Информационные технологии управления

Вид материала

Документы

Содержание 3.1.1. Фактографические базы данных Модели данных Модель данных Графовые модели Сетевая модель данных Реляционная модель Эдгар Кодд Рис. 3.3. Пример реляционной б Объектная модель Основные понятия реляционных баз данных Рис. 3.5 Основные элементы структуры реляционной базы данных Неявное ограничение

Подобный материал:

• Темы рефератов по курсу «Основы автоматизированного управления», 13.91kb.
• Название Предмет Направление, 921.62kb.
• Информационные технологии в экономике и управлении, 1611.88kb.
• Рефераты по дисциплине «Информационные технологии в скс и Т. Оргтехника» Интернет-реклама,, 15.93kb.
• Вавилова в процессе проведения экзамена и приема зачетов по 2-м модулям дисциплины, 130.51kb.
• Тематический план изучения дисциплины «Информационные технологии управления» по специальности:, 363.97kb.
• Международная конференция «Информационные технологии в образовании и науке», 86.4kb.
• Программа-минимум кандидатского -экзамена по специальности 08. 00., 203.78kb.
• Программа минимум кандидатского экзамена по специальности 08. 00. 13 «Математические, 200.26kb.
• Программа «информатика и икт (информационные и коммуникационные технологии)», 443.93kb.

3.1.1. Фактографические базы данных

Фактографическая база – это базы структурированных данных. Фактографическая база составляют основной класс баз данных, используемый в экономике и управлении. Фактографическая база данных строится в соответствии со своей моделью данных, определяющей ее структуру.

Модели данных

В процессе эволюции технологий баз данных было создано значительное количество разнообразных моделей данных. Разработка новых моделей обусловлена появлением новых реальных потребностей практики обработки данных.

Модель данных - это совокупность правил структурирования данных в базах данных, допустимых операций над ними и ограничений целостности, которым эти данные должны удовлетворять.

Графовые модели

Ранние модели данных называются графовыми. К ним относятся иерархические и сетевые модели.

Иерархическая модель данных. Впервые реализована в СУБД IMS (Information Management System) фирмы IBM, разработанной для поддержки банка данных по программе Apollo. При данном подходе предметная область представляется в виде совокупности структур иерархического типа (граф — «дерево»).

На рис. 3.1. приведен пример иерархической базы данных. Здесь "Отдел" является предком для "Начальника" и "Сотрудников", а "Начальник" и "Сотрудники" - потомки "Отдела". Между типами записи поддерживаются связи.

Преимущества иерархической модели:

• простота модели. Принцип построения иерархии легок для понимания. Иерархия базы данных напоминает структуру компании или генеалогическое дерево;
  
• использование отношений предок/потомок позволяет легко представлять отношения не только предок/потомок, но и часть - целое, причина - следствие. (например, «А является частью В» или «А владеет В»);
  
• быстродействие. Отношения предок/потомок реализованы в виде физических указателей от одной записи к другой, вследствие чего перемещение о базе данных происходило быстро. Поскольку структура данных отличалась простотой, СУБД могла размещать записи предков и потомков на диске рядом друг с другом, что позволяло свести к минимуму количество операций записи - чтения.
  

Сетевая модель данных (модель CODASYL). В предложенной CODASYL модификации иерархической модели одна запись могла участвовать в нескольких отношениях предок/потомок. В 70-х гг. прошлого века независимые производители программного обеспечения реализовали сетевую модель в таких продуктах, как IDMS компании Cullinet, Total компании Cincom, которые приобрели большую популярность.

Сетевые БД обладали рядом преимуществ:

• гибкость. Множественные отношения предок/потомок позволяют
  хранить данные, структура которых сложнее обычной иерархии;
  
• стандартизованность - соответствие стандарту CODASYL;
  
• быстродействие. Вопреки своей сложности, сетевые БД достигали быстродействия, сравнимого с быстродействием иерархических БД. Множества были представлены указателями на физические записи данных, и в некоторых системах администратор мог задать кластеризацию данных на основе множества отношений.
  

Недостаток – жесткость БД, поскольку наборы отношений и структуру записей приходилось задавать заранее, а изменение структуры данных означало перестройку всей БД.

Реляционная модель

Реляционная модель предложена сотрудником компании IBM Эдгаром Коддом в 1970г. и в настоящее время является стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД. Подавляющее количество современных баз данных построено на реляционной модели данных.

Эдгар Кодд (1923-2003)

Американский математик. Родился в Англии. Работал математиком-программистом в IBM. Первый проект Кодда состоял в том, чтобы помочь построить один из первых компьютеров – электронный калькулятор с селективной последовательностью. В середине 1960-х начал работать над реляционной моделью организации данных. Вплоть до своей смерти продолжал исследования по тематике нормализации данных, аналитических исследований и моделирования данных.

В соответствии с реляционной моделью данных база данных представляет собой совокупность взаимосвязанных таблиц. Каждая таблица моделирует некоторый тип сущностей предметной области. Строки таблицы базы данных соответствуют экземплярам сущностей этого типа, а столбцы - их свойствам. Поэтому все значения в столбце таблицы должны иметь один и тот же тип. Столбцы таблиц именуются, и их порядок не влияет на выполнение операций над данными, содержащимися в таблице.

Сущность предметной области – любой различимый объект или процесс предметной области, представляющие интерес для пользователя.

Примером сущностей могут служить товары, производимые фирмой, оборудование, используемое для этого, специалисты, занятые в производстве и пр.

Между сущностями предметной области могут существовать связи, имеющие различный содержательный смысл. Эти связи также должны представляться в информационной модели предметной области информационной системы. Наиболее часто встречающийся вид связи – связь «одна ко многим» (1:N). Связь «одна ко многим» – это связь между сущностями предметной области, при которой в каждый момент времени одному экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько сущности В.

На рис. 3.3. приведен пример реляционной базы данных. Первичный ключ – уникальный идентификатор сущности – атрибут, однозначно определяющий экземпляр сущности. Так, в качестве уникальных идентификаторов оборудования может служить инвентарный номер, специалистов – их табельные номера и т.д.




N 1

Товар	Продажи	Менеджер		Менеджер	Телефон	Отдел
Принтер Canon LBP 2900	124 509 р.	Иванов		Иванов	99-55-34	1
Принтер Hewlett Packard LJ 1100	235 677 р.	Синицын		Петров	45-67-98	2
Принтер Hewlett Packard DJ 400	34 556 р.	Иванов		Синицын	99-56-45	1
Сканер Epson Perfection 2480	56 745 р.	Петров
Сканер Epson Perfection 1200	138 534 р.	Петров

Рис. 3.3. Пример реляционной базы данных


Преимуществом реляционной модели данных является то, что в ней достигается гораздо более высокий уровень абстракции данных, чем в иерархической или сетевой моделях. Реляционная модель предоставляет средства описания данных на основе их естественной структуры, т.е. без какой-либо дополнительной структуры, преобразующей данные к машинному виду. За счет использования математической теории отношений (само название «реляционная» происходит от английского relation — «отношение») представление данных не связано со способом их физической организации. Э.Кодд предложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, декартово произведение), опирающийся на реляционную алгебру и реляционное исчисление.

Благодаря простоте и естественности используемых в ней структур данных и операций манипулирования данными, полной независимости от среды хранения данных, поддержке виртуальных, а не физических связей между данными (на основе значений данных, а не указателей), существованию ее строгого формального определения реляционная модель позволила сформировать развитую математическую теорию реляционных баз данных. СУБД, поддерживающие реляционную модель, заняли к концу 1980-х годов доминирующее положение среди инструментальных средств разработки систем баз данных. Примером реляционных СУБД могут служить DВase, Paradox, FoxPro, MS Access и т.д.

Реляционная модель данных – модель данных, основанная на математическом понятии отношения и его представления в виде таблицы.

Объектная модель

В конце 1980-х годов успехи объектно-ориентированного программирования стимулировали разработки СУБД, основанных на объектной модели данных.

Основное понятие объектных моделей данных – объект. При этом объект понимается как сущность, обладающая состоянием и поведением. Состояние объекта определяется совокупностью его атрибутов (свойствами), которые могут принимать значения предписанных типов. Поведение объекта, в свою очередь, определяется совокупностью операций (называемых также методами), специфицированных для этого объекта.

Объекты можно сохранять и использовать, не раскладывая их по таблицам. Объекты в объектных моделях типизируются. Свойства типа объектов (атрибуты и операции) применяются ко всем его экземплярам. Различаются встроенные типы объектов - объектов с предопределенными свойствами, и типы объектов, определяемые пользователем. В объектных моделях предусматривается отношение наследования между типами объектов. Подтип наследует атрибуты состояния и операции своего супертипа.

Популярность объектного подхода в области баз данных в значительной мере объясняется

• предоставляемыми им более естественными возможностями моделирования предметной области, чем при использовании графовых моделей данных и реляционной модели;
  
• возможностью доступа к различным источникам данных, в том числе и к данным реляционных СУБД, а также разнообразным средствам манипулирования с объектами баз данных.
  

На основе объектных моделей в конце 1980-х – начале 1990-х годов возникла новая категория СУБД, называемых объектными СУБД, начал формироваться рынок таких систем. Традиционными областями применения объектных СУБД являются системы автоматизированного проектирования, моделирование, мультимедиа, поскольку именно из нужд этих отраслей выросло новое направление в базах данных. В данных областях всегда существовала потребность найти адекватное средство хранения больших объемов разнородных данных, переплетенных многими связями.

Поскольку объектные СУБД отличаются высоким быстродействием, надежностью, представляют разнообразнейший программный интерфейс для разработчиков, они широко используются в телекоммуникациях, различных аспектах автоматизации предприятия, издательском деле, геоинформационных проектах. Немаловажное значение имеет также возможность интегрировать объектные технологии в Web-пространство. Очень хорошо объектные СУБД подходят для решения задач построения распределенных вычислительных систем, в том числе с обеспечением доступа как через локальную сеть, так и для удаленных пользователей в режиме реального времени. Примером объектных СУБД могут служить ONTOS, Jasmine, ORACLE, ODB-Jupiter.

Современной тенденцией развития теории моделей данных является разработка объектно-реляционной модели данных как гибридной модели, сочетающей возможности реляционной модели и поддержки объектных свойств данных, а также многомерной модели данных, учитывающей потребности процессов интерактивной аналитической обработки данных и используемой в системах поддержки принятия решений и в корпоративных информационных системах.

Основные понятия реляционных баз данных

Основными понятиями, с помощью которых определяется реляционная база данных, являются: отношение, домен, кортеж, первичный ключ.

Отношения представляются в форме двумерных таблиц. Наименьшая единица данных реляционной модели – это отдельное атомарное (неразложимое) для данной модели значение данных, например, марка товара, модель устройства, номер рейса и т.д. Однако следует учесть, что в одной предметной области фамилия, имя и отчество могут рассматриваться как единое неразложимое значение, а в другой – как три различных значения, все зависит от мнения разработчика базы данных. Отношение составляется из доменов.

Домен отношения (поле) – множество атомарных значений одного и того же типа.

Например, домен марок товаров, домен моделей устройств, домен фамилий сотрудников, домен номеров рейсов и т.д.

Домены должны находиться между собой в таком отношении, чтобы соответствующие друг другу значения представляли бы экземпляр сущности или его фрагмент, т.е. имели бы смысловое содержание.

Сотрудники

№	ФИО	Год рождения	Должность	Отдел
1	Орлов В.В.	1976	Лаборант	1
2	Синицын П.С.	1974	Техник	1
3	Дроздов М.Д.	1959	Инженер	1
4	Львов А.Е.	1965	Инженер	2

Рис. 3.5 Основные элементы структуры реляционной базы данных


Например, Дроздов М.Д., 1959 года рождения, работает инженером в отделе №1. Отношение на доменах состоит из заголовка и тела.

Заголовок состоит из фиксированного множества данных (PK, FIO, ..., Chair), определяющих домены. Тело состоит из меняющегося во времени множества кортежей,, состоящих свою очередь из множества пар данное-значение.

Кортеж отношения (запись) – множество пар данное-значение, определяющих экземпляр сущности.

Запись данных физически соответствует понятию «структура». Запись - это упорядоченная в соответствии с характером взаимосвязей совокупность полей (элементов) данных, размещаемых в памяти в соответствии с их типом. Поле представляет собой минимальную адресуемую (идентифицируемую) часть памяти - единицу данных, на которую можно ссылаться при обращении к данным.

Поскольку в предметной области не существует тождественных экземпляров сущностей для любого типа сущностей, в таблице не может быть тождественных строк. Чаще всего в таблице существует столбец или некоторая группа столбцов, совокупность значений которых уникальным образом идентифицирует строки этой таблицы. Таких совокупностей у данной таблицы может быть несколько. Их называют возможными ключами таблицы. Один из возможных ключей выбирается в качестве основного идентификатора строк таблицы. Его называют первичным ключом.

Первичный ключ отношения – поле, значения которого однозначно идентифицируют запись отношения.

В реляционной базе данных для каждой ее таблицы должен быть определен первичный ключ. СУБД контролирует возможность появления строк с дублирующими значениями первичного ключа и отвергает вставку в таблицу таких строк. При отсутствии возможностей определения первичного ключа таблицы на основе содержащихся в ней данных реляционные СУБД позволяют при определении такой таблицы использовать способность СУБД поддерживать индивидуальность ее строк с помощью системно генерируемых уникальных идентификаторов.

Внешний ключ отношения – поле (или несколько полей), которое может служить в качестве первичного ключа для другой таблицы.

В реляционной базе данных предусматриваются два специфических для нее ограничения целостности данных. Неявное ограничение - ограничение, поддерживаемое с помощью первичных ключей таблиц и гарантирующее отсутствие в них дубликатов строк. Основное явное ограничение - ограничение целостности по ссылке. Оно препятствует включению в таблицу строки, если в другой таблице, связанной с рассматриваемой таблицей ограничением данного вида, отсутствует строка с первичным ключом, значение которого равно некоторому набору значений столбцов включаемой строки.