Принципы построения банков данных

Современные системы обработки информации (СОИ) выполняют преобразование больших массивов данных. Синонимом понятия «данные» служат термины «информация» и «сведения». Как показал опыт разработ­ки и эксплуатации СОИ, способы хранения и обработки данных оказывают решающее влияние на практическую эффективность системы в целом. Сказанное относится и к САПР, опе­рирующим с большим числом данных различного ти­па и назначения. Систематическая организация дан­ных и способов их обработки осуществляется в банках данных.

Банк данных (БНД) – совокупность базы данных и системы управления базами данных.

База данных (БД) – структурированная совокуп­ность данных. Наименьшая единица описания данных называется элементом описания. Совокупность элемен­тов описания, объединенных отношением принадлежно­сти к одному описываемому объекту, называется записью. Если элементы описания соответствуют отдель­ным свойствам объекта, то запись описывает объект в целом. Например, код типа двигателя, частота вращения вала, мощность, опрокидывающий момент в совокупности составляют запись и описывают свойства конкретного объекта – асинхронного двигателя.

Система управления базами данных (СУБД) состоит из языковых и программных средств, предназначенных для создания и использования базы данных прикладны­ми программами, а также непосредственно пользовате­лями-непрограммистами.

Применение банков данных позволяет решить следу­ющие проблемы организации и ведения больших мас­сивов информации: 1) сокращение избыточности; 2) обеспечение целостности; 3) разграничение доступа; 4) обеспечение независимости представления данных.

Избыточность вызывается наличием разных форм представления одних и тех же данных, размножением части данных для дальнейшего использования приклад­ными программами, повторными записями одинаковых данных на различных физических носителях информа­ции.

Целостностью называется свойство БД в любой мо­мент времени содержать лишь достоверные данные. На­личие избыточных, противоречивых и неверно составлен­ных данных нарушает целостность БД.

Для сокращения избыточности производится объеди­нение одинаковых по смыслу, но имеющих различный тип данных в единую БД с приведением к общему, стан­дартизованному виду. Процесс объединения данных, ис­пользуемых различными пользователями, в одну общую БД называется интеграцией базы данных.

Однако каждый конкретный пользователь должен по­лучить доступ лишь к некоторому подмножеству данных из БД, необходимых для выполнения своих прикладных программ. Одновременно с этим обеспечивается режим секретности и повышается степень защищенности дан­ных от несанкционированного доступа.

Известны три подхода к организации взаимосвязи прикладных программ с информационным фондом САПР:

1. Размещение данных непосредственно в теле программы (рис. 1.5, а).

2. Запись данных в файлы (рис. 1.5, б).

3. Использование базы данных (рис. 1.5, в).

Рисунок 1.5. Организация взаимосвязи прикладных программ с данными

В принципе все три подхода имеют право на существование при обоснованном и квалифицированном их использовании в каждом конкретном случае.

Первый подход. В случае, если данные необходимо будет модифицировать (например, станок демонтирован и данные о нем нужно удалить), то данный подход имеет существенный недостаток: неизбежность модификации программы для обновления или реорганизации данных.

Второй подход. При файловой организации информация записывается на диск отдельно от прикладной программы. Это обеспечивает относительную независимость прикладной программы от данных, т.е. исключает изменение программы в случае обновления данных. Если данные используются только конкретной прикладной программой, то такой подход вполне приемлем. Если нет, то очевиден следующий недостаток такого подхода. Часто одни и те же данные используются различными прикладными программами, в которых они имеют различную структуру и представлены по-разному. Это приводит к их необоснованному дублированию (избыточности) на диске.

Третий подход является наиболее приемлемым для организации САПР типа клиент-сервер, при котором все данные хранятся в БНД на сервере. Пользователи работают каждый со своей копией клиентской части САПР. При необходимости доступа к БД клиентская часть формирует запросы, которые обрабатываются СУБД на сервере. Такая организация является наиболее выгодой с точки зрения обеспечения целостности БД и необходимого минимума ее избыточности.

Одним из важнейших преимуществ применения БД является возможность обеспечения независимости пред­ставления данных в прикладных программах от типов запоминающих устройств и способов их физической ор­ганизации. В основном это достигается построением двух уровней представления данных: логического и фи­зического.

На логическом уровне данные представляются в ви­де, удобном для использования в прикладных програм­мах или непосредственно проектировщиками.

Физический уровень представления данных отражает способ хранения и структуру данных с учетом их рас­положения на носителях информации в запоминающих устройствах ЭВМ.

Важнейшим понятием в БНД является модель дан­ных – формализованное описание, отражающее состав и типы данных, а также взаимосвязи между ними. Мо­дели данных классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от объема описываемой информации на логическом уровне разли­чают внешнюю и внутреннюю модели данных. Внешняя модель данных (логическая подсхема)описывает струк­туру информации, относящейся к некоторой конкретной процедуре или к группе родственных проектных процедур.

Внутренняя логическая модель данных (логическая схема)объединяет все подсхемы БД.

По способам отражения связей между данными на логическом уровне разли­чают модели – иерархическую, сетевую и реляционную. Модель называют сетевой, если данные и их связи имеют структуру графа. Если структура отражаемых связей представляется в виде дерева, то модель называют иерархической. Представление данных в форме таблиц соответствует реляционной модели данных.

Задание модели данных в БД осуществляется на спе­циальном языке описания данных (ЯОД). Язык описания данных представляет собой совокуп­ность директив, построенных в соответствии с выбран­ной моделью данных.

Прикладные программы, использующие БНД, запи­сываются на некотором алгоритмическом языке, называемом вклю­чающим языком. Для обеспечения взаимодействия с БНД в эти программы должны быть введены операто­ры обращения к СУБД. Совокупность операторов обра­щения к СУБД из прикладной программы составляет язык манипулирования данными (ЯМД). Основные опе­рации с данными, выполняемые средствами ЯМД, следу­ющие:

1) поиск информации по заданным поисковым при­знакам в БД;

2) включение в БД новых записей;

3) удаление из БД лишних или ненужных в даль­нейшем записей;

4) изменение значений элементов данных в записях.

Банк данных – слож­ная информационно-про­граммная система, функ­ционирование которой не­возможно выполнить пол­ностью в автоматическом режиме. Контроль за ее состоянием и управление режимами осуществляется человеком либо группой лиц, называемых администратором банка данных. Админи­стратор прежде всего составляет внешние и внутреннюю модели данных, управляет размещением информации на физических носителях. Второй важнейшей его обязан­ностью является поддержание целостности БНД. Для этого администратор выполняет восстановление БД пос­ле сбоев аппаратуры, запись и хранение копий, ведение системного журнала, где фиксируются все изменения, вносимые в БД, устранение избыточности данных и др.

Совокупность модели данных и операций, определен­ных над данными, называется подходом. В соответствии с моделями данных различают реляционный, сетевой и иерархический подходы. Так как подход лежит в основе построения СУБД, различают реляционные, сетевые и иерархические СУБД. В настоящее время наибольшее распространение получили иерархические и сетевые СУБД (это объясняется возможностью обеспечить быст­рый доступ к данным). Однако реляционные СУБД, не­смотря на трудность их программной реализации, позво­ляют более удобно для пользователя описать структуру данных и манипулирование ими.

Тип организации СУБД определяется также степенью структурированности записей в составе БД. Сильнострук­турированная запись –запись, построенная в соответст­вии с фиксированным, заранее определенным форматом всех элементов описания. К таким данным относятся, на­пример, сведения об электродвигателях.

Фактографические СУБД – СУБД, предназначенные для хранения сильноструктурированных записей. Однако не все данные могут быть сильноструктурированными. Например, в тексте ТЗ на проектирование могут быть выделены лишь элементы, соответствующие заголовку, году издания, организации-разработчику и всему осталь­ному тексту, содержащему информацию символьного типа переменной длины. Такие записи называют слабо­структурированными, а соответствующие СУБД – доку­ментальными или информационно-поисковыми (ИПС). В САПР находят применение СУБД обоих типов.

Организация технического обеспечения САПР оказы­вает влияние на структуру информационного обеспече­ния и в первую очередь баз данных. Если БД сконцент­рирована в одном узле вычислительной сети, то она на­зывается сосредоточенной, в противном случае – распре­деленной. Если информационное обслуживание с по­мощью БД относится ко всей САПР, то БД называют общей (интегрированной или центральной), а если к от­дельной проектирующей подсистеме САПР или к отдель­ному пакету прикладных программ, то локальной БД.

Основные проблемы в организации распределенных и локальных БД заключаются в разработке мероприятий но обеспечению целостности данных, своевременному обновлению информации и организации оперативного обмена между ними.

Дата добавления: 2015-05-10