Концептуальные средства описания

Традиционный подход к построению информационных систем долгое время сводился к определению данных с двух различных точек зрения – точки зрения пользователя и точки зрения компьютера. С точки зрения пользователя, которую мы будем называть внешней схемой, определение данных представляется в контексте отчетов и выборок, предназначенных для облегчения отдельным лицам выполнять конкретные обязанности. В этом случае структура данных изменяется в зависимости от сферы бизнеса и особенностей конкретного пользователя. С точки зрения компьютера, которую мы будем называть внутренней схемой, данные определяются в терминах файловых структур для хранения и поиска. Структура данных при компьютерном хранении зависит от конкретной компьютерной технологии и от потребности в эффективной обработки данных.

Концепция двух схем привела к тому, что большинство крупных компаний вынуждено было для удовлетворения информационных потребностей разработать несколько баз данных, находящихся под управлением нескольких СУБД, что приводило к избыточности и противоречивости данных. Исследовательская группа по системам управления базами данных ANSI/X3/SPARC пришла к выводу, что для создания идеальной среды управления данными необходимо определение их с третьей точки зрения. Эта точка зрения называется концептуальной схемой и сводится к единому определению данных в рамках одного предприятия, не ориентированному на какое-либо конкретное использование их и не зависящему от того, как физически осуществляется хранение данных или доступ к ним.

Основная цель концептуальной схемы заключается в выработке непротиворечивой интерпретации и определении взаимосвязей данных для их объединения, совместного использования и управления целостностью данных.

Концептуальная схема должна обладать тремя важными свойствами:

1. Она должна быть согласована с инфраструктурой бизнеса и верной во всех сферах применения.

2. При ее расширении новые данные должны определяться без изменения ранее определенных.

3. Она должна удобно адаптироваться как к точкам зрения пользователей, так и к многообразию структур хранения данных и доступа к ним.

Необходимость определения данных с концептуальной точки зрения привела к разработке методологии моделирования данных, основанной на семантике, то есть к трактовке данных в контексте их взаимосвязей с другими данными.

Семантическая модель является абстрактной схемой. Рассмотрим основные понятия семантического моделирования.

Понятие типа взято из теории абстрактных типов данных. Тип данных – это определение объектов, их инвариантных свойств и операций, допустимых над ними. Тип данных есть результат классификационного обобщения к конкретной совокупности значений данных. Все языки высокого уровня в качестве основных структур данных рассматривают различные типы данных.

Понятие типа не следует путать с понятием множества, поскольку множество – любое объединение в одно целое определенных вполне различимых объектов из нашего восприятия или мысли, которые называются элементами множества. То есть между элементом множества и самим множеством существует отношение “часть-целое”. Тип является абстракцией реальных объектов, то есть тип и объект данного типа находятся в отношении “абстрактное-конкретное”. Например, типы данных integer, real, file.

Каждый тип имеет уникальное имя. Например, при описании учебного процесса могут быть введены следующие типы: ПРЕДМЕТ, ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, СТУДЕНТ. Считается, что в каждом состоянии предметной области каждый объект имеет один или несколько типов. Например, в университете каждый обучающийся имеет хотя бы два типа: СТУДЕНТ (с точки зрения деканата) и ПАЦИЕНТ (с точки зрения студенческой поликлиники).

Множество типов данной предметной области, снабженное некоторой структурой, зависящей от связей между типами, называется концептуальной моделью или схемой предметной области.

На множестве типов определены отношения и операции.

Отношение IS-A. Если в любой момент времени каждый объект некоторого типа T1 является объектом типа T2, то T1 IS-A T2. Например

В этом примере имеют место следующие отношения: Преподаватель IS-A Сотрудник, Сотрудник IS-A Человек.

В предметной области одни объекты считаются более сложными, другие – более простыми Например, тип СТУДЕНТ является частью ГРУППЫ, ГРУППА, в свою очередь является частью КУРСА. Для того, чтобы раскрыть структуру объекта, смоделировать отношение принадлежности вводится отношение INSTANCE-OF. Это отношение интерпретируется следующим образом: если T INSTANCE-OF T1,T2,...Tn, то объект типа T может состоять из объектов типа T1,T2,...Tn.

Еще одно специальное отношение COMPONENT-OF вводится для композиционных объектов, которые являются конечными последовательностями других объектов. Например, дата, состоящая из числа, месяца и года.

С помощью известных операций над множествами можно конструировать новые типы.

Множество типов, отношения и операции определяют структуру ПО, однако не все операции над данными предметной области сохраняют структуру. Для сохранения структуры вводят так называемые ограничения целостности. Например, один и тот же студент не может быть включен в разные группы.

Совокупность явно сформулированных ограничений целостности вместе с множеством типов и отношениями IS-A, INSTANCE-OF, COMPONENT-OF называют концептуальной схемой предметной области.

Модель сущность-связь

Появление моделей данных типа “сущность-связь” было обусловлено практическими потребностями проектирования баз данных для коммерческих СУБД. Рассмотрим одну из наиболее популярных семантических моделей "сущность-связь", которая была предложена Ченом (Chen) в 1976 г. Часто ее называют кратко ER-модель (entity-relationship).

ER-модель была задумана как средство представления схемы предметной области, не зависимого от особенности среды хранения и не связанного соображениями физической эффективности. Эта схема отображается в соответствующую схему базы данных, поддерживаемой некоторой СУБД. Схема предметной области достаточно стабильна, поэтому она может остаться неизменной при модификации СУБД и при изменении взглядов пользователя на данные.

Схема предметной области, представленная средствами ER-модели и концептуальная схема ANSI/X3/SPARC похожи. Различие состоит в том, что в число функций концептуальной схемы входит функция интерфейса между внешней и внутренней схемами и эта схема поддерживается средствами СУБД. Схема предметной области – это документированное представление. Хотя на сегодняшний день ER-модель поддерживается средствами большинства современных СУБД.

Моделирование предметной области базируется на использовании графических диаграмм “сущность-связь” (ERD), включающих небольшое число разнородных компонентов. Кроме того нотация Чена как средство моделирования включает диаграммы атрибутов и диаграммы декомпозиции. Основными понятиями ER-модели у Чена являются сущность, отношение, связь и атрибут.

Сущность - это реальный или представляемый объект, информация о котором должна сохраняться и быть доступна. Как правило она представляет собой множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и т.д.), обладающих общими свойствами или характеристиками. В диаграммах ER-модели сущность представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности. При этом имя сущности - это имя типа, а не некоторого конкретного экземпляра этого типа. Например, АЭРОПОРТ, а не Шереметьево или Хитроу. Каждый экземпляр сущности должен быть отличим от любого другого экземпляра той же сущности.

Отношение в самом общем виде представляет собой связь между двумя и более сущностями. Именование отношения осуществляется с помощью грамматического оборота глагола (ИМЕЕТ, ОПРЕДЕЛЯЕТ, МОЖЕТ ВЛАДЕТЬ и т.п.). Связь представляет собой графически изображаемую ассоциацию, устанавливаемую между двумя сущностями. Эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей же самой (рекурсивная связь). В любой связи выделяются два конца (в соответствии с существующей парой связываемых сущностей), на каждом из которых указывается имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данной сущности связывается), обязательность связи (т.е. любой ли экземпляр данной сущности должен участвовать в данной связи).

Другими словами, сущности представляют собой базовые типы информации, хранимой в базе данных, а отношения показывают, как эти типы данных увязаны между собой. Такой подход к моделированию преследует две цели:

- обеспечение хранения информации в единственном месте;

- использование этой информации различными приложениями.

Существуют разные виды сущностей. Независимая сущность представляет независимые данные, которые всегда присутствуют в системе. При этом отношения с другими сущностями могут как существовать, так и отсутствовать. Например, сущность СТУДЕНТ в системе ВУЗ. В свою очередь зависимая сущность представляет данные, зависящие от других сущностей в системе. Поэтому она должна всегда иметь отношения с другими сущностями. Например, ОЦЕНКИ_СТУДЕНТА, сущность которая зависит от конкретного студента. Ассоциированная сущность представляет данные, которые ассоциируются с отношениями между двумя и более сущностями. Например, студенты, поступающие на разные специальности изучают разные предметы. Поэтому для того, чтобы определить, какой предмет изучает данный студент вводится ассоциированная сущность ИЗУЧЕНИЕ_ПРЕДМЕТА.

Практика показала, что большинство приложений используют следующие типы связей:

1. один-к-одному (1*1);

2. один-к-многим (1*n);

3. многие-к-многим (n*m).

В изображенном ниже примере связь между сущностями БИЛЕТ и ПАССАЖИР связывает билеты и пассажиров. При том конец сущности с именем "для" позволяет связывать с одним пассажиром более одного билета, причем каждый билет должен быть связан с каким-либо пассажиром. Конец сущности с именем "имеет" означает, что каждый билет может принадлежать только одному пассажиру, причем пассажир не обязан иметь хотя бы один билет

Лаконичной устной трактовкой изображенной диаграммы является следующая:

- Каждый БИЛЕТ предназначен для одного и только одного ПАССАЖИРА;

- Каждый ПАССАЖИР может иметь один или более БИЛЕТОВ.

Это связь один-к-многим.

На следующем примере изображена рекурсивная связь, связывающая сущность ЧЕЛОВЕК с ней же самой. Конец связи с именем "сын" определяет тот факт, что у одного отца может быть более чем один сын. Конец связи с именем "отец" означает, что не у каждого человека могут быть сыновья.

На рис.8 изображена диаграмма “сущность-связь”, демонстрирующая отношение между объектами банковской системы

На этой диаграмме каждый БАНК ИМЕЕТ один или несколько БАНКОВСКИХ СЧЕТОВ. Кроме того, каждый КЛИЕНТ МОЖЕТ ВЛАДЕТЬ одной или несколькими КРЕДИТНЫМИ КАРТАМИ и одним или более БАНКОВСКИМ СЧЕТОМ, каждый из которых ОПРЕДЕЛЯЕТ в точности одну КРЕДИТНУЮ КАРТУ. Каждая КРЕДИТНАЯ КАРТА ИМЕЕТ ровно один зависимый от нее ПАРОЛЬ КАРТЫ, а каждый КЛИЕНТ ЗНАЕТ ПАРОЛЬ КАРТЫ.

Каждая сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности. Атрибутом сущности является любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики или выражения состояния сущности. При этом некоторые атрибуты могут быть определены как ключевые, то есть однозначно определяющие экземпляр сущности.

Например, сущность КРЕДИТНАЯ КАРТА может иметь следующие атрибуты: пароль, денежная сумма, номер счета клиента, коды сортировок. Очевидно, что номер счета клиента может быть в данном случае ключом сущности КРЕДИТНАЯ КАРТА.

ER-модели используются для проектирования баз данных. При проектировании базы данных с использованием модели "сущность-связь" выполняются четыре шага:

1. идентификация представляющих интерес наборов сущностей и наборов связей;

2. идентификация семантической информации в наборах связей, например, является ли некоторый набор связи отображением 1:n;

3. определение наборов значений и атрибутов;

4. организация данных в виде отношений "сущность/связь" и определение первичных ключей.

Появление модели “сущность-связь” было обусловлено потребностями процесса проектирования баз данных. Модель создавалась с учетом двух основных критериев. Во-первых, она должна обладать достаточной общностью с тем, чтобы ее средства позволяли представлять структуры и ограничения, свойственные реальному миру. Во-вторых, разрыв между возможностями модели и возможностями коммерческих СУБД не должен быть слишком большим, иначе бы возникли проблемы реализации.

Модели вида “сущность-связь” отвечают задачам анализа и проектирования баз данных. Они помогают аналитикам контактировать с пользователями в процессе анализа и конструирования. В связи с наглядностью представления концептуальных схем баз данных ER-модели получили широкое распространение в системах CASE, поддерживающих автоматизированное проектирование реляционных баз данных (IDEEF1X, ERWin).

Программные средства реализации фактографических информационных систем.

Приложение Microsoft Access для Windows 97 версии 7.0 является 32-разрядной СУРБД. Этот пакет предназначен для разработки настольных БД и создания приложений БД архитектуры клиент/сервер, работающих под управлением ОС Windows 97 и Windows NT 3.5. Являясь компонентом Office 97, он имеет усовершенствованный интерфейс пользователя, обеспечивающий его совместимость с другими инструментами Office 97, такими как Excel 97 и Word 97, а также он использует новые элементы управления, предлагает множество относящихся к Internet возможностей.

Несмотря на то, что Access является настольной СУБД, оно содержит в себе многие возможности СУРДБ архитектуры клиент/сервер, называемых также SQL базами данных, а СУРБД этой архитектуры занимают в настоящее время ведущее место в переводе БД с майнфреймов на ПК, объединенные в локальные или корпоративные сети. При этом использование Access не сложно, поскольку имеется достаточно большой набор мастеров и надстроек.

Для обеспечения пользователей языковыми средствами и создания приложений в Access 97 реализована поддержка 32-разрядного варианта языка VBA. Как уже говорилось, включены средства поддержки 32-разрядного протокола OLE 2.0, что позволяет использовать Access как контейнер объектов OLE и как сервер OLE Automation, предоставляя преимущества редактирования “на месте” объектов OLE (например, документов Word или рабочих листов Excel), содержащихся в таблицах баз данных.

Access специально спроектирован для создания многопользовательских приложений, где файлы баз данных являются разделяемыми ресурсами сети. В нем реализована надежная защита от несанкционированного доступа к файлам баз данных. Access имеет собственную уникальную структуру для хранения всех своих объектов в одном файле. Имеет возможность импорта и экспорта данных во многие широко распространенные форматы баз данных (dBASE, FoxPro, Paradox), электронных таблиц и текстовых файлов. Кроме того, Access поддерживает стандарт открытого доступа к данным (Open Database Connectivity) – Oracle, Microsoft SQL Server, DB2, Sybase SQL Server.

Access ориентирована на работу со следующими объектами базы данных: таблицы, формы, запросы, отчеты, макросы и модули.

Таблицы создаются пользователем для хранения данных. Для каждого объекта модели данных предметной области создается одна таблица.

Формы предназначены для ввода и просмотра взаимосвязанных данных БД на экране в удобном виде, который может соответствовать привычному для пользователя документу. Формы можно распечатывать, а также использовать для создания панелей управления в приложении.

Запросы создаются пользователем для выборки нужных данных из одной или нескольких связанных таблиц. Запрос может формироваться с помощью QBE (Query by Example) – запросов по образцу – или с помощью инструкции SQL (Structured Query Language) – языка структурированных запросов. С помощью запроса можно также обновить, удалить или добавить данные в существующие таблицы или создать новые таблицы на основе уже существующих.

Отчеты используются для формирования выходного документа, предназначенного для вывода на печать.

Макросы содержат описание действий, которые должны быть выполнены в ответ на некоторое событие. Каждое действие реализуется макрокомандой. Выбор макрокоманд и задание параметров, используемых ими при выполнении, является простой автоматизированной операцией. Макрос позволяет объединить разрозненные операции обработки данных в одном приложении.

Модули содержат программы на языке Visual Basic, которые могут разрабатываться пользователем для реализации нестандартных процедур и функций при создании приложений.

Функции Access подразделяются на основные и дополнительные. Среди основных выделяют 4 функции:

1. Организация данных. Эта функция включает в себя создание таблиц данных и управление ими. В Access существует для этой цели специальный режим – режим таблицы.

2. Связывание таблиц и осуществление доступа к данным. Access позволяет связывать таблицы по совпадающим значениям полей, с целью последующего объединения нескольких таблиц в одну временную таблицу. Access использует запросы для связывания таблиц и выборки из связанных таблиц данных, удовлетворяющих определенным условиям. Объекты доступа к данным позволяют создавать программы, обеспечивающие доступ и обработку данных в базах данных, управление базами данных и их объектами, а также изменение структуры БД.

3. Добавление и изменение данных. Эта функция СУБД требует разработки и реализации представления данных, отличного от табличного представления. В Access для добавления и изменения данных в таблицах можно использовать формы. Формы позволяют разработчикам приложений самим контролировать представление данных.

4. Презентация данных. СУБД должна позволять создавать различные отчеты, на основе данных, хранящихся в таблицах. Для обеспечения наглядности Access позволяет добавлять в отчет рисунки и диаграммы.

Дополнительные функции:

1. Макросы.

2. Модули.

3. Защита базы данных. Эти средства позволяют организовать работу приложения в многопользовательской среде и предотвратить несанкционированный доступ к БД. Имеется возможность создавать рабочие группы пользователей и присваивать права доступа к данным как отдельному пользователю, так и группе в целом.

4. Средства печати. Средства печати позволяют распечатать практически все, что можно увидеть а окнах объектов.

Access имеет три основных режима работы:

1. Режим запуска. Этот режим позволяет осуществлять сжатие, преобразование, шифрование/дешифрование и некоторые другие операции без открытия базы данных. Команды этого режима доступны только в том случае, если не открыта какая-либо база данных.

2. Режим конструктора. В этом режиме можно создавать и модифицировать структуру таблиц и запросов, разрабатывать формы для добавления и изменения данных, а также производить форматирование отчетов перед печатью.

3. Режим выполнения. В режиме выполнения в главном окне Access выводятся окна объектов базы данных. Чаще всего конечные пользователи приложений работают именно в этом режиме. Макрокоманды можно вызывать только в режиме выполнения. Однако это не относится к модулям на языке VBA, поскольку процедуру или функцию можно запустить, только связав их с каким-либо событием или с помощью макроса. Для таблиц, запросов и форм этот режим носит соответствующее название (Режим таблицы…). Для отчетов – Предварительный просмотр.

Дата добавления: 2014-01-14