Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. Вводный курс Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

1.3.

Система

представления и обработки данных фактографических АИС

областей информационных

систем

является их статичность, не

позволяющая наглядно и непосредственно отображать процес-

сы, в которые вовлечены сущности и которым подвержены от-

нощения (связи). Отчасти подобные проблемы преодолевают-

ся введением дополнительных сущностей, выражающих соб-

ственно процессы и ситуации — событие, действие, момент

времени. Аналогичным образом в некоторых случаях вводятся

пространственные сущности для адекватного представления

сущностей и отнощений предметной области — марщрут, мес-

то, населенный пункт, здание, элемент здания, зона и т. д.

Вторым уровнем представления информации в информа-

ционной системе (см. рис. 1.4) является схема базы

даииых,

(называемая

ащслогической

структурой данных), представля-

ющая описание средствами конкретной СУБД инфологической

схемы предметной области

(информационные

объекты, рекви-

зиты, связи).

Совокупность средств и способов реализации схемы базы

данных в конкретной СУБД составляет модель организации

данных.

Схема базы данных содержит также ограничения целост-

ности данных. Ограничения целостности представляют собой

набор установок и правил по типам, диапазонам, соотнощени-

ям (и т. д.) значений атрибутов

объектов,

характеристик и осо-

бенностей связей между объектами. К

примеру,

диапазон зна-

чения атрибута «Дата рождения» объекта лицо не

моясет

выхо-

дить за рамки текущей даты,

значение

атрибута «Дата

приобретения» объекта «Имущество» не может быть позднее

значения атрибута «Дата продажи», значение атрибута «Коли-

чество» объекта «Материал» не должно быть меньше

минимсшь-

но необходимого на складе и т. п. Ограничения целостности

данных лежат в основе контроля корректности информации при

ее вводе в систему и периодического контроля наличия смыс-

ловых и других ощибок в базе данных после проведения опе-

раций добавления, удаления и изменения данных.

Третий

самый

«низкий»

уровень представления инфор-

мации в фактографических информационных системах выра-

1. Основы

ииформациовпюго

обеспечения

процессов н систем

жается внутренней схемой базы данных, определяющей струк-

туру организации и особенности хранения информационных

массивов, в которых и находятся собственно сами данные

(см. рис.

1.4).

Более конкретные особенности представления и организа-

ции данных определяются конкретным типом и особенностя-

ми СУБД, используемой для создания фактографической ин-

формационной системы.

Вопросы и упражнения

Разъясните соотношение и взаимосвязь понятий «информация»,

«знания», «сведения» и «данные».

2. Охарактеризуйте в терминах информационного обеспечения ли-

сток по учету кадров и автобиографию, заполняемые и составля-

емые сотрудником при приеме на работу.

3. Бланк заказа заполняется клиентом, подписывается работником

организации, регистрируется, исполняется и подшивается в соот-

ветствующее дело. Охарактеризуйте в терминах информацион-

ного обеспечения указанные операции и процессы.

4. Является ли обязательным использование

СВТ

в ииформацион-

ных системах? Каковы главные признаки информациониой сис-

темы и чем она отличается от простой совокупности информаци-

онных ресурсов?

Од?юй

из задач работника информационно-аналитической служ-

бы является поиск, сбор и систематизация всех публикаций по

определенной проблеме. Как можно охарактеризовать эти функ-

ции с точки зрения структуры и этапов информационного обес-

печения?

6. К какому этапу цикла функционирования информационных сис-

тем относится извещение абонента читального зала об исполне-

нии заказа на интересующую его книгу, журнал?

7. Чем отличается база данных от информационного массива?

8. Каково соотношение понятий банка данных и

бс1зы

данных?

9. К какому типу информационных систем можно отнести картоте-

ку личных дел сотрудников организации?

10.

Какого типа информационную систему наиболее целесообразно

создавать для информационного обеспечения снабжения товара-

ми сети магазинов торговой компании?

Вопросы и

упражнени я

11.

Чем отличается инфологическая схема предметной области ин-

формационной системы от схемы ее базы данных?

12.

Какие атрибуты или совокупности атрибутов объектов

«Обрщо-

ванне» (наименование учебного заведения, год поступления, год

окончания,

квсшификация,

специалыюсть, № диплома), «Имуще-

ство» (ипв. №, наименование, тип, дата приобретения) могут ис-

полнять роль ключей?

13.

Каковы типы отношений-связей между объектами (сущностями)

«Счет»—«Банк», «Товары»—«Поставщики», «Студенты»—«Пре-

подаватели» и «Автомобиль»—«Паспорттрапспортного средства

(ПТС)»?

2. СУБД фактографических информационных систем

2. Системы управления базами

данных фактографических

информационных систем

История СУБД как особого вида программного обеспече-

ния неразрывно связана с историей начала использования элек-

тронно-вычислительных машин для организации хранения и

обработки информации. Именно в то время (конец 60-х,

начато

70-х годов) были разработаны основы программного обеспече-

ния для создания и эксплуатации фактографических информа-

ционных систем. В конце 70-х, начале 80-х годов направление

программного обеспечения под общим названием «СУБД» пре-

вратилось в одну из наиболее бурно развивающихся отраслей

программной индустрии.

При этом основные программно-математические и техно-

логические решения по СУБД были

рсоработаны

в 70-х годах в

ряде крупных исследовательских проектов. Наиболее извест-

ными из них являются проект «Рабочей группы по базам дан-

ных» КОДАСИЛ

(DBTG

CODASYL)

с участием уже упоми-

навшегося Ч. Бахмана, пионерские работы основателя теории

реляционных баз данных Е. Кодда, проект разработки системы

управления реляционными базами данных «System R» фирмы

IBM (1975-1979 гг.) и проект разработки СУБД «Ingres»

(Interactive Graphics and

Retrieva/System)

в университете Берк-

ли (1975-1980 гг.) под руководством известного специалиста в

области баз данных М. Стоунбрейкера.

2.1. Функции, классификация и структура

СУБД

С начала своего возникновения в конце бО-х годов автома-

тизированные информационные системы ориентировались на

хранение и обработку больших объемов данных, которые не

1.1. Функции, классификация и структура СУБД

МОГЛИ быть одновременно и полностью размещены в оператив-

ной памяти ЭВМ.

В структуре программного обеспечения ЭВМ, как в то вре-

мя, так и сейчас, за организацию, размещение и оперирование

данными во внешней (долговременной) памяти

отвечает

опе-

рационная система ЭВМ, соответствующий компонент которой

чаще всего называется «файловой системой». Данные во внещ-

ней

памяти компьютера представлены именованными совокуп-

ностями, называемыми файлами. В больщинстве случаев опе-

рационная (файловая) система не «знает» внутренней смысло-

вой логики организации данных в файлах и оперирует с ними

как с однородной совокупностью байтов или строк символов.

С точки зрения смысла и назначения АИС файлы данных

имеют структуру, отражающую информационно-логическую

схему предметной области АИС. Эта структура данных в фай-

лах должна обязательно учитываться в операциях обработки

(собственно, в этом и заключается одна из основных функций

АИС). Вместе

тем, в силу невозможности в большинстве слу-

чаев размещения файлов баз данных сразу целиком в оператив-

ной памяти компьютера, структуру данных в файлах баз дан-

ных приходится учитывать при организации операций обраще-

ния к файлам во внешней памяти.

Отсюда вытекает основная особенность СУБД как вида

программного обеспечения. Будучи по природе прикладным

прогрсшмпым обеспечением, т. е. предназначенным для реше-

ния конкретных прикладных задач, СУБД изначально выпол-

няли и системные функции — расширяли возможности файло-

вых систем системного программного обеспечения.

В общем плане можно выделить следующие функции, ре-

ализуемые СУБД:

• организация и поддержание логической структуры дан-

ных (схемы базы данных);

• организация и поддержание физической

структуры

дан-

ных во внешней памяти;

• организация доступа к данным и их обработка в опера-

тивной и внешней памяти.

2. СУБД

фактографических

информационных

систе м

Организация

поддерз/сание

логической структуры дап-

т,1Х

(схемы базы данных) обеспечивается средствами

и/об)с^лм

организации

данных^

Модель данных определяется способом

организации данных, ограничениями целостности и множе-

ством операций, допустимых над объектами организации дан-

ных. Соответственно модель данных разделяют на три состав-

ляющие — структурную, целостную и

манипуляционную.

Известны три основные модели организации данных:

• иерархическая;

а сетевая;

а реляционная.

Модель данных, реализуемая СУБД, является одной из ос-

новных компонент, определяющих функциональные возможно-

сти СУБД по отражению в базах данных информационно-логи-

ческих схем предметных областей АИС. Модель организации

данных, по сути, опр&тпяел внутренний информационный язык

автоматизированного банкаданных, реализующего автоматизи-

рованную информационную систему.

Модели данных, поддерживаемые СУБД, довольно часто

используются в качестве критерия для классификации СУБД.

Исходя из этого, различают иерархические СУБД, сетевые

СУБД и реляционные СУБД.

Другой важной функцией СУБД является организация

поддерзкание

физической структуры данных во внешней па-

мяти. Эта функция включает организацию и поддержание

внутренней структуры файлов базы данных, иногда называе-

мой форматом файлов базы данных, а также создание и под-

держание специальных структур (индексы, страницы) для эф-

фективного и

зтюрядоченного

доступа к данным. В этом плане

эта функция тесно связана с третьей функцией СУБД — орга-

низацией доступа к данным.

Организация и поддержание физической структуры данных

во внешней памяти может производиться как на основе штат-

ных средств файловых систем, так и на уровне непосредствен-

ного

зправления

СУБД устройствами внешней памяти.

обиходе просто «модель данных».

2.1. Функции, классификация н структура СУБД

Организация

доступа к данным

их обработка в

опера-

тивной

впешпсй памяти осуществляется через реализацию

процессов, получивших название транзакций. Транзакцией

нп-

чыъают последовательную совокупность операций, имеющую от-

дельное смысловое

значение

по отношению к текущему состо-

янию базы данных. Так, например, транзакция по удалению от-

дельной записи в базе данных последовательно включает

определение страницы файла данных, содержащей указанную

запись, считывание и пересылку соответствующей страницы в

буфер оперативной памяти, собственно удаление записи в буфе-

ре ОЗУ, проверку ограничений целостности по связям и другим

параметрам после удаления и, наконец, «выталкивание» и фик-

сацию в файле базы данных нового состояния соответствующей

страницы данных.

Транзакции принято разделять на две разновидности — из-

меняющие состояние базы данных после завершения транзак-

ции и изменяющие состояние БД лишь временгю, с восстановле-

нием исходного состояния данных после

завершения

транзак-

ции. Совокупность функций СУБД по организации и управлению

транзакциями

ЯЛЗЫЪ'АЮТ

монитором транзакций.

Транзакции в теории и практике СУБД по отношению к базе

данных выступают внешними процессами, отождествляемыми

действиями пользователей банка данных. При этом источни-

ком, инициатором транзакций может быть как один пользова-

тель, так и несколько пользователей сразу. По этому критерию

СУБД классифицируются на однопользовательские (или так

называемые «настольные») и многопользовательские («тяже-

лые», «промышленные») СУБД. Соответственно в многопользо-

вательских СУБД главной функцией монитора транзакций явля-

ется обеспечение эффективного совместного

вьтолнения

тран-

закций над общими данными

срс1зу

от нескольких пользователей.

Непосредственная обработка и доступ к данным в большин-

стве СУБД осуществляется через организацию в оперативной

памяти штатными средствами операционной системы или соб-

ственными средствами системы буферов оперативной псшяти,

куда на время обработки и доступа помещаются отдельные ком-

2. СУБД фактографических информационных систем

поненты файла базы

данньк

(страницы). Поэтому другой состав-

ной частыо функций СУБД по организации доступа и обработки

данных является управление буферами оперативной памяти.

Еще одной важной функцией СУБД с точки зрения органи-

зации доступа и обработки данных является так называемая жур-

нализация всех текущих изменений базы данных.

Журнализа-

ция

представляет собой основное средство обеспечения сохран-

ности данных при всевозможных сбоях и разрушениях данных.

Во многих СУБД для нейтрализации подобных угроз создается

журнал изменений базы данных с особым режимом хранения и

размещения. Вместе с установкой режима периодического со-

хранения резервной копии БД журнал

изменений^

при сбоях и

разрушениях данных позволяет восстанавливать данные по про-

изведенным изменениям с момента последнего резервирования

до момента сбоя. Во многих предметных областях АИС (напри-

мер, БД с финансово-хозяйственными данными) такие ситуации

сбоя и порчи данных являются критическими и возможности вос-

становления данных обязательны для используемой СУБД.

Исходя из рассмотренных функций, в структуре

СУБД

современном представлении можно

вьщелить

следующие фун-

кциональные блоки:

• процессор описания и поддержания структуры базы дан-

ных;

• процессор запросов к базе данных;

•

монитор

транзакций' ;

• интерфейс ввода данных;

•

интерфейс запросов;

• интерфейс выдачи сведений;

• генератор отчетов.

Схематично взаимодействие компонент СУБД представле-

но

на

рис.

2.1.

Ядром СУБД является процессор описания

поддерука-

ния структуры базы данных. Он реализует модель организа-

^ Резервная копия БД и

журшш

изменений, как правило, размещаются на отдель-

ных от основного файла БД носителях.

' Как правило,

однопользов;1тельских

СУБД

монитортранз;1кцнГ|

виде отдель-

ного

функционгшьпого

элемента СУБД не реализуется и не выделяется.

2.1. Функции, классификация и структура СУБД

Рис. 2.1. Структура и взспаюдействие компонент СУБД

ции данных, средствами которой проектировщик строит

логм-

ческую

структуру (схему) базы данных, соответствующую ин-

фологической схеме предметной области АИС, и обеспечивает

построение и поддержание внутренней схемы базы данных.

Процессором описания и поддержания структуры данных

терминах

используемой модели данных (иерархическая, се-

тевая, реляционная) обеспечиваются установки заданной ло-

гической структуры базы данных, а также трансляция (пере-

вод) структуры базы данных во внутреннюю схему базы дан-

ных (в физические структуры данных). В АИС на базе

реляционных СУБД процессор описания и поддержания струк-

туры базы данных реализуется на

основе

язбнса

базы данных,

являющегося составной частью языка структурированных

запросов

(5^^) .

Интерфейс ввода данных СУБД реализует входной инфор-

мационный язык банка данных, обеспечивая абонентам-постав-

щикам информации средства описания и ввода данных в ин-

2. СУБД фактографических

ниформацноппых

систе м

формационную систему. Одной из современных тенденций раз-

вития СУБД является стремление приблизить входные инфор-

мационные языки и интерфейс ввода к естественному языку

общения с пользователем в целях упрощения эксплуатации ин-

формационных систем так Нсхзываемых «неподготовленными»

пользователями. Данная проблема решается через применение

диалоговых методов организации интерфейса и использование

входных форм. Входные формы, по сути, представляют собой

электронные аналоги различного рода анкет, стандартизован-

ных бланков и таблиц, широко используемых в делопроизвод-

стве и интуитивно понятных большинству людей (неподготов-

ленных пользователей). Интерфейс ввода при этом обеспечи-

вает средства создания, хранения входных форм и их

интерпретацию в терминах описания логической структуры

базы данных для передачи вводимых через формы сведений про-

цессору описания и поддержания структуры базы данных.

Интерфейс запросов совместно с процессором запросов

обеспечивает концептуальную модель использования инфор-

мационной системы в части стандартных типовых запросов, от-

ражающих информационные потребности пользователей-або-

нентов системы. Интерфейс запросов предоставляет пользова-

телю средства выражения своих информационных

потребностей. Современной тенденцией развития СУБД явля-

ется использование диалогово-наглядных средств в виде спе-

циальных «конструкторов» или пошаговых «мастеров» форми-

рования запросов.

Процессор запросов интерпретирует сформированные зап-

росы в терминах языка манипулирования данными и совмес-

тно с процессором описания и поддержания структуры базы

данных собственно и исполняет запросы. В реляционных СУБД

основу процессора запросов составляет язык манипулирования

данными, являющийся основной частью языка

8^^.

Тем са-

мым на базе процессора запросов и процессора описания и под-

держания структуры базы данных образуется низший уровень

оперирования данными в СУБД, который иногда называютл/я-

шиной данных. Стандартные функции и возможности

маши -