Основные понятия об АИС. Архитектура СУБД .Инфологический подход к проектированию АИС.

Липецкий государственный технический университет Кафедра прикладной математики БАЗЫ ДАННЫХ Лекция 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ АИС. АРХИТЕКТУРА СУБД. ИНФОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРВАНИЮ АИС Автор лекций – Погодаев А.К. Составитель презентаций – Хабибуллина Е.Л. Липецк - 2018 1. Основные понятия об АИС. Архитектура СУБД 1.1. Введение в БД 1.2. Основные понятия об АИС. Архитектура СУБД 1.3. Уровни абстракции и этапы проектирования АИС 2. ИНФОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 2.1. Инфологический подход к проектированию ИС 2.2. Операции, используемые при построении диаграммы «сущность – связь» 2.3. Моделирование локальных представлений 1.1. Введение в БД Преимущества систем с БД  Компактность  Быстродействие  Низкие трудозатраты  Актуальность  Защита История развития БД В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД система IMS фирмы IBM. В 1975 году появился первый стандарт ассоциации по языкам систем обработки данных — Conference of Data System Languages (CODASYL). В 1981 году Э. Ф. Кодд получил за создание реляционной модели и реляционной алгебры престижную премию Тьюринга Американской ассоциации по вычислительной технике. Этапы развития БД на больших ЭВМ –> Эпоха ПК –> Распределенные многопользовательские БД 1.2 Основные понятия о БД. Архитектура СУБД Информацией упрошено можно назвать сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом. База данных – представленная в объективной форме совокупность самостоятельных перманентных данных, систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ). КЛАССИФИКАЦИЯ БАЗ ДАННЫХ По типу хранимой информации • документальные • фактографические • лексикографические. По характеру организации хранения данных и обращения к ним • локальные (персональные), • общие (интегрированные, централизованные) • распределенные базы данных По характеру организации данных • неструктурированные • частично структурированные • структурированные. 1.2 Основные понятия о БД. Архитектура СУБД Структурированные БД по типу используемой модели делятся на • иерархические, • сетевые, • реляционные, • смешанные. Предметная область – часть реального мира, которая подлежит изучению с целью организации, управления и автоматизации. Организация массивов данных, хранимых в вычислительной системе, реализующая принцип независимости данных от прикладных программ, называется базой данных. АБД – система информационных, автоматических, программных и организационных средств для получения необходимой информации определенной группе пользователей по определенной тематике. 1.2 Основные понятия о БД. Архитектура СУБД Аппаратное обеспечение системы: – тома вторичной (внешней) памяти (обычно это магнитные диски), используемые для хранения информации, а также соответствующие устройства ввода—вывода (дисководы и т.п.), контроллеры устройств, каналы ввода—вывода и т.д.; – аппаратный процессор (или процессоры) вместе с оперативной (первичной) памятью, предназначенные для поддержки работы программного обеспечения системы баз данных (подробности приведены в следующем подразделе). Пользователи БД: - внешние пользователи (потребители информации) – лицо или коллектив, в интересах которого разрабатывается или используется АИС; - внутренние пользователи – коллектив лиц, разрабатывающих АИС, и поддерживающих ее функционирование в процессе эксплуатации. Администратор БД – лицо, отвечающее за формулирование требований к БД, ее проектирование, реализацию и эффективное использование. СУБД – комплекс программных средств, обеспечивающий загрузку данных в БД, реорганизацию и ведение для обеспечения работы прикладных программ. 1.2 Основные понятия о БД. Архитектура СУБД Архитектура СУБД Схема БД – графическое или формальное определение логической структуры БД. Схема – перечень типов объектов, относящихся к БД, и связей между ними. Подсхема БД – определение представления данных с позиции отдельного пользователя (программиста) – возможное подмножество схемы. 1.2 Основные понятия о БД. Архитектура СУБД Основные функции СУБД: – обеспечение секретности (не каждый пользователь должен иметь доступ ко всем данным. Например, сведения о кадрах: доступ к данным о зарплате должен предоставляться только руководящему составу); – защита целостности данных (СУБД может проверять некоторые ограничения непротиворечивости данных) с помощью модели данных; – синхронизация (при выполнении нескольких программ, осуществляющих доступ к БД, эти транзакции последовательно обрабатываются, и обеспечивается защита от нарушения и непротиворечивость); – защита от отказов и восстановление. 1.3 Уровни абстракции и этапы проектирования АИС Трехуровневое представление данных Внешние представления соответствуют представлениям о предметной области внешних пользователей фрагментов предметной области и отображают информационные потребности локальных пользователей. Концептуальное представление – совокупность всех требований к данным, полученным из пользовательских внешних представлений. Внутренний уровень абстракции соответствует физической организации БД и размещении ее на внешних ЗУ. Инфологическая модель ориентирована на внешнего пользователя. Даталогическая – на реализацию в вычислительной среде. 1.3 Уровни абстракции и этапы проектирования АИС 1.3 Уровни абстракции и этапы проектирования АИС Детальная схема архитектуры СУБД 2.1. Инфологический подход к проектированию ИС Средства, предназначенные для инфологического моделирования, должны удовлетворять следующим требованиям: 1) Язык спецификаций должен быть понятен заказчику и не содержать параметры реализации ИС. 2) Инфологическая схема должна содержать все сведения о предметной области, необходимые для последующих этапов моделирования. 3) Инфологическая модель должна легко преобразовываться в модели данных распространенных СУБД. Модель «сущность-связь» определяется в терминах: атрибут, сущность, связь. Атрибут – логический неделимый элемент структуры информации. Сущность – тип характеризуемого, реально существующего объекта, описываемого атрибутами (это может быть личность, место, вещь и т. д.). Экземпляр сущности – реализация типа в конкретных значениях атрибута. Связь – средство, с помощью которого представляются ассоциации между сущностями предметной области. 2.1. Инфологический подход к проектированию ИС Между типами сущностей может быть прямое и обратное отображение. Классификация бинарных связей по степени связи: 1) Отображение 1 : 1 (связь «один-к-одному») 2) Отображение 1 : М (связь «один-ко-многим») 3) Отображение М : 1 (связь «многие-кодному»). Отображение является обратным отображению 1 : М 4) Отображение многим») М:N (связь «многие-ко- Класс принадлежности – характеристика, которая определяет обязательность связей между экземплярами сущностей типов A и B. 2.1. Инфологический подход к проектированию ИС Класс принадлежности – характеристика, которая определяет обязательность связей между экземплярами сущностей типов A и B. Обязательный класс принадлежности обоих типов сущностей Класс принадлежности сущности типа А обязательный, сущности типа В необязательный Класс принадлежности обоих типов сущностей необязательный 1:1 1:1 1:1 1:M 1:M 1:M M:N M:N M:N 2.2. Операции, используемые при построении диаграммы «сущность – связь» Формулирование сущностей. При формулировании сущностей указываются типы объектов предметной области, о которых в АИС будет накапливаться информация. Выбор идентифицирующего атрибута. Для каждой сущности необходимо указать идентификатор, служащий для однозначного распознавания экземпляров сущности. Набор значений этих атрибутов уникален, то есть значения идентификатора находятся во взаимооднозначном соответствии с экземплярами сущности. Назначение сущностям описательных атрибутов. Выделенным сущностям, в дополнение к первичным ключам назначаются описательные атрибуты, среди которых можно выделить вторичные ключи. Определение связей. Выявляются зависимости между сущностями. Определяют какие связи необходимы, а какие избыточны. Для выделенных связей определяются их характеристики (степень связи, класс принадлежности). Диаграмма «атрибут – атрибут» представляет собой графическое изображение связей между атрибутами, которые относятся к одной сущности. Целесообразно стремиться к тому, чтобы зависимость «атрибут – атрибут» описывалась диаграммой, где существует только зависимость описательных атрибутов от идентифицирующего, а других связей нет. 2.3. Моделирование локальных представлений Построенная модель должна удовлетворять ряду требований:  адекватно отражать представление пользователя о данных;  давать возможность ответа на возможные запросы пользователя, причем делать это с минимальными затратами по количеству просматриваемых сущностей;  представлять данные с минимальным дублированием. Локальное представление (локальная модель) – модель, отражающая представление отдельного пользователя (отдельной функциональной задачи). Объединение моделей локальных представлений позволяет: 1) Объединить в композиционно-единое представление фрагментальные представления одного и того же объекта. 2) Устранить несущественные различия в представлении подобных объектов. 3) Образовать классы и подклассы подобных объектов. 4) Образовать производные типы объектов, соответствующие объединению, пересечению, разности и т. д. исходных объектов. 2.3. Моделирование локальных представлений Бинарное объединение локальных представлений: При объединении локальных представлений используются следующие концепции: идентичность, агрегация, обобщение. Два или более элементов модели идентичны, если они имеют одинаковое семантическое значение. 2.3. Моделирование локальных представлений Агрегация позволяет рассматривать связь между элементами модели как новый элемент. Виды агрегации:  В одном локальном представлении агрегационный объект объединен как единое целое, а в другом – его составной частью.  Агрегатный объект как единое целое не определен ни в одном из представлений, но в обоих представлениях рассматриваются его составные части.  Один и тот же агрегатный объект рассматривается в обоих представлениях, но составляющие различны. Обобщением называется абстракция данных, позволяющая группировать типы объектов в один обобщенный тип объекта. В обобщении подчеркивается общая природа объекта. Для того, чтобы провести обобщение, необходимо добавить недостающие атрибуты в обобщенные сущности.