Електронна організація баз даних

Размещено на http://www.allbest.ru/

Електронна організація баз даних

Основним місцем зберігання економічної інформації и інформаційних системах є бази даних. Елементи реального світу, інформація про які зберігається та використовується у БД називаються об'єктами БД. База даних - це інтегроване сховище взаємопов'язаних даних конкретної предметної області.

Організація даних у внутрішньомашинній сфері характеризується двома рівнями логічним і фізичним.

Фізична організація даних визначає спосіб розміщення даних безпосередньо на машинному носії. У сучасних прикладних програмних засобах цей рівень організації забезпечується автоматично без втручання користувача.

Логічна організація даних залежить від програмних засобів, та пов'язана з видом моделі даних. Процес зберігання даних про економічний об'єкт з певними їхніми зв'язками в сучасних комп'ютерах вимагає застосування відповідних моделей. Модель даних - це сукупність взаємопов'язаних структур даних та проведення операцій над цими структурами. В залежності від вигляду моделі і типу структур - знаходяться методи організації і обробки даних.

Метод логічної організації даних відображає концепцію БД і є однією з ознак класифікації БД. В теорії систем управління базами даних виділяють такі основні моделі організації даних: файлову, ієрархічну, мережеву і реляційну [15]. Інформаційні масиви БД, відповідно до цих моделей, можуть бути організовані: у виді окремих незалежних файлів або бути інтегрованою сукупністю взаємозалежних масивів.

Тип відношень між об'єктами інформації, що зберігаються в БД визначає модель організації конкретної бази даних. Основними моделями таких відношень є: один до одного (1:1); один до багатьох (1:N); багато до багатьох (M:N).

У файлових системах реалізовується модель типу "плоский файл". Такий підхід використовується у пакетних системах обробки інформації. Модель внутрішньомашинної інформаційної бази являє собою сукупність незалежних, не пов'язаних між собою локальних інформаційних файлів, які мають лінійну структуру. Інформаційні файли проектуються окремо для кожної конкретної задачі чи комплексу задач. Файли складаються з однотипних записів. Основні типи структур даних файлової моделі - це поле, запис, файл. Запис є основною структурною одиницею обробки даних у файлових моделях. При опису логічної організації даних кожному файлу привласнюється унікальне ім'я і дається опис структури його записів. Дані вводяться і зберігаються без індексування (доступ по ключу), а при пошуку і створенні вихідних форм обробляються послідовно.

Переваги файлової моделі: відносна простота організації файлової моделі, але ця модель має суттєві недоліки, а саме:

1. Надмірність даних. Для розв'язування різних задач управління використовуються одні й ті самі дані. Інформація одного й того самого об'єкта управління розподіляється між багатьма файлами. Це приводить до дублювання даних в інформаційних масивах та неекономного використання пам'яті комп'ютера.

2. Неузгодженість даних. Сутність цього недоліку полягає в тому, що одна й та сама інформація може розміщуватись у різних файлах. При цьому технологічно складно простежити за внесенням змін одночасно в усі файли. Через це може виникнути неузгодженість даних - це коли одне й те саме поле в різних файлах може мати різні значення.

3. Залежність структур даних і прикладних програм. Сутність цього полягає в тому, що при файловій організації логічна та фізична структура файлу повинна мати опис у прикладній програмі. При зміні логічної чи фізичної структури файлу прикладна програма має бути модифікована. Але зміни в одній програмі часто потребують внесення змін до інших інформаційно пов'язаних програм, що призводить до значного збільшення вартості супроводу програмних засобів (іноді вартість супроводу програмних засобів досягає 70 % вартості їх розроблення).

Таким чином, файлові моделі організації недостатньо гнучкі при маніпулюванні даними.

В ієрархічної моделі всі об'єкти БД утворюють структуру, де всі елементи зв'язані відношеннями підпорядкованості, (ієрархічно організований набір). Ієрархічна модель визначається двома типами відношень: 1:1 і 1:N і подається у вигляді деревоподібних структур. Перевагою цієї моделі є простота моделювання предметних областей. Але не всі зв'язки можна врахувати за допомогою ієрархічної моделі, що створює певні труднощі при програмній реалізації.

Мережева модель складається з набору елементів (об'єктів) і набору зв'язків між ними. Мережний підхід до організації даних є розширенням ієрархічного. Використання його дає змогу представлення зв'язків між реальними об'єктами, складніших порівняно з ієрархічною моделлю. За допомогою мережевої моделі можна моделювати відношення 1:1, 1:N, N:l, N:N.

У ієрархічних та мережевих моделях можливий доступ по ключу до інформаційних елементів. Доступ до записів файлу виконується за допомогою індексування. При цьому створюється додатковий індексний файл, який містить у впорядкованому вигляді всі значення ключа файлу даних. При наявності індексного файлу по заданому ключу здійснюється прямий доступ до потрібного запису (можна швидко відшукати запис).

Таким чином, мережна або ієрархічна моделі даних представляють сукупність взаємопов'язаних об'єктів. Зв'язок двох об'єктів відображає їх підлеглість.

Переваги ієрархічних та мережевих моделей: компактність та висока швидкодія. Недоліки: не універсальність та високий ступень залежності від конкретних даних.

У реляційної моделі об'єкти і взаємозв'язки між ними представляються за допомогою таблиць. Найпростіша двовимірна таблиця визначається як відношення (relation). В реляційної моделі дії над даними зведені до операцій реляційної алгебри. Ці операції виконуються над відношеннями (об'єднання, перетинання, декартовий добуток, проекція, вибірка та інші). Крім того, є певний набір формальних вимог універсального характеру до організації даних. Ці вимоги до стану таблиць даних одержали назву нормальних форм. Нормальні форми вводять обмеження і дозволяють мінімізувати дублювання даних. база даний мережевий реляційний

Реляційні моделі є спробою уникнути складності реальних ієрархічних і сіткових БД на основі теоретико-множинної інтерпретації структури даних. Поняття суті і відношення в моделі не розділяються, а розглядаються разом.

В основу реляційних моделей покладено поняття відношення, яке подають у вигляді двовимірної таблиці. Реляційна БД - це набір взаємозв'язаних відношень. Кожне відношення (таблиця) в електронному вигляді подається як файл. Відношення можна поділити на два класи: об'єктні і зв'язкові.

Об'єктні відношення зберігають дані про інформаційні об'єкти предметної області. В об'єктному відношенні один із атрибутів однозначно ідентифікує окремий об'єкт. Такий атрибут називається первинним ключем відношення. Ключ може вміщувати кілька атрибутів, тобто бути складеним. В об'єктному відношенні не повинно бути рядків з однаковим ключем, тобто не допускається дублювання об'єктів. Це основне обмеження реляційної моделі для забезпечення цілісності даних.

Зв'язкове відношення зберігає первинні ключі двох або більше об'єктних відношень. Ключі зв'язкового відношення мають на меті встановлення зв'язків між об'єктними відношеннями. У зв'язковому відношенні можуть дублюватися ключові атрибути. Крім ключів, за якими встановлюють зв'язок у зв'язковому відношенні, можуть бути ще й інші атрибути, які функціонально залежать від цього складового ключа.

Ключі в зв'язкових відношеннях називаються вторинними, або зовнішніми ключами, оскільки вони є первинними ключами об'єктів інших відношень. Реляційна модель накладає на зовнішні ключі обмеження, яке називають посилковою цілісністю. Воно необхідне для забезпечення цілісності даних.

Посилкова цілісність - це відповідність між об'єктними та зв'язковими відношеннями, яка полягає в тому, що кожному зовнішньому ключеві зв'язкового відношення має відповідати рядок якогось об'єктного відношення. Без такого обмеження може статися так, що зовнішній ключ посилається на об'єкт, про який нічого не відомо.

У реляційній БД накладається ще одне обмеження - відношення мають бути нормалізованими. Нормалізація відношень - це ітераційний зворотний процес декомпозиції початкового відношення на кілька простіших відношень меншої розмірності. Під зворотністю процесу розуміють те, що операція об'єднання відношень, здобутих у результаті декомпозиції, має дати початкове відношення. У результаті нормалізації склад атрибутів відношень БД має відповідати таким вимогам:

- між атрибутами мають виключатися небажані функціональні залежності;

- групування атрибутів не повинно мати збиткового дублювання даних;

- забезпечувати обробку і поновлення атрибутів без ускладнень.

Нормалізована база даних вимагає значно менше пам'яті для її зберігання, ніж ненормалізована база даних.

На сучасному ринку програмних продуктів найпоширенішими є БД на основі реляційних моделей [8].

До переваг реляційної моделі можна зарахувати:

1) простоту представлення даних (таблична форма) та інструментальних засобів їх підтримки;

2) простоту у розробленні мови маніпулювання даних, оскільки пошук даних зводиться до застосування різних операцій над множинами;

3) мінімальну надмірність даних;

4) універсальність процедур обробки даних;

5) незалежність додатків користувача від даних;

Недоліками реляційної моделі є:

1) нормалізація даних реляційної моделі приводить до значної фрагментації даних;

2) жорсткість структури;

3) залежність швидкості роботи від розміру БД;

4) реляційна модель не охоплює весь діапазон відомих структур даних.

Проектування даних пов'язане з багаторівневим їх поданням: зовнішнім, інфологічним, даталогічним, внутрішнім [15,19].

Зовнішній рівеньявляє собою вимоги до даних з боку користувачів і прикладних програм. Вимоги користувачів до зовнішнього подання охоплюють сукупність даних, які потрібні для виконання запитів користувачів. Вимоги з боку прикладних програм до зовнішнього рівня подання даних - це перелік даних, запис їх взаємозв'язків, які необхідні для реалізації певних функціональних задач. Він являє собою словесний опис даних. Іноді для опису зовнішнього рівня використовуються матричні або інші формалізовані методи. Опис зовнішнього рівня не виключає наявності дублювання, надлишковості, неузгодженості тощо. Для того щоб спроектувати зовнішню модель БД, необхідно виконати обстеження програмного забезпечення, вивчити систему вхідної і вихідної документації, дослідити й вивчити всі функціональні обов'язки майбутніх користувачів БД.

Інфологічний рівеньявляє собою інформаційно-логічну модель предметної області, в якій виключена надмірність даних і відображені інформаційні особливості об'єкта управління, без урахування особливостей і специфіки конкретної БД. Він може бути самостійним або функціонувати як складова зовнішнього рівня. Інтеграція всіх зовнішніх представлень даних виконується на інфологічному рівні. На цьому рівні формується інфологічна (канонічна) модель даних.

Мета інфологічного проектування - створити структуровану інформаційну модель, для якої розроблятиметься БД. Під час проектування на інфологічному рівні створюється інформаційно логічна модель, яка має відповідати таким вимогам:

- коректності схеми БД;

- простоті і зручності використання на наступних етапах проектування;

- описанню мовою, зрозумілою проектувальникам БД, програмістам, адміністратору і майбутнім користувачам.

Основною складовою інфологічної моделі є атрибути, які потрібно проаналізувати і деяким чином згрупувати для подальшого зберігання в БД.

Сутність інфологічного моделювання полягає у відокремленні інформаційних об'єктів (файлів), які підлягають зберіганню в БД, а також визначенні характеристик об'єктів і зв'язків між ними. .Характеристиками об'єктів є атрибути.

Даталогічний (логічний, концептуальний) рівень формується з урахуванням специфіки і особливостей конкретної БД. На цьому рівні будується концептуальна модель даних, тобто спеціальним способом структурована модель, яка відповідає особливостям і обмеженням вибраної БД. Модель логічного рівня, яка підтримується засобами конкретної БД, називають даталогічною. Залежно від типів моделей, які підтримуються засобами БД, є ієрархічні, сіткові і реляційні моделі баз даних. Найпоширенішими на сучасному ринку програмних продуктів є реляційні БД.

Внутрішній рівень пов'язаний із фізичним розміщенням даних у пам'яті ПК На цьому рівні формується фізична модель БД, яка містить структури зберігання даних у пам'яті ПК, включаючи опис форматів даних, порядок їх логічного чи фізичного упорядкування, розміщення за типами пристроїв, а також характеристики і шляхи доступу до даних. Від параметрів фізичної моделі залежать такі характеристики функціонування БД, як обсяг пам'яті і час реакції системи. Фізичні параметри БД можна змінювати у процесі її експлуатації (не змінюючи при цьому опису інших рівнів) з метою підвищення ефективності функціонування системи.

Під оптимальною логічною моделлю баз даних розуміють модель, яка не має аномалій, пов'язаних з модифікацією БД, тобто проблем, що можуть виникнути у зв'язку із замінами, вставками і вилученнями даних із БД.

Для створення такої моделі баз даних незалежно від того, яка БД використовується - ієрархічна, мережева чи реляційна, застосовується теорія нормалізації реляційних баз даних. Використання реляційного підходу дає змогу спроектувати оптимальну логічну модель БД, яка потім досить просто трансформується в ієрархічну чи сіткову модель.

Размещено на Allbest.ru