Файл: Учебное пособие в оронеж 2015 фгбоу во Воронежский государственный технический университет.doc

Вопросы для самоподготовки:

1. 
   Опишите структуру и классификацию используемых в автоматизированном производстве баз данных?
   
2. 
   Опишите особенности архитектуры современных баз данных?
   
3. 
   Как осуществляется физическая реализация баз данных?
   
4. 
   Какие модели баз данных используются в настоящее время?
   
5. 
   Охарактеризуйте особенности реляционной базы данных?
   
6. 
   Приведите классификацию систем управления баз данных по используемой модели?
   

ГЛАВА 2 Базы данных в автоматизированном проектировании

2.1. Роль и место базы данных в системах автоматизированного проектирования

Для решения разнообразных задач в сферах науки, проектирования, производства, экономики, управления, образования, медицины, культуры и многих других создаются автоматизированные системы (АС).

АС обработки информации в диалоговом режиме представляют собой сложный человеко-машинный комплекс, включающий аппаратуру, программы и людей.

АС обеспечивает:

- надежное и долговременное хранение информации;

- преобразование информации для приложений пользователя;

- предоставление удобного интерфейса пользователям для доступа к информации.

Автоматизированные системы управления различными объектами, системы автоматизации проектирования и проведения научных исследований, банковские системы, системы резервирования билетов, информационно справочные и другие АС обрабатывают информацию чрезвычайно больших объемов и сложной структуры, требуют коллективного доступа к данным и предъявляют высокие требования к скорости получения и достоверности информации.

Эти факторы обусловили необходимость интеграции данных и централизации их управления в больших банках данных.

 Преимущества интеграции и централизованного управления данными:

- сокращение избыточности данных за счет интегрированного хранения;

- многоаспектное использование данных для решения задач многих пользователей;

- устранение противоречивости хранимых данных, возможность поддержки одного уровня обновления данных, т.е. повышение достоверности данных;

- поддержка целостности данных путем

---

проверки корректности запоминаемых данных;

- обеспечение безопасности данных, защита данных от случайного или злонамеренного искажения, хищения и другого вида разрушения;

- обеспечение секретности данных путем разграничения прав доступа к данным;

- обеспечение независимости приложений от способов организации хранения данных и доступа к данным.

 Эффективность применения данных в АС обеспечивается также возможностью доступа к информации без трудоемкого написания программ. Выборка, обновление, добавление и удаление информации выполняется с помощью языка запросов к базе данных (БД).

Достоверность и актуальность данных, хранящихся в БД, и гибкость методов использования этих данных для принятия решения во многом определяют эффективность АС.

2.2. Построение информационного обеспечения САПР

Основу информационного обеспечения (ИО) систем автоматизированного проектирования (САПР) составляет совокупность данных, которые необходимы для выполнения процесса проектирования.

Совокупность данных, используемых всеми элементами САПР, называется информационным фондом. В этом фонде выделяют БД и архивы. Архивами пользуются редко и их помещают в долговременные ЗУ.

Но в определенные моменты времени содержимое архивов помещают в БД. Информационное обеспечение представляет собой совокупность информационного фонда и средств его ведения.

Основное назначение ИО состоит в создании, поддержки и организации доступа к данным. Ядром ИО является БД, которая в САПР играет роль инструмента, объединяющего отдельные элементы.

Базой данных называется структурированная совокупность связанных данных конкретной предметной области разнообразного назначения, в которой отражается состояния объектов, их свойства и взаимоотношения.

Одним из принципов построения САПР является информационная согласованность частей ее программного обеспечения, т.е. пригодность результатов выполнения одной проектной процедуры для использования другой проектной процедуры без их трудоемкого ручного преобразования пользователем. Отсюда вытекают следующие условия информационной согласованности:

– использование программами одной и той же подсистемы САПР единой БД;

– использование единого внутреннего языка для представления данных.

---

Единство информационного обеспечения достигается либо созданием единой БД, либо сопряжением нескольких БД с помощью специальных программ, которые перекодируют информацию, приводя ее к требуемому виду. Части ПО и методы, осуществляющие управление базой данных, составляют систему управления базами данных.

СУБД позволяет получить доступ к интегрированным данным и допускает множество различных представлений о хранимых данных. Программное обеспечение, которое позволяет прикладным программам работать с БД без знания конкретного способа размещения данных в памяти ЭВМ, называют СУБД (рис. 15).



Рис. 15.

СУБД выступает как совокупность программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

СУБД должна обеспечивать простоту физической реализации; возможность централизованного и децентрализованного управления БД; минимизацию избыточности хранимых данных; предоставление пользователю по запросам непротиворечивой информации; простоту разработки, ведение и совершенствование прикладных программ; выполнение различных функций.

СУБД реализует два интерфейса:

1) между логическими структурами данных в программах и в БД;

2) между логической и физической структурами БД.

Опишем порядок работы СУБД в одном из режимов:

1) программа запрашивает возможность чтения данных у СУБД, она передает необходимую информацию о программисте, типе записи;

2) программа осуществляет поиск описания данных, на которые выдан запрос;

3) определяет, какого типа логические и физические записи необходимы;

4) выдает ОС запрос на чтение требуемой записи;

5) ОС взаимодействует с физической памятью;

6) записывает запрошенные данные в системные буферы;

7) выделяет требуемую логическую запись, выполняя необходимые преобразования;

8) передает данные из системных буферов в программу пользователя, а затем программе пользователя информацию о результатах выполнения запроса;

9) прикладная программа обрабатывает полученные данные.

---

---

2.3. Проектирование баз данных

Проектирование базы данных - одна из наиболее ответственных и трудных задач, связанных с созданием системы базы данных. В результате ее решения должны быть определены и содержание базы данных, и эффективный с точки зрения всего сообщества будущих пользователей способ ее организации в среде СУБД, выбранной для реализации системы.

На этапе проектирования конструкторской базы данных необходимо обеспечить хранение всех данных и их независимость от прикладных программ и процессов. Это позволит в дальнейшем изменять структуру и состав информационных элементов без внесения исправлений в работающие с ними программы и наоборот. Кроме того, использование информационных элементов разными группами конструкторов будет полностью отделено от процессов стандартизации, управления данными и их защиты.

Достигнуть этой цели можно только с помощью стандартных средств описания структуры данных, входящих в базу. По способу встраивания этих средств в программное обеспечение все информационные системы можно разделить на две группы.

В малой части систем описание данных неотделимо от прикладных программ, причем в каждой программе описываются только используемые в ней данные. Описания данных компилируются вместе с текстом программы.

В большинстве систем описания данных хранятся отдельно. В результате их обработки формируются каталоги и таблицы, используемые при последующей работе с данными.

Функция определения данных может быть независимой или объединенной с функцией создания файла данных. Описание данных может представлять собой единый массив операторов или совокупность нескольких секций. При описании данные могут явно разбиваться на уровни. Описание элементов, относящихся к некоторому уровню, могут появляться как до, так и после описаний данных следующего, более высокого уровня.

Однако, кроме структурированных по уровням данных, в конструкторской базе данных обычно имеются разделы, ориентированные на конкретные способы обработки данных. В распоряжении разработчика базы данных имеется широкий выбор методов и средств структурирования данных, однако предпочтение следует отдавать стандартным средствам. При описании данных используются имена элементов, их синонимы или заменяющие их номера. Пользователь может задавать: непрерывный диапазон допустимых значений переменной, ее минимальное и максимальное значения, все допустимые или недопустимые значения переменной.

---