18573

Базы данных. Логическая область базы данных

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Базы данных. Лекция № 1. 1. Предметная область базы: данных сварное соединение стыковое нахлесточное и т.п. Объекты предметной области. Логическая область базы данных цифры записи и т.п.. 2.Характеристика объекта предметной области называется атрибуткоторый прин

Русский

2013-07-08

145.5 KB

4 чел.

Базы данных.

Лекция № 1.

1. Предметная область базы: данных (сварное соединение - стыковое, нахлесточное, и т.п.) Объекты предметной области. Логическая область базы данных (цифры, записи и т.п.).

2. Характеристика объекта предметной области называется атрибут,
который принимает только определенные значения.

3. Совокупность параметров объекта (совокупность атрибутов)
называется записью. Запись содержит поля, в которые помещаются
конкретные значения атрибута.

  1.  Семейство записей образует файл.
  2.  Несколько файлов образуют библиотеку. Число объектов равно числу записей в файле. Число атрибутов равно    числу полей в каждой записи.

Описание атрибутов - числовые величины, строки символов, значения проводимых измерений.

Проблема как ЭВМ интерпретировать записи атрибутов. В языках высокого уровня вводится понятие тип данных, которые бывают простые, структурные, ссылочные.

6. Простые типы данных - целые, плавающие (с плавающей запятой),
символьные, логические.

данные любого простого типа характеризуются тем, что в любой момент времени каждому данному соответствует только одно значение.

7. Структурированные данные - каждому  данному соответствует
несколько значений (например, массив последовательности данных
(файл, стек)).

Под массивом понимают группировку набора данных идентичного типа.

8. Ссылочный тип - предназначен для обеспечения ссылок на другие
данные и называется указателем. Применяется для построения
сложных структур данных.

Для структуризации данных (объединения их в однотипные массивы (группы)), используется абстракция, т.е. опускание несущественных деталей свойств объекта. Абстракция может быть многоуровневой, объект абстракции одного уровня может быть рассмотрен как предмет абстрагирования другого уровня.

9. Модели данных (одним набором данных пользуется несколько
пользователей по различным назначениям).

База данных - массив данных, хранимых в ЭВМ и предназначенный для

совместного использования группой людей.

Использование баз данных позволяет:

- представлять в памяти ЭВМ сложные структуры информации, когда объектом хранения  являются  не  только данные,   но  и   структуры,  в которые они организованы;

сокращать   дублирование   информации   за   счет   структурирования

данных, что приводит к экономии памяти на носителях и повышает

надежность информации;

- повышать сохранность данных от несанкционированного доступа;

обеспечивать   независимость   прикладных   программ   от   изменений данных;

повышать   достоверность   информации   и   сокращать   затраты   на обслуживание системы.

10. Проблема - для построения баз данных для многих пользователей
необходимо правильно выбрать атрибуты (для этого нужно
использовать процесс абстрагирования).

Процесс абстрагирования информации о предметной области, требуемой для создания базы данных, называют логическим проектированием базы: данных (проектирование данных). Логическое проектирование осуществляют в рамках некоторой заранее принятой модели абстрагирования, которую называют модель данных. Модель данных - основные понятия и способы, используемые при абстрагировании.

  1.  Описание предметной области с помощью модели данных называют концептуальной схемой или моделью.
  2.  Концептуальную модель, описанную и скорректированную с точки зрения представления данных в конкретной ЭВМ, называют внутренней моделью.

1З. Концептуальная модель, описанная с точки зрения конкретного пользователя (его запросов и интересов) называется внешней моделью. У одной внутренней модели может быть несколько внешних моделей.

Рисунок 1.1 Архитектура базы данных

На концептуальном уровне осуществляется формализованное описание информационной базы в терминах конкретной системы управления базой данных (СУБД).

14. База данных, описанная в терминах конкретной СУБД называется
мифологической моделью и служит для формализации представления о
предметной области до привязки к конкретным средствам реализации
баз знании.

При    моделировании   данных   возникает   проблема   многоуровневого представления данных. С этой целью вводятся датологические модели.

Датологические модели   служат для реализации информационных баз

в определенной  вычислительной среде.

 Инфологические    модели     это    семантическая    смысловая    модель, отражающая   информационное   содержание   конкретной    предметной области.

15. Целостность данных. При построении баз данных следует
учитывать логические ограничения на значения данных и их
соотношений.

Целостность    данных    -    данные,    хранимые    в    БД,    не    должны противоречить заданным логическим ограничения, которые называются ограничениями целостности.

Ограничения целостности бывают внутренние и явные. Внутренние ограничения вводятся исходя из концептуальной  модели

БД  и   структуры   принятой   модели   базы  данных   реляционная   база данных не допускает дублирование информации.

К  явным  ограничения   целостности   можно   отнести   ограничения   на значение атрибутов объекта. Ограничения в явном виде задаются  не только на атрибуты, но и на типы объектов и связей между ними.

16. Ограничения на типы связей

Двусторонние связи:

Связь 1:1 - одному А соответствует один Б (студент - номер зачетной книжки).

- Связь 1:М - одному А соответствует М объектов (студент - фамилия, имя, отчество, пол, возраст, номер группы и т.п.)

- Связь M:l - обратный случай связи 1:М (глаза, цвет волос, нос, губы -внешность одного человека).

- Связь М:М - (абстрактное понятие - абстрактное понятие) (телевизор -резистор).

Односторонние связи - ассоциации

- Простая ассоциация (тип 1) - одному значению А соответствует только одно значение множества Б (данное сварное соединение – конкретный сварщик обратное для конкретного сварщика невозможно).

- Сложная   ассоциация   (тип   М)   -   одному   значению   множества   А

соответствует   несколько   значений   множества   В   (узлы   изделия   -поставщик).

Условная   ассоциация   (тип   С)   связь   между   двумя   нефизическими объектами   (или   одним   нефизическим   объектом)   (изделие   -   дата изготовления).

17. Средства реляционного исчисления СУБД.

18. Операции над данными.

Селекция данных в БД (выбор данных из БД).

Каждое данное имеет логическую позицию в памяти системы (в БД). Например  -  первый  элемент,  последний   элемент,  текущий  элемент, последующий элемент.

Относительно    текущего    элемента    можно    выделить    предыдущий элемент и последующий элемент. Эта логическая позиция называется посредством текущего.

Для описания логической позиции элемента в БД можно использовать значение   данных    (максимальный,    минимальный    элемент,   больше, меньше, равно, и, или).

Селекцию данных можно осуществлять и по логическим связям между данными.

По    характеру    производимых    действий    над   данными    различают

следующие виды операций:

1.  Идентификация данного и определение его позиции в базе.

  1.  Выборка (получение требуемых данных из базы).
  2.  Включение (запись новых данных в базу).
  3.  Удаление данных.
  4.  Обновление данных (модификация).

Операции применимы как к атрибутам, так и к типам сущностей  и связям.

Но характеру способа получения результата над данными различают навигационные и сертификационные операции.

Если результат представлен единичным объектом (значением атрибута, сущности  или  связи),  полученным  при   прохождении  по  логической цепи     (навигации)     в     структуре     БД,     то     операцию     называют навигационной.

Если в операции определены только требования к результату, но не задан       способ      его       получения,       то      операции       называются сертификационными    (используется     аппарат    теории    множеств объединение, пересечение, разность).

Обеднение нескольких разнородных операции над базами данных    в одно действие (навигационной с операцией целостности базы данных) называется процедурами  базы данных.  Процедуры - это обобщенные  операции    изменения    состояния    базы    данных     (макрооперация).

Например,      вычисление      значений      данных,       которые      в      БД непосредственно  не  хранятся,  но  из  значении  БД можно  получить данную  сумму.  Данные  операции называются   тразакциями.   Пример функция агрегации - (поиск общего числа данных, поиск минимума, максимума).

Другой пример вычисление значения атрибута, не содержащееся в БД, по данным, имеющимся в БД (по дате рождения - возраст) - это вычисление виртуального атрибута.

1. Процедуры захватывают общинные области БД. 2. Процедуры реализуют широкий круг действий.

3. Вызов процедуры не выполняется пользователем.

4.  Процедуры   описывают   в   схеме   данных,   операции   включают   в пользовательскую программу.

19. СУБД - это  специальный  пакет программ,  посредством которого реализуется    централизованное    управление    БД    и    обеспечивается доступ к данным. БД  вместе с СУБД - банк данных. В   СУБД   используется   язык   определения   данных   (ЯОД)   и   язык манипулирования данными (ЯМД).

ЯОД - это язык высокого уровня, предназначенный для схемы БД. С его помощью описываются типы данных в БД и их структура.

ЯМД используется для написания программ, обращающихся к данным в БД (основная операция ввод-вывод данных).

Модели данных - реляционная, сетевая, иерархическая.

Реляционная модель данных.

В   основе   реляционной   модели   данных   лежит   математичекая теория   отношений  (RELATION   -   отношение).   Отношение   служит средством структуризации данных.

Н- мерное отношение в виде таблицы определяет структуру данных. (Массив данных).

1. Ограничения модели.

a).       Нет двух одинаковых записей. Это означает, что каждое отношение имеет запись из всех атрибутов'.

Б). Порядок столбцов в БД является значимым. Пренебрегать
порядком столбцов в БД можно только в случае если он имеет
собственное имя.

Универсальные отношения - каждый атрибут имеет свое имя.

Между атрибутами БД могут быть определенные отношения. Например один атрибут может зависеть от другого (Сила тока - Скорость подачи присадочной проволоки). Если все каждое значение одного атрибута определяет каждое значение другого атрибута, то говорят,     что     между     атрибутами     существует     функциональная зависимость. Если    от   этой    зависимость   можно    найти    обратную функцию, то говорят, что существует однозначное соответствие.

РБД подчиняется правилам теории математических отношений:

1.  Правило рефлекторности.

2.  Правило пополнения.

3.  Правило транзитивности.

4.  Правило расширения.

5.  Правило продолжения.

6.  Правило аддитивности.

7.  Правило декомпозиции.

2. Многозначные модели.

1.  Правило дополнения.

2.  Правило присоединения.

3.  Правило транзитивности.

3.  Нормальные схемы отношений.

4. Реляционная алгебра.

Операции:   

- Первая   группа:   объединение,   пересечение,   разность, декартово    произведение.    

- Вторая    группа:    проекция,    ограничение,

5. Реляционное исчисление.

Операции:

- Логическое сложение (дизъюнкция) "'ИЛИ".

- Логическое умножение (конъюнкция) "И".

- Логическое отрицание   "НЕ".

При записи выражении в реляционном исчислении используется понятие свободных или связанных переменных.

Формулы в реляционном исчислении стоятся из атомов и совокупности арифметических и логических операторов.

Любой атом - это формула.

Сетевая модель данных.

В основе разработки сетевых моделей лежит возможность построения связей между данными в графической форме.

Сущность - это собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта предметной области процесса или явления. Набор однородных объектов определяет тип сущности, а каждый конкретный объект в наборе представляется экземпляром' сущности. Связи между сущностями фиксируются с помощью множества отношений.

Элемент данных - это наименьшая единица данных, которой можно оперировать в БД и выполнять построение всех остальных структур (аналог поля в файловой записи). Элемент данных имеет имя, которое хранится в БД как часть описания базы (например - ИНДЕКС ИЗДЕЛИЯ, ДАТА ВЫПУСКА, СТОИМОСТЬ). Элементы данных используются для представления атрибутов сущности.

Агрегат   данных - совокупность   элементов   данных,   имеющих общее имя, которую можно рассматривать как единое целое (ДАТА - ЧИСЛО, МЕСЯЦ, ГОД).

Запись   -   совокупность   элементов   данных,   которые   описывают конкретный экземпляр объекта ( сущности) ( ТЕЛЕВИЗОР _ МАРКА, ИНДЕКС, ЦЕНА и т.п.)

Тип - это общее понятие,, представляющее собой собрание экземпляров записи.

Простейшая модель сетевой базы данных - ГРАФ без петель.

Для описания сетевых моделей используются специальные языки обработки данных (ЯЗЫК - КОДАСИЛ)

Проблема для всех языков - формализация описания элемента данных и связей между ними.

Ключ базы данных - это идентификатор, уникально определяющий запись, помешенную в БД.

Иерархическая модель данных.

Основана на возможности представления данных и связей между ними в виде графов. В отличие от сетевой модели в иерахическую модель вкладывают больше ограничений. Граф иерархической БД имеет древовидную структуру (граф без циклов)

Связи между элементами графа называются дугами, узлы - вершинами.

Корень - это вершина, имеющая несколько исходящих дуг и ни одной входящей.

Лист - это вершина, имеющая несколько входящих дуг и ни одной исходящей. Узел ветвления - не корень и не вершина.

Основные понятия модели:

Тип записи и иерархические отношения.

Вершины в дереве соответствуют типу сущности и называются типом записи. Тип записи состоит из одного или более элементов данных.

Иерархическое отношение (ветвь дерева) - соединяет два типа записей и представляет собой множество связей между экземплярами

записей этих двух типов.

Дуги дерева - отношения. Дуга исходит из типа родительской записи и заходит в тип порожденной записи. Каждая из иерархических связей может быть однозначно идентифицирована указанием родительской и порожденной связи.

Модель данных "сущность - связь". (Обобщение и развитие сетевых и иерархических моделей).

Модель "сущность - связь" - средство представления предметной области в независимости от особенностей среды хранения.

Множество связей (МС) в данной модели можно представить как математическое отношение n типов сущностей. МС изображается прямоугольником, множество отношений - ромбом.

Рисунок 1.2 Модель данных “сущность - связь”.

Бинарные модели.

Вершины графа в бинарных моделях соответствуют классификационному    обобщению    экземпляров    данных    в    типы    и

называются категориями,  а дуги - бинарным  отношением категории.

Граф, удовлетворяющий этим структурным представлениям, носит название графа типов. Обоим направлениям бинарного отношения присваиваются уникальные имена, которые называются функциями доступа (пример студент учится у преподавателя или преподаватель обучает студента).

Семантические сети - служат для представления семантических (смысловых)    текстов,    задаваемых    на    естественном    языке,    были разработаны семантические сетевые модели. Семантические модели - это ориентированный граф. При этом если вершины обозначаются только для ссылок к ним, то дуги содержат сведения о некоторых их семантических свойствах и значениях.

Концепты. - константы или параметры, которые специфицируют физические или абстрактные объекты.

События соответствуют      действиям,      наблюдаемым      в

представляемой области.

Характеристики - вершины, соответствующие свойствам концепты.

Значения - вершины, соотносящиеся с областями значений, которые могут принимать характеристики.

Рисунок 1.3 Пример семантической сети.

Утверждение – дуга, соединяющая два концепта. Порождение экземпляра - дуга, между классом и концептом. Бинарное отношение - дуга, связывающая два класса. Кулешов - концепт, Студент - класс.

Операции,   совершаемые   над   данными   в   семантической   БД   - операции над классами и операции над бинарными отношениями.

Операции над классами:

1.  создание экземпляра класса или установление принадлежности

2. устранение экземпляра из класса.

3. выборка экземпляра из класса.

4. определение принадлежности экземпляра к данному классу.

Операции над отношениями:

1.   установление связи между классами.

2.   установление   связи   между   данным   экземпляром   и   всеми

3.   установление наличия связи между данными экземплярами.

Система управления базами данных (СУБД).

СУБД БАРС - для реляционных баз данных.

1. Осуществляет взаимодействие пользователи с локальными базами данных (ЛБД). ЛБД представлены в виде двумерных. поименных таблиц-отношений.

Способы упорядочения - "КУЧА" записи размещаются последовательно мере их поступления.

"Контрольная" - записи размещаются в БД по адресам, которые представляют собой некоторую функцию от одного или нескольких атрибутов в записи ( например по возрастанию)

'"Обобщенный справочник" - индексно-последовательный способ организации данных. По значению атрибута определяется некоторый интервал отношении в котором должен находится данный атрибут.

Сервисные средства.

Команды:

- получение справочной информации

- обмен информацией между БД и файловой системой (в том числе и системой пользователя)

- оперирование системными  отношениями

- модификация структуры хранения данных,

Структура СУБД БАРС.

Рисунок 1.4 Логическая структура информации в СУБД БАРС.

Методы доступа к данным СУБД

1. Прямой доступ.

а. Доступ с помощью ключа, эквивалентного адресу

 б. Рассеянная память (кэшфункция).

2. Последовательный доступ.

3.  Цепочный доступ.

4. Индексно-последовательный доступ.

5. Индексно-произвольный доступ.

6.  Доступ на основе древовидных структур.

При решении задачи приходится обращаться к управляющим программам, увеличивающих затраты машинного времени из-за многократного обращения к управляющим программам. Но в то же время сокращаются затраты машинной памяти. На практике  возможно применение комбинации двух методов.

Банк данных и база данных

 Банком данных в САПР называется подсистема, обеспечивающая включение, хранение и выдачу информационных массивов, содержащих разнообразные сведения о проектируемых объектах. Банк данных включает в себя:

  1.  Собственно информационные массивы, совокупность которых называют базой данных.
  2.  Программное обеспечение для управления базой данных.

Управление заключается в реализации доступа к базе данных со стороны прикладных программ, в изменении по приказам пользователей содержания и форм записей в базе данных.

База данных может содержать сведения справочного характера, например, физические и геометрические массивы констант  данных элементов объекта проектирования сведения о типовых технологических процессах, закодированные чертежи готовых изделий.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

946. Основные команды работы с файлами и каталогами 103.5 KB
  Команды DOS состоят из имени команды и, возможно, параметров, разделённых пробелами. Имя команды и параметры могут набираться как прописными, так и строчными латинскими буквами.
947. Знакомство с программой Volkov Commander 63.5 KB
  Записать в тетрадь все команды и приглашение операционной системы, на которое вводилась каждая команда. Используя программу vc, зарисуйте структуру диска F:. Создайте в корневом каталоге диска E: новый файл с именем new.txt.
948. Знакомство с программными возможностями Volkov Commander 122.5 KB
  Сервисный пакет Volkov Commander обеспечивает в простой и наглядной форме выполнение наиболее употребительных операций при работе с файлами пользователя. Вызов операций, перечисленных в информационной строке экрана, осуществляется нажатием функциональных клавиш с соответствующими номерами.
949. Операционная система Windows XP 67.5 KB
  Запуск задачи в системе, принципы организации многозадачной работы в системе, вход в систему и выход из нее, изменение размеров и положение окон на экране, перемещение и переупорядочивание значков, использование меню, выполнение типичных действий с помощью меню.
950. Основы работы в операционной системе Windows XP 73 KB
  Работа с файловой структурой в программе Проводник. Исследование методов запуска программы Проводник. Поиск файлов. Создание ярлыков.
951. Привод ленточного конвейера 270.5 KB
  Нахождение мощности на приводном валу. Определение возможной частоты вращения вала электродвигателя. Выбор типа и схема установки подшипников. Расчет валов на статическую прочность и сопротивление усталости. Выбор смазочных материалов и системы смазывания. Расчет на сопротивление усталости.
952. Разработка типовой конфигурации для рекрутинговых агентств в системе 1С: Предприятие 8 441 KB
  Краткая характеристика предприятия. Аппаратное и программное обеспечение места прохождения практики. Описание этапов разработки программного продукта. Описание пользовательского интерфейса. Обоснование выбора средств разработки программного продукта.
953. Расчет соединений деталей 236 KB
  Кинематический расчет привода. Проверочный расчет валов на прочность. Определение частоты вращения вала электродвигателя. Проверка прочности шпоночного соединения. Эквивалентные нагрузки на подшипник с учетом переменности режима работы. Эквивалентные нагрузки на подшипник с учетом переменности режима работы.
954. Основы экономической теории 541 KB
  Предмет и метод экономической теории. Общие проблемы экономического развития и основные экономические системы. Рынок, его сущность и функции. Правовые предпосылки рыночного хозяйства. Эластичность спроса и предложения. Типы рыночных структур: конкуренция и монополия.