Логическая организация базы данных
Дата добавления: 2013-12-24 ; просмотров: 3745 ; Нарушение авторских прав
Обеспечение банков данных
Для выполнения главных функций ИС существует комплекс средств, называемый обеспечивающим составом, иди обеспечением банков данных.
1) Техническое обеспечение, то есть все аппаратные средства, необходимые ьдля функционирования систем.
2) Математическое обеспечение – совокупность методов, способов математических моделей и алгоритмов управления БД и решения прикладных задач.
3) Программное обеспечение – это программы, в среде которых функционирует БД и набор сервисных программных средств, необходимых для выполнения вспомогательных операций и решения пользовательских задач.
4) Информационное обеспечение – представляет собой совокупность системы классификации и кодирования информации, входных документов и вспомогательных информационных массивов, в которых размещаются таблицы кодирования и другие данные.
5) Лингвистическое обеспечение – множество языков, использующихся в СУБД, и набор словарей, образующих словарный состав ИС.
6) Организационное обеспечение – комплекс мероприятий и руководящих документов, определяющих организацию повседневной эксплуатации банков данных и эффективное обслуживание пользователя.
Организация баз данных
Процесс создания БД включает 2 этапа:
1) Выработку логической организации БД;
2) Создание БД на носителе.
Логическая организация БД – представление пользователя о той предметной области, информация о которой должна храниться в БД, то есть это логическая модель предметной области. Такая модель отражает 3 вида информации:
сведения об объектах предметной области;
отношения между объектами.
Объекты на схеме представляются типами записи, свойства объекта – элементарными или групповыми данными (в виде полей записи), отношения – связями между типами записи и полями. Такая модель не зависит от физической среды, то есть типа компьютера, операционной системы и СУБД, так как абстрагируется от смыслового содержания данных, отражает только формы представления информации и связи между данными.
Логическую модель можно представить несколькими способами. Для ИС характерны 2 способа схемы представления данных – графический и табличный.
Графический способ основан на изображении моделей данных в виде ориентированного графа, вершины которого служат для отображения типов записей, в дуги – связи между записями.
Табличный способ состоит в представлении информации о предметной области в виде одной или нескольких таблиц, заголовок каждой из которых аналогичен типу записи графической модели.
В настоящее время известны 3 графические модели:
Последняя наиболее широко применяется на ПК.
Иерархическая модель данных основана на графическом способе. Она представляет собой дерево, в вершинах которого располагаются типы записей, каждая из вершин связана только с одной вершиной вышележащего уровня.
Рис. 16. Иерархическая модель данных.
Поиск данных в такой структуре выполняется по одной из ветвей, начиная с корневого элесента, то есть должен быть указан полный путь движения по ветви. Так, для поиска и выбора одного или нескольких экземпляров записи типа «Студент» необходимо указать корневой элемент «Факультет», элементы «Курс» и «Группа».
Сетевая модель данных также использует графический способ представления данных, и схема также отображается в виде графа. Однако, по сравнению с иерархической моделью, никаких ограничений на количество связей, входящих в каждую вершину, не накладывается, что позволяет отражать связь между объектами предметной области практически любой степени сложности, в частности кольцевой структуры.
Рис. 17. Сетевая структура данных.
Реляционная модель данных (РМД) строится на использовании табличных средств представления данных и манипулирования ими. в РМД вся информация о предметной области отображается в таблице, которая называется отношением.
Строка называется кортежем, столбец — атрибутом.
Каждый атрибут может принимать подмножество значений из определённой области, которая называется доменом. Домен, таким образом, является областью определения одного или нескольких атрибутов. Отношения к кортежам и атрибутам присваиваются имённо.
Отношения характеризуются числом кортежей (m) и числом атрибутов (n), составляющие яркость отношений. Различают:
§ и т.д. (n-арные отношения).
К отношению предъявляется ряд требований:
1) Значение атрибута, то есть данные, расположенные на пересечении строки и столбца, являются неделимыми, элементарными (атомарными).
2) В отношении не может быть двух одинаковых кортежей, то есть двух одинаковых строк.
3) Ряд следования атрибутов в отношении – фиксирован, то есть нельзя переставить столбцы местами.
4) Порядок следования кортежей не фиксирован.
Эти требования создали предпосылки для применения к отношению РМД математического аппарата реляционной алгебры.
Существует определённая аналогия между структурой отношений и организации данных, предусмотренной в операционной системе:
§ Атрибут отождествляется с полем записи;
§ Кортеж – с экземпляром записи;
§ Отношение – с файлом.
В состав РМД может входить несколько отношений, каждое из которых имеет свою схему, поэтому под РМД понимается набор отношений, удовлетворяющих указанными ниже требованиям.
Рис. 18. Реляционная модель данных.
Для поиска данных по ключу отдельные атрибуты объявляются в качестве возможных ключей, один из которых назначается первичным. Форма отношения, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к РМД, называется нормальной формой, а процесс приведения отношений к нормальной форме называется нормализацией отношений.
В настоящее время используются 6 нормальных форм и 6 этапов нормализации:
§ Приведение к 1 нормальной форме (1 NF);
Отношение называются нормализованными, если оно находится в одной из этих форм.
На каждую из форм распространяется принцип вложенности. Если отношение находится в форме с номером N, например, в 3 NF, то оно обязательно находится и в форме N-1. Обязательным условием для работы с РМД является нахождение 1 NF.
Преобразование из таблицы в другие формы необходимо в том случае, если наблюдается добавление или удаление кортежей либо атрибутов, в результате чего в таблице могут возникать искажения информации. Отношение находится в 1 NF, если значения всех его атрибутов атомарны. Одним из способов приведения отношения к первой нормальной форме является декомпозиция, то есть разложение на 2 и более новых отношений, совокупность эквивалентных исходов.
Основной недостаток РМД – большая информационная избыточность, как на логическом, так и на физическом уровне. Трудоёмким является также процесс нормализации отношений.
Кроме рассмотренных моделей, иногда используется и простейшая организация данных – модель на плоских файлах. Плоскими называются файлы, в которых не предусматривается ни прямых, ни косвенных связей между типами данных. Так, если в структуре иерархической и сетевой моделей данных убрать все связи, а в таблице РМД не использовать поле «Должность» в качестве атрибута связи, то эти модели превратятся в модель БД на плоских файлах.
Источник
Понятие физической и логической организации данных.
Под базой данных (БД) обычно понимается именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Характерной чертой баз данных является постоянство: данные постоянно накапливаются и используются; состав и структура данных, необходимых для решения тех или иных прикладных задач, обычно постоянны и стабильны во времени; отдельные или даже все элементы данных могут меняться — но и это есть проявление постоянства — постоянная актуальность.
Система управления базами данных (СУБД) — это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания ведения и совместного использования БД многими пользователями.
Организация данных базы определяется видом модели данных, которую поддерживает конкретная СУБД.
Модель данных — это метод(принцип) логической организации данных, реализуемый в СУБД. Организация данных в базе характеризуется двумя уровнями — логическим и физическим.
Логическая организация БД определяется типом структур данных и видом модели данных, которая поддерживается СУБД.
База данных является совокупностью взаимосвязанных массивов данных.
Массив БД с простейшей организацией состоит из однотипных записей.
Логическая структура БД(концептуальная модель) всегда является некоторой реализацией модели данных СУБД для конкретной предметной области.
Такая структура определяется:
1.совокупностью объектов модели, поддерживаемой СУБД,
2.описанием структуры каждого объекта и 3.логических связей между объектами.
Логическая структура базы данных является в то же время отображением информационно-логической модели данных (ИЛМ)предметной области в модель, поддерживаемую СУБД.
Логическая организация БД – это представление пользователя о той предметной области, информация о которой должна хранится в БД.
Результатом логического проектирования является концептуальная схема БД (это логическая модель предметной области). Эта модель отражает три вида информации:
• сведения об объектах предметной области;
• сведения о свойствах объектов;
• сведения об отношениях между объектами.
Такая модель не зависит от: физической среды (типа ЭВМ), операционной системы, СУБД.
Логическую модель можно представлять несколькими способами. Для информационных систем характерны два способа представления данных:
• графический(модель представляют в виде графа, вершины которого – записи, а дуги – этосвязи между записями);
Сейчас известны три логические модели:
• реляционная (наиболее распространены)
Реляционные СУБД: dBase, FoxBase , Clipper, FoxPro, Access.
Иерархическая модель данных (ИМД) представляет собой дерево. Особенности: каждая из вершин связана только с одной вершиной вышележащего уровня (иерархии).
В реляционной модели данных информация о предметной области представляется таблицей – отношением.
Физическая организация БД – совокупность методов и средств размещения данных во внешней памяти и созданная на их основе внутренняя (физическая) модель данных. В отличие от логических моделей физическая модель данных связана со способами организации данных на носителях методами доступа к данным. Эта модель указывает каким образом записи размещаются в БД, как они упорядочиваются, как организуются связи, как локализовать записи и осуществить выборку. Внутренняя модель разрабатывается средствами СУБД.
Основными средствами физического моделирования в БД являются:
1. структура хранения данных (в простейшем случае, структуру хранения данных можно представить в виде структуры записи файла БД, которая включает поля записи, порядок их размещения, типы и длины полей);
2. поисковые структуры (чтобы сократить время поиска данных, в базе разрабатываются поисковые структуры, они определяют быстрый способ нахождения записи в базе);
3. язык описания данных.
ВСУБД на ПК чаще всего используют следующие типы поисковых структур:
Дата добавления: 2015-02-16 ; просмотров: 171 | Нарушение авторских прав
Источник
Логическая организация БД
Понятие, структурные элементы баз данных (БД).
Лекция 4. Базы данных и системы управления базами данных
1. Понятие, структурные элементы баз данных (БД).
2.Логическая организация БД.
4.Характеристика современных СУБД, технология работы в СУБД.
Современной формой организации информационных систем являются банки данных, (БнД) которые представляют систему информационных, программно- математических, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного хранения и коллективного использования информационных ресурсов системы.
§ Систему управления БД (СУБД);
§ Языки программирования (запросов и ответов, языки описания данных VBA (Visual Basic for Application), QBE (Query By Example), SQL (Structured Queries Language));
В широком смысле БД — это хранилище данных, относящихся к определенной предметной области.
База данных (БД) — это совокупность взаимосвязанных, совместно используемых, управляемых данных, представленных на машинном носителе.
Структурными элементами БД являются:
Файлы (состоящие из неограниченного количества записей)
Записи (представляют фиксированный набор полей)
 |
Поля (отдельный реквизит, обладающий свойствами: имя, тип, длина и др.)
Система управления БД — это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания БД, ее сопровождения и организации поиска необходимой информации. Организация данных на внутримашинном уровне характеризуется логическим и физическим уровнем представления.
Физическая организация данных определяет способ размещения данных непосредственно на машинном носителе.
Логическая организация БД- это представление пользователя, (проектировщика) о той предметной области, информация о которой должна храниться в БД. Результатом логического проектирования является концептуальная схема базы данных — логическая модель предметной области.
Такая модель отражает 3 вида информации:
· сведения об объектах предметной области;
· и отношениях между объектами.
В зависимости от технологии обработки данных существует 3 вида БД:
Децентрализованная БД устанавливается на каждом рабочем месте пользователя. При этом возникает проблема дублирования, адекватности и непротиворечивости данных.
Централизованная БД устанавливается на сервере файлов и обеспечивает хранение и доступ определенного числа пользователей.
Распределенная БД система БД, состоящая из нескольких взаимосвязанных БД в локальных узлах, объединенных коммуникационным оборудованием. Работа с такой БД осуществляется с помощью системы управления распределенной БД (СУБД).
Централизованные БД с сетевым доступом предполагают две архитектуры:
Информационно-логическая модель предметной области может быть отражена с помощью 3 видов моделей.
Иерархическая модель — представляет совокупность элементов, связанных по определенным правилам:
1. Иерархическое дерево, имеющее множество объектов всегда начинается с главного корня;
2. Иерархическое дерево имеет только один корень;
3. Объект может содержать один или несколько атрибутов, описывающих его свойства;
4.Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево).
5.Каждый элемент на низшем уровне, связан только с одним объектом, находящемся на более высоком уровне.
1уровень А граф элемента С7 (В3, А)
атрибут
 | | |
2уровень В1 В2 В3
 |  |  |  |
3уровень С1 С2 С3 С4 С5 С6 С7
Рис. 3. Иерархическая модель БД
Сетевая модель — является разновидностью иерархической, в которой каждый элемент может быть связан с любым другим элементом низшего уровня. Такая модель представляется в виде диаграммы связей. Они могут быть многоуровневые и иметь разную степень сложности.
Реляционная модель данных или модель Кодда – концепция сформулированная в работах американского ученого Э.Ф. Кодда.
Она ориентирована на организацию данных в виде двумерной таблицы. Каждая реляционная таблица представляет двумерный массив и обладает следующими свойствами:
· все строки таблицы должны иметь одну и ту же структуру, т.е одно и то же количество атрибутов с соответственно совпадающими именами;
· в таблице не может быть одинаковых строк, их количество не ограничено;
· столбцам таблицы присваиваются уникальные имена;
· все столбцы в таблице однородные (т.е. элементы столбца имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.п) и длину;
· строки таблицы соответствуют записям или кортежам, а столбцы — полям или доменам;
· поля могут входить в несколько таблиц;
· в таблицах должны быть ключевые поля, позволяющие идентифицировать записи.
3. Проектирование БД
Включает следующие виды работ:
q постановка задачи и построение информационно-логической модели предметной области;
q Проектирование логической структуры БД;
q Проектирование физической структуры БД;
q Разработка процедур администрирования БД;
Структура описания постановки задачи:
1 раздел: Организационно-экономическая сущность задачи
1.1 Название задачи, ее назначение.
1.2 Место задачи в системе управления.
1.3 Функции задачи.
1.4 Принадлежность к бизнес-процессу с указанием владельца процесса и показателей эффективности процесса.
1.5 Периодичность решения задачи.
2 раздел: Информационное обеспечение задачи
2.1 Описание функциональной бизнес-модели задачи.
2.2 Описание входной информации.
2.3 Используемые классификаторы и шифраторы.
2.4 Описание выходной информации.
3 раздел: Математическое и программное обеспечение
3.1 Экономико-математические методы и модели, используемые при решении задачи.
3.2 Характеристика используемых пакетов прикладных программ, других программных средств, операционной системы.
3.3 Укрупненная блок-схема решения задачи.
Проектирование физической структуры БД предусматривает определение места хранения БД, форматы хранимых данных с целью эффективного использования вычислительных ресурсов.
Администрирование БД предусматривает:
q Создание системы санкционированного доступа к БД;
q Страховое копирование и восстановление БД из копий;
q Анализ эффективности хранения БД:
§ Реструктуризация БД (удаление индексов);
§ Разделение файлов на серверную и клиентскую части и др.
Источник
