Кафедра Вычислительных Технологий и Автоматизированных Систем Управления

Кафедра Вычислительных Технологий и Автоматизированных Систем Управления

 

Базы данных

 

Конспект лекций по изучению дисциплины для студентов 4 курса заочной формы обучения специальности 080801-Прикладная информатика в экономике

 

Краснодар

2008

 

УДК

Составители: доцент А.А. Цуприков

 

 

Базы данных. Конспект лекций по изучению дисциплины для студентов 4 курса заочной формы обучения специальности 080801-Прикладная информатика в экономике.

 

 

 

содержание

Лекция 1. Основы проетирования БД
Лекция 2. Основные типы, классы и функции СУБД
Лекция 3. Типовая организация современной СУБД
Лекция 4. Анализ и проектирование
Лекция 5. Модели данных классификация моделей данных
Лекция 6. Понятие реляционной модели данных
Лекция 7.Проектирование нормализованных БД
Лекция 8. Анализ критериев качества нормализованных моделей данных
Лекция 9. Основные понятия реляционной алгебры
Лекция 10.Основные правила построения формул в реляционной алгебре
Лекция 11. Основы фракталов
Лекция 12 Математическая теория сжатия

ЛЕКЦИЯ 1

ТЕМА: ОСНОВЫ ПРОЕТИРОВАНИЯ БД.

ПЛАН

 

1 Основные термины и определения

2 Этапы развития систем обработки данных

3 Современные тенденции в обработке данных

1 Основные термины и определения

Информация – любые сведения о каком-либо событии, процессе, объекте. С информацией можно выполнять следующие операции:

§ Восприятие,

§ Передача

§ Обработка

§ Хранение.

Основное свойство информации – неограниченный ресурс, т.е. её можно считывать бесконечное число раз.

Данные – информация, представленная в виде, позволяющем автоматизировать её сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством

.Данные – это информация в дискретном (фиксированном) виде, удобная для хранения, обработки на ЭВМ и для передачи по каналам связи.

База данных (БД) – поименованная совокупность данных, отображающая состояние объекта или нескольких объектов, их свойств и взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

БД – это информационная модель объекта, от обоснованности, точности и достоверности которой во многом зависит эффективность системы управления объектом.

БД – это совокупность взаимосвязанных данных при такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным обра

 

зом для одного или нескольких приложений в определённой предметной об­ласти.

БД состоит из множества связанных файлов.

Автоматизированная информационная система (АИС, ИС ) – сис­тема, реализующая автоматизированный сбор, обработку, манипулирование данными, функционирующая на основе ЭВМ и других технических средств и содержащая соответствующее программное обеспечение и персонал.

Основные компоненты ИС – средства программного обеспечения, тех­нические средства ЭВМ или сети ЭВМ с периферийными устройствами и обо­рудованием передачи данных, средства интерфейсов пользователей и систем­ного персонала, собственно информационные ресурсы - данные, которые хранятся и обрабатываются ИС.

АИС может функционировать самостоятельно или быть компонентом более сложной системы.

Задачи обработки данных – специальный класс решаемых на ЭВМ за­дач, связанных с видом, хранением, сортировкой, отбором по заданному усло­вию и группировкой записей однородной структуры. Для пользователя преду­сматривается генерация различных отчётов, в основном, в табличной форме.

Предметная область (ПрО) – часть реального мира, объект, процесс, для которого создаётся ИС. Выявление ПрО – необходимый начальный этап разработки ИС, на котором определяются информационные потребности пользователей будущей системы и которые предопределяют содержание её БД.

Чаще всего всё множество объектов ПрО разбивают на группы объектов, однородных по структуре, обладающих одинаковыми свойствами (кадры, цех, группа студентов, …). В каждом фрагменте ПрО (группе объектов) выделяется

система объектов (бухгалтерия, документы, приход, расход, зарплата, премии,

отпускные, …), выделяются процессы, происходящие в этом фрагменте и ко­нечное число пользователей этим фрагментом. Разбиение ПрО на фрагменты и рассмотрение каждого объекта в отдельности заметно упрощает задачи разра­ботки ИС. Между объектами могут существовать связи, имеющие различный содержательный смысл.

Система управления базой данных (СУБД) – программное средство, реализующее централизованное управление данными, хранимыми в БД, дос­туп к ним, (т.е. замену, удаление, обновление, копирование, перемещение и другие операции с данными) и поддержание данных в состоянии, соответствующем состоянию ПрО.

Этапы развития систем обработки данных (СОД)

1 этап. До появления ЭВМ третьего поколения(примерно 70-е годы) обработка данных осуществ­лялась в основном операциями ввода-вывода, данные

записывались в последовательные файлы, их структура повторяла структуру фай

 

лов. Для поиска данных приходилось просматривать последовательно весь файл.

Каждый файл, набор данных создавался и оптимизировался для одной прикладной задачи, корректировка файла требовала его полной перезаписи, изменение структуры данных и запоминающих устройств требовало изменения и перезаписи прикладных программ. Надёжность хранения данных, их защита обеспечивалась хранением нескольких копий каждого файла

Недостатки - значительная степень избыточности данных в файлах, отсутствие логиче­ской и физической независимости данных от прикладных программ (ПП), значительные затраты труда программистов на создание приложения и поддержание его работы.

2 этап. - изменение как природы файлов, так и используемых для их хранения запоминающих устройств. Стал возможен последовательный и произвольный доступ к данным. Логическая и физическая структуры отличаются друг от друга, но взаимосвязь между ними простая,. запоминающие устройства можно менять без изменения ПП, используя специаль­ные языки заданий. Структуры данных могут быть: с последовательным доступом, с индексно-последова-тельным и с прямым доступом к данным. Поиск данных производится по одному ключу, имеются

средства защиты данных. Программное обеспечение СОД представляет собой методы доступа, а не управление данными.

Недостатки - также значительная избыточность данных и большие затраты труда программистов.

3 этап. СОД преобразуются в первые СУБД, их программное обеспечение уже позволяет управлять данными, обрабатывать элементы или группы элементов данных.. Доступ к одним и тем же данным осуществляется из различных ПП различными путями. Программное обеспечение содержит средства уменьшения избыточности данных, различные логические файлы могут быть получены из одного набора физических данных. Многие элементы данных являются общими для различных ПП. Данные адресуются по полям (столбцам таблицы) или группам полей, а не на уровне записей (строк таблицы). Поиск возможен по нескольким ключам. Усложнение форм организации данных не влияет на прикладные программы.

4 этап. Обеспечение программными средствами логической и физической независимости дан­ных. Логическая независимость предполагает не изменение ПП при изменении логической структуры данных. Физическая неза­висимость означает независимость логической структуры данных и ПП от физического расположения и организации данных. Такая система обязательно должна иметь:

§ администратора баз данных;

§ эффективную защиту данных;

§ язык опи­сания данных:

§ язык запросов для пользователя

§ языки программирования для прикладного программиста;

§ эффективную систему контроля, статистики и исполнения работы системы.

 

ЛЕКЦИЯ 2

ПЛАН

1Типы данных

2 Классы СУБД

3 Банк данных

4 Функции СУБД

Типы баз данных

 

По назначению все существующие БД можно разделить на несколько основных типов – библиографические, реферативные, документальные (или полнотекстовые), фактографические, картографические, гипертекстовые, мультимедийные, XML-серверы, объектно-ориентированные, распределённые, коммерческие и др.

1. Библиографические БД - это документальные базы данных, записи в которых содержат только библиографические описания документов.

Примеры:

· база данных MATH - поисковая БД математических статей в периодических изданиях и сборниках, ведется Европейским математическим обществом и Гейдельбергской Академией наук, содержит более 1 млн. 800 тыс. записей. Кроме головного сервера, расположенного в Германии, действуют "зеркальные" серверы, в т.ч. в России. Рабочие языки - английский, немецкий, французский, итальянский и испанский.

· база данных ISFDB - БД книг и публикаций фантастики, фэнтези и мистики. Содержит библиографические записи, а также фактографическую базу по премиям в этой литературной области. Возможен расширенный поиск по автору, названию, году издания, серии и ключевым словам. Рабочий язык - английский.

К библиографическим БД относятся также различные библиотечные каталоги.

2. Реферативные БД - это документальные базы данных, записи в которых содержат библиографические данные и рефераты или аннотации.

Пример: база данных Пантелеймон", куда входят рефераты и описания публикаций медико-биологического, химико-фармацевтического и химического характера из периодических научных и научно-практических печатных изданий Украины и России, начиная с 1998 г. На сегодня в базе около 40 тыс. статей из 131 источника. Поиск ведется по имени автора, названию статьи, журнала, ключевым словам. Доступ и регистрация бесплатны. Рабочие языки - русский, украинский и английский.

3. Полнотекстовые БД - это документальные базы данных, которые содержат полные тексты документов или их наиболее информативных частей.

Пример: база данных American Memory, БД оцифрованных документов по американской истории и культуре из фондов Библиотеки Конгресса США, являющаяся частью Национального института музеев и библиотек. В БД входят более 7 млн. документов из 100 коллекций, которые представлены либо в формате PDF, либо в обычном HTML. Хронология - от открытия Америки до наших дней. Развернутая поисковая система (как в полной базе, так и в отдельных коллекциях). Язык - английский

Разновидностью полнотекстовых баз являются гипертекстовые БД, которые содержат текст с гиперссылками и мультимедийные БД, включающие в себя, кроме текста с гиперссылками, и графику, а также аудио- и видеофайлы.

Пример: база данных "Кругосвет", иллюстрированная энциклопедия, переводное издание американской Collier's Encyclopedia 1998 г. Материал расположен по категориям в алфавитном порядке, возможен расширенный поиск. Категории: история, гуманитарные науки (лингвистика, психология и педагогика, экономика и право, философия), культура и образование, технологии и промышленность, медицина, наука и технология, науки о Земле, страны мира. Ресурс находится на портале "Россия-он-лайн". Язык - русский.

4. Фактографические БД - базы данных, записи в которых содержат данные о состоянии внешнего мира, без ссылок на другие документы.

Примеры:

· база данных “Ежегодная книга фактов ЦРУ", содержит постоянно обновляемые обзоры по всем странам мира и крупным международным организациям. Подробно описываются географическое положение, политическое устройство стран мира, приводятся последние статистические данные об их экономическом, военном, социальном и культурном развитии. Язык - английский.

· база данных “БД технологий (область применения, технические характеристики и др.)” содержит около 200 современных технологий и ноу-хау из самых разных сфер деятельности (от космонавтики и ядерной физики до кулинарии и туризма). По каждой технологии бесплатно предоставляется дополнительная информация, для получения каковой нужно послать аргументированный запрос. БД представляет интерес для разработчиков-изобретателей и потенциальных инвесторов. Имеется поисковая система и предметный каталог. Язык - русский.

5. Картографические БД - это базы, содержащие разнообразные карты, атласы и т.п.

Пример: база данных Map Machine, БД карт Национального географического общества США (карты природных ресурсов, рельефа, почвы, экологии, геосейсмической активности, температур и осадков, политические и другие). Можно бесплатно скачать точные карты различных участков земной поверхности. Язык - английский.

Классы СУБД

 

Все СУБД делятся на два класса

§ системы общего назначения и

§ специализированные системы.

СУБДобщего назначения не ориентированы на какую-либо конкретную предметную область, обладает средствами настройки на рабо­ту с любой БД, реализуется как программный продукт, функционирующий в каком-либо приложении (Access, Delphi,…).

СУБДобщего назначения существенно сокращают сроки разработки, экономят трудовые ресурсы, но невсегда позволяют добиться нужных характеристик производительности, занимаемого объема памяти и др.

Специализированные СУБД имеют узкую направленность, конкретную

ПрО, которая не может быть реализована СУБД общего назначения. Их соз­дание очень сложный, трудоёмкий процесс и в пособии не рассматривается.

Банк данных

Банк данных (БнД) - это информационная система, созданная средствами технологии баз данных (рис. 1.1).

В состав БнД входят:

§ одна или несколько БД;

§ СУБД;

§ словарь данных;

§ администратор базы данных;

§ вычислительная система;

§ обслуживающий персонал.

 

 

Рис. 1.1 Структурная схема банка данных

Словарь данных (СД) - служит для централизованного накопления и описания ресурса данных, позволяет уменьшить избыточность данных. Словарь содержит описание ПрО, сведения о структуре БД, о связях между элементами БД,

может содержать сведения о кодах данных, о разграничениях доступа к данным.

Администратор БД (АБД) – лицо илигруппа лиц, которые принимают реше­ния. Основные функции АБД:

§ участие в разработке БД;

§ контроль правильности функционированием БД.

Вычислительная система (ВС) - включает программные (ПС)и технические (ап­паратные) средства (ТС).

Преимущества БнД по сравнению с файловой системой:

۰ централизованное хранение данных;

۰ увеличение гибкости при обслуживании запросов пользователя;

۰ контроль целостности и непротиворечивости данных;

۰ наличие интегрированной базы, уменьшенная избыточность
данных;

۰ независимость прикладных программ от данных.

Недостатки:

۰ повышенные требования к техническому и программному обес­
печению;

۰ требуемая высокая квалификация работников;

۰ расход значительной части ресурсов непосредственно на нужды
СУБД, а не на прикладную задачу;

۰ трудности исправления последствий сбоев.

Функции СУБД

 

В СУБД можно выделить систему разработчика и систему времени выполнения.

Система разработчика содержит в себя компоненты СУБД, ко­торые используются на этапе создания приложения БД:

۰ средства описания схем и подсхем БД,

۰ генераторы форм и кода,

۰ средства визуальной разработки приложения.

Система времени выполнения - часть СУБД, необходимая при работе с БД (обработка запросов к БД, поддержание целостности данных и др.)

Основные функции СУБД.

1. Непосредственное управление данными во внешней памяти. Эта функция

включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных в БД,так и для служеб­ных целей (убыстрение доступа к данным с помощью индексов и др.). В развитых СУБДпользователь не должен знать, использует ли СУБД файловую систему и как органи­зованы файлы.

2. Управление буферами оперативной памяти. СУБД работают с БД зна-

чительного размера, которая расположена во внешней памяти. Если при обраще

нии к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система (АИС) будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Единственным способом увеличения этой скорости являет­ся буферизация данных в оперативной памяти, т.е. использование буферов ОЗУ для обмена данными.

Существует направление СУБД,которое ори­ентировано на постоянное присутствие в оперативной памяти всей БД.Для такой СУБД объём оперативной памяти компьютера должен быть достаточно велик, чтобы в нём помещаласьвся БД целиком.

3.Управление транзакциями. Транзакция - последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБДкак единое целое. Если транзак­ция успешно выполняется, то СУБД фиксирует изменения БД, произведен­ные этой транзакцией во внешней памяти, если нет – БД остаётся в прежнем состоянии, выполняется откат

транзакции, т.е. ликвидация всех изменений, произведённых транзакцией. Тем самым поддерживается логическая целостность однопользовательской БД.

Для многопользовательских СУБД применяется сериализация транзакций и сериальный план выполнения смеси транзакций. Сериализация параллельно выполняемых транзакций – это такой порядок планирования их работы, при кото­ром суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их последовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций - это план, который приводит к сериализации транзакций. Для каждого пользователя присутствие других транзакций будет незаметно (кроме некоторого замедления работы компьютера).

Сериализация транзак­ций выполняется по нескольким базовым алгоритмам. В централизованных СУБД наиболее распространены алгоритмы, ос­нованные на синхронизационных захватах объектов БД, когда параллельно выполняется несколько транзакций с различными объектами БД. При Этом возможны конфликты между двумя или более транзакциями по доступу к объектам БД и для поддержания сериализации необходимо выполнить откатодной или нескольких транзакций. В этом случае пользователь может реаль­но ощутить присутствие в АИС транзакций других пользователей.

4. Журнализацкя. Одним из основных требований к СУБД является на­дежность хранения данных во внешней памяти. Надежность - это способность СУБД восстановить прежнее состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Возможны два вида аппаратных сбоев:

۰ мягкий сбой без потери информации (внезапная оста­новка работы компьютера - аварийное выключение питания),

۰ жесткий сбой с потерей информации на носителях внешней памяти.

Примерами программных сбоев могут быть:

- аварийное завершение работы СУБД(из-за ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) – это вид мягкого сбоя или

- аварийное завершение программы пользователя, в результате чего неко

торая транзакция остается незавершенной. В данном случае требуется ликвидировать последствия этой транзакции.

Для восстановления БД после сбоев требуется дополнительная, особенно надёжно хранимая информация, для чего ведется журнал из­менений БД.

Журнал - это специальная часть БД, в которую по­ступают записи обо всех изменениях основной части БД. Журнал недоступная пользователям СУБД и поддерживается с особой тщательностью (часто ведутся две ко­пии журнала на разных физических дисках).

При ведении журнала используется WAL-протокол (Write Ahead Log) - упреждающая запись, т.е запись об изменении любого объекта БД должна попасть во внешнюю память журнала раньше, чем измененный объект попадет во внешнюю память БД. Если в СУБД корректно соблюдается протокол WAL, то с помощью общесистемного журнала можно восстановить БД после любого сбоя.

Кроме системного в СУБД поддерживается локальный журнал операций модификации БД, особенно для выполнения самой простой ситуации восстановления - индивидуального отката транзакции. Откат выполняется путём выполнения обратных операция, следуя от конца локального журнала. В большинстве АИС локальные журналы не ведут, а индивидуальный откат транзакции выполняют по общесистемному журналу, связывая все записи транзакции обратным списком (от конца к началу).

При мягком сбое из-за того, что содержимое буферной оперативной памяти пропадает, во внешней памяти БД могут нахо­диться объекты, изменённые не закончившимися к моменту сбоя транзакциями, и могут отсутствовать объекты, модифицированные завершившимися транзакциями. В таком случае, при соблюдении протокола WAL сначала производится откат незавершенных транзакций (undo), а потом повторно воспроизводятся (redo) те операции завершенных транзакций, результаты которых не ото­бразились во внешней памяти БД.

При жестком сбое восстановление БД выполняется с помощью журнала и архивной копии БД. Архивная копия - это полная копия БД кмоменту начала заполнения журнала. Восстановление БД состоит в том, что в неё переносится архивная копия, а затем по журналу воспроизводится работа всех транзакций, которые завершились к моменту сбоя. Процесс восстановления БД после же­сткого сбоя является достаточно длительным.

5. Поддержка языков БД. Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД использовалисьдва языка - язык определения схемы БД (SDL - Schema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML -Data Manipulation Language).

SDLслужил для определе­ния логической структуры БД,т.е. той структуры,, какой она представля­ется пользователям. DMLсодержал набор операторов манипулирования данными (запись,удаление, мо­дифицикация (изменение) или выборка данных. из БД).

В современных системах управления базой данных стандартным языком для реляционных СУБД является язык SQL(Structured Query Language - структурированный язык запросов),сочетающий средства SDL и DML, т.е. позволяющий опреде­лять схему реляционной БДи манипулировать данными. Имена объектов БД(для реляционной БД - названия таблиц и их столбцов), ограничения целостности и доступа к данным хранятся в специаль­ных таблицах-каталогах и поддерживаются на языковом уровне, т.е. при компиляции операторов модификации БДкомпилятор SQLгенерирует соответствующий программный код. При этом имена объектов преобразуются в их внутренние идентификаторы, ограничения целостности данных при компиляции операторов обеспечиваются специальными средствами SQL, а ограничение или расширение доступа к данным производится специальным набором операторов языка.

 

 

ЛЕКЦИЯ 3

ПЛАН

 

1 Типовая организация современной СУБД

2 Свойства проектируемой БД

3 Трехуровневая архитектура базы данных

4 Жизненный цикл БД

Свойства проектируемой БД

 

Основными свойствами БД являются:

Целостность. В каждый момент времени данные БД, должны быть непротиворечивы, что достигается введением ограничений целостности, таких как диапазон допустимых значений, соотношения между значе­ниями в полях, форматы данных, ограничения нормализации (атомарность данных). Существуют ограничения, работающие только при удалении записей. Например, нельзя удалять за­пись, связанную с другой неудаляемой записью.

Восстанавливаемость – это возможность восстановления БД после сбоя системы или её порчи (аппаратной или программной). Обеспечивается дублированием БД (архивные копии)и использованием техники повышенной надежности. В качестве примера порчи и восстановления БД может служить проверка наличия файлов какого либо приложения.

Безопасность - защита данных от преднамеренного и непреднамерен

ного доступа, модификации и разру­шения. Обеспечивается запретом на несанкционированный доступ, зашитой от копирования (установка параметра «только чтение»), криптографическая защита (установка паролей), административные меры, например, ограничение доступа к носителям информации.

Эффективность. Это свойство подразумевает:

минимальное время реакции на запрос пользователя;

минимальные потребности в памяти;

сочетание этих параметров.

Предельные размеры и эксплуатационные ограничения. Предельные размеры и ограничения, накладываемые эксплуатацией данной БД, могут существенно повлиять на проектное решение.

Жизненный цикл БД

 

Главная составляющая в жизненном цикле БД. - это единство базы дан­ных и программ, необходимых для ее работы. Жизненный цикл содержит три основных этапа: анализ и проектирование БД, её реализацию и поддержку функционирующей БД.

Эти этапы включают в себя подэтапы:

1. Анализ и проектирование БД.

1.1.Формулирование задачи и анализ требований.

1.2.Концептуальное проектирование.

1.3.Проектирование реализации

2. Реализация БД.

2.1.Собственно реализация.

2.2.Физическое проектирование.

2.3.Тестирование.

3. Поддержка.

3.1.Анализ функционирования и поддержка исходного варианта БД.

3.2. Адаптация, модернизация и поддержка переработанных вариантов.

 

ЛЕКЦИЯ 4

ПЛАН

1 Формулирование задачи и анализ требований

2 Инфологическое проектирование

3 Концептуальное проектирование

4. Моделирование локальной ПрО

5 Составные объекты

1 Формулирование задачи и анализ требований

 

Содержание данного этапа - разработка стратегического плана предварительного планирования СУБД. Оно предполагает сбор информация о том, какие данные нужны, сколько исполь­зуется подсхем (прикладных программ), какие функции они выполняют и какие фай­лы связаны с каждым из этих приложений. В дальнейшем эта информация ис­пользуется для установления связей между прило­жениями и оценки использования информации приложений, помогает определить требования к системе, обеспечивающие экономическую выгоду от применения БД. Эти данные документируется в виде обобщенной концептуальной модели данных (МД).

Важной частью разработки стратегического плана является провер­ка осуществимости проекта и определение требований к нему.

Проверка осуществимости состоит из трёх частей:

1.Проверка технологической осуществимости состоит в выяснении вопроса, существует ли оборудование и программное обеспечение для реализации проекта, какие ресурсы имеются в наличии и что нужно (и можно ли) приобрести.

2. Проверка операционной осуществимости, т.е. наличия экспертов и персонала, необходимых для работы БДих квалификации и опыта, необходимость дополнительного обучения как пользователей, так и системного персонала. Администратор базы данных обычно выбирается и обучается из системного персонала.

3.Проверка экономической целесообразности реализации проекта, при которой даётся оценка следующим факторам:

• целесообразность совместного использования данных разными отделами организации-заказчика (пользователями);

• величина риска, связанного с реализацией системы базы данных;

• ожидаемая выгода от внедрения приложений БД;

• время окупаемости внедренной БД;

• влияние СУБДна реализацию долговременных планов организации-заказчика.

Явные издержки создания СУБДскладываются из за­трат на оборудование, программное обеспечения и про­граммирование.

Скрытые издержки реализации БД, обычно являются результатом непредвиденных изменений при функционировании системы, например, достижение приемлемого бы­стродействия СУБДможет потребует наращивания возможностей оборудования, замены устаревшего новым, современным и др.

Если результат проверки осуществимости проекта положителен, определяют требования к проекту.

Определение требований включает выбор целей БД, выяснение информационных потребностей пользователей (отделов и руководителей фирмы) и

требований к оборудованию и программному обеспечению. Информационные потребности выясняются с помощью анкет, опросов менеджеров и работников фирмы, а также отчетов и форм, используемых фирмой в своей работе.

На данном этапе создаётся модель движения материальных объектов, выясняется процесс документооборота, по каждому документу устанавливается периодичность его использования (ежедневно, по требованию, подекадно, ежемесячно и др.), определить, как получается каждый элемент данных, кем получа­ется, где используется, кем контролируется). В этот период составляется техническое задание на разработку, производится формализации задачи. Особое внимание уделяется дублированию информации, возможности появления ложной информации и причинам её появления. На этом этапе представляются общие параметры создаваемой БД.

Общая информационная модель, созданная в процессе планирова­ния БД, разделяется на модели для каждого отдела фирмы (пользователя). Они являются основой для подробного проекта БД,создаваемого на следующем этапе.

Результаты работы на этом этапе должны решать четыре задачи:

1. Определить цели системы базы данных путем анализа информационных потребностей пользователей с краткими комментариями целей. Решить вопрос о виде БД, следует ли создавать распределенную базу данных или централизованную, и какие для нёё потребуются коммуникационные средства.

2. Задокументировать пользовательские требования на операционном и на руководящем уровнях в виде обобщенной информационной модели по каждому отделу и определить ПП для выполнения этих требований.

3. Определить требования к оборудованию и программному обеспечению для поддержания желаемого быстродействия. Для этого выясняется число пользователей, обращающихся к системе, число входных сообщений в день и необходимое количество распечаток. Эти данные излагаются в отчёте, в котором указываются тип и размер компьютера, СУБД, объем дисков и количество принтеров, конфигурации оборудования и программного обеспечения.

4. Разработать план поэтапного создания системы, включающий выбор исходных приложений. Приложения должны быть небольшими и некритическими, чтобы не могли влиять на создание базы в целом, и должны обеспечивать пользователям максимальную поддержку при работе с БД.

Объекты

Объект - это то, о чем накапливается информация в АИС. Объекты могут быть атомарными или составными (для него определяется его внутренняя структура). Каждый объект в конкретный момент времени характеризуется своим состоянием. Состояние определяется с помощью набора средств (атрибутов) и связей с другими объектами. Составляющая время позволяет моделировать динами­ческие системы.

Примеры объектов: люди, товары, дома, детали, книги, автомобили, навыки, организации, деловые операции, штатное расписание, отделы и мно-

гое другое.

Объектное множество - множество объектов одного типа, объект-элемент - од­ин член (элемент) объектного множества. Объектные множества изображаются в виде прямоугольников, а объекты-элементы — в виде точек (рис.1.3):

Имя объектного множества пишет-ся заглавными буквами в единственном числе (ШКОЛЬНИК — имя объектного множества, представляющего учащихся школ). Строчными буквами (школь-ник) обозначается элемент из объектного множества ШКОЛЬНИК –

Рис.1.3. Объектное множество конкретный ученик.

Школьник

В дальнейшем под словом «объект» понимается «объектное множество».

Конкретизация и обобщение

Объектное множество может содержать в себе другие объект­ные множества.

Пример 1.1. Множество ВЫПУСКНИК содержится в множестве СТУДЕНТ. Здесь ВЫПУСКНИК — конкретизация (подмножество) множест

ва СТУДЕНТ, а СТУДЕНТ – обобщение

(надмножество) множества ВЫПУСКНИК.

Графическое изображение – на рис. 1.4:

U U –образный символ обозначает направление

включения. Верхняя часть U открывается в сто-

рону большего или объёмлюшего множества – в

сторону обобщения.

Рис. 1.4. Конкретизация и

обобщение множества СТУДЕНТ

Связи

Инфологическая модель предметной области изображается в виде диаграммы, при этом приняты следующие обозначения (рис.1.5):

.

Рис 1.5. Обозначения в инфологической модели

 

Связь читает между множествами ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и КУРС, если один преподаватель читает несколько курсов, изображена на рис. 1.6:

1,*

1,1 1,N

1,∞

 

Рис. 1.6. Связь читает множеств ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и КУРС

Мощность связи показывает максимальное количество элементов одного объектного множества, связанных с максимальным количеством элементов другого объектного множества. На рис. 6 показаны все её обозначения.

Связь 1:1 - один-к-одному.

Максимальная мощность связи в обоих направлениях равна одному.

Пример 1.2. На факультете может быть один декан, и наоборот, один и

тот же декан может руководить только одним факультетом, что может быть обозначено и так:

ФАКУЛЬТЕТ ДЕКАН

Связь 1:N - один-ко-многим.

Максимальная мощность связи в одном направлении равна одному, в другом – многим.

Пример 1.3. В группе учится много студентов, но каждый студент учится только в одной группе:

Группа 8 Студент

Аналогично:

Кафедра 8 Преподаватель

Здесь в направлении, где максимальная мощность равна многим, проставлена двойная стрелка.

Связь М:N. многие-ко-многим.

Максимальная мощность в обоих направлениях равна многим.

Пример 1.4.. Преподаватель работает в разных группах, и в одной и той же группе работают различные преподаватели:

Преподаватель 7 8 Группа

В общем случае различают следующие типы связей:

• Бинарные - между двумя объектными множествами;

• Тернарные - между тремя объектными множествами;

• N-арные - между N объектными множествами.

Связи трёх и более объектных множеств называются связями высокого порядка

При проектировании БДможно ограничиться бинарными связями.

Атрибуты

Элементы объектных множеств обладают атрибутами, которые позволяют их различать. Связь направлена от объекта к атрибуту, мощность связи всегда равна одному, поэтому в диаграммах ее опускают. Атрибут может иметь пустое значение (рис. 1.7):

 

 

 

Рис. 1.7. Атрибуты множества «Человек»

 

Спецификация объектного множества ЧЕЛОВЕК запишется как:

Объектное множество: ЧЕЛОВЕК,