• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Організація даних

Лекція №1 РЕСУРСИ БАЗ ДАНИХ

Представлення даних за допомогою ЕОМ. Поняття про дані Поняття бази даних. Моделі даних: інфологічна модель даних, даталогічна модель даних, фізична модель даних. Поняття про системи управління базами даних. Архітектура систем управління базами даних. Функції систем управління базами даних.

Основні ідеї сучасної інформаційної технології базуються на концепції, згідно з якою дані мають бути організовані в бази даних з метою адекватного відображення реального світу, що постійно змінюється, і задоволення інформаційних вимог користувачів.

База даних - це сукупність логічно пов'язаних даних, організованих на машинному носії засобами системи управління даними (СУБД). Система управління базою даних - це комплекс програм, за допомогою якого користувачі можуть визначати, створювати і підтримувати базу даних, а також здійснювати до неї контрольований доступ.

База даних включає дані, які відображають певну логічну модель взаємопов'язаних інформаційних об'єктів, що представляють конкретну предметну область. База даних організується відповідно до моделі і структури даних, які підтримує СУБД. Організація даних у пам'яті комп'ютера характеризується двома рівнями - логічним і фізичним.

База даних передбачає певну організацію даних у пам'яті комп'ютера. Фізична організація даних визначає спосіб розміщення даних безпосередньо на машинному носії. У сучасних прикладних програмних засобах цей рівень організації забезпечується автоматично без втручання користувача. Користувач, як правило, оперує в прикладних програмах та універсальних програмних засобах уявленнями про логічну організацію даних.

Логічна організація даних на машинному носії залежить від програмних засобів організації і ведення даних, які використовуються у внутрішньо-машинній сфері. Логічна організація даних визначається типом структур даних і видом моделі, яку використовує і підтримує програмний засіб.

Основою організації бази даних є модель даних, яка визначає правила, відповідно до яких структуруються дані.

Модель даних - це сукупність взаємопов'язаних структур даних і операцій над ними.

За допомогою моделі даних описується взаємозв'язок між елементами даних. Вид моделі і типи структур даних, що використовуються в ній, відображають концепцію організації та обробки даних, яка є основою СУБД, що підтримує модель. Для розміщення тієї самої інформації у внутрішньо-машинній сфері можуть бути використані різні структури і моделі даних. їх вибір покладається на користувача, що створює інформаційну базу, і залежить від багатьох факторів, у тому числі й від технічного та програмного забезпечення, визначається складністю задач, що автоматизуються, та обсягом інформації.

Найпоширенішими є такі моделі даних: файлова, ієрархічна, мережева, реляційна.

Файлова модель

У файлових системах реалізується модель типу плоский файл. За цієї моделі внутрішньомашинна інформаційна база (ІБ) є сукупністю не пов'язаних між собою незалежних файлів з однотипних записів з лінійною (однорівневою) структурою. Основними елементами структур даних файлової моделі є поле, запис, файл.

Поле - елементарна одиниця логічної організації даних, яка відповідає окремій, неподільній одиниці інформації - реквізиту.

Запис - сукупність полів, що відповідають логічно пов'язаним реквізитам. Структура запису визначається складом і послідовністю полів, кожне з яких містить елементарне дане. Запис є основною структурною одиницею обробки даних і одиницею обміну між оперативною і зовнішньою пам'яттю.

Файл - сукупність однакових за структурою примірників записів зі значеннями окремих полів.

Організацію даних за файловою моделлю можна проаналізувати на прикладі інформаційної бази (ІБ) двох відділів фірми (реалізації і контрактів), що працюють із нерухомістю. ІБ відділу реалізації, що відповідає за оренду та продаж нерухомості, може бути представлена трьома файлами - Об'єкти_ Нерухомості, Власники_Об'єктів, Орендарі (у дужках наведено перелік полів кожного файла):

• Об'єкти_нерухомості (Код_об'єкта, Адреса, Тип_об'єкта, Кіль-кість_кімнат, Орендна_плата, Код_власника);

• Власники_об'єктів (Код_власника, Прізвище_власника, Ім'я_власника, Адреса, №_телефону);

• Орендарі (Код_орендаря, Прізвище_орендаря, Ім'я_орендаря, Адреса, №_телефону, Тип_нерухомості, Мах_орендна_плата).

ІБ відділу контрактів, що відповідає за укладення угод про оренду нерухомості, може бути представлена такими трьома файлами - Угоди, Об'єкти_нерухомості, Орендарі:

• Угоди (№_угоди, Код_об'єкта, Код_орендаря, Орендна_плата, Платіжний_інструмент, Завдаток, Оплата, Дата_початку_оренди, Кінцева_Дата_оренди, Термін_оренди);

• Об'єкти _нерухомості (Код_об'єкта, Адреса_об'єкта, Орендна_ плата);

• Орендарі (Код_орендаря, Прізвище_орендаря, Ім'я_орендаря,

Адреса, №_телефону, Тип_нерухомості, Мах_орендна_плата). Схему обробки файлів наведено на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Схема обробки даних у файловій системі

Зі схеми очевидно, що кожен відділ має своє програмне забезпечення, а відповідно, і свою технологію обробки даних. Набір програм кожного відділу визначає свою структуру файлів, уведення даних і генерує певний фіксований набір спеціалізованих звітів. Важливим є те, що структура даних і методи збереження записів файлів жорстко визначені в коді програм кожного відділу. Очевидно також, що така організація даних призводить до їх дублювання в різних відділах. Це є найхарактернішою рисою для будь-яких файлових систем.

На основі короткого опису файлових систем узагальнимо суть притаманних їм обмежень: розподіл та ізоляція даних - дані ізольовані в окремих файлах, що ускладнює їх синхронну обробку; дублювання даних - децентралізована робота з даними фактично стимулює безконтрольне дублювання даних, що, у принципі, неминуче (в ІБ відділу реалізації та ІБ відділу контрактів дублюються дані про об'єкти нерухомості та орендарів); залежність від даних- як уже згадувалось вище, фізична структура і спосіб збереження записів файлових даних жорстко зафіксовані в коді програм застосувань. Це означає, що змінити структуру даних досить складно. Наприклад, щоб збільшити у файлі Об'єкти_нерухомості довжину поля Адреса об'єкта з 35 до 36 символів (незначна зміна його структури), треба написати програму спеціального призначення (та одноразового використання) для перетворення файла Об'єкти „нерухомості в новий формат; несумісність форматів файлів - оскільки структура файлів визначається кодом програми, вона також залежить від мови програмування. Наприклад, структура файла, що створена мовою

Cobol, може зовсім відрізнятись від структури файла, створеного мовою С. Пряма несумісність форматів таких файлів ускладнює процес їх сумісної обробки.

Така організація даних є неефективною і вимагає пошуку інших рішень, нових підходів. На рис. 2.13 наведено приклад реалізації підходу до обробки даних з використанням СУБД.

Рис. 2.13. Схема обробки даних у середовищі СУБД

У новому варіанті обробки даних користувачі взаємодіють з прикладними програмами, які, у свою чергу, взаємодіють із Базою даних через СУБД. Технологія баз даних виключає дублювання даних, зменшує залежність програм від форматів файлів тощо.

Ієрархічні та мережеві моделі даних

Складнішими моделями даних внутрішньомашинної сфери (порівняно з файловою) є ієрархічні та мережеві моделі, які підтримуються СУБД відповідного типу (у готовому варіанті вони не існують). Ієрархічні та мережеві моделі даних створює користувач програмним шляхом. Тип моделі даних, що підтримується СУБД на машинному носії, є однією з важливих ознак класифікації СУБД. Ієрархічні та мережеві моделі даних представляють відповідний метод логічної організації бази даних у СУБД. Ці моделі передбачають сукупність взаємопов'язаних об'єктів. Зв'язок двох об'єктів відображає їх підпорядкованість. Об'єктом як у мережевій, так і в ієрархічній моделях є основний тип структур даних з тих, які підтримуються СУБД. У різних СУБД цей тип структур даних може по-різному бути визначений і названий (тип запису, файл, сегмент).

У цих моделях база даних формується із записів фіксованого формату, що можуть мати різні типи. Кожний тип запису передбачає певну кількість полів фіксованої довжини, тому мережеву та ієрархічну моделі даних відносять до моделей на основі записів. Структурними одиницями мережевої та ієрархічної моделей даних є елемент даних, агрегат даних, запис, база даних тощо. Елемент даних - це мінімальна поіменована структурна одиниця даних (аналог поля у файлових системах). Агрегат даних - це поіменована підмножина елементів даних або інших агрегатів усередині запису. Запис - це складний агрегат, який не входить до складу інших агрегатів. Він характеризується структурою взаємозв'язків її елементів і агрегатів. Таким чином, структура запису може мати ієрархічний характер. Усі примірники запису однакової структури створюють тип запису. Запис конкретного типу є об'єктом у моделі даних. Сукупність взаємопов'язаних конкретних об'єктів моделі для певної предметної області утворює базу даних.

Зв'язки між двома типами записів (об'єктами моделі) визначаються груповими відношеннями між їх примірниками. Групове відношення (набір) - це строго ієрархічне відношення між записами двох типів: головним записом набору і підпорядкованими записами набору.

В ієрархічній моделі зв'язок даних "один-до-одного" означає, що кожному значенню елемента даних Л відповідає одне і лише одне значення пов'язаного з ним елемента Б. Наприклад, між такими елементами пар даних, як табельний номер працівника і його прізвище, є вищезазначений зв'язок, оскільки кожному табельному номеру працівника відповідає лише одне прізвище.

Ієрархічна модель даних будується за принципом підпорядкованості між елементами даних і характеризується деревоподібною структурою, яка складається з вузлів (сегментів) і дуг (гілок). Дерево в ієрархічній структурі впорядковане за правилами його сегментів і гілок: на верхньому рівні — один кореневий (вихідний) сегмент; сегмент другого рівня, породжений, залежить від першого, вихідного; доступ до кожного породженого (крім кореневого) здійснюється через його вихідний сегмент; кожний сегмент може мати кілька примірників конкретних значень елементів даних, а кожний елемент породженого сегмента пов'язаний із примірником вихідного і створює один логічний запис; примірник породженого сегмента не може існувати самостійно, тобто без кореневого сегмента; при вилученні примірника кореневого сегмента вилучаються також усі підпорядковані та взаємопов'язані з ним примірники породжених сегментів (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Структура ієрархічної моделі даних

Кореневим сегментом є сегмент F - факультет, а його породженими сегментами - кафедри (К,, К2,Кп). Породженими для сегмента "Кафедра" є викладачі (V) і дисципліни (D). Сегменти-викладачі мають породжені сегменти - групи (G), в яких вони ведуть заняття з відповідних дисциплін. В ієрархічних моделях доступ за ключем, як правило, можливий лише до об'єкта найвищого рівня, який не підпорядкований іншим об'єктам. До інших об'єктів доступ здійснюється за зв'язками від об'єкта на верхівці моделі.

Першою комерційною СУБД, що підтримує ієрархічну структуру даних, стала система IMS (Information Management System). Вона досі залишається основною ієрархічною СУБД, що використовується на мейнфреймах.

Далі наведено фрагмент опису (створення ієрархічної моделі даних) у системі СУБД IMS кореневого і дочірного типів сегментів на прикладі ієрархії записів, представленому в табл. 2.2 і 2.3.

Таблиця 2.2

Підрозділи підприємства

Таблиця 2.3

Співробітники підприємства

В описі сегмента спочатку вказується ім'я сегмента, його розмір у байтах та ім'я батьківського сегмента, а потім наводиться опис полів.

Кожне поле має ім'я, розмір, початкову позицію всередині сегмента і тип даних (символьний, числовий тощо).

За іменем поля може міститись позначка SEG, яка вказує на те, що поле виконує роль ключа.

Мережева модель даних - це модель, яка утворюється із записів, елементів даних (поіменовані поля) і зв'язків типу "один до багатьох", установлених між записами.

Перша мережева СУБД IDS (Integrated Data Store) була розроблена у середині 60-х років минулого століття.

Зв'язок "один-до-багатьох" означає, що значенню елемента А відповідають багато значень пов'язаних з ним елементів В.

Наприклад, між елементами даних "Код постачальника" і "Код товару" є такий взаємозв'язок, оскільки один постачальник може постачати кілька видів товарів.

Мережева модель є орієнтованим графом з поіменованими вершинами і дугами.

Вершини графа - записи, які є поіменованою сукупністю логічних взаємопов'язаних елементів даних (агрегатів даних).

Для кожного типу записів може бути кілька примірників конкретних значень його інформаційних елементів.

Два записи, що взаємопов'язані дугою, створюють набір даних.

У мережевих моделях безпосередній доступ за ключем може забезпечуватись до будь-якого об'єкта незалежно від рівня, на якому він перебуває в моделі.

Можливий також доступ за зв'язками до будь-якої точки доступу. Фрагмент мережевої схеми організації даних на основі таблиць 2.2 і 2.3 наведено на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Фрагмент мережевої схеми організації даних

Загальну архітектуру мережевої СУБД можна представити, як на

рис. 2.16.

Рис. 2.16. Загальна архітектура мережевої СУБД

З рисунка видно, що користувачі здійснюють доступ до бази даних за допомогою прикладних програм. Для того, щоб здійснити доступ до інформації в базі даних, кожна прикладна програма використовує певну підсхему, яка має обмежене уявлення щодо структури всієї бази даних. Схема - це логічна організація всієї бази даних у цілому, яка включає визначення імені бази даних, типу кожного запису і компонентів записів кожного типу. Підсхема - це частина бази даних, яка буде доступна користувачам або програмним застосуванням. Схема і підсхеми описуються спеціальною мовою визначення даних (наприклад, Data Definition Language - DDL).

Визначення схеми бази даних здійснюється програмно. Далі наведено фрагмент опису схеми даних мережевої моделі для двох типів записів (табл. 2.2,2.3).

Опис схеми даних складається з чотирьох розділів: Опис схеми - це вхідний розділ, у якому вказана назва схеми; Опис області - вказується область фізичного збереження даних; Опис записів - наводиться повний опис структури записів; Опис наборів - перераховуються всі набори із зазначенням типів записів, а також наводяться інші відомості про набори (наприклад, про впорядкування).

Кожна модель даних має переваги і недоліки. В ієрархічних моделях доступ за ключем, як правило, можливий лише до об'єкта найвищого рівня, який не підпорядкований іншим об'єктам. До інших об'єктів доступ здійснюється за зв'язками від об'єкта на верхівці моделі. У мережевих моделях безпосередній доступ за ключем може забезпечуватись до будь-якого об'єкта незалежно від рівня, на якому він перебуває в моделі. Можливий також доступ за зв'язками до будь-якої точки доступу. В ієрархічних моделях будь-який об'єкт може підпорядковуватися лише одному об'єкту вищестоящого рівня. Мережеві моделі даних порівняно з ієрархічними є більш універсальним засобом відображення у внутрішньомашинній сфері структури інформації для різних предметних областей. Взаємозв'язки даних більшості предметних областей мають мережевий характер, що обмежує використовування СУБД з ієрархічною моделлю даних. Мережеві моделі дозволяють відображати також ієрархічні взаємозв'язки даних. В ієрархічній моделі будь-який об'єкт може підпорядковуватися лише одному об'єкту вищестоящого рівня, у мережевих моделях - будь-який об'єкт (запис, файл) може бути підпорядкований кільком об'єктам.

Схематичну відмінність у топології ієрархічної і мережевої моделей проілюстровано на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Особливості моделей за топологією і доступом до даних

Перевага мережевих моделей - відсутність дублювання даних у різних елементах моделі. Крім того, технологія роботи з мережевими моделями є зручною для користувача, оскільки доступ до даних практично не має обмежень і можливий безпосередньо до об'єкта будь-якого рівня.

Читайте також:

1. II. Організація і проведення спортивних походів
2. II. Організація перевезень
3. II. Організація перевезень
4. А. Організація Острозького колегіуму – Академії
5. Адміністративно-територіальна організація
6. Аналіз паралельного інтерейсу з DSP-процесорами: запис даних в ЦАП, що під’єднаний до адресного простору пам’яті
7. Аналіз паралельного інтерфейсу з DSP-процесорами: читання даних з АЦП, що під’єднаний до адресного простору пам’яті
8. Аналіз статистичних даних про склад та плинність кадрів, які обіймали керівні
9. Аналіз та інтерпретація одержаних даних
10. Архіватори даних.
11. Архітектура баз даних
12. Аудит розрахунків за відшкодуванням завданих збитків

Переглядів: 4331