Конспект лекций по дисциплине «Базы данных» для студентов направления 5221900. «Информатика и информационные технологии» icon

Конспект лекций по дисциплине «Базы данных» для студентов направления 5221900. «Информатика и информационные технологии»



Смотрите также:
  1   2   3


УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ


ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ

Кафедра «Программное обеспечение информационных технологий»




В.Х. Салахутдинов, Т.С. Гаипназаров.


КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ




По дисциплине «Базы данных»



для студентов направления 5221900.

«Информатика и информационные технологии»


ТАШКЕНТ-2007




«Аннотация»

Настоящий конспект лекций содержит основные теоретические сведения необходимые для обучения основам проектирования баз данных. В конспекте даны основные концепции баз данных, отражены сведения по анализу предметной области, построению информационно-логической модели баз данных, а также и моделям данных : иерархической, сетевой и реляционной.


Кафедра «Программное обеспечение информационных технологий»


Содержание


Лекция 1 Введение. Цели и задачи курса. Основные понятия и

определения.

Лекция 2 Основные концепции банков данных.


Лекция 3 Архитектура банков данных.


Лекция 4 Инфологический подход к проектированию баз

данных.


Лекция 5 Моделирование локальных представлений.

^

Лекция 6: Объединение локальных представлений


(представлений пользователя ).


Лекция 7 Модели данных.


Лекция 8 Реляционные модели данных.


Лекция 1.


Тема: Цели и задачи курса. Основные понятия и

определения.


В лекции рассматриваются цели и задачи курса, как основы для проектирования информационных систем. Даются основные понятия и определения, которые будут использованы при изложении предмета.


Введение.

С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную.

Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.

Второе направление, которое непосредственно касается темы нашего курса, это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом широком смысле информационная система представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.

На самом деле, второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти. Понятно, что можно говорить о надежном и долговременном хранении информации только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная память этим свойством обычно не обладает.

В начале использовались два вида устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При этом емкость магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны (они больше всего похожи на современные магнитные диски с фиксированными головками) давали возможность произвольного доступа к данными, но были ограниченного размера.

Легко видеть, что указанные ограничения не очень существенны для чисто численных расчетов. Даже если программа должна обработать (или произвести) большой объем информации, при программировании можно продумать расположение этой информации во внешней памяти, чтобы программа работала как можно быстрее.

С другой стороны, для информационных систем, в которых потребность в текущих данных определяется пользователем, наличие только магнитных лент и барабанов неудовлетворительно. Представьте себе покупателя билета, который стоя у кассы должен дождаться полной перемотки магнитной ленты.

Одним из естественных требований к таким системам является средняя быстрота выполнения операций.

Как кажется, именно требования к вычислительной технике со стороны не численных приложений вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными головками, что явилось революцией в истории вычислительной техники.

Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, обеспечивали удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки, а возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически неограниченный архив данных.

С появлением магнитных дисков началась история систем управления данными во внешней памяти. До этого каждая прикладная программа, которой требовалось хранить данные во внешней памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на магнитной ленте или барабане и выполняла обмены между оперативной и внешней памятью с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня (машинных команд или вызовов соответствующих программ операционной системы).

Такой режим работы не позволяет или очень затрудняет поддержание на одном внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранимой информации.

Кроме того, каждой прикладной программе приходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации данных во внешней памяти.

Целью курса является изучение способов конструирования банков, баз данных и знаний, принципов построения систем управления базами данных, методов проектирования баз данных и знаний.

Задача курса дать знания в области проектирования баз данных и знаний различных информационных систем.

^ 1.1 Основные понятия и определения

Основу информационного обеспечения различного рода систем составляет совокупность данных, необходимых для процесса проектирования.

Совокупность компонентов информационного обеспечения образует информационную базу информационной системы.

^ Данные – это любой набор символов, рассматриваемый безотносительно к его содержательному смыслу.

Взаимосвязанные данные называют системой данных, а хранимые данные называют информационным фондом.

^ Объект – это любой предмет, событие, понятие, процесс.

Все объекты характеризуются атрибутами.

Например, объектами являются: “Факультет”, ВЦ, “Библиотека”, ЭВМ и т.д.

Атрибутами объекта ЭВМ являются: скорость вычислений, объем оперативной памяти, габариты и т.д.

Сведения содержащиеся в атрибуте называют значениями данных.

Например: скорость вычислений ……………..операций в секунду.

Емкость оперативной памяти…….64 мегабайт.

Серийный номер …………………...7093100062PC.


Среди атрибутов имеются такие, по значениям которых возможна идентификация всего объекта.

Например, по серийному номеру можно определить, что это за объект, его важные характеристики.

Атрибуты, по значениям которых определяют значения других атрибутов, называют идентификаторами объекта или ключевыми элементами данных.

Объединение значений связанных атрибутов называют записью данных.

Упорядоченную совокупность записей данных называют файлом данных.

Базой данных называют совокупность специально организованных данных, рассчитанных на применение в большом количестве прикладных программ.

^ Системы управления базами данных – это программная система, предназначенная для создания на ЭВМ общей базы данных для множества приложений, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения эффективного доступа пользователей к содержащимся в ней данных в соответствии представленными им полномочий.


^ Основные свойства баз данных.


  1. Логическая целостность баз данных – непротиворечивость и достоверность. Нарушения логической целостности базы данных могут быть связаны с вводом в нее недостоверных данных или неправомерными действиями процедур обработки данных, работающих в среде базы данных и помещающих в базу данных генерируемых ими данных.

  2. ^ Физическая целостность баз данных - обеспечение не разрушаемости базы данных в результате сбоев и отказов оборудования вычислительных систем, повреждением носителей данных.

  3. Наличие языков высокого уровня взаимодействия пользователя с базой данных.

  4. Минимальная избыточность данных.

  5. Секретность, т.е. невозможность несанкционированного доступа к базе данных.

  6. Универсальность базы данных, т.е. наличие в базе данных всех необходимых данных и возможность доступа к ним в процессе решения задачи.


^

Контрольные вопросы:

Дайте определение понятиям: данные, объект, атрибут, ключевые элементы данных;


  1. Определите понятия «Файл данных» и «База данных»;

3. Что понимается под системой управления данными;

  1. Какие основные свойства баз данных Вы знаете?



Литература:




  1. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. –

М.: Финансы и статистика, 1983. – 320 с.

  1. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных

информационных систем. – М.: Финансы и статистика,

1989. – 351 с.


Лекция 2


Тема: Основные концепции банков данных.


В лекции рассматриваются основные понятия и определения, на основе которых строится представление о банках данных .

Даются основные концепции банков данных :

  • предметная область;

  • банк данных;

  • Языковые средства банка данных.

- Программные средства банка данных.


^ 2.1 Предметная область.

Предметная область – это область применения конкретного банка данных.

Различают банки данных, применяемые в сфере управления предприятием, организациями, транспортом, в медицине, научных исследованиях.

В настоящее время в сфере исследований банков данных принято рассматривать предметную область или весь реальный мир в целом в виде трех представлений:

  • представление в том виде, в котором она реально существует;

  • представление программиста;

  • информационное представление.

Пример. Предметная область «Предприятие».

а) Представление пользователя:

здание, оборудование, люди, транспорт и т.д.

в) Представление программиста:

исходные данные, пакет программ, выходные данные.

с) Информационное описание:

документы, данные на внешних носителях.

Общая схема построения концептуальной модели предметной области, с учетом конечных пользователей и информационных требований прикладных программистов имеет вид:


Анализ прог-раммного опи-сания предм.обл


Концептуальная модель объединяет два представления :

  • концептуальное представление существующей предметной области;

  • концептуальное представление информационных требований прикладных программистов.

Первое из этих представлений отображает объекты и процессы реального мира, как составные части предметной области, их существенные свойства и взаимосвязи между этими элементами.

Информационное описание предметной области состоит из:

  • описания элементов;

  • описания атрибутов;

  • описания связей между элементами.


Второе из этих представлений – информационные требования прикладных программистов. Они описывают данные и связи, используемые в приложениях, а также требования конечных пользователей к обработке используемых текущих приложений и предполагаемых требований планируемых в будущем.

Информационные требования состоят из:

  • описания процесса (наименование, частота применения, требуемые данные, объем данных);

  • операторов(Наименование оператора, критерий поиска, количество поисковых образов, используемые ассоциации);



^ 2.2 Банк данных.


Банк данных – это сложная человеко – машинная система, включающая в себя взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты:

  • базу данных;

  • языковые средства;

  • программные средства;

  • технические средства;

  • организационно – методические средства;

  • администратора банка данных;

  • словаря данных;


База данных – это ядро банка данных . В базу данных не входят: входные и выходные файлы, вводимые запросы, временные файлы.

Языковые средства банка данных.

Языковые средства включают в себя:

  • язык общения с базой данных (язык манипулирования данными, язык запросов, язык ведения диалога);

Центральное место среди языковых средств банка данных занимают языки общения с базой данных.

В зависимости от особенностей банка данных языковые средства, их синтаксические и семантические свойства, способы реализации, круг лиц, на который они ориентированы, могут изменяться в широком диапазоне: от языков программирования до языков, ориентированных на конечного пользователя.

Системы управления базами данных, требующие написания прикладных программ на универсальных языках программирования, включают в свой состав язык манипулирования данными, которым программист пользуется для организации передачи данных между его процессом и базой данных.

^ Язык манипулирования данными – это средство, позволяющее обращаться к базой данных из программ, написанных на процедурных языках программирования.

Большинство систем предоставляют языки запросов с их помощью к банку данных могут обращаться специалисты – непрограммисты.

При общении с базой данных широко используется режим диалога , для поддержания которого предназначены языки ведения диалога.

В ранних СУБД поддерживалось несколько специализирован-ных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка - язык определения схемы БД (SDL - Schema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML - Data Manipulation Language). SDL служил главным образом для определения логической структуры БД, т.е. той структуры БД, какой она представляется пользователям. DML содержал набор операторов манипулирования данными, т.е. операторов, позволяющих заносить данные в БД, удалять, модифицировать или выбирать существующие данные.

В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время является язык SQL (Structured Query Language).

Прежде всего, язык SQL сочетает средства SDL и DML, т.е. позволяет определять схему БД и манипулировать данными. При этом именование объектов БД (для реляционной БД - именование таблиц и их столбцов) поддерживается на языковом уровне в том смысле, что компилятор языка SQL производит преобразование имен объектов в их внутренние идентификаторы на основании специально поддерживаемых служебных таблиц-каталогов. Внутренняя часть СУБД (ядро) вообще не работает с именами таблиц и их столбцов.

Язык SQL содержит специальные средства определения ограничений целостности БД. Опять же, ограничения целостности хранятся в специальных таблицах-каталогах, и обеспечение контроля целостности БД производится на языковом уровне, т.е. при компиляции операторов модификации БД компилятор SQL на основании имеющихся в БД ограничений целостности генерирует соответствующий программный код.

Специальные операторы языка SQL позволяют определять так называемые представления БД, фактически являющиеся хранимыми в БД запросами (результатом любого запроса к реляционной БД является таблица) с именованными столбцами. Для пользователя представление является такой же таблицей, как любая базовая таблица, хранимая в БД, но с помощью представлений можно ограничить или наоборот расширить видимость БД для конкретного пользователя. Поддержание представлений производится также на языковом уровне.

Наконец, авторизация доступа к объектам БД производится также на основе специального набора операторов SQL. Идея состоит в том, что для выполнения операторов SQL разного вида пользователь должен обладать различными полномочиями.

Пользователь, создавший таблицу БД, обладает полным набором полномочий для работы с этой таблицей. В число этих полномочий входит полномочие на передачу всех или части полномочий другим пользователям, включая полномочие на передачу полномочий.

Полномочия пользователей описываются в специальных таблицах-каталогах, контроль полномочий поддерживается на языковом уровне.


^ Программные средства банка данных.


Программные средства банков данных представляют собой сложный комплекс, обеспечивающий всех частей информационной системы в процессе ее существования. В составе программных средств банков данных можно выделить:

  • программы управления данными;

  • трансляторы с языков банков данных;

  • утилиты;

  • программные, обеспечивающие взаимодействие пользователей и технических средств в различных режимах.;

  • операционная система;


Большинство программных и языковых средств банка данных являются системными.

Совокупность программных и языковых средств общего или специализированного назначения, необходимая для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации доступа к ним различных пользователей в условиях принятой технологии обработки данных, называется системой управления базами данных.

^ Технические средства банков данных -- совокупность техничес-ких средств, необходимых для организации банка данных::

  • компьютеры, объединенные в вычислительную сеть;

  • устройства ввода – вывода информации;

  • каналы связи.


Организационно – методические средства банка данных состоят из нормативно – технологических и инструктивно – методических материалов по организации и использованию банков данных.

^ Администраторы банка данных. Функционирование банка данных невозможно без участия специалистов, обеспечивающих создание и поддержание баз данных, организующих и контролирующих доступ к данным различных пользователей.

^ Словарь данных. Для обеспечения разных категорий пользователей информацией о самом банке данных нужна специальная подсистема – централизованное хранилище данных, или словарь – справочник данных.

Словарь данных состоит из базы метаданных и специального набора программ, разработанных для решения задач, связанных с ведением и использованием этих данных. Словарь данных содержит сведения о предметной области и циркулирующей в ней информации, о содержании и структуре базы данных, о связях между элементами базы данных и программами, о кодах защиты и разграничения доступа, сведения о расположении данных в узлах сети, о затратах на передачу и хранение данных.

В распределенных системах функции словаря шире, и активность использования его при функционировании системы выше, чем в локальных системах.

Контрольные вопросы:

  1. Дайте определение понятию «Предметная область».

  2. Что понимается под языком общения с базой данных?

  3. Что понимается под языком манипулирования данными?

  4. Заменяет ли язык SQL (Structured Query Language) языки общения с базой данных и манипулирования данными?

  5. Перечислите программные средства банка данных.

  6. Какие Вы знаете организационно – методические средства банка данных?

  7. Для чего нужны администраторы банка данных?

  8. В каких информационных системах необходим словарь данных?

Литература:

  1. Четвериков В.Н. и др. Базы и банки данных, М, ВШ,1992;

  2. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. – М.: Финансы и статистика, 1984. – 196 с.



Лекция 3


Тема : Архитектура банков данных.

^

В лекции рассматриваются концептуальные основы построения многоуровневой, рассчитанной на многих пользователей, архитектуры учебной модели банка данных.


Рассматривается механизм обмена данными между пользовательской программой и данными базы данных, показывается роль СУБД и операционной системы в этой системе.


^ 3.1 Концептуальные основы архитектуры.


СУБД должна предоставлять доступ к данным любым пользователям, включая и тех, которые практически не имеют и (или) не хотят иметь представления о:

  • физическом размещении в памяти данных и их описаний;

  • механизмах поиска запрашиваемых данных;

  • проблемах, возникающих при одновременном запросе одних и тех же данных многими пользователями (прикладными программами);

  • способах обеспечения защиты данных от некорректных обновлений и (или) несанкционированного доступа;

  • поддержании баз данных в актуальном состоянии

и множестве других функций СУБД.

При выполнении основных из этих функций СУБД должна использовать различные описания данных. А как создавать эти описания?

Естественно, что проект базы данных надо начинать с анализа предметной области и выявления требований к ней отдельных пользователей (сотрудников организации, для которых создается база данных).

Проектирование обычно поручается человеку (группе лиц) – администратору базы данных (АБД). Им может быть как специально выделенный сотрудник организации, так и будущий пользователь базы данных, достаточно хорошо знакомый с машинной обработкой данных.

Объединяя частные представления о содержимом базы данных, полученные в результате опроса пользователей, и свои представления о данных, которые могут потребоваться в будущих приложениях, АБД сначала создает обобщенное неформальное описание создаваемой базы данных. Это описание, выполненное с использованием естественного языка, математических формул, таблиц, графиков и других средств, понятных всем людям, работающих над проектированием базы данных, называют инфологической моделью данных .

Такая человеко - ориентированная модель полностью независима от физических параметров среды хранения данных. В конце концов этой средой может быть память человека, а не ЭВМ. Поэтому инфологическая модель не должна изменяться до тех пор, пока какие-то изменения в реальном мире не потребуют изменения в ней некоторого определения, чтобы эта модель продолжала отражать предметную область.

Остальные модели являются компьютеро-ориентированными. С их помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ к хранимым данным лишь по их именам, не заботясь о физическом расположении этих данных. Нужные данные отыскиваются СУБД на внешних запоминающих устройствах по физической модели данных.

Так как указанный доступ осуществляется с помощью конкретной СУБД, то модели должны быть описаны на языке описания данных этой СУБД. Такое описание, создаваемое АБД по инфологической модели данных, называют даталогической моделью данных.

Трехуровневая архитектура (инфологический, даталогический и физический уровни) позволяет обеспечить независимость хранимых данных от использующих их программ. АБД может при необходимости переписать хранимые данные на другие носители информации и (или) реорганизовать их физическую структуру, изменив лишь физическую модель данных. АБД может подключить к системе любое число новых пользователей (новых приложений), дополнив, если надо, даталогическую модель. Указанные изменения физической и даталогической моделей не будут замечены существующими пользователями системы (окажутся "прозрачными" для них), так же как не будут замечены и новые пользователи. Следовательно, независимость данных обеспечивает возможность развития системы баз данных без разрушения существующих приложений.

Для обеспечения независимости прикладных программ от данных необходима такая модель данных, которая обеспечивала информационное содержание базы данных, а подробности организации физического хранения данных в ней отсутствовали.

Такая модель данных должна иметь схему описания, в которой отражаются структуры ее данных, имена записей, имена и форматы полей.

Для работы с данными модели разрабатываются конкретные языки описания данных и манипулирования данными.

Запросы к данным базы данных должны выражаться в прикладной программе пользователя с помощью языка манипулирования данными в терминах принятой модели данных, т.е. прикладная программа должна работать только с записями модели.

Записи модели создаются системой на момент, когда они затребованы прикладной программой, при чтении данных из базы данных, и формируются в прикладной программе.

Для образования записей модели СУБД должна располагать информацией о том, как записи и их поля строятся из хранимых в физической базе данных записей и полей (аналогичным образом при вводе данных в базу данных).

Эта информация может быть задана в виде специального описания отображения данных из физической базы данных в данные для принятой модели.

В описании отображения, кроме указания соответствий между полями записей модели и полями хранимой записи, должны быть указаны сведения о хранимых данных :

- в каком коде они представлены;

  • как упорядочены методы доступа, учитываемые для языка манипулирования данными.

Так как СУБД функционирует в среде развитых ЭВМ с мощной операционной системой, целесообразно часть задач обработки данных возложить на операционную систему.

Обычно, при проектировании СУБД, не разрабатывают программы манипулирования данными на физическом уровне, а используют программы методов операционной системы.

Такой подход обеспечивает относительную независимость операций хранения и обработки данных от используемых технических средств, предоставляемых операционной системе.

В связи с этим вводится в рассмотрение модель представления хранимых данных (так называемая внутренняя модель базы данных).

При проектировании СУБД разрабатываются собственные методы доступа к записям внутренней модели, базирующиеся на методах доступа операционной системы.

Во внутренней модели база данных может быть представлена в виде совокупности хранимых файлов, для которых известна структура хранимых записей, определены служебные поля, реализующие необходимые связи между записями.

С учетом описанных выше требований для модели данных архитектуру банка данных может быть представлена в следующем виде:

Пользователи составляют прикладные программы в терминах модели данных.





где:

  • П1, П2,…..,П3 – пользователи банка данных;

  • ПП1, ПП2, ……ПП3 – прикладные программы пользователей;

  • Ро1, Ро2, ………Ро3 – рабочие области данных;

  • ОС – операционная система;

  • НД – набор данных.


Пользователи составляют программы в терминах модели данных.

СУБД, получив запрос из ПП (например, чтение данных из базы данных), организует запрос к ОС на считывание из физической базы данных необходимой порции данных с машинного носителя в буферную область памяти.

Таким образом в буферной области памяти СУБД окажутся хранимые записи, имеющие структуру в соответствии со схемой внутренней модели данных.

Затем выполняется требуемое отображение хранимых записей в записи модели и затребованные записи модели передаются СУБД в рабочую область ввода – вывода ПП, затребовавшей эти данные.

Рассмотренная схема решает вопрос обеспечения независимости ПП от данных , позволяет реализовать определенную независимость от использования технических средств.

Наличие модели данных является глобальным логическим представлением информационного содержания базы данных, объединяющим все пользовательские представления в единую базу данных.

Представление данных пользователем может отличаться от логического представления модели данных.

Каждое пользовательское представление должным образом преобразуется в часть представления модели данных. Для пользователя предусмотрен внешний уровень представления хранимых данных, на котором находятся внешние модели данных каждого пользователя.

^ 3.2 Примерный алгоритм чтения данных.


1. ПП обращается к СУБД с запросом на чтение записи модели данных.

2. СУБД, схемы внешней модели данных , модели данных и описание внешней модели данных на модели данных, определяет какие записи модели данных необходимы для формирования записи внешней модели данных.

3. Используя схемы модели данных и внутренней модели, а также описание отображения Модели данных на внутреннюю модель, СУБД определяет, какие хранимые записи необходимы для построения затребованных записей модели и какая совокупность физических записей необходима для считывания с машинного носителя.

4. СУБД схемы выдает ОС запрос на считывание в свою буферную память необходимых записей из физической базы данных.

5. Ос с помощью своих методов считывает из физической памяти, затребованные СУБД записи и помещает их в системные буферы СУБД.

6. На основании имеющихся схем моделей и описания соответствующих отображений, СУБД формирует в буферной памяти запись внешней модели в виде, который требуется ПП.

7. СУБД пересылает сформированную запись внешней модели в рабочую область ввода – вывода ПП.

8. Прикладная программа обрабатывает запись, поступившую в ее рабочую область.


Контрольные вопросы:

  1. Для чего необходим концептуальный уровень в архитектуре банка данных?

  2. Какое минимальное количество уровней возможно в архитектуре банка данных?

  3. Какова последовательность доставки данных, хранимых на внешних носителях в структурах физической памяти, в буферную память внешней модели, обеспечивающей требования ПП?



Литература:

1. Четвериков В.Н. и др. Базы и банки данных, М,ВШ,1992.

Лекция 4.


Тема: Инфологический подход к проектированию баз

данных.


В лекции рассматриваются вопросы проектирования информационно – логической модели базы данных.

Раскрываются вопросы анализа предметной области, ее структуиризации , разработки модели «Сущность - связь» - неформальной модели базы данных. Даются понятия графического представления модели «Сущность - Связь».

Описывается пример предметной области «Библиотека».


База данных – это некоторая целевая модель предметной области. В базе данных находят отражение только те факты, которые необходимы для функционирования информационной системы, в состав которой она входит.

При проектировании базы данных, проектировщик должен выделить или описать эти ожидаемые факторы, тем самым будет очерчена граница предметной области банка данных.

Предметная область базы данных определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения.


^ 4.1 Структуиризация предметной области.

Проектирование базы данных начинается с предварительной структуиризации предметной области.

Объекты реального мира подвергаются классификации, фиксируются совокупностью подлежащих отображению в базу данных типов объектов, для каждого типа объектов фиксируется совокупность свойств, посредством которых будут описываться конкретные объекты этого типа в базе данных, устанавливаются виды отношений между объектами, решаются вопросы о том какая информация об этих объектах должна быть представлена в базе данных и как представить ее с помощью данных.

Сущность инфологического подхода к проектированию информационных систем заключается в установлении соответствия между состоянием предметной области, его восприятием и представлением предметной области в базе данных.

При инфологическом проектировании необходимо различать:

  • явления реального мира;

  • информацию об эти явлениях;

  • представление об этой информации посредством данных.


В инфологическом подходе выделено три сферы:

  • реальный мир;

  • информационная сфера;

  • датологическая сфера.

Составляющими объектной системы являются:

  • объект;

  • свойство;

  • связь.

Объект в инфологическом проектировании – это то о чем накапливается информация в информационной системе.

Объект может быть атомарным (простым) или составным.

Для составного объекта должна быть определена его внутренняя структура, в соответствии с которой определяется композиция его составляющих.

Каждый объект в конкретный момент времени характеризуется определенным состоянием. Это состояние описывается с помощью ограниченного набора свойств и связей (отношений ) с другими объектами.

Свойства объекта которые не зависят от его связей (объектных отношений) с другими объектами, называются локальными.

Связь между объектами, в зависимости от числа входящих в нее объектов, характеризуется степенью n = 2, 3…….r (бинарная, тернарная, ……,r - нарная).

Время t - основная составляющая предметной области. В определенные моменты времени, интервалы времени объекты могут иметь определенное состояние, т.е. объектная система зависит от времени и является динамической системой.

^ Информационная сфера представляется понятиями, с помощью которых можно формально описать и проанализировать информацию об объекте.

Основным понятием в информационной системе является «Сведение».

В объектной системе сведения могут быть :

  • объекте;

  • о группе объектов;

  • об атрибуте;

  • о связи;

  • о времени;

  • о ситуации.

Сведения представляют собой смысловые, концептуальные образы составляющих, которые используются человеком при восприятии и осмыслении реальных объектов.

^ Датологическая сфера рассматривает вопросы представления с помощью данных выделенных информационных структур объектной системы.

Инфологический подход к проектированию не предоставляет формальных способов проектирования, однако закладывает методологические основы проектирования баз данных.


^ 4.2 Модель «Сущность - Связь».

Модель «Сущность - Связь» - это неформальная модель предметной области, которая используется на этапе инфологического проектирования.

Модель позволяет моделировать объекты предметной области, взаимоотношения объектов.

Основное назначение модели – смысловое описание предметной области.

Для построения модели «Сущность - Связь» используют три основных конструктивных элемента:

  • сущность;

  • атрибут;

  • связи.

Сущность –это собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта, процесса, о которых необходимо хранить информацию в информационной системе.

Атрибут –это поименованная характеристика сущности, которая принимает значение из некоторого множества значений.

Связь – это средство, с помощью которого представляются отношения между сущностями, имеющие место в предметной области.

Чтобы задать атрибут в модели необходимо ему присвоить наименование, привести смысловое описание атрибута, определить множество его допустимых значений и указать для чего он используется.

Основное назначение атрибута – описание свойства сущности, а также идентификация экземпляра сущности.

^ 4.3 Типы связей и экземпляры связей.

Типы связи рассматриваются между типами сущностей.

Конкретный экземпляр связи рассматриваемого типа существует между конкретными экземплярами рассматриваемых типов сущностей.

При анализе связей между сущностями могут встречаться бинарные (между двумя сущностями), тернарные (между тремя сущностями) и в общем n – арные связи.

Для определения характера взаимосвязей между двумя типами используют понятия «прямое» и «обратное» отображения между экземплярами сущностей.

^ 4.3.1 Бинарные связи.

Отображение 1:1.

Определяется тип связи между двумя типами сущности, он отвечает взаимно – однозначному соответствию между экземплярами множества «Тип А» и экземплярами множества «Тип В».





Студент

Зачетная книжка


Клемин А.

233 – 07 ПОИТ







страница1/3
Дата конвертации19.11.2013
Размер0.54 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы