Основные понятия теории баз данных.

 

 

3. Архитектура информационной системы

 

1. Пользователи информационной системы

 

Пользователей информационной системы  можно разделить на две группы: внутренних и конечных (рис. 3.1). Внутренние пользователи разрабатывают и поддерживают правильное функционирование информационной системы, а конечные пользователи - это те пользователи, ради которых и создается информационная система.

Рис. 3.1 Пользователи базы данных.

 

• На стадии проектирования администратор БД выступает как идеолог и конструктор системы, руководит работами по созданию программного окружения БД. На стадии эксплуатации администратор – ответственное лицо за функционирование БД. Основная задача администратора БД при эксплуатации – защита данных от разрушения, обеспечения корректного группового доступа и анализ эффективности использования ресурсов информационной системы.
• Администратор функциональных подсистем совместно с администратором БД определяет алгоритмы обработки данных.
• Системные программисты выполняют генерацию СУБД, следят за ее функционированием, разрабатывают дополнительные модули СУБД по заказу администратора.
• Задача прикладных программистов – разработка программной среды, т.е. прикладных программ.
• Косвенные конечные пользователи не общаются с ЭВМ непосредственно, они формулируют свои запросы службе администратора БД, а затем получают свои ответы на бумаге, но прежде этот ответ интерпретируется специалистами.
• Прямые конечные пользователи общаются с ИС в интерактивном режиме. Часть из них умеет обращаться к заранее разработанным приложениям и понимать получаемые ответы, другие умеют самостоятельно разрабатывать новые приложения.

 

Современные СУБД обладают средствами, ориентированными на конечных пользователей, которые могут разрабатывать  новые приложения самостоятельно, не прибегая к услугам прикладных программистов.

 

2. Уровни представления информационной системы.

 

С информационной системой работают пользователи различных категорий.

Для конечных пользователей информационная система – это хранилище информации, средство получения ответов на вопросы, возникающие в результате трудовой деятельности.

Для внутренних пользователей информационная система предоставляется в виде программных файлов и файлов данных.

Прикладные программисты оперируют  файлами, записями, полями и т.д., а  системные занимаются внутренним представлением данных, т.е методами физического хранения и способами доступа к данным. Можно сказать, что информационная система (ИС) имеет несколько уровней представления (рис. 3.2):

Начальный уровень

 

Соответствует представлениям о предметной области (ПО) конечных пользователей. Он называется уровнем локальных пользовательских представлений.

Инфологический уровень

 

Он представляет собой интеграцию локальных пользовательских представлений, и соответствует взгляду на предметную среду администратора БД. Администратор  видит все фрагменты, все возможные связи между ними, в то время как конечный пользователь видит только ограниченные фрагменты предметной области (ПО).

 

Эти два уровня существуют в независимости  от того, какая СУБД будет использоваться при создании информационной системы (ИС).

Концептуальный уровень

 

Соответствует представлению о  ПО администратора БД как о совокупности файлов данных, т.е. отражает логическую организацию хранящихся в ИС данных о ПО. Этот уровень очень похож  на инфологический, но его отличие  состоит в том, что он ориентирован на конкретную СУБД. Описание БД на концептуальном уровне задается на языке описания данных, используемого в СУБД.

Внутренний уровень

 

Данный уровень рассматривает  представление данных в памяти ЭВМ, а также способы доступа и  хранения данных.

Рис. 3.2 Уровни представления информационной системы.

 

 

4. Сетевые базы данных

 

 

На разработку этого стандарта  большое влияние оказал американский ученый Ч.Бахман. Основные принципы сетевой  модели данных были разработаны в  середине 60-х годов, эталонный вариант сетевой модели данных описан в отчетах рабочей группы по языкам баз данных (COnference on DAta SYstem Languages) CODASYL (1971 г.).

 

1. Структура данных сетевой модели

 

Основные понятия сетевых баз  данных - элемент, агрегат, запись (группа), групповое отношение, база данных.

 

Элемент данных представляет собой наименьшую единицу структуры данных, каждому элементу приписывается уникальное имя, по которому обращаются к этому элементу при обработке данных.

 

Агрегат данных – есть совокупность элементов или других агрегатов.

При описании БД каждому агрегату приписывается уникальное имя, по которому к агрегату можно обратиться, как  к единому целому при обработке  данных.

Пример: Адрес [индекс, город, улица, дом, квартира]

 

Запись – это агрегат, не входящий ни в какой другой агрегат. Это основная единица обработки БД.

 

Следует различать тип записи и  экземпляр записи:

 

Тип записи определяет состав ее элементов и агрегатов.

 

Экземпляр записи – конкретная совокупность значений элементов, составляющих запись.

Если запись содержит несколько  значений одного типа, то говорят, что  в записи определен вектор (рис.4.1)

Если в каждом экземпляре записи длина вектора одинакова, то это  вектор фиксированной длины (рис. 4.1), иначе – вектор переменной длины (например сведения о работах в записи жителя рис. 4.2).

 

Тип записи Житель
Вектор переменной  длины
Рис. 4.1 Пример записи-вектора фиксированной  длины.

 

Тип записи Сотрудник
Вектор фиксированной длины
Рис. 4.2 Пример записи-вектора переменной длины.

 

Один элемент или некоторая  совокупность элементов могут быть описаны как первичный ключ записи. Значение первичного ключа каждой записи должно быть уникально.

 

Групповое отношение – это иерархическое (подчиненное) отношение между записями двух типов. Записи первого типа являются владельцами отношения, записи второго типа – членами отношения или подчиненными записями.

Групповое отношение графически изображается ориентированного, где дугами будут отношения, а вершинами типы записей. Такое изображение структуры БД называется диаграммой Бахмана. Также необходимо различать тип отношения и экземпляр отношения (рис.4.3) и (рис.4.4).

 

Диспансеризация		Поликлиника (владелец отношения)
		Житель (член отношения)
Рис. 4.3 Тип отношения изображен  с помощью диаграммы Бахмана.

 

Тип отношения – характеризуется именем отношения и определяет общие свойства для всех экземпляров данного типа отношений.

 

Экземпляр отношения – есть экземпляр записи-владельца отношения и множество (возможно пустое) подчиненных экземпляров записей-членов отношения.

 

Зарисуем пример по отношению к  “Диспансеризации” (рис. 4.4):

Поликлиника №17

Рис. 4.4 Экземпляр отношения “Диспансеризация”.

 

Предполагается, что экземпляр  подчиненной записи может войти  только в один экземпляр отношений  одного типа (т.е. Иванов может стоять на учете только в поликлинике  №17). Один и тот же тип записей  может быть участником нескольких отношений, таким образом, в одних отношениях тип записи может быть владельцем, а в других – подчиненным (рис. 4.5).

 

Рис. 4.5 Один тип записи участвует  в нескольких отношениях.

 

Сетевая модель данных позволяет устанавливать  несколько одинаково направленных групповых отношений между двумя типами записей (рис. 4.6)

Из рисунка видно, что здесь  два типа отношений – это отношение  “основная работа” (1) и отношение  “совместительство” (2).

Каждой организации соответствует  два списка рабочих – это список основных рабочих и список совместителей. С другой стороны, каждый житель может быть связан с двумя организациями.

 

Рис. 4.6 Нескольких групповых отношений  в сетевой модели данных.

 

Каждый тип группового отношения  характеризуется следующими признаками.

 

1. Способы упорядочения подчиненных записей;
2. Режим включения подчиненных записей;
3. Режим исключения подчиненных записей.

2. Способы упорядочения подчиненных записей

 

Каждый экземпляр группового отношения  можно рассматривать как совокупность записи владельца и списка соответствующих  записей-членов. Записи-члены в списке могут быть упорядочены по-разному. Различают следующие способы:

 

1. произвольный;
2. хронологический – списки в записи располагаются в последовательности поступления их в БД, такие списки называются очереди, т.е. всякая новая запись помещается в конец списка;
3. обратно хронологический – новая запись размещается в начале списка (стек, магазин);
4. сортировочный, в этом случае в типе подчиненной записи выбирается ключ упорядочения, и место новой записи определяется по ключу.

 

3. Режим включения подчиненных записей

 

Различают два режима включения  подчиненных записей автоматический и ручной.

 

• Автоматический режим – подчиненная запись включается в групповое отношение одновременно с включением её в БД. Другими словами невозможно внести в БД запись, чтобы она автоматически не была закреплена за владельцем. В этом случае экземпляр-владелец должен быть помещен раньше подчиненного экземпляра в БД.
• Ручной режим – позволяет занести подчиненную запись в БД и не включать её немедленно в экземпляр группового отношения.

 

4. Режим исключения подчиненных записей.

 

Режим исключения подчиненной записи зависит от класса членства записи.

Принято выделять три класса членства подчиненных записей в групповом  отношении.

 

• Фиксированное членство – подчиненная запись жестко закрепляется за записью-владельцем и не может существовать без неё. В этом случае исключить запись из некоторого экземпляра-отношения можно только исключив её из БД. Эту запись нельзя переключить на другого владельца или оставить без владельца.
• Обязательное членство – каждая подчиненная запись, будучи однажды включенной в групповое отношение впредь будет всегда связана с какой-либо записью-владельцем. Допускается переключение записи к другому владельцу, но недопустимо существование записи без владельца. Для удаления записи владельца необходимо, чтобы она не имела подчиненных с обязательным членством. Такие подчиненные записи следует предварительно удалить либо переключить в другой экземпляр этого отношения.
• Необязательное членство – позволяет исключить подчиненную запись из группового отношения, но сохраняя её в БД, не прикрепляя к другому владельцу. При удалении записи-владельца, ее подчиненные члены сохраняются в БД, не участвуя более в этом отношении. В дальнейшем они снова могут быть включены в это отношение.

 

5. Операции над данными в сетевой модели.

 

• Заполнить – позволяет занести в БД новую запись и автоматически включить эту запись в групповое отношение, где она объявлена подчиненной с автоматическим режимом включения.
• Включить в групповое отношение - позволяет существующую запись связать с записью-владельцем.
• Переключить – дает возможность изменить владельца в том же групповом отношении.
• Обновить – позволяет изменить значение элементов существующей записи. Перед обновлением существующая запись должна быть извлечена из БД.
• Извлечь Эта операция имеет несколько модификаций: