Меньков А.В., Острейковский В.А. Теоретические основы автоматизированного управления

Подождите немного. Документ загружается.

500

шифрование и дешифрование данных абонентами сетей обще о

пользования (телефонных, теле рафных) при до оворенности

пользователей об общих техничесих средствах, ал оритмах

шифрования и т.п.

Инте рированные системы обработи данных создаются на

основе объединения и жестой вязи всех входящих в систем

элементов в информационном, про раммном и техничесом ас-

петах. При этом должна быть построена масимально нифици-

рованная техноло ичесая схема фнционирования системы с

использованием общих чето спроетированных для разных за-

дач стртр и моделей данных.

Реализация принципа инте рации, наопления, хранения и

систематичесо о обновления данных для своевременно о и на-

дежно о обслживания мно очисленных пользователей системы

заладывается на стадии ее создания. Учитывается, что пользова-

телями информации бдт не тольо специалисты онретной

проблемной области правленчесой деятельности (чета, плани-

рования, менеджмента, маретин а и т. п.), но и про раммисты, за-

нимающиеся созданием и эсплатацией про раммных средств.

Поэтом в процессе проетирования баз данных (БД) ведется

тщательное разностороннее исследование предметной области,

ее элементов, связи межд ними, а таже выявляются особеннос-

ти цирлирющих в ней данных а особо важно о ресрса. Со-

здается общая стртрная схема баз данных в виде мно оровне-

вых моделей, формирются словия и осществляется выбор сис-

темы правления базами данных (СУБД). При этом межд

пользователями станавливаются со лашения по состав и стр-

тре данных; разрабатываются способы фильтрации ошибочных

данных, вводимых в систем; станавливаются необходимые раз-

раничения достпа  массивам онретных пользователей; дов-

летворяются требования независимости данных от про рамм и их

физичесо о расположения и т.п. Все перечисленное читывает-

ся среди прочих фаторов при выборе или создании СУБД.

В процессе реализации информационной техноло ии БД и

СУБД нждаются в систематичесом обслживании, поддержа-

нии в рабочем состоянии (сопровождении). Эти фнции выпол-

няет администратор БД, т.е. один или несольо специалистов,

оторые нест ответственность за фнционирование инте риро-

ванной БД, отвечают а за целостность данных, та и за защит

их от несанционированно о достпа, надежность системы.

Фнционирование баз данных под правлением СУБД и при

систематичесом онтроле со стороны администратора представ-

ляет собой взаимодействие сложно о ор анизационно-техноло-

501

ичесо о омплеса, оторый полчил название автоматизиро-

ванно о бана данных.

Под автоматизированным баном данных (БнД) понимается

ор анизационно-техноло ичесий омплес (система), влюча-

ющий базы данных для решения фнциональных задач правле-

ния, техничесие, про раммные и языовые средства, а таже об-

слживающий персонал.

9.2.4. Базы данных и их системы правления

Части про раммно о обеспечения и методы, осществляю-

щие правление базой данных, составляют систем правления

базами данных. На рис. 9.9 поазан пример использования СУБД

и БД для проетирования элементов ЭВМ.

Система правления БД позволяет полчить достп  инте -

рированным данным и допсает множество различных пред-

ставлений о хранимых данных. Приведем основные определения

СУБД, сформлирем требования, оторым они должны довлет-

ворять, и опишем фнции, выполняемые СУБД.

Про раммное обеспечение, оторое позволяет приладным

про раммам работать с БД без знания онретно о способа раз-

мещения данных в памяти ЭВМ, называют СУБД. Система п-

равления БД выстпает а совопность про раммных средств,

предназначенных для создания, ведения и совместно о исполь-

зования БД мно ими пользователями.

Система правления БД должна обеспечивать простот физи-

чесой реализации БД; возможность централизованно о и децен-

трализованно о правления БД; минимизацию избыточности

хранимых данных; предоставление пользователю по запросам не-

Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà

êîíñòðóêòîðñêîãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ

Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà

òåõíîëîãè÷åñêîãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ

Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà

ëîãè÷åñêîãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ

Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà

ñòðóêòóðíîãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ

ÑÓÁÄ ÁÄ

Рис. 9.9. Пример использования СУБД и БД для проетирования

502

противоречивой информации; простот разработи, ведение и

совершенствование приладных про рамм; выполнение различ-

ных фнций.

Система правления БД реализет два интерфейса: 1) межд

ло ичесими стртрами данных в про раммах и в БД; 2) межд

ло ичесой и физичесой стртрами БД.

Опишем последовательность работы СУБД в одном из режи-

мов: 1) про рамма запрашивает возможность чтения данных 

СУБД, она передает необходимю информацию о про раммисте,

типе записи и т.п.; 2) про рамма осществляет поис описания

данных, на оторые выдан запрос; 3) определяет, ао о типа ло-

ичесие и физичесие записи необходимы; 4) выдает ОС запрос

на чтение требемой записи; 5) ОС взаимодействет с физичес-

ой памятью; 6) записывает запрошенные данные в системные

бферы; 7) выделяет требемю ло ичесю запись, выполняя не-

обходимые преобразования; 8) передает данные из системных б-

феров в про рамм пользователя, а затем в про рамм пользова-

теля — информацию о резльтатах выполнения запроса; 9) при-

ладная про рамма обрабатывает полченные данные.

Распределенная БД — это БД, в оторой данные размещены по

мест возниновения или наиболее эффетивно о использова-

ния. Она предпола ает, что на аждой ЭВМ данные правляются

лоальными СУБД.

Для работы с распределенными БД создаются специальные

системы правления распределенными БД (СУРБД). Основное

требование  СУРБД таое же, а и  СУБД: обеспечение ма-

симальной независимости приладных про рамм САПР от лоа-

лизации данных в сети. Основой СУРБД являются атало и, в

оторых хранится информация о стртре сети, описание ло-

альных СУРБД и т. п. Особенность правления распределенны-

ми БД определяется разнотипностью лоальных СУРБД, ото-

рые желательно иметь одно о типа. Если же разные части рас-

пределенной БД правляются разными СУБД, то использют

неоторю промежточню интерфейсню СУРБД, через ото-

рю на основе соответствющих отображений обеспечивается

взаимодействие лоальных СУРБД. Процесс разработи стрт-

ры БД на основании требований пользователя называют прое-

тированием БД (ПБД). Резльтатом ПБД являются стртра БД,

состоящая из ло ичесих и физичесих омпонент, и роводс-

тво для приладных про раммистов.

Развитие системы БД во времени называют жизненным ци-

лом. Последний делится на стадии анализа, проетирования и

эсплатации.

503

Первая стадия влючает в себя этапы формлирования и ана-

лиза требований, онцептально о проетирования, проетиро-

вания реализации, физичесо о проетирования. Анализ требо-

ваний является полностью неформализованным этапом. Е о ос-

новная цель — обеспечить со ласованность целей пользователей

и представлений об информационных потоах.

Вторая стадия состоит из этапов реализации БД, анализа

фнционирования и поддержи, модифиации и адаптации.

Концептальное проетирование обеспечивает выбор стр-

тры ор анизации информации па основе объединения инфор-

мационных требований пользователей.

Проетирование реализации (ло ичесое проетирование)

разделяют на две части: проетирование базы данных и прое-

тирование про рамм. Резльтатом первой части является ло и-

чесая стртра БД. Резльтатом второй части считают фн-

циональные описания про раммных модлей и наборы запро-

сов  БД.

Физичесое проетирование разделяют таже на две части:

выбор физичесой стртры БД и отлад про раммных мод-

лей, полченных при проетировании про рамм. Резльтатом

этапа является под отова  эсплатации БД.

На этапе реализации БД ставится задача разработи про-

рамм достпа  БД.

Этап анализа фнционирования и поддержи обеспечивает

статистичесю обработ данных о фнционировании систе-

мы. Восстановление БД и ее целостность после сбоев обеспечи-

вает поддержа БД.

Этап модернизации и адаптации позволяет производить измене-

ния, оптимизацию фнционирования, модифиацию про рамм.

Языи, использемые в БД, делят на языи описания данных

(ЯОД) и языи маниплирования данными (ЯМД).

В общем слчае ЯОД описывает различные типы записей, их

имена и форматы, слжит для определения: типов элементов дан-

ных, оторые нжны в ачестве лючей; отношений межд запи-

сями или их частями и именования этих отношений; типа дан-

ных, оторые использются в записях; диапазона их значений;

числа элементов, их поряда и т. п.; серетности частей данных и

режимов достпа  ним.

Различают три ровня абстрации для описания данных:

— онцептальный (с позиции администратора);

— реализации (с позиции приладно о про раммиста и поль-

зователя);

— физичесий (с позиции системно о про раммиста).

502

противоречивой информации; простот разработи, ведение и

совершенствование приладных про рамм; выполнение различ-

ных фнций.

Система правления БД реализет два интерфейса: 1) межд

ло ичесими стртрами данных в про раммах и в БД; 2) межд

ло ичесой и физичесой стртрами БД.

Опишем последовательность работы СУБД в одном из режи-

мов: 1) про рамма запрашивает возможность чтения данных 

СУБД, она передает необходимю информацию о про раммисте,

типе записи и т.п.; 2) про рамма осществляет поис описания

данных, на оторые выдан запрос; 3) определяет, ао о типа ло-

ичесие и физичесие записи необходимы; 4) выдает ОС запрос

на чтение требемой записи; 5) ОС взаимодействет с физичес-

ой памятью; 6) записывает запрошенные данные в системные

бферы; 7) выделяет требемю ло ичесю запись, выполняя не-

обходимые преобразования; 8) передает данные из системных б-

феров в про рамм пользователя, а затем в про рамм пользова-

теля — информацию о резльтатах выполнения запроса; 9) при-

ладная про рамма обрабатывает полченные данные.

Распределенная БД — это БД, в оторой данные размещены по

мест возниновения или наиболее эффетивно о использова-

ния. Она предпола ает, что на аждой ЭВМ данные правляются

лоальными СУБД.

Для работы с распределенными БД создаются специальные

системы правления распределенными БД (СУРБД). Основное

требование  СУРБД таое же, а и  СУБД: обеспечение ма-

симальной независимости приладных про рамм САПР от лоа-

лизации данных в сети. Основой СУРБД являются атало и, в

оторых хранится информация о стртре сети, описание ло-

альных СУРБД и т. п. Особенность правления распределенны-

ми БД определяется разнотипностью лоальных СУРБД, ото-

рые желательно иметь одно о типа. Если же разные части рас-

пределенной БД правляются разными СУБД, то использют

неоторю промежточню интерфейсню СУРБД, через ото-

рю на основе соответствющих отображений обеспечивается

взаимодействие лоальных СУРБД. Процесс разработи стрт-

ры БД на основании требований пользователя называют прое-

тированием БД (ПБД). Резльтатом ПБД являются стртра БД,

состоящая из ло ичесих и физичесих омпонент, и роводс-

тво для приладных про раммистов.

Развитие системы БД во времени называют жизненным ци-

лом. Последний делится на стадии анализа, проетирования и

эсплатации.

503

Первая стадия влючает в себя этапы формлирования и ана-

лиза требований, онцептально о проетирования, проетиро-

вания реализации, физичесо о проетирования. Анализ требо-

ваний является полностью неформализованным этапом. Е о ос-

новная цель — обеспечить со ласованность целей пользователей

и представлений об информационных потоах.

Вторая стадия состоит из этапов реализации БД, анализа

фнционирования и поддержи, модифиации и адаптации.

Концептальное проетирование обеспечивает выбор стр-

тры ор анизации информации па основе объединения инфор-

мационных требований пользователей.

Проетирование реализации (ло ичесое проетирование)

разделяют на две части: проетирование базы данных и прое-

тирование про рамм. Резльтатом первой части является ло и-

чесая стртра БД. Резльтатом второй части считают фн-

циональные описания про раммных модлей и наборы запро-

сов  БД.

Физичесое проетирование разделяют таже на две части:

выбор физичесой стртры БД и отлад про раммных мод-

лей, полченных при проетировании про рамм. Резльтатом

этапа является под отова  эсплатации БД.

На этапе реализации БД ставится задача разработи про-

рамм достпа  БД.

Этап анализа фнционирования и поддержи обеспечивает

статистичесю обработ данных о фнционировании систе-

мы. Восстановление БД и ее целостность после сбоев обеспечи-

вает поддержа БД.

Этап модернизации и адаптации позволяет производить измене-

ния, оптимизацию фнционирования, модифиацию про рамм.

Языи, использемые в БД, делят на языи описания данных

(ЯОД) и языи маниплирования данными (ЯМД).

В общем слчае ЯОД описывает различные типы записей, их

имена и форматы, слжит для определения: типов элементов дан-

ных, оторые нжны в ачестве лючей; отношений межд запи-

сями или их частями и именования этих отношений; типа дан-

ных, оторые использются в записях; диапазона их значений;

числа элементов, их поряда и т. п.; серетности частей данных и

режимов достпа  ним.

Различают три ровня абстрации для описания данных:

— онцептальный (с позиции администратора);

— реализации (с позиции приладно о про раммиста и поль-

зователя);

— физичесий (с позиции системно о про раммиста).

504

На онцептальном ровне описывают объеты, атрибты и

значения данных. На ровне реализации имеют дело с записями,

элементами данных и связями межд записями. На физичесом

ровне оперирют блоами, азателями, данными переполне-

ния, рппировой данных.

Обычно ЯМД дают возможность маниплирования данными

без знания несщественных для про раммиста подробностей.

Они мо т реализоваться а расширение языов про раммиро-

вания обще о назначения птем введения в них специальных

операторов или птем реализации специально о языа (напри-

мер, PL/1, ЯМД CODASYL).

При работе с БД использются несольо типов языов: ма-

ниплирования данными; про раммирования; описания физи-

чесой ор анизации данных.

Языи про раммирования, использемые в БД, представляют

собой распространенные языи типа ФОРТРАН, КОБОЛ и др.

Языи описания ло ичесих схем пользователя реализются

средствами описания данных языа приладно о про раммиро-

вания, средствами СУБД, специальным языом.

Наиболее широо распространен первым способ описания.

Он имеет в основе операторы объявления (например, DECLARE

в язые PL/I, STRUCT в СИ, type в ADA).

Языи описания схем БД предназначены для администратора

БД. С их помощью определяют лобальные описания данных.

Языи описания физичесой ор анизации данных описыва-

ют физичесю стртр размещения схемы на машинных но-

сителях. С их помощью определяют методы достпа, предписы-

вающие размещение данных на тех или иных носителях, и т. п.

Наибольшими преимществами обладают специальные язы-

и, та а не зависят от использемых языов про раммирова-

ния или техничесих средств. Следовательно, при переносе БД

на др ое ТО или смене языа про раммирования большинство

описаний БД останется без изменения.

Процесс проетирования БД начинают с построения онцеп-

тальной модели (КМ). Концептальная модель состоит из описа-

ния объетов и их взаимосвязей без азания способов физичес-

о о хранения. Построение КМ начинается с анализа данных об

объетах и связях межд ними, сбора информации о данных в с-

ществющих и возможных приладных про раммах. Др ими

словами, КМ — это модель предметной области. Версия КМ,

обеспечиваемая СУБД, называется лоичесой моделью (ЛМ).

Подмножества ЛМ, оторые выделяются для пользователей, на-

зываются внешними моделями (подсхемами). Ло ичесая модель

505

отображается в физичесю, оторая отображает размещение

данных и методы достпа. Физичесю модель называют еще

внтренней.

Внешние модели не связаны с использемыми ТС и методами

достпа  БД. Они определяют первый ровень независимости

данных. Второй ровень независимости данных связан с отстстви-

ем изменений внешних моделей при изменении КМ. На рис. 9.10

поазаны два ровня независимости данных в ИО САПР. В ос-

новном степень независимости данных определяется формализо-

ванностью проетирования БД.

Важным инстрментом при разработе и проетировании БД

является словарь данных (СД), предназначенный для хранения

сведений об объетах, атрибтах, значениях данных, взаимосвя-

зях межд ними, их источниах, значениях, форматах представ-

ления. Словарь данных позволяет полчить однообразню и фор-

мализованню информацию обо всех ресрсах данных. Главное

назначение СД состоит в доментировании данных. Он должен

обеспечивать централизованное введение и правление данны-

ми, взаимодействие межд разработчиами любо о проета, на-

пример, САПР. Сществют интерированные и независимые СД.

В первом слчае СД — это часть паета про рамм СУБД, а во вто-

ром — отдельный пает про рамм в виде дополнения  СУБД.

В настоящее время СД рассматривают а связющее звено в

системе ПО обработи данных, влючающей в себя процессор,

СУБД, языи запросов, монитор телеобработи. На рис. 9.11 по-

азаны интерфейсы СД в ипотетичесой системе с БД. В пол-

ном объеме СД обязан: поддерживать КМ, ло ичесю, внтрен-

нюю и внешнюю модели; быть инте рированным с СУБД, подде-

Ïðèêëàäíûå

ïðîãðàììû

Ïðèêëàäíûå

ïðîãðàììû

2-é óðîâåíü

Ôèçè÷åñêàÿ

íåçàâèñèìîñòü

äàííûõ

Âíóò-

ðåííÿÿ

ìîäåëü

Âíåøíèå

ìîäåëè

Êîíöåïòóàëüíûå

òðåáîâàíèÿ

ÊÌ ËÌ

1-é óðîâåíü

Ëîãè÷åñêàÿ

íåçàâèñèìîñòü

äàííûõ

Рис. 9.10. Лоичесая и

изичесая независимость данных

504

На онцептальном ровне описывают объеты, атрибты и

значения данных. На ровне реализации имеют дело с записями,

элементами данных и связями межд записями. На физичесом

ровне оперирют блоами, азателями, данными переполне-

ния, рппировой данных.

Обычно ЯМД дают возможность маниплирования данными

без знания несщественных для про раммиста подробностей.

Они мо т реализоваться а расширение языов про раммиро-

вания обще о назначения птем введения в них специальных

операторов или птем реализации специально о языа (напри-

мер, PL/1, ЯМД CODASYL).

При работе с БД использются несольо типов языов: ма-

ниплирования данными; про раммирования; описания физи-

чесой ор анизации данных.

Языи про раммирования, использемые в БД, представляют

собой распространенные языи типа ФОРТРАН, КОБОЛ и др.

Языи описания ло ичесих схем пользователя реализются

средствами описания данных языа приладно о про раммиро-

вания, средствами СУБД, специальным языом.

Наиболее широо распространен первым способ описания.

Он имеет в основе операторы объявления (например, DECLARE

в язые PL/I, STRUCT в СИ, type в ADA).

Языи описания схем БД предназначены для администратора

БД. С их помощью определяют лобальные описания данных.

Языи описания физичесой ор анизации данных описыва-

ют физичесю стртр размещения схемы на машинных но-

сителях. С их помощью определяют методы достпа, предписы-

вающие размещение данных на тех или иных носителях, и т. п.

Наибольшими преимществами обладают специальные язы-

и, та а не зависят от использемых языов про раммирова-

ния или техничесих средств. Следовательно, при переносе БД

на др ое ТО или смене языа про раммирования большинство

описаний БД останется без изменения.

Процесс проетирования БД начинают с построения онцеп-

тальной модели (КМ). Концептальная модель состоит из описа-

ния объетов и их взаимосвязей без азания способов физичес-

о о хранения. Построение КМ начинается с анализа данных об

объетах и связях межд ними, сбора информации о данных в с-

ществющих и возможных приладных про раммах. Др ими

словами, КМ — это модель предметной области. Версия КМ,

обеспечиваемая СУБД, называется лоичесой моделью (ЛМ).

Подмножества ЛМ, оторые выделяются для пользователей, на-

зываются внешними моделями (подсхемами). Ло ичесая модель

505

отображается в физичесю, оторая отображает размещение

данных и методы достпа. Физичесю модель называют еще

внтренней.

Внешние модели не связаны с использемыми ТС и методами

достпа  БД. Они определяют первый ровень независимости

данных. Второй ровень независимости данных связан с отстстви-

ем изменений внешних моделей при изменении КМ. На рис. 9.10

поазаны два ровня независимости данных в ИО САПР. В ос-

новном степень независимости данных определяется формализо-

ванностью проетирования БД.

Важным инстрментом при разработе и проетировании БД

является словарь данных (СД), предназначенный для хранения

сведений об объетах, атрибтах, значениях данных, взаимосвя-

зях межд ними, их источниах, значениях, форматах представ-

ления. Словарь данных позволяет полчить однообразню и фор-

мализованню информацию обо всех ресрсах данных. Главное

назначение СД состоит в доментировании данных. Он должен

обеспечивать централизованное введение и правление данны-

ми, взаимодействие межд разработчиами любо о проета, на-

пример, САПР. Сществют интерированные и независимые СД.

В первом слчае СД — это часть паета про рамм СУБД, а во вто-

ром — отдельный пает про рамм в виде дополнения  СУБД.

В настоящее время СД рассматривают а связющее звено в

системе ПО обработи данных, влючающей в себя процессор,

СУБД, языи запросов, монитор телеобработи. На рис. 9.11 по-

азаны интерфейсы СД в ипотетичесой системе с БД. В пол-

ном объеме СД обязан: поддерживать КМ, ло ичесю, внтрен-

нюю и внешнюю модели; быть инте рированным с СУБД, подде-

Ïðèêëàäíûå

ïðîãðàììû

Ïðèêëàäíûå

ïðîãðàììû

2-é óðîâåíü

Ôèçè÷åñêàÿ

íåçàâèñèìîñòü

äàííûõ

Âíóò-

ðåííÿÿ

ìîäåëü

Âíåøíèå

ìîäåëè

Êîíöåïòóàëüíûå

òðåáîâàíèÿ

ÊÌ ËÌ

1-é óðîâåíü

Ëîãè÷åñêàÿ

íåçàâèñèìîñòü

äàííûõ

Рис. 9.10. Лоичесая и

изичесая независимость данных

506

рживать тестовые и рабочие версии хранимых описаний;

обеспечивать эффетивный обмен информацией с СУБД и про-

цесс изменения рабочей версии при изменении БД. Словарь дан-

ных должен иметь свою БД. Приведем основные составляющие

БД словаря данных. Последний влючает в себя: атрибт; объет;

рпповой элемент данных; выводимый объет данных; синони-

мы, т. е. атрибты, имеющие одинаовое назначение, но различ-

ные идентифиаторы; омонимы, т. е. атрибты с различным на-

значением, но с одинаовыми идентифиаторами; описание КМ,

ЛМ, внешних и внтренних моделей; описание, позволяющее

пользователям формально и однозначно выбирать атрибты для

решении задач.

По анало ии с СД создают информационный фонд. Отметим,

что он может являться частью СД. Содержимое информационно-

о фонда можно разделить на две основные части.

Первая часть содержит нормативно-справочню информа-

цию, сведения о ГОСТ, ОСТ и т. п., а таже различные модели

омпонентов (тепловые, элетричесие, оммтационные). Эта

часть харатеризется мно оратным считыванием, сравнитель-

но редой обновляемостью. Ино да ее называют «постоянной»

частью БД.

При проетировании БД необходимо провести идентифиа-

цию основных объетов предметной области и приладных про-

рамм, подлежащих использованию, определить объеты и их

взаимосвязи, построить СД, KM, ЛМ, ФМ с проведением анали-

за и оцено (рис. 9.12).

Вторая часть содержит сведения об объетах, оторые нахо-

дятся в процессе проетирования. Они влючают описания объ-

Êîìïèëÿòîðû

Ðåâèçîð ñèñòåìû

îáðàáîòêè äàííûõ

Ãåíåðàòîð

îò÷åòîâ äëÿ

ïîëüçîâàòåëåé

Áèáëèîòåêà

ïðîãðàìì

Ïðèêëàäíûå

ïðîãðàììû

ÑÓÁÄ

ÑÄ

ÀÁÄ

ÁÄ

Рис. 9.11. Интерфейсные СД в ипотетичесой системе с БД

507

етов после выполнения различных

проетных операций (например, раз-

мещения, трассирови), описание

онстрторсой доментации и т. п.

Информацию, использемю в

процессе проетирования, делят с-

ловно на две рппы. К первой рп-

пе относят информацию, описываю-

щю онцептальное стртрное

представление. Ее называют ISP-ин-

формацией. Она не связана с он-

ретными способами обработи и

приложениями и описывает онцеп-

тальные связи в БД.

Ко второй рппе относят инфор-

мацию, описывающю онцепталь-

ное представление. Ее называют UP-

информацией. Она определяет тре-

бование ор анизации  обработе

данных и описывает данные и связи,

использемые в приложениях.

Считается, что ISP-информация

должна обеспечивать ибость и

адаптивность, UР-информация — эффетивность проетирова-

ния. ISP-информацию в основном использют для построения

начальной информационной стртры, UР-информацию — для

ее лчшения и точнения в онретном приложении.

После определения физичесой стртры ее описание пере-

дается СУБД. До использования БД реализют ее мает, или

строят прототип, с помощью оторых полчают оцен харате-

ристи БД и про нозирют ее развитие. Если прототип не отве-

чает заданным требованиям, производят перепроетирование

БД, в положительном слчае — за рз БД. Отметим, что пост-

роение прототипов, маетов и моделей реальной БД является

сложной задачей из-за отстствия математичесих методов оцен-

и правильности модели.

При онвертировании и инте рации данных обеспечиваются

возможность изменения физичесой стртры БД и поддержа

разработанных приладных про рамм правления БД.

При эсплатации обеспечение безопасности, серетности,

раз раничения достпа  БД поддерживается определенными

процедрами. Кроме то о, вводят процедры восстановления и

повторно о запса.

Проетирование

Оцена

Недовлетво-

рительная

ЛМ БД

Учет требований

СУБД

Проетирование

АМ БД

Проетирование

ФМ БД

Рис. 9.12. Упрощенная

стртрная схема

проетирования БД

506

рживать тестовые и рабочие версии хранимых описаний;

обеспечивать эффетивный обмен информацией с СУБД и про-

цесс изменения рабочей версии при изменении БД. Словарь дан-

ных должен иметь свою БД. Приведем основные составляющие

БД словаря данных. Последний влючает в себя: атрибт; объет;

рпповой элемент данных; выводимый объет данных; синони-

мы, т. е. атрибты, имеющие одинаовое назначение, но различ-

ные идентифиаторы; омонимы, т. е. атрибты с различным на-

значением, но с одинаовыми идентифиаторами; описание КМ,

ЛМ, внешних и внтренних моделей; описание, позволяющее

пользователям формально и однозначно выбирать атрибты для

решении задач.

По анало ии с СД создают информационный фонд. Отметим,

что он может являться частью СД. Содержимое информационно-

о фонда можно разделить на две основные части.

Первая часть содержит нормативно-справочню информа-

цию, сведения о ГОСТ, ОСТ и т. п., а таже различные модели

омпонентов (тепловые, элетричесие, оммтационные). Эта

часть харатеризется мно оратным считыванием, сравнитель-

но редой обновляемостью. Ино да ее называют «постоянной»

частью БД.

При проетировании БД необходимо провести идентифиа-

цию основных объетов предметной области и приладных про-

рамм, подлежащих использованию, определить объеты и их

взаимосвязи, построить СД, KM, ЛМ, ФМ с проведением анали-

за и оцено (рис. 9.12).

Вторая часть содержит сведения об объетах, оторые нахо-

дятся в процессе проетирования. Они влючают описания объ-

Êîìïèëÿòîðû

Ðåâèçîð ñèñòåìû

îáðàáîòêè äàííûõ

Ãåíåðàòîð

îò÷åòîâ äëÿ

ïîëüçîâàòåëåé

Áèáëèîòåêà

ïðîãðàìì

Ïðèêëàäíûå

ïðîãðàììû

ÑÓÁÄ

ÑÄ

ÀÁÄ

ÁÄ

Рис. 9.11. Интерфейсные СД в ипотетичесой системе с БД

507

етов после выполнения различных

проетных операций (например, раз-

мещения, трассирови), описание

онстрторсой доментации и т. п.

Информацию, использемю в

процессе проетирования, делят с-

ловно на две рппы. К первой рп-

пе относят информацию, описываю-

щю онцептальное стртрное

представление. Ее называют ISP-ин-

формацией. Она не связана с он-

ретными способами обработи и

приложениями и описывает онцеп-

тальные связи в БД.

Ко второй рппе относят инфор-

мацию, описывающю онцепталь-

ное представление. Ее называют UP-

информацией. Она определяет тре-

бование ор анизации  обработе

данных и описывает данные и связи,

использемые в приложениях.

Считается, что ISP-информация

должна обеспечивать ибость и

адаптивность, UР-информация — эффетивность проетирова-

ния. ISP-информацию в основном использют для построения

начальной информационной стртры, UР-информацию — для

ее лчшения и точнения в онретном приложении.

После определения физичесой стртры ее описание пере-

дается СУБД. До использования БД реализют ее мает, или

строят прототип, с помощью оторых полчают оцен харате-

ристи БД и про нозирют ее развитие. Если прототип не отве-

чает заданным требованиям, производят перепроетирование

БД, в положительном слчае — за рз БД. Отметим, что пост-

роение прототипов, маетов и моделей реальной БД является

сложной задачей из-за отстствия математичесих методов оцен-

и правильности модели.

При онвертировании и инте рации данных обеспечиваются

возможность изменения физичесой стртры БД и поддержа

разработанных приладных про рамм правления БД.

При эсплатации обеспечение безопасности, серетности,

раз раничения достпа  БД поддерживается определенными

процедрами. Кроме то о, вводят процедры восстановления и

повторно о запса.

Проетирование

Оцена

Недовлетво-

рительная

ЛМ БД

Учет требований

СУБД

Проетирование

АМ БД

Проетирование

ФМ БД

Рис. 9.12. Упрощенная

стртрная схема

проетирования БД

508

9.2.5. Модели данных

Современные СУБД основываются на использовании моделей

данных (МД), позволяющих описывать объеты предметных об-

ластей и взаимосвязи межд ними. Сществют три основные

МД и их омбинации, на оторых основываются СУБД: реляци-

онная модель данных (РМД), сетевая модель данных (СМД), иерар-

хичесая модель данных (ИМД).

Основное различие межд этими МД состоит в способах опи-

сания взаимодействий межд объетами и атрибтами. Взаимо-

связь выражает отношение межд множествами данных. Исполь-

зют взаимосвязи «один  одном», «один о мно им» и «мно ие

о мно им». «Один  одном» — это взаимно однозначное соот-

ветствие, оторое станавливается межд одним объетом и од-

ним атрибтом. Например, в определенный момент времени с

одной ЭВМ использется один определенный процессор. Номер

выбранной ЭВМ соответствет номер выбранно о процессора.

«Один о мно им» — это соответствие межд одним объетом и

мно ими атрибтами. «Мно ие о мно им» — это соответствие

межд мно ими объетами и мно ими атрибтами. Например, на

множество ЭВМ может одновременно работать множество поль-

зователей. Взаимосвязи межд объетами и атрибтами добно

представлять в виде рафов и ипер рафов.

Реляционная модель данных. В РМД объеты и взаимосвязи

межд ними представляют в виде таблиц. Таблица, состоящая из

стро и столбцов, называется отношением. Каждый столбец в

таблице является атрибтом. Строи таблицы являются ортежа-

ми, т. е. порядоченными множествами. Значения в столбце оп-

ределяют из множества значений, оторые принимает атрибт.

Столбцы таблицы — это элементы данных, а строи — записи.

Построим, например, таблиц для представления данных с помо-

щью РМД (табл. 9.2).

Таблица 9 .2

Номер

Этапы проетирования

(имя)

Атрибты

Сложность Время реализации

Порытие

Типизация

Компонова

Размещение

Трассирова

Контроль

0(n

)

0(n

)

0(n

)

0(n

)

0(n

– n

)

0(n

)

минты

сенды

минты

часы

минты

509

Первичным лючом в таблице является номер этапа проети-

рования. Таблица имеет два атрибта и шесть ортежей.

Приведем еще один пример представления данных с помо-

щью таблицы ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ (табл. 9.3).

Таблица 9 .3

Эта таблица представляет данные с помощью реляционной

модели. Первичным лючом является идентифиационный но-

мер пользователя.

Основное достоинство реляционно о подхода — е о простота

и достпность. Пользователи абстра ированы от физичесой

стртры памяти. Это позволяет эсплатировать БД без знания

методов и способов ее построения. Основные достоинства РМД

следющие: простота, независимость данных; ибость; непроце-

дрные запросы, теоретичесое обоснование на основе теории

отношений.

Основные недостати РМД: низая производительность по

сравнению с НМД и СМД, сложность ПО, избыточность. Кроме

то о, проблематично обеспечение полно о набора фнциональ-

ных возможностей и необходимых операционных харатеристи

при обработе больших БД.

Иерархичесая модель данных. Она основана на понятии дере-

вьев, состоящих из вершин и ребер. Вершина дерева ставится в

соответствие совопности атрибтов данных, харатеризющих

неоторый объет. Вершины и ребра дерева а бы образют ие-

рархичесю древовидню стртр (ИДС), состоящю из n

ровней (рис. 9.13.).

Первю вершин в дереве называют орневой вершиной

ИДС. Она довлетворяет семи словиям: 1. Иерархия начинает-

ся с орневой вершины. 2. Каждая вершина соответствет одно-

м или несольим атрибтам. 3. На ровнях с большим номе-

ром находятся зависимые вершины. Вершина предшествюще-

о ровня является начальной для новых зависимых вершин.

Идентифиационный номер Фамилия

236

185

349

499

777

Сидоров

Иванов

Петров

Кочетов

Харламов

508

9.2.5. Модели данных

Современные СУБД основываются на использовании моделей

данных (МД), позволяющих описывать объеты предметных об-

ластей и взаимосвязи межд ними. Сществют три основные

МД и их омбинации, на оторых основываются СУБД: реляци-

онная модель данных (РМД), сетевая модель данных (СМД), иерар-

хичесая модель данных (ИМД).

Основное различие межд этими МД состоит в способах опи-

сания взаимодействий межд объетами и атрибтами. Взаимо-

связь выражает отношение межд множествами данных. Исполь-

зют взаимосвязи «один  одном», «один о мно им» и «мно ие

о мно им». «Один  одном» — это взаимно однозначное соот-

ветствие, оторое станавливается межд одним объетом и од-

ним атрибтом. Например, в определенный момент времени с

одной ЭВМ использется один определенный процессор. Номер

выбранной ЭВМ соответствет номер выбранно о процессора.

«Один о мно им» — это соответствие межд одним объетом и

мно ими атрибтами. «Мно ие о мно им» — это соответствие

межд мно ими объетами и мно ими атрибтами. Например, на

множество ЭВМ может одновременно работать множество поль-

зователей. Взаимосвязи межд объетами и атрибтами добно

представлять в виде рафов и ипер рафов.

Реляционная модель данных. В РМД объеты и взаимосвязи

межд ними представляют в виде таблиц. Таблица, состоящая из

стро и столбцов, называется отношением. Каждый столбец в

таблице является атрибтом. Строи таблицы являются ортежа-

ми, т. е. порядоченными множествами. Значения в столбце оп-

ределяют из множества значений, оторые принимает атрибт.

Столбцы таблицы — это элементы данных, а строи — записи.

Построим, например, таблиц для представления данных с помо-

щью РМД (табл. 9.2).

Таблица 9 .2

Номер

Этапы проетирования

(имя)

Атрибты

Сложность Время реализации

Порытие

Типизация

Компонова

Размещение

Трассирова

Контроль

0(n

)

0(n

)

0(n

)

0(n

)

0(n

– n

)

0(n

)

минты

сенды

минты

часы

минты

509

Первичным лючом в таблице является номер этапа проети-

рования. Таблица имеет два атрибта и шесть ортежей.

Приведем еще один пример представления данных с помо-

щью таблицы ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ (табл. 9.3).

Таблица 9 .3

Эта таблица представляет данные с помощью реляционной

модели. Первичным лючом является идентифиационный но-

мер пользователя.

Основное достоинство реляционно о подхода — е о простота

и достпность. Пользователи абстра ированы от физичесой

стртры памяти. Это позволяет эсплатировать БД без знания

методов и способов ее построения. Основные достоинства РМД

следющие: простота, независимость данных; ибость; непроце-

дрные запросы, теоретичесое обоснование на основе теории

отношений.

Основные недостати РМД: низая производительность по

сравнению с НМД и СМД, сложность ПО, избыточность. Кроме

то о, проблематично обеспечение полно о набора фнциональ-

ных возможностей и необходимых операционных харатеристи

при обработе больших БД.

Иерархичесая модель данных. Она основана на понятии дере-

вьев, состоящих из вершин и ребер. Вершина дерева ставится в

соответствие совопности атрибтов данных, харатеризющих

неоторый объет. Вершины и ребра дерева а бы образют ие-

рархичесю древовидню стртр (ИДС), состоящю из n

ровней (рис. 9.13.).

Первю вершин в дереве называют орневой вершиной

ИДС. Она довлетворяет семи словиям: 1. Иерархия начинает-

ся с орневой вершины. 2. Каждая вершина соответствет одно-

м или несольим атрибтам. 3. На ровнях с большим номе-

ром находятся зависимые вершины. Вершина предшествюще-

о ровня является начальной для новых зависимых вершин.

Идентифиационный номер Фамилия

236

185

349

499

777

Сидоров

Иванов

Петров

Кочетов

Харламов

510

4. Каждая вершина, находящаяся на ровне i, соединена с од-

ной и тольо одной вершиной ровня i –1, за ислючением ор-

невой вершины. 5. Корневая вершина может быть связана с од-

ной или несольими зависимыми вершинами. 6. Достп  аж-

дой вершине происходит через орневю по единственном

пти. 7. Сществет произвольное оличество вершин аждо о

ровня.

Иерархичесая модель данных состоит из несольих деревь-

ев, т. е. является лесом. Каждая орневая вершина образет нача-

ло записи ло ичесой базы данных. В ИМД вершины, находящи-

еся на ровне i, называют порожденными вершинами на ровне

i–1. Ниже приведен пример представления информации в ИМД,

реализющей отношение «один о мно им»:

Для аждо о пользователя может иметься эземпляр орне-

вой вершины. Иерархичесая модель данных позволяет для аж-

до о пользователя полчать представление о несольих опера-

. . .

Óðîâåíü 1

Óðîâåíü 2

Óðîâåíü n

Êîðíåâàÿ âåðøèí

Puc. 9.13. Иерархичесая древовидная стртра

номер

Уровень 1

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ

название

фамилия отдел

дата

операции

опреде-

ление

резль-

тат

реомен-

дации

номер

ЭВМ

Уровень 2

Корневая вершина

ЭВМ ОПЕРАЦИЯ + РЕЗУЛЬТАТ

Порожденная

вершина

511

циях и несольих ЭВМ. ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ соответствет орне-

вой вершине и находится на более высоом ровне иерархии, чем

ЭВМ, ОПЕРАЦИЯ и РЕЗУЛЬТАТ.

Отметим, что выбор ИМД осществляет администратор БД

на основе операционных харатеристи. Введение двх ИМД,

связанных межд собой, позволяет решать вопросы влючения и

даления данных. Основные достоинства ИМД — простота пос-

троения и использования, обеспечение определенно о ровня

независимости данных, наличие сществющих СУБД, простота

оцени операционных харатеристи. Основные недостати: от-

ношение «мно ие о мно им» реализется очень сложно, дает

ромоздю стртр и требет хранения избыточных данных,

что особенно нежелательно на физичесом ровне; иерархичес-

ая порядоченность сложняет операции даления и влюче-

ния; достп  любой вершине возможен тольо через орневю,

что величивает время достпа.

Сетевые модели данных. В СМД элементарные данные и отно-

шения межд ними представляются в виде ориентированной сети

(вершины — данные, д и — отношения). База данных, описыва-

емая сетевой моделью, состоит из несольих областей. Область

содержит записи. Одна запись состоит из несольих полей. На-

бор, состоящий из записей, может размещаться в одной или не-

сольих областях (рис. 9.14).

В СМД объеты предметной области объединяются в сеть.

Графичеси сетевая модель описывается прямо ольниами и

Ïîëå

Îáëàñòè

Ïîëå

Íàáîð èç

÷åòûðåõ

çàïèñåé

Çàïèñü

Рис. 9.14. База данных, описываемая сетевой моделью