1 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ

2 Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление – Автоматизация и управление специальность – Управление и информатика в технических системах ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Лекция 7 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ 4.1. Модели данных Сетевая модель данных Иерархическая модель данных Преподаватели: Чесноков Юрий Николаевич, доц., к.т.н., Дружинина Надежда Геннадьевна, доц.

3 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Цель изучения материала: изучить датологические аспекты банка данных; изучить модели данных; научиться строить сетевую модель данных; научиться строить иерархическая модель данных. Компетенций, формирующиеся в процессе знакомства с материалом: готовность учитывать современные тенденции развития информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ОНК-2); способность применять современные информационные компьютерные технологии: самостоятельно работать с СУБД (ИК-1); готовность работать с информацией из различных источников (ИК- 4); способность к приобретению новых знаний, используя современные информационные технологии (СЛК-4); способность разрабатывать информационное обеспечение систем с использованием стандартных СУБД (ПКД-5); готовность использовать современные инструментальные средства и технологии проектирования программных средств (ПТД-2); способность составлять техническую документацию на разработку программного обеспечения (ПТД-4).

4 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Содержание лекции 7 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ 4.1. Модели данных Сетевая модель данных Иерархическая модель данных

5 Результат датологического или логического проектирования – разработка схемы БД. Схема БД зависит от выбранной модели данных. После разработки схемы выполняются работы: 1. описание КМД БД в терминах выбранной СУБД; 2. описание ВМД в терминах выбранной СУБД; 3. описание декларативных правил поддержки целостности БД; 4. разработка процедуры поддержки семантической целостности БД. Далее рассмотрим только вопросы по разработке схемы БД. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ

6 Датологический аспект связан с логическим представлением данных в ЭВМ (с логическими моделями данных). Модель данных (МД) определяется совокупностью ЯОД и ЯМД, т.е. структурой данных и операциями над этими структурами, которые поддерживает СУБД. Пользователи БД, разработчики ПП и АБД работают только с записями моделей данных. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ 4.1. Модели данных

7 Типы моделей данных и их взаимосвязь рассмотрены раньше (см. рис. 2.4). Далее речь пойдет о КМД (концептуальной модели данных), причем о ее датологическом аспекте, т.е. о КМД, которая отражает логическую МД, инвариантную относительно предметной области. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ 4.1. Модели данных

8 СУБД поддерживают одну из трех датологических типов КМД (далее – просто МД): сетевую; иерархическую (древовидную); реляционную. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ 4.1. Модели данных

9 В последнее время к этим трем МД добавилась еще объектно-ориентированная МД, которая находит применение в больших информационных системах, например INTERNET. Датологическое проектирование начинается с выбора модели данных. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ 4.1. Модели данных

10 Схема сетевой МД соответствует графу общего вида. Вершинам графа соответствуют типы сущностей. Дугам – типы связей между типами сущностей (рис. 4.1). Такую МД поддерживает СУБД CODASYL (в русской транскрипции – КОДАСИЛ). Сетевая МД относится к теоретико-графовым моделям. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

11 Рис Схема сетевой модели данных 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

12 Основные типы структур данных сетевой модели следующие: 1. элемент (представляет атрибут); 2. агрегат; 3. запись (представляет типы сущности); 4. набор (представляет связь); 5. база данных. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

13 Элемент данных – это наименьшая поименованная единица данных, к которой СУБД может непосредственно адресоваться. Агрегат данных – это поименованная совокупность элементов данных, которую можно рассматривать как единое целое. Пример простого агрегата показан на рис. 4.2, составного агрегата – на рис ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

14 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных Рис Пример составного агрегата Дата ЧислоМесяцГод Предприятие Назва- ние Адрес Почто- вый индекс городулица и номер дома Рис Пример простого агрегата

15 Запись – это поименованная совокупность элементов данных и агрегатов. Запись – это агрегат, не входящий в состав другого агрегата. Набор – это поименованная совокупность записей, образующая двухуровневую иерархическую структуру. Каждый тип набора представляет собой отношение (связь) между двумя или несколькими типами записи. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

16 Основное назначение набора – представление связей между записями. На графической МД тип набора изображается поименованной дугой между типами записи. Набор – это двухуровневый граф, связывающий отношением 1:1 два типа записей, как показано на рис. 4.4 [6]. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

17 Рис Графическое представление набора 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных ЗАПИСЬ ТИПА А ЗАПИСЬ ТИПА В Владелец набора N (родительский тип записи). Член набора N (дочерний тип записи) Набор N

18 Для любых двух типов записей можно задать любое количество наборов, которые их связывают. Это позволяет моделировать отношение типа «многое ко многим» (N:М) между двумя объектами реального мира. Это преимущество сетевой модели по сравнению с иерархической. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

19 База данных – это поименованная совокупность экземпляров записей различного типа, которая содержит ссылки между записями, представленные экземплярами наборов. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

20 Система DB VISTA III – это СУБД, которая поддерживает сетевую МД СODASYL [8]. Она предназначена для создания и использования на персональных компьютерах БД сложной структуры в рамках программ, реализованных на языке C. Для них представляется интерфейс включающего языка. Конечные пользователи имеют интерактивный доступ к БД с помощью языка запросов SQL. 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

21 Сетевая МД СODASYL в системе DB VISTA III реализована в весьма упрощенном виде. В ней отсутствует автоматика, предусмотренная в системе CODASYL (автоматическая навигация в структуре данных, селекция экземпляров набора, поддержка автоматического членства записей в наборах и др.). 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Сетевая модель данных

22 Схема иерархической, или древовидной, МД соответствует древовидному графу. Вершинам графа соответствуют типы сущностей. Дугам – типы связей между типами сущностей (рис. 4.5). 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Иерархическая модель данных

23 Рис Схема иерархической МД 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Иерархическая модель данных Корневой узел (корень) Исходный (родительский) Порожденный узел (непосредственно) Подобные узлы Ветвь

24 Доступ к каждому порожденному узлу выполняется через его непосредственно исходный узел. Существует единственный иерархический путь доступа к любому узлу от корня дерева. Граф иерархической МД называется деревом определения. Дуги графа называются связью «исходный – порожденный». На рис. 4.6 приведен пример диаграммы схемы иерархической МД. Другой пример иерархической МД показан на рис ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Иерархическая модель данных

25 Рис Пример схемы иерархической МД 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Иерархическая модель данных Шифр_факультета, Название Факультет Курс Группа Студент Номер_курса, Дата_начала_сессии, Дата_окончания_сессии Индекс_группы, Кол-во_студ. Номер_зач._кн., Ф_И_О Кафедра Дисциплина Шифр_каф., Название_каф. Шифр_дисц., Название_дисц., Лектор

26 Рис Схема БД с иерархическим методом доступа 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Иерархическая модель данных КАНАЛ БИБЛИОТЕКА 1БИБЛИОТЕКА N РАЗДЕЛ 1 РАЗДЕЛ М РАЗДЕЛ 1 РАЗДЕЛ К … … …

27 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Выводы и заключение по лекции: изучили датологические аспекты банка данных; изучили модели данных; научились строить сетевую модель данных; научились строить иерархическая модель данных.

28 4. ДАТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БАНКА ДАННЫХ Перечень источников: Четвериков В.Н. Базы и банки данных/ В.Н. Четвериков, Г.И. Ревунков, Э. Н. Самохвалов; под ред. В.Н. Четверикова. М.: Высшая школа, с. Дейт К. Дж. Руководство по реляционной СУБД DB2/ К. Дж. Дейт. М.: Финансы и статистика, с. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных/ К. Дж. Дейт. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001, 1072 с. Дмитриев В.И.Прикладная теория информации/В.И. Дмитриев. М.:Высшая школа, с. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных/ Н.А. Гайдамакин. М.: Гелиос АРВ, С. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация/ Т.С. Карпова. СПб.: Питер, с. Мамаев Е.В. MS SQL Server 7.0. Проектирование и реализация баз данных/ Е.В. Мамаев. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, с. Озкарахан Э. Машины баз данных и управление базами данных/ Э. Озкарахан. М.: Мир, с. Селко Джо. SQL для профессионалов. Программирование/ Джо Селко. М.:«Лори», с. Системы управления базами данных и знаний/ А.Н. Наумов [и др.]; под общ. ред. А.Н. Наумова. М.: Финансы и статистика, с. Теория автоматического управления/ С.Е. Душин [и др.]; под общ. ред. Б. Б. Яковлева. М.: Высшая школа, с. Харрингтон Дж. Л. Проектирование реляционных баз данных. Просто и доступно/ Дж. Л. Харрингтон. М.: «Лори», с. Хендерсен К. Delphi 3 и системы клиент/сервер: руководство разработчика/ К. Хендерсен. Киев: Диалектика, с.