Базы и банки данных. Терминология баз данных.

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

 

База данных - это именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

 

 

 

Система БД

Банк данных (БнД)

 

Информационная система (ИС)

 

Рис. Терминология баз данных

Система управления базами данных (СУБД) совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного применения базы данных многими пользователями.

Система базы данных- СУБД с наполненной базой данных, управляемой ее средствами.

Банк данных (БнД)- основанная на технологии баз данных система программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного использования данных.

Информационная система (автоматизированная информационная система - АИС) - система, реализующая автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными и включающая технические средства обработки данных, программное обеспечение и соответствующий персонал.

 

 

ЗАДАНИЕ N-19

Базы и банки данных. Классификация информационных систем.

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Информационные системы подразделяются на фактографические и документальные.

Фактографические системы хранят сведения об объектах предметной области (предприятиях, подразделениях, сотрудниках, договорах и т.д.). Причем сведения о каждом объекте, например, о сотруднике, могут поступать в систему из множества источников и разных документов. При размещении в памяти ЭВМ этих сведений они преобразуются и хранятся в виде записей.

В документальной системе объект хранения- документы, так как именно документы накапливаются и обрабатываются. Для обработки информации неважно, какие сведения содержатся в документах (например, о затратах горючего или перевезенных грузах). В документальной системе может потребоваться нахождение среднего значения, максимального значения или суммы по указанному столбцу во всех документах определенной формы и т.п.

Документально- фактографические системы несут в себе черты описанных классов информационных систем.

 

 

ЗАДАНИЕ N 20

Базы и банки данных. Жизненный цикл информационных систем.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Жизнь информационной системы начинается с проектирования - "бумажного" периода, далее следует реализация системы и, наконец, период ее эксплуатации.

Проектирование

Этот этап выполняется посредством изучения предметной области и требований предъявляемых к создаваемой информационной системе. На "бумажной" стадии жизни системы производится выбор:

- структуры данных и стратегии их хранения в памяти ЭВМ;

- технологии обслуживания информационной системы и взаимодействия с ней конечных пользователей;

- технических и стандартных программных средств, а также разработка оригинальных программных средств обслуживания информационной системы.

Реализация (программная реализация)

Сущность реализации заключается в материализации проекта, в перенесении его в память ЭВМ. На этой стадии разрабатывается и отлаживается программное обеспечение информационной системы, создается отладочная база данных, разрабатываются многочисленные приложения. На стадии реализации тестируется и корректируется технология обслуживания информационной системы.

Эксплуатация

Эта стадия жизни информационной системы начинается с наполнения системы реальной информацией. Эксплуатация охватывает весь комплекс действий по поддержанию функционирования информационной системы: ведение словаря-справочника данных, обеспечение защиты данных, организация коллективного использования данных и другие. Кроме того, стадия эксплуатации включает в себя разработку новых приложений, а также совершенствование и последующее развитие информационной системы.

ЗАДАНИЕ N-21

Базы и банки данных. Модели баз данных. Классификация моделей баз данных.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Система баз данных поддерживает в памяти ЭВМ модель предметной области. Однако результат моделирования зависит не только от предметной области, но и от используемой СУБД, поскольку каждая система представляет свой инструментарий для отображения предметной области. Этот инструментарий принято называть моделью данных. В то же время результат отображения предметной области в терминах модели данных называется моделью баз данных.

Модель данных определяется тремя компонентами:

- допустимой организацией данных;

- ограничением целостности (семантической);

- множеством операций, допустимых над объектами модели данных.

Поддерживаемые СУБД модели данных, описанные в научной литературе, традиционно разбивают на сетевые, иерархические и реляционные. Эта классификация весьма условна, так как каждая СУБД поддерживает оригинальную модель данных. И даже если эта модель данных относится к одной из выделенных разновидностей, она содержит достаточно много отличительных особенностей.

Наиболее перспективной безоговорочно признается реляционная, хотя большинство коммерческих систем все еще базируются на одной из двух других моделей. Однако есть все основания полагать, что с дальнейшим развитием средств вычислительной техники, особенно созданием машин баз данных, реляционная модель станет доминирующей не только в теории, но и на практике. Практически все из наиболее известных СУБД для персональных компьютеров (Access, Visual FoxPro и др.) имеют реляционную модель данных. Концепция реляционной модели данных была предложена Е.Ф.Коддом в 1970 г. в связи с решением следующей задачи - обеспечение и описание данных независимо от прикладных программ.

В дополнение к приведенным моделям данных: сетевой, иерархической и базовой реляционной можно выделить следующие основные направления развития моделей данных. Это разработка временных или темпоральных баз данных, обеспечивающих представление и обработку состояния объектов в разные моменты времени; разработка баз данных для графических приложений, в частности в графических информационных системах для обработки пространственных данных - графических и видеоданных (картография, медицина, САПР, аэрофотосъемки и другие); разработка объектных баз данных для систем моделирования и проектирования.

 

ЗАДАНИЕ N-22

 

Базы и банки данных. Реляционная модель баз данных. Организация данных в реляционной модели. Отношение. Атрибут. Кортеж.

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

 

В основе реляционной модели данных лежит понятие отношения (англ. relation). Отношение удобно представляется в виде двумерной таблицы при соблюдении определенных ограничивающих условий. Таблица понятна, обозрима и привычна для человека.

ВОДИТЕЛЬ

Фамилия_И_О	Табельный _номер	Дата_ заключения _контракта	Режим_ работы	Номер_ автоко- лонны	Номер_ бригады
Максимов А.В. Маслиев В.В.		03/08/92 01/01/92

 

Набор отношений (таблиц) может быть использован для хранения данных об объектах реального мира и моделирования связей между ними. Например, для хранения объекта "водитель" используют отношение ВОДИТЕЛЬ, в котором свойства объекта располагаются в столбцах таблицы.

Столбцы отношения называют атрибутами и присваивают им имена. Список имен атрибутов отношения называется схемой отношения. Схема отношения ВОДИТЕЛЬ записывается так:

ВОДИТЕЛЬ (Фамилия_И_О, Табельный_номер, Дата_заключения_ контракта, Режим_работы, Номер_автоколонны, Номер_бригады).

Строки отношения называются кортежами. Количество кортежей отношения определяет его мощность. Кортеж отношения соответствует одному экземпляру объекта предметной области.

Количество входящих в отношение атрибутов называется степенью отношения.

Реляционная база данных - это набор взаимосвязанных отношений. Каждое отношение (таблица) в ЭВМ представляется в виде файла.

 

ЗАДАНИЕ N-23

 

Базы и банки данных. Реляционная модель баз данных. Объектное отношение. Связное отношение. Ключ отношения.

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

 

Отношения реляционной базы данных в зависимости от содержания подразделяют на два класса: объектные отношения и связные отношения.

Объектное отношение хранит данные об объектах (экземплярах объекта). Так отношение ВОДИТЕЛЬ (Фамилия_И_О, Табельный_номер, Дата_заключения_ контракта, Режим_работы, Номер_автоколонны, Номер_бригады) является объектным отношением.

Атрибут объектного отношения, значения которого однозначно идентифицируют его кортежи, называется ключом отношения (ключевым атрибутом). В отношении ВОДИТЕЛЬ на роль ключа претендует атрибут Табельный_номер. Для удобства ключ записывают в первом столбце таблицы. Остальные атрибуты функционально зависят от этого ключа.

Ключ может состоять из нескольких атрибутов, тогда говорят, что отношение имеет составной ключ. Например, в отношении РАСПИСАНИЕ_ГОРОДСКИХ_МАРШРУТОВ ключ состоит из двух атрибутов: Номер_маршрута и График_движения.

В объектном отношении не должно быть строк с одинаковыми ключами, т.e. не должно быть дублирования объектов. Это основное ограничение реляционной модели данных для обеспечения целостности данных.

Связное отношение хранит ключи двух или более объектных отношений. Связное отношение кроме связываемых ключей может иметь и другие атрибуты, которые функционально зависят от этой связи. Ключи в связных отношениях называются внешними ключами, так как являются первичными ключами других отношений.

 

ЗАДАНИЕ N-24

 

Базы и банки данных. Реляционная модель баз данных. Операции над данными.

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

 

Основной единицей обработки данных в операциях реляционной модели является отношение, а не отдельные его записи.

Эффективность реляционной СУБД определяется способностью выполнять над отношениями восемь операций обработки алгебры отношений:

- объединение,

- пересечение,

- разность,

- декартово произведение,

- деление,

- проекция,

- соединение,

- выбор.

Кроме перечисленных реляционные СУБД поддерживают следующие операции обновления:

- включить,

- удалить,

- обновить.

При выполнении некоторых операций над отношениями должно обеспечиваться следующее условие - отношения должны иметь совместимые схемы, т.е. иметь одинаковую степень и одинаковые типы соответствующих атрибутов.

 

ЗАДАНИЕ N-25

 

Базы и банки данных. Реляционная модель баз данных. Операция "Выборка".

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Данная операция выполняется над одним отношением. Результирующее отношение имеет тот же состав атрибутов и содержит кортежи исходного отношения, удовлетворяющие условию выборки, например, список водителей 3-го класса:

 

ВОДИТЕЛИ (исходное) ВОДИТЕЛИ (результирующее)

┌─────────────┬───────────┐ ┌─────────────┬───────────┐

│Фамилия_И_О │ Класс │ │ Фамилия_И_О │ Класс │

├─────────────┼───────────┤ ├─────────────┼───────────┤

│Максимов А.В.│ 2 │ │Маслиев В.В. │ 3 │

│Маслиев В.В. │ 3 │ │Хромов Л.А. │ 3 │

│Хромов Л.А. │ 3 │ │ │ │

└─────────────┴───────────┘ └─────────────┴───────────┘

 

ЗАДАНИЕ N-26

 

Базы и банки данных. Реляционная модель баз данных. Нормализация отношений.

 

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

 

Одной из важнейших проблем проектирования инфологической схемы БД является выделение отношений и определение состава их атрибутов. Состав атрибутов в отношениях должен быть выбран таким образом, чтобы минимизировать дублирование данных и упростить процедуру их обработки и обновления.

Для решения данной задачи Е.Ф.Коддом был разработан в рамках реляционной модели данных аппарат нормализации отношении. Сформированные им идеи могут быть применимы и для других моделей данных.

Кодд выделил три нормальные формы отношений, каждая из которых ограничивает определённые типы допустимых функциональных зависимостей отношения. Наиболее совершенная из них третья. В дальнейшем были введены четвёртая и пятая нормальные формы, соответственно, 4НФ и 5НФ. Существует механизм, позволяющий преобразовать любое отношение к пятой нормальной форме. В процессе таких преобразований могут выделяться новые отношения.

Процесс нормализации отношений устраняет следующие типы функциональных зависимостей:

- сложные атрибуты;

- частичные зависимости неключевых атрибутов от ключа;

- транзитивные зависимости неключевых атрибутов от ключа;

- независимые многозначные зависимости;

а также обеспечивает зависимость по соединению.

Уровень нормализации отношения зависит от его семантики, заданной функциональными связями. На практике достаточно знания и учета рассмотренных нормальных форм.

ЗАДАНИЕ N-27

Базы и банки данных. Проектирование баз данных. Цели и задачи проектирования. Основные этапы процесса проектирования.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Основная цель процесса проектирования базы данных (БД) состоит в получении такого проекта, который удовлетворяет следующим требованиям:

1) корректность схемы БД, т.е. база данных должна адекватным образом отображать моделируемую предметную область;

2) обеспечение ограничений на конфигурацию вычислительной системы;

3) эффективность функционирования, т.е. обеспечение требований ко времени реакции системы на запросы и обновление БД;

4) защита данных от разрушений при сбоях оборудования, от некорректных обновлений и, если необходимо, от несанкционированного доступа;

5) простота и удобство эксплуатации информационной системы;

6) гибкость, т.е. возможность развития и последующей адаптации системы к изменениям в предметной области и к новым потребностям пользователей.

Процесс проектирования информационной системы по времени охватывает первую и вторую стадии ее жизненного цикла. Первая стадия ("бумажное проектирование") может быть разбита на два этапа:

1) проектирование инфологической схемы транспортной информационной системы;

2) выбор СУБД.

На первом этапе проектировщик должен проделать следующую работу:

1. Подготовить обзор транспортной системы.

2. Определить объекты и перечень их атрибутов.

3. Формализовать процессы установить все запросные связи, обеспечивающие обработку всех запросов пользователей к БД.

4. Установить ассоциации- все структурные и иерархические связи между объектами.

5. Проверить корректность инфологической схемы.

Второй этап стадии проектирования ИС состоит из следующих шагов:

1. Выявление внешних ограничений среды реализации информационной системы. Наиболее важные из них технические, программные и организационные.

2. Выделение СУБД- претендентов.

3. Моделирование базы данных для каждой из выделенных СУБД.

4. Сравнительный анализ моделей баз данных.

Наконец, вторая стадия жизненного цикла ИС, входящая в состав процесса проектирования, включает в себя следующие виды работ:

1. Конструирование схемы базы данных и программная реализация на языке выбранной СУБД.

2. Разработка технологии ведения информационной системы.

 

ЗАДАНИЕ N-28

Системы баз знаний и экспертные системы в автоматизированных комплексных системах фирменного транспортного обслуживания Терминология баз знаний и экспертных систем. Структура базы знаний.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

 

База знаний – интегрированная система, включающая модель предметной области в системе управления базой знаний (механизм принятия решений), базы данных и пакеты прикладных программ.

Экспертная система – система, обеспечивающая создание и использование с помощью ЭВМ, баз знаний, экспертов. Предназначена для решения неформализованных задач в узких предметных областях.

Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭС знаний.

Структура базы знаний

 

ЗАДАНИЕ N-29