Разработка базы данных

Защита интеллектуальной собственности. Подразумевается взимание небольших денежных сумм за пользование  информацией, запрет на ее перепродажу. Организация огромных объемов информации и обеспечение доступа к ним.

5. Коллективное  проектирование

Крупные и сложные  проекты, например, в области самолетостроения, реализуются сегодня объединенными  усилиями нескольких независимых компаний. Время жизни информации, относящейся к подобным проектам, может измеряться десятилетиями, поскольку она необходима для поддержки, модификации и развития. Конструкторские решения, прежде чем стать физической реальностью, могут проходить стадии компьютерного моделирования - для исследования рабочих свойств, удобства сборки изделий, правильности функционирования. Эволюция конструкторских схем начинается задолго до выпуска первого изделия и продолжается еще долгое время после этого, что приводит к разрастанию информационной конфигурации, которая должна отражать текущее состояние разработки, экспериментальные версии, историческое развитие. Для разных сфер конструирования характерно использование разнородных конструкторских инструментальных систем, основанных на разных моделях и системах обозначений. Причем процесс конструирования может продолжаться дольше, чем существуют применяемые инструменты, а значит, компоненты одной и той же конструкции могут разрабатываться с применением разных версий инструментальной системы. Таким образом, в связи с электронным проектированием можно сформулировать следующие задачи.

Как и в некоторых  из упоминавшихся ранее сфер, здесь  также встает задача интеграции разнородных  источников исторически накопленной  информации.

Коллективное  проектирование требует новых форм управления совместным доступом к базам данных и механизмов разделения информации.

Для регулирования  совместно выполняющихся разнородных  процессов, таких как моделирование  и конструирование, необходимы средства управления потоками работ, основанные на четко определенных взаимодействиях посредством долговременных транзакций.

 

1.3. Создание  базы данных

 

Определение модели данных предусматривает указание множества  допустимых информационных конструкций, множества допустимых операций над данными и множества ограничений для хранимых значений данных.

Модель данных, с одной  стороны, представляет собой формальный аппарат для описания информационных потребностей пользователей, а с  другой - большинство СУБД ориентируются на конкретную модель данных, и, таким образом, если информационные потребности удается точно выразить средствами одной из моделей данных, то соответствующая СУБД позволяет относительно быстро создать работоспособный фрагмент ИС.

Информационные конструкции, операции и ограничения моделей  данных выбираются из достаточно небольшого множества вариантов, характеризующего "крупные" информационные объекты и операции. В частности, не допускается рассмотрение отдельных символов данных, операций сложения атрибутов, ограничения на соответствие типов данных и т. п., что характерно для языков программирования.

Информационные объекты  послужили основой для объектно-ориентированного проектирования систем, когда фиксируется множество информационных объектов и действий над объектами. Типичный список действий включает в себя создание/уничтожение объекта, редактирование объекта, фиксацию одного объекта в качестве части другого объекта, связывание объектов, синхронизацию действий над объектами.

Довольно-таки часто все  названные объекты встраиваются в структуру отношений, которые можно считать простейшими универсальными объектами.

Количество существенно  различающихся моделей данных определяется наличием различных множеств информационных конструкций.

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру, то есть, представлены некоторой моделью, поддерживаемой СУБД. К числу важнейших относятся следующие модели данных: инфологическая; иерархическая; сетевая; реляционная; объектно-ориентированная.

Инфологическая модель занимает особое положение по отношению к другим моделям. Она соответствует четвертому этапу построения сложной системы и дает формализованное описание проблемной области независимо от структур данных. Инфологическая область моделирования данных охватывает естественные для человека концепции отображения реального мира.

Создание этой модели является первым шагом процесса формализации. В отличие от представления на естественном языке она в основном исключает неоднозначность за счет использования средств формальной логики.

Одно из главных понятий инфологической модели - объект. Это понятие связано с событиями: возникновение, исчезновение и изменение.

Объекты могут быть атомарными или составными.

Атомарный объект- это объект определенного типа, дальнейшее разложение которого на более мелкие объекты внутри данного типа невозможно.

Составные объекты включают в себя множества объектов, кортежи объектов. Применяя это определение, рекурсивно можно получить произвольную структуру составных объектов.

Обычно объект имеет некоторое свойство или  взаимосвязь (связь) с другими объектами. Свойство может быть не определено формально, а лишь охарактеризовано как некоторое утверждение по поводу множества объектов.

Инфологическая  модель позволяет выделить три категории  фактов: истинные, значимые и ложные.

С одной стороны, это обеспечивает модели дополнительную гибкость, с другой - создает определенные сложности.

Различия между  традиционными и инфологическими  моделями данных аналогичны различию между мнением и истиной. Во многих моделях большинство сообщений относится к одной из двух категорий: истина или ложь. Инфологическая модель предполагает возможность представления любого сообщения с какой-то долей вероятности, т.е. в виде аналога мнения. Анализ такого сообщения возможен при учете конкретного контекста. В правильном контексте сообщение истинно. Но и ошибочное утверждение может рассматриваться как мнение.

Цель инфологического моделирования - формализация объектов реального мира предметной области и методов обработки информации в соответствии с поставленными задачами обработки и требованиями представления данных естественными для человека способами сбора и представления информации.

Инфологические  модели позволяют получать произвольные представления простых событий. На их основе могут быть сконструированы также типы моделей, подобные поддерживаемым сильно типизированными моделями.

В таких моделях  ссылки на объекты и сами объекты  разделены, а сообщения интерпретируются с учетом контекста. Это позволяет  реализовать множественность ссылок и обеспечить разнообразие интерпретации.

Инфологическая  модель может включать в себя ряд  компонентов. Принципиальной особенностью этой модели является возможность отображения как формализуемых средствами формальной логики процессов и объектов, так и не формализуемых в дальнейшем процессов.

Основными компонентами инфологической модели являются:

• описание предметной области;
• описание методов обработки;
• описание информационных потребностей пользователя.

Инфологическая  модель носит описательный характер. В силу некоторой произвольности форм описания в настоящее время не существует общепринятых способов ее построения. Используют аналитические методы, методы графического описания, системный подход.

Логическая  структура базы данных определяет:

• таблицы и их имена, также называемые сущностями (entities);
• имена полей, также называемые атрибутами (attributes) каждой таблицы;
• характеристики полей, например уникальность их значения и допустимость значений NULL, а также тип данных, хранимых в поле;
• первичный ключ каждой таблицы — поле (несколько полей) со значениями, уникально идентифицирующими каждую запись в таблице. В таблице также могут существовать другие уникальные поля, но только одно из них рассматривается как уникальный ключ доступа для поиска записей — первичный ключ. В таблице не обязательно должен существовать первичный ключ, однако рекомендуется определять его для каждой таблицы;
• связи между таблицами. Записи в таблице могут зависеть от одной или нескольких записей другой таблицы. Такие отношения между таблицами называются связями. Связь определяется следующим образом: поле или несколько полей одной таблицы, называемое внешним ключом, ссылается на первичный ключ другой таблицы.

Модель данных – совокупность структур данных и  операций их обработки.

Модели данных определяются:

1. способами организации данных.
2. ограничением ценности данных.
3. операциями с данными.

СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой  или реляционной модели, на комбинации этих моделей или на некотором  их подмножестве.

Рассмотрим 3 основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных

а) Иерархическая структура  представляет совокупность элементов, связанных между собой по определённым правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевёрнутое дерево), вид которого представлен на рисунке 1.

 

                                                                А                                                 Уровень 1                                                                     

 

 

                              В1           В2          В3          В4           В5                    Уровень 2

                                                                                                                                                     

 

                  С1      С2          С3       С4      С5         С6       С7      С8         Уровень 3

Рис. 1

 

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь.

Узел – это  совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчинённую никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчинённые) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базах данных определяется числом корневых записей. К каждойЗаписи базы данных существует только 1 иерархический путь от корневой записи. Например, как видно на рисунке 1 для записи С4 путь проходит через записи А и В3.

Пример, представленный на рисунке 2 иллюстрирует использование иерархической модели базы данных. Для рассматриваемого примера иерархическая структура правомерна, т.к. каждый студент учится в определённой (только одной) группе, которая относится к определённому (только одному) институту.

b) Ограничение целостности- целостность ссылок между предком и потомком с учетом основного правила: никакой потомок не может существовать без предка.

Примеры: 1) ОКА 3)TOTAL

2)ИНЭС 4) IMS

с) Операции над  данными:

• найти указанное дерево.
• перейти от одного дерева к другому.
• перейти от одной записи к другой.
• перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии.
• удаление текущей записи.

 

Институт (специальность, название, ректор)

 

 

Группа (номер, староста)

                                                      

 

 

 

Студент (номер зачётной книжки, фамилия, имя, отчество)

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Пример иерархической  структуры бах данных

 

Сетевые модели данных.

а) В сетевых  моделях данных при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Сетевая  структура базы данных в виде графа

Студент (номер зачётной книжки, фамилия, группа)

 

 

 

Работа (шифр,

руководитель,

область)

 

 

 

 

Рис. 4.

 

Примером сложной  сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно – исследовательских работах (НИР). Возможно участие одного студента в нескольких НИР, а также участие нескольких студентов в разработке одной НИР. Графическое изображение описанной в примере сетевой структуры, состоящей только из двух типов записей, показано на рисунке 4. Единственное отношение представляет собой сложную связь между записями в обоих направлениях.

с) Операции над  данными сетевой модели данных:

• найти конкретную запись в наборе однотипных записей.
• перейти от узла высшего уровня к первому узлу низшего по некоторой связи.
• перейти к следующему узлу по некоторой связи.
• создать новую запись.
• уничтожить запись.
• модифицировать запись.
• включить 1 связь.
• исключить из связи.
• переставить в другую связь.