Классификация информационных систем по охвату задач (масштабности)

· Персональная информационная система предназначена для решения некоторого круга задач одного человека.

· Групповая информационная система ориентирована на коллективное использование информации членами рабочей группы или подразделения.

· Корпоративная информационная система в идеале охватывает все информационные процессы целого предприятия, достигая полной согласованности, безызбыточности и прозрачности информационных процессов. Такие системы иногда называют системами комплексной автоматизации предприятия.

Итак, мы рассмотрели небольшую классификацию ИС и следует напомнить, когда мы говорили об информационных технологиях, об информационных системах мы говорили, что в основу любой ИС положены базы данных и системы управления базами данных. Давайте рассмотрим основные определения, связанные с этими терминами.

База данных  (БД) может быть определена как совокупность предназначенных для машинной обработки структурированных данных, которые используются многими пользователями в рамках одной или нескольких организаций.

Особенностью БД является тот факт, что она рассчитана на использование при создании различных независимых программ и приложений. В этом основное отличие БД от обычных файлов данных - они используется только в конкретно разработанном для них приложении.

Итак, приведем пример основного отличия БД. Например, БД студентов некоторого факультета может использоваться различными приложения если она открыта, то, безусловно, речь идёт об открытой БД. Любой пользователь, любой программист может написать приложение. Например, какая-нибудь кафедра написала приложение отчёт об успеваемости студентов это есть одно приложение, например отчёт о посещении лекции и это второе приложение. Все эти различные приложения могут находиться на различных компьютерах и обращаться к единой базе данных. Когда мы говорим о файле данных то речь идёт о конкретном приложении работающем с этим фалом данных потому что файл данным как правило имеет специфическую внутреннюю структуру и разработчики порой скрывают эту структуру в отличии от того что БД структурой открыта и любой пользователь может при имеющихся у них соответствующих правах доступа могут изменить дополнить и обновить эту структуру. Это и есть основное отличие между БД и файлами данных.

В соответствии с приведенным определением БД обладает следующими качествами [37]:

· Интегрированностью данных, т.е. направлена на решение различных задач;

· Структурированностью данных, т.е. отражает некоторую часть реального мира;

· Взаимосвязью данных, т.е. в БД хранятся данные, связанные между собой описанием той или иной предметной области;

· Гибкостью, т.е. возможностью извлечения из данных различной информации;

· Доступностью и целостностью данных;

· Независимостью данных от прикладных программ.

Рассмотрим систему управления базой данных (СУБД).

Система управления базой данных (СУБД) – специальная программа и/или пакет программ, которые управляют работой БД, обеспечивают доступ к данным и их централизованное управление. Именно СУБД обеспечивает независимость данных, а прикладные программы поддерживают логику каждой отдельной задачи. Не всякая программа работы с БД является СУБД, для этого она должна обладать следующими качествами:

· Обеспечить пользователя (или прикладные программы) языковыми средствами поиска и манипулирования данными. В настоящее время в качестве такого языка широко используется язык SQL – структурированный язык запросов (см. раздел «Язык запросов SQL»);

· Обеспечить поддержку логических моделей данных. Модель данных определяет логическое представление физических данных (см. раздел «Логические модели данных»).

· Обеспечить операции создания и манипулирования логическими данными (выборка, вставка, обновление, удаление и т.д.) и одновременное управление физическими данными. Это организуется либо с помощью командного интерфейса, либо с помощью конструкций языка манипулирования данными (что зачастую совпадает);

· Обеспечить защиту и согласованность данных, поскольку при коллективном режиме работы многих пользователей возможно использование общих физических данных.

Существуют множество систем управления базами данных, и они используются практически повсеместно, где есть ИС и к таким БД относятся, безусловно, Access, MS SQL сервер, ORACLE сервер и ряд других это MY SQL сервер известное как бесплатно программное обеспечение, которое распространяется бесплатно и множество других СУБД, которые в настоящее используются широко и повсеместно.

Данные, хранящиеся в БД, представляют собой некоторый факт или совокупность фактов, с помощью которых описывается конкретная предметная область и на которых базируется последующий вывод или принимаемые решения. Данные характеризуют некоторую предметную область и являются информационной моделью некоторой части реального мира. С точки зрения разработчиков ИС, данные являются фиксированной информацией в определенной форме, пригодной для хранения и последующей обработки. Наименьшей семантически значимой поименованной единицей данных является элемент данных.

Элемент данных  (ЭД) определяет некоторое свойство или атрибут объекта предметной области. Например, для объекта «студент» некоторой предметной области можно ввести следующие элементы данных: «дата», «ФИО», «адрес». Экземпляром элемента данных  (ЭЭД) называется некоторое конкретное значение, принимаемое элементом данных. Например, для элемента данных «ФИО» экземпляром элемента данных может быть строковое значение «Петров Иван Иванович».

Поименованная совокупность элементов данных, рассматриваемая в программе как единое целое носит название агрегата данных  (например, «дата, ФИО, адрес»).

Упорядоченная совокупность значений взаимосвязанных элементов данных называется логической записью.

Элементам данных присущи два свойства: избыточность и полнота.

Избыточность  заключается в том, что один элемент данных может входить в различные записи.

Полнота   заключается в том, что любой элемент данных может характеризовать полностью или частично предмет, явление или событие.

В настоящее время существуют три уровня абстракции для определения структуры базы данных:

· Концептуальный;

· Логический;

· Физический.

Концептуальная модель представляет собой объекты и их взаимосвязи без указания способов их физического хранения. То есть концептуальная структура (или схема) состоит: из основных элементов данных предметной области (личности, факты), называемых объектами; элементарных данных, описывающих свойства и признаки объектов и называемых атрибутами; связей между экземплярами данных, которые могут быть либо ассоциациями, либо отображениями. Таким образом, концептуальная модель является, по существу, моделью предметной области.

Концептуальная модель трансформируется затем в модель данных, совместимую с выбранной СУБД. Возможно, что отраженные в концептуальной модели взаимосвязи между объектами окажутся впоследствии нереализуемыми с помощью средств выбранной СУБД. Это потребует изменения концептуальной модели.

Логической  называется версия концептуальной модели, которая может быть обеспечена средствами СУБД.

Пользователям выделяются подмножества этой логической модели, называемые внешними моделями.

Если внешние модели отражают представления, которые пользователи получают на основе логической модели, то концептуальные требования отражают представления, которые пользователи первоначально желали иметь и которые легли в основу разработки концептуальной модели.

Логическая модель отображается в физическую память, такую как диск, дискета, и получается физическая модель.

Внутренней называется физическая модель, специфицирующая размещение данных, методы доступа и технику индексирования.

Первый уровень независимости данных может быть сформулирован так: если концептуальная модель спроектирована таким образом, чтобы отражать будущие расширенные требования, то вносимые в нее изменения не должны оказывать влияния на существующие внешние модели.

Второй уровень независимости данных: внешние модели не зависят от изменений физической памяти и методов доступа к базе данных.

Независимость данных является одним из важнейших требований к базе данных.

 

 

Связи в БД

 

 

Связи в БД определяют некоторую зависимость между парами элементов данных. Такую зависимость можно представлять при помощи ассоциаций и отображений. Ассоциации определяют связи между ЭД в одном направлении, отображения в прямом и обратном. Рассмотрим отображения, как наиболее общий тип связей в БД.

 

Отображение  является средством для определения характера взаимосвязей между элементами данных, так как отображение описывает двусторонние связи между ЭД.

Выделяют несколько типов отображений: 1:1, 1: М, М:1, М: N.

При помощи отображений 1:1 («один к одному») представляют такой тип связи, когда один ЭЭД, от которого направлена связь, идентифицирует один и только один ЭЭД, к которому направлена связь, и наоборот (рис.4).

При помощи отображений 1: М («один ко многим») представляют такой тип связи, когда ЭЭД, от которого направлена связь, идентифицирует некоторое число (0,1 или несколько), к которому направлена связь, причем в данном направлении идентификация не обязательно является уникальной. Однако в обратном направлении любой ЭЭД идентифицирует один и только один ЭЭД, от которого направлена связь (рис.5).

Отображение М:1 является обратным к отношению 1: М. Достаточно поменять ЭД местами (рис.5).

 При помощи отображений М: N («многие ко многим») представляют такой тип связи, когда один ЭЭД, от которого направлена связь, идентифицирует некоторое число ЭЭД, к которым направлена связь, и наоборот (идентификация не уникальна в обоих направлениях) (рис.6).

 Логические модели данных

Логическая модель данных это модель, которая соответствует возможности некоторой СУБД для реализации, разработанной ранее концептуальной модели. Различают 3 вида логических моделей: иерархическая, сетевая, реляционная модель.

Иерархическая модель

Данные в этой модели представлены как коллекции записей (сегментов), связанных между собой в иерархическую структуру – дерево. Эта структура может содержать один или несколько сегментов, каждый из которых имеет свой формат и свою длину.

Пример иерархической модели данных достаточно широко известен, например это структура каталогов в операционной системе (Windows, Unix)

 

Сетевая модель

Сетевая модель данных используется достаточно давно и определена в стандарте CODASYL. Используется термин CODASYL-совместимые системы, т.е. системы, поддерживающие сетевую архитектуру. Основной конструкцией сетевой модели является набор. Он представляет собой поименованную совокупность записей, образующих двухуровневую иерархическую структуру, причем, один тип записи определяется как «владелец», а другие типы записей являются «членами» набора.

Если делать аналогию то иерархическая модель данных соответствует дереву в теории графов, т.е. это граф, которые не имеет циклов, и в котором из одной вершины в другую есть только один и только один пункт. Сетевая модель соответствует общему понятию графу, т.е. граф, где возможны циклы, где возможны обратные связи и это, безусловно, приносит дополнительные возможности. Сетевые модели не так хорошо распространены, области их применения достаточно специфичны, в них есть некоторые ограничения например, вставить новую запись, сложность удалить, нужны дополнительные действия, чтобы сохранить тоже самое дерево.

Реляционная модель

Основа реляционной модели – это реляционные отношения или, попросту, таблицы, т.е. БД в реляционной модели состоит из набора таблиц. Таблицы (отношения) должны удовлетворять следующим ограничениям (требованиям):

1) отношение имеет имя, которое отличается от имен всех других отношений, используемых в данной предметной области;

2) все строки таблицы должны быть уникальными, т.е. различаться хотя бы по значению одного атрибута;

3) все строки таблицы должны иметь одну и туже структуру, т.е. одно и то же количество атрибутов с соответственно совпадающими именами;

4) имена столбцов должны быть различными, а значения столбцов – однотипными (берутся из одного и того же домена);

5) значения атрибутов должны быть неделимыми (атомарными), т.е. отношения не могут иметь в качестве компонентов другое отношение;

6) порядок следования строк и столбцов в таблице не существенен, так как влияет только на скорость доступа к данным.

Строки отношений называют кортежами, записями.

Столбцы (элементарные типы) часто называют атрибутами  или полями  записи.

 

Домен  представляет собой множество (набор значений), из которого извлекается значение для данного атрибута. Связи между отношениями неявно определены на перекрывающихся доменах.

Каждое отношение в таблице физически может храниться либо в отдельном небольшом файле, либо в одном большом файле в совокупности с другими таблицами. Как правило, в терминологии реляционной модели можно выделять следующие понятия [37]:

Таблица 2.1. Терминология реляционной модели

Уровень абстракции

Терминология