Информатика в техническом университете / Информатика в техническом университете. Банки данных
.pdf
Информатика в техническом университете
Информатика в техническом университете
Серия основана в 2000 году
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
д-р техн. наук И.Б, Федоров — главный редактор д-р техн. наук АЛ. Марков — зам. главного редактора
д-р техн. наук И,П, Норенков —- зам. главного редактора д-р техн. наук Ю, М, Смирнов — зам. главного редактора д-р техн. наук В, Ф, Горнее д-р техн. наук В.В, Девятков канд. техн. наук И,П, Иванов д-р техн. наук В.А, Матвеев д-р техн. наук Я В. Сюзев д-р техн. наук Б, Г, Трусов
д-р техн. наук В,М, Черненький
д-р техн. наук В, А, Шахнов
Ю.А. Григорьев, Г.И. Ревунков
Банки данных
Допущено Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Информатика и вычислительная техника»
Москва Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана
2002
УДК 681.5 (075.8) ББК 32.965
Г 82
Рецензенты:
кафедра «Автоматизированные системы управления» Московского государственного автомобильного дорожного института (технического университета) (зав. кафедрой д-р техн. наук, профессор А.Б. Николаев); д-р техн. наук, профессор В.В. Соломенцев (МГТУ ГА)
Григорьев Ю.А., Ревунков Г.И.
Г 82 Банки данных: Учеб. для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. — 320 с. (Сер. Информатика в техническом университете).
ISBN 5-7038-1779-Х
Приведены основные концепции построения банков данных. В первой части описаны методы построения локальных банков данных; основы инфологического подхода к проектированию информационных систем, методика информационного моделирования и построения моделей данных и знаний; иерархическая, сетевая, реляционная модели данных, семантические сети, фреймовые модели, системы продукций, логические модели, приемы проек тирования локальных банков данных. Во второй части рассмотрены распре деленные банки данных, архитектура распределенных систем обработки дан ных, задачи обеспечения функционирования распределенной базы данных, содержимое которых располагается в нескольких узлах информационной се ти, модели доступа к данным: файлового сервера, сервера базы данных, сер вера приложений, а также системы управления базами данных с архитектурой клиент/сервер.
Содержание учебника соответствует курсу лекций, который авторы чи тают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки ди пломированных специалистов в области информатики и вычислительной тех ники.
|
УДК 681.5 (075.8) |
|
ББК 32.965 |
|
© Ю.А. Григорьев, Г.И. Ревунков, 2002 |
|
© Московский государственный технический |
|
университет им. Н.Э. Баумана, 2002 |
ISBN 5-7038-1779-Х |
© Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие |
8 |
Список основных сокращений |
9 |
Часть I. Локальные банки данных |
13 |
1. Основы построения банков данных |
13 |
1.1. Информация, данные, знания |
13 |
1.2. Автоматизированные информационные системы |
15 |
1.3. Банк данных как автоматизированная система |
21 |
1.4. Архитектура банка данных |
28 |
1.5. Централизация и децентрализация процессов обработки |
|
данных |
36 |
1.6. Архитектура банков знаний |
38 |
Контрольные вопросы |
40 |
2. Модели данных |
41 |
2.1. Инфологический подход к проектированию информаци |
|
онных систем |
41 |
2.2. Понятие модели данных |
48 |
2.3. Структуры, операции, ограничения |
51 |
2.4. Иерархическая и сетевая модели данных |
56 |
2.5. Реляционная Модель Данных |
69 |
Контрольные вопросы |
89 |
3. Проектирование баз данных |
90 |
3.1. Моделирование локальных представлений |
90 |
3.2. Объединение моделей локальных представлений |
99 |
Контрольные вопросы |
107 |
4. Методы специальной обработки |
108 |
4.1. Обеспечение защиты данных в базе |
108 |
4.2. Обеспечение целостности данных |
ИЗ |
4.3. Оптимизация запросов |
115 |
4.4. Устранение тупиковых ситуаций при параллельной обра |
|
ботке запросов |
118 |
Контрольные вопросы |
121 |
5
Оглавление |
|
5. Модели представления знаний |
122 |
5.1. Способы представления знаний для обработки на ЭВМ |
122 |
5.2. Семантические сети |
124 |
5.3. Фреймы |
128 |
5.4. Представление знаний с помощью логики предикатов |
132 |
5.5. Системы продукций |
137 |
Контрольные вопросы |
139 |
6. Проектирование баз знаний |
140 |
6.1. Этапы проектирования баз знаний |
140 |
6.2. Методы проектирования баз знаний |
141 |
6.3. Автоматизация проектирования баз знаний |
144 |
Контрольные вопросы |
147 |
7. Датологическое проектирование баз данных |
148 |
7.1. Модель данных субд на примере MS ACCESS |
148 |
7.2. Создание информационных систем с помощью СУБД MS |
|
ACCESS |
150 |
7.3. Создание новой базы данных |
151 |
7.4. Создание таблиц |
152 |
7.5. Создание формы |
154 |
7.6. Создание запроса |
154 |
7.7. Создание отчета |
156 |
Контрольные задания |
157 |
Часть П. Системы распределенной обработки данных |
159 |
8. Тенденции развития систем распределенной обработки данных.. 159 |
|
8.1. Переход к распределенной обработке данных |
159 |
8.2. Архитектура современных распределенных СУБД |
164 |
8.3. Распределенные базы данных и Internet |
168 |
8.4. Примеры систем распределенной обработки данных |
169 |
8.5. Перспективы развития систем распределенной обработки |
|
данных |
173 |
Контрольные вопросы |
175 |
9. Проблемы проектирования систем распределенной обработки |
|
данных |
176 |
9.1. Этапы проектирования распределенных систем |
176 |
9.2. Кризис проектирования |
178 |
9.3. Макетирование системы |
178 |
Контрольные вопросы |
180 |
Оглавление |
|
10. Выявление информационных потребностей конечных поль |
181 |
зователей |
|
10.1. Диаграммы потоков данных |
181 |
10.2. Инструментальные средства описания диаграмм |
184 |
10.3. Пример разработки диаграммы потоков данных |
185 |
Контрольные вопросы |
190 |
11. Концептуальное проектирование систем распределенной |
191 |
обработки данных |
|
11.1. Особенности концептуального проектирования |
191 |
11.2. Разработка концептуальной схемы базы данных |
192 |
11.3. Способы описания спецификаций процессов |
199 |
Контрольные вопросы |
203 |
12. Логическое проектирование систем распределенной обработки |
|
данных |
204 |
12.1. Разработка логической схемы базы данных |
204 |
12.2. Разработка приложений |
222 |
Контрольные вопросы |
254 |
13. Выбор общесистемных пакетов |
255 |
13.1. Сетевые операционные системы Netware, Windows NT, |
|
Unix |
255 |
13.2. Варианты выбора распределенной СУБД |
260 |
Контрольные вопросы |
303 |
14. Проблемы обеспечения высокой производительности в |
|
системах распределенной обработки данных |
304 |
14.1. Факторы, влияющие на время выполнения запросов |
304 |
14.2. Повышение производительности системы |
306 |
14.3. Настройка СУБД в среде Solaris |
309 |
Контрольные вопросы |
315 |
Список литературы |
316 |
Предметный указатель |
317 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Успешная практическая деятельность человека все в большей степени зависит от эффективной организации обмена информацией. Установлено, что объем информации растет примерно пропорционально квадрату разви тия производительных сил. Информационные процессы реализуются в та ких сферах деятельности людей, как экономика и техника, наука и техноло гия, медицина и социальное обеспечение. Информацию и данные все чаш1е рассматривают как жизненно важные ресурсы, которые должны быть орга низованы так, чтобы ими можно было легко пользоваться.
Перерабатывать большой объем информации в заданные сроки без специальных средств обработки практически невозможно. К сожалению, большая часть информации еще находится вне ЭВМ, что объясняется от сутствием достаточного количества и номенклатуры технических средств обработки. Но если учесть, что стоимость ЭВМ снижается, то можно пред положить, что в перспективе машинная обработка информации будет ос новной повсеместно. В ЭВМ могут храниться и обрабатываться не только печатные тексты, но и чертежи, фотографии, запись голоса и т.д. Таковы возможности безбумажной технологии обработки информации.
Методы организации процессов обработки информации, реализуемые в концепции банков данных и знаний, позволили принципиально по-новому подойти к их реализации в автоматизированных системах.
Банки данных и знаний являются одним из основных компонентов ав томатизированных систем различных уровней и типов. Их создают для мно гих отраслей и сфер народного хозяйства: планирования, учета, управления предприятиями, статистики, здравоохранения и др.
Авторы выражают искреннюю благодарность академику Междуна родной академии информатизации, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР В.Н. Четверикову, которому принадлежит идея создания данной книги, а также А.Д. Плутенко, в соавторстве с которым написан § 1.2 второй части и Е.Г. Ревунковой, в соавторстве с которой написана глава 7 первой части данного учебника.
Считаем приятным долгом выразить благодарность коллективу ка федры «Автоматизированные системы управления МАДИ (ТУ) (зав. кафед рой д-р техн. наук, проф. А.Б. Николаев), проф. В.В. Соломенцеву за ценные замечания и рекомендации, которые были учтены авторами при работе над рукописью.
8
с п и с о к о с н о в н ы х СОКРАЩЕНИИ
АБД — администратор базы данных АИС — автоматизированная информационная система АС — автоматизированная система
АСУ — автоматизированная система управления АСНПД — автоматизированная система нормативно-правовой документации
АСНМОУ — автоматизированная система нормативно-методического обес печения управления
АСНТИ — автоматизированная система научно-технической информации АСУТП — автоматизированная система управления технологическим про
цессом АСУП — автоматизированная система организационного управления пред
приятием или организацией АСНТИ — общегосударственная автоматизированная система научно-тех
нической информации БД — база данных БЗ — база знаний БнД — банк данных БнЗ — банк знаний
БТИ — бюро научно-технической информации на предприятии ВМД — внешняя модель данных ВнМД — внутренняя модель данных ВнС — внутренняя схема ВС — внешняя схема
ЖЦ — жизненный цикл системы ИПП — интерфейс прикладного программирования ИС — информационная система
и л е — информационно-логическая система ИПС — информационно-поисковая система ИПЯ — информационно-поисковый язык ИСМ — информационные системы мониторинга ИСС — информационно-справочная система ИТ — информационные технологии КТ — конец транзакции КМД — концептуальная модель данных