Юринець В.Є., Юринець Р.В. Автоматизовані інформаційні системи. Електронний посібник

Подождите немного. Документ загружается.

253

Центральне місце серед мовних засобів банку даних належать

мові спілкування з базою даних. Залежно від особливостей конкрет-

ного банку даних, мовні засоби, їхні синтаксичні та семантичні влас-

тивості, способи реалізації, коло осіб, на які вони орієнтовані, можуть

змінюватися у широкому діапазоні: від мов програмування до мов, які

орієнтовані на конкретного прикладного користувача.

Програмні засоби банку даних – це складний комплекс прог-

рам, який забезпечує взаємодію усіх частин автоматизованої інфор-

маційної системи у процесі її функціонування. До них, здебільшого,

належать:

— конкретно адаптована операційна система;

— програми управління даними;

— транслятори з вхідних мов банку даних;

— різні допоміжні програми (утиліти);

— програмні засоби, які забезпечують

взаємодію користувачів

із комп’ютерами у різних режимах функціонування обчислювальних

систем.

Більшість програмних засобів банку даних є загальносистемними.

Сукупність програмних і мовних засобів загального чи спеціаль-

ного призначення, потрібних для створення баз даних, підтримки їх в

актуальному стані та організації доступу до них різних користувачів в

умовах прийнятої технології оброблення даних, називають системою

управління базою даних (СУБД).

Технічні засоби банку даних. До них належать, зокрема, про-

цесори, пристрої введення-виведення, зовнішні запам’ятовуючі

пристрої, канали зв’язку. У кожному конкретному випадку, залежно

від особливостей використовуваної СУБД, визначаються мінімальна

та оптимальна конфігурації технічних засобів, потрібних для органі-

зації банку даних, а також різні обмеження на склад

і кількість техніч-

них засобів.

Організаційно-методичні засоби банку даних складаються

з нормативно-технологічних та інструктивно-методичних матеріалів,

які використовуються для організації та ефективного використання

банку даних.

254

Словник даних. Банк даних, а також його ядро – база даних –

є складними динамічними системами. Для забезпечення різних

категорій користувачів інформацією про сам банк даних потрібна

спеціальна підсистема – словник даних. Словник складається з бази

метаданих і набору функціональних програм, призначених для

розв’язування завдань, пов’язаних із веденням та використанням цих

даних. Він містить відомості про предметну ділянку та інформацію,

що циркулює в ній, про зміст і структуру бази даних, про зв’язки між

елементами бази даних і програмами, про ключі захисту і розмежу-

вання доступу.

У розподілених системах оброблення та збереження даних функції

словника значно ширші, ніж у локальних системах. У них

також

містяться відомості про розміщення даних у вузлах мережі, про затрати

на передавання і збереження даних тощо.

Програмні засоби словника даних можуть бути незалежними від

СУБД або інтегрованими з нею. Інтегрований словник даних є

частиною СУБД, а незалежний – окремою прикладною програмою,

яка слугує доповненням до СУБД.

Словник даних не тільки забезпечує

взаємодію всіх учасників

проекту, а й надає інформацію про управління даними як ресурсом на

всіх етапах проектування і функціонування банку даних.

Адміністратори банків даних. Функціонування банків даних

неможливе без участі колективу фахівців, що створює і підтримує бази

даних, організовує і контролює доступ до даних різних користувачів.

Фахівців, які виконують перелічені функції, називають

адміністраторами

банку даних.

1.8.3. Класифікація АБД

Класифікують банки даних як системи загалом, так і за окреми-

ми характеристиками підсистем банків даних, зокрема: за викорис-

товуваною мовою спілкування, за особливостями підтримуваних

моделей, за кількістю підтримуваних СУБД рівнів моделей даних, за

виконуваними функціями, за сферою застосування СУБД, за

допустимими режимами роботи, за характером нагромадженої інфор-

мації, за способом організації оброблення

даних.

255

За використовуваною мовою спілкування користувачів з

банком даних виділяють системи з базовою мовою (відкриті систе-

ми) і з власною мовою (закриті системи).

У відкритих СУБД для звертання до бази даних використову-

ється мова програмування, яка переважно розширюється операторами

мови маніпулювання даними. У цьому випадку для спілкування

некваліфікованого користувача з банком даних відкриті

системи

потребують участі програміста-посередника, що ускладнює їхнє

застосування, особливо, в разі реалізації нерегламентованих за змістом

до них запитів.

Закриті СУБД мають власні самостійні мови спілкування з базою

даних. Вони забезпечують безпосереднє спілкування користувачів-

непрограмістів із системою у режимі діалогу.

Жорсткої межі між відкритими і закритими системами не існує.

З огляду на широкий

розвиток робіт з автоматизації проектування

інформаційних систем, сучасні СУБД успішно поєднують як базові,

так і власні мови спілкування.

Залежно від особливостей моделей, підтримуваних СУБД,

виділяють системи зі структурованими, неструктурованими і част-

ково структурованими базами даних.

Системи зі структурованими базами даних орієнтовані на

попередню класифікацію об’єктів реального світу, на встановлення

властивостей і

зв’язків, які будуть зафіксовані у базі даних, а також на

завчасне визначення форматів для збереження даних. Структуровані

бази даних називають також форматованими, або базами даних із

детермінованою схемою. Серед детермінованих систем, залежно від

типу моделі даних, що підтримується СУБД, виділяють ієрархічні,

мережні і реляційні банки даних.

У системах із неструктурованими базами

даних сукупність

видів властивостей і взаємозв’язків об’єкта з іншими об’єктами виз-

начається лише тоді, коли інформацію, що описує цей об’єкт, буде зане-

сено до бази даних. Моделі неструктурованих даних умовно поділяють

на дескрипторні, дескрипторні з граматикою, моделі на семантичних

сітках, фреймові моделі.

256

Деякі системи поєднують у собі особливості систем різних кла-

сів. Наприклад, можливість пов’язувати між собою дерева робить

структуру обмеженою мережею, однак ідеологія оброблення даних

та особливості використовуваних мовних засобів зберігають риси, що

характерні ієрархічним системам. Такі системи належать до класу

змішаних систем. Крім того, існують системи, які дають змогу

підтримувати водночас декілька

різнотипних моделей. Їх називають

мультимодельними системами.

За кількістю підтримуваних СУБД рівнів моделей даних

виділяють одно-, дво- і трирівневі системи, зокрема, трирівнева система

вміщує концептуальний, зовнішній і внутрішній рівні. Незважаючи на

широке використання трирівневої концепції в теоретичних дослідженнях,

на практиці СУБД часто об’єднують концептуальний і внутрішній рівні, а

зовнішній рівень, тобто апарат підсхем,

відсутній. Існують також системи,

які підтримують і більше трьох рівнів подання даних.

За виконуваними функціями системи поділяють на інформаційні

та операційні. Інформаційними називають такі СУБД, які дають

можливість організовувати збереження, пошук і видачу потрібних даних

із бази даних, підтримують їхню цілісність та актуальність. Якщо в банку

даних, крім того, здійснюється інше оброблення отриманої

інформації, що

не зберігається в базі даних, то такі системи називають операційними.

За сферою застосування СУБД виділяють універсальні і

проблемно-орієнтовані системи. В універсальних СУБД допустиме

налагодження на певну предметну ділянку через створення відповідної

бази даних і прикладних програм. Проблемна орієнтація СУБД може

бути зумовлена різними причинами, зокрема, особливостями

використовуваних мовних засобів, внесенням

до СУБД процедур

оброблення даних, властивих певній ділянці застосування. Більшість

сучасних СУБД є універсальними системами, або системами з досить

широкою ділянкою застосування.

За допустимими режимами роботи виділяють системи з

пакетним (невіддаленим) місцевим обробленням і телеобробленням.

Більшість сучасних систем наділена можливістю функціонувати як у

пакетному, так і в режимі телеоброблення.

257

За характером нагромадженої інформації можна виділити

банки даних для економічної, статистичної, науково-технічної, соці-

ально-політичної, технологічної, бібліографічної та іншого виду

інформації.

За способом організації оброблення даних виділяють лока-

лізовані і розподілені банки даних. Для локалізованого банку даних

достатньо й одного комп’ютера. Якщо банк даних реалізують на де-

кількох комп’ютерах,

то його називають розподіленим.

1.8.4. Рівні моделей

У банку даних відображається інформація про певну предметну

ділянку. Предметною ділянкою називають частину реального світу,

яка спричиняє інтерес для дослідження чи використання і подається в

інформаційній системі. В АІС відображення предметної ділянки

задається моделями декількох рівнів. Інформаційне моделювання в

умовах банків даних має специфічні особливості, які породжені

ідеологією організації даних і особливостями СУБД.

Інформаційна

модель предметної ділянки в банку даних подана базою даних, тобто

збереженими даними про предметну ділянку, і її описом (схемою опису

і схемою збереження). Схема відіграє подвійну роль: з одного боку,

вона є моделлю бази даних, а з іншого – побічно моделює предметну

ділянку.

Сучасні СУБД можна назвати синтаксично-орієнтованими.

Модель даних логічного

рівня, яка підтримується засобами СУБД,

називають даталогічною моделлю. Ця модель відображає логічні

зв’язки між елементами даних незалежно від їхнього змісту і сере-

довища збереження. Даталогічну модель будують, враховуючи об-

меження конкретної СУБД.

У разі побудови даталогічної моделі враховують особливості

відображуваної предметної ділянки. База даних передбачає інтегроване

і взаємопов’язане збереження введених

даних, тому для проектування

даталогічної моделі потрібно мати відповідні описи предметної ділянки.

Вибір синтаксичних конструкцій створюваної бази даних багато в чому

визначається характером зв’язків між елементами предметної ділянки.

Незважаючи на відмінності використовуваних у банку даних моделей

258

даталогічного рівня, при створенні бази даних у середовищах різних

СУБД практично необхідна однакова інформація про предметну ділян-

ку — про класи об’єктів предметної ділянки і їхню кількість у кожному

класі, про властивості цих об’єктів, динаміку зміни. Опис предметної

ділянки, виконаний без орієнтації на використовувані надалі програмні і

технічні засоби, називають інфологічною

моделлю предметної

ділянки. Така модель слугує зв’язуючою ланкою між фахівцями

предметної ділянки і розроблювачами бази даних. Іноді до інфологічної

моделі відносять і описи характеру інформаційних потреб користувача.

Для прив’язування даталогічної моделі до середовища збере-

ження даних використовується модель даних фізичного рівня, або

скорочено – фізична модель. Ця модель визначає використовувані

запам

’ятовуючі пристрої, спосіб розміщення елементів даних у пам’яті,

способи фізичної реалізації логічних відношень між елементами даних.

Модель фізичного рівня (цей рівень часто називають внутрішнім)

будують, враховуючи обмеження СУБД та операційної системи.

Модель кожного з подальших рівнів будується на підставі фік-

сованих характеристик моделей попередніх рівнів.

Вище визначені моделі мають

різний рівень абстракції, виділен-

ня яких дає змогу:

♦

розділити складний процес відображення “предметна ділянка –

база даних” на декілька ітеративних простіших відображень;

♦

забезпечити спеціалізацію розроблювачів баз даних і надати

можливість різним категоріям користувачів працювати з моделлю

відповідного рівня;

♦

надати можливість активної та конструктивної участі в роз-

робленні баз даних особам, які не мають професійних навиків щодо

оброблення даних;

♦

створити передумови автоматизації процесу проектування баз

даних через формалізований перехід з одного рівня моделей на інший.

У сучасних АІС технічне та програмне забезпечення змінюється

досить швидко, тому моделі, які орієнтовані на них, теж зазнають певних

змін. Однак, інфологічна модель, яка відображає об’єктивні характе-

ристики предметної ділянки, є порівняно стабільною. За наявності

моделі

інфологічного рівня зміни використовуваних програмних і технічних

259

засобів потребують не повного перепроектування інформаційної бази, а

лише виконання переходу від інфологічної моделі до схеми, яка

підтримується новими програмно-технічними засобами. Отже,

використання інфологічної моделі підвищує адаптивність банків даних.

Залежно від широти охоплення предметної ділянки, виділяють

глобальні і локальні моделі. Глобальні моделі відображають думку

адміністратора бази даних, а локальні – погляди різних

користувачів.

Модель, яка забезпечує інтегроване уявлення про предметну ділянку,

називають моделлю концептуального рівня, а модель логічного рівня,

яка відповідає уявленню про дані конкретного користувача, назива-

ють зовнішньою або підсхемою, підкреслюючи тим самим її орієн-

тацію на зовнішнього користувача. Наявність підсхем в архітектурі

сучасних СУБД має чимале значення, бо:

♦

звертаючись до баз даних, користувачам, здебільшого, треба

знати її логічну структуру, а наявність підсхем дає можливість обме-

жити потрібні користувачеві знання лише тією частиною бази даних, з

якою він працює;

♦

наявність підсхеми дає змогу створювати доступ для певних

користувачів лише до тієї частини бази даних, які визначені в його

підсхемі, захищаючи решту даних від несанкціонованого доступу;

♦

у зв’язку з тим, що підсхема може відрізнятися від вихідної

для неї частини схеми, можна забезпечити більшу відповідність складу

і структури підсхеми потребам користувача;

♦

використання підсхем може збільшити ступінь незалежності

програм щодо даних, тому що прикладна програма залежить тільки

від підсхеми, а зміни у схемі не завжди призводять до змін у підсхемі;

♦

для підсхеми, а також для окремих її елементів, може бути

визначено допустимий режим оброблення, що дає змогу зберігати ін-

формацію у базі даних;

♦

забезпечується можливість використання різних мов програму-

вання для будь-яких застосувань.

1.7.5. Ієрархічні моделі даних

Ієрархічну модель даних будують за принципом підпорядкова-

ності між елементами даних і характеризується вона деревоподібною

260

структурою, яка складається з сегментів (вузлів) і дуг (гілок). Кожній

верхівці дерева відповідають інформаційні одиниці (сегменти). Сег-

мент – це лінійна сукупність полів, що має певну назву, а сукупність

ієрархічно пов’язаних сегментів називають записом бази даних (див.

рис. 1.26).

Дерево в ієрархічній структурі збудовано за правилами підпо-

рядкування його сегментів і дуг

. Кожному сегменту, крім кореневого,

який розміщується на верхньому рівні, відповідає один вихідний

сегмент, і між вихідним та породженим (нижчої ієрархії) сегментом

встановлюється один зв’язок. Тому, аби відобразити логічну струк-

туру бази даних, у мові опису даних достатньо передбачити для кожного

сегмента можливість визначення для нього вихідного сегмента. У

таких структурах присвоювати

назви зв’язкам не обов’язково. Доступ

до кожного породженого сегмента здійснюється через вихідний

сегмент і породжений сегмент не може існувати без вихідного, тобто

вилучення будь-якого вихідного сегмента призводить до вилучення

всіх породжених ним сегментів.

На рис. 1.32 кореневим сегментом є У – університет, а його по-

родженими сегментами – факультети (Ф1,

Ф2,...,Фn). Породженими

для сегмента факультет є кафедри (К1, К2,...,Кі), що входять до струк-

тури факультету. Сегменти-кафедри, у свою чергу, мають породжені

сегменти викладачі (В1, В2,...,Вj), які працюють на факультеті.

Рис. 1.32. Ієрархічна модель даних

261

Перегляд ієрархічної структури можливий лише з кореневої

верхівки. Пропускання сегмента на ієрархічному шляху під час дос-

тупу до заданого сегмента неможливе. З огляду на вищесказане, вини-

кають певні недоліки такої моделі:

— неефективність відображення різних взаємозв’язків між еле-

ментами предметної ділянки;

— тривалість доступу до сегментів, що розміщені на нижчих

рівнях ієрархії

;

— орієнтація на певний тип запитів.

Для усунення перелічених недоліків до банків даних ієрархічної

структури розроблювачам доводиться вводити додаткові застосу-

вання, реалізація яких досить складна.

1.8.6. Мережні моделі даних

На відміну від ієрархічної моделі, в якій існує зв’язок даних “один

до одного”, у мережній моделі даних переважно наявний зв’язок “один

до багатьох”, який означає, що значенню певного елемента А

відповідають декілька різних значень елемента В. Наприклад, між

елементами даних “код постачальника” і “код товару” існує такий

взаємозв’язок, оскільки один

постачальник може постачати декілька

видів товарів.

При графічному зображенні структури бази даних у таких систе-

мах отримується граф типу мережі, що й послугувало появі назви

моделі. Верхівкам графи відповідають складові одиниці інформації, які

називають записами. Екземпляри записів утворюють файли. До-

пустимі структури записів у різних системах різні. В одних системах

це може бути

лінійна послідовність полів, а в інших – ієрархічна

структура запису. Практично у всіх СУБД, які підтримують мережні

моделі, між парою типів записів може бути оголошено декілька зв’язків,

причому напрямок і характер зв’язків у мережних моделях не є

очевидними, як у випадку ієрархічної моделі. Тому назви і напрямки

зв’язків мають

бути вказані як у разі графічного зображення бази даних,

так і у разі її опису на мові опису даних.

У принципі, до мережної структури можливий доступ через будь-

яку її вершину (див. рис. 1.33). Однак, не всі СУБД підтримують такі

262

мережі. Є системи, у яких файли мають різне функціональне наван-

таження. У таких системах файли бази даних розділені на два типи:

основні і залежні. Разом з тим, кожен файл може бути лише в одному

з цих станів. Вхід до мережної структури може бути здійснено лише

через основні файли. Доступ до записів основних

файлів можливий як

безпосередньо, так і з залежного файла, а доступ до записів залежних

файлів можливий лише через основний файл.

Порівняно з ієрархічними моделями, мережні моделі даних є більш

універсальним засобом внутрішньомашинного відображення структури

інформації для різних предметних ділянок, бо зв’язки цих предметних

ділянок, зазвичай, мають мережний характер, що суттєво обмежує

застосування

СУБД з ієрархічною моделлю даних.

Основна перевага мережних моделей полягає у відсутності

дублювання даних у різних елементах моделі, а також у зручності

роботи користувача, бо доступ до даних практично не має обмежень

і можливий безпосередньо до будь-якого рівня. Недоліком цих моде-

лей є те, що напрямки зв’язків між даними не

є однозначними, і це

значно ускладнює саму модель даних і СУБД.

1.8.7. Реляційні моделі даних

Реляційна модель даних організовується у вигляді сукупності дво-

вимірних таблиць і відповідних взаємозв’язків між ними (див. рис. 1.34).

Таблиця – це певна регулярна структура, яка складається з рядків і

Рис. 1.33. Мережна модель даних