₁, а именно е₁₁, первый компонент вектора Х₂ –(Х₂₁) размещается в пятом атрибуте информационного элемента Е₁ и т.д.

Пример соответствия между атрибутами базы данных и компонентами вектора Y.

y₁₁=e₁₁ - прямой перенос данных

у₂₁=∑е₃₃ - суммирование значений атрибута е₃₃ по всем записям N информационного элемента Е₃ и т.д.

Соответствие должно быть для каждого компонента Х и атрибута Е и для каждого атрибута Е и компонента У.