Концептуальная технология анализа и проектирования информационных систем на базе СУБД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 1

 

Концептуальная технология анализа и проектирования информационных систем на базе СУБД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные определения

База данных – совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Банк данных – это система специальным образом организованных данных:

                            -баз данных,

                            - программных средств,

                            - технических средств,

                            - языковых средств,

                            предназначенных для централизованного  накопления и коллективного иного  целевого использования данных.

СУБД – это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования Баз данных многими пользователями.

Концепция – способ рассмотрения сложных объектов и систем.

Концептуальная  модель – описание этого способа.

Страта – часть сложной системы.

Структура информационной страты связана с тем, как организованы данные в нашей информационной системе.

Функция информационной страты связана с тем, как организуется взаимодействие между пользователем и ЭВМ при обработке данных.

Управление информационной стратой связано с деятельностью администратора базы данных, который отвечает за целостность и сохранность данных.

 

 

 

1. Общие положения СК анализа

С системной точки  зрения подход к банкам данных намечается из концептуальной модели сложной системы, для которой можно записать следующее  выражение:

S₀ = < S^и_о, S^м_о, S^эн_о, S^эк_о, S^орг_о >,

где S – это страты объекта S₀,

а        и – информационная,

м – материальная,

эн – энергетическая,

эк – экономическая,

          орг– организационная.

Графически  концептуальная модель объекта представляется следующим образом (рис.1.1.):

Рис.1.1.

Когда речь идет о банках данных. то мы  должны рассматривать  информационную страту объекта S^и₀.

Если рассматривать  теперь более детально страту S^и, то она может быть представлена в виде следующей концептуальной модели:

S^и = < S^и_μ, S^и_φ, S^и_ω, S^и_μφ, S^и_φμ, S^и_ωμ, S^и_μω, S^и_ωφ, S^и_φω >,

где  μ –  структура,

φ – функция,

ω – управление.

или в графическом  виде (рис.1.2.):

Рис.1.2.

2. Структурный аспект информационной страты объекта автоматизации

Структуру информационной страты мы будем рассматривать на 2-х уровнях.

1 уровень анализа  дает нам общее представление  об информационных элементах  системы и их связях. На основании  этого строится база данных  объекта автоматизации.

2 уровень анализа  дает нам представление о внутренней  структуре каждого из информационных элементов, об атрибутах этого информационного элемента и о его функциональных связях. С точки зрения базы данных этот уровень анализа дает нам представление о каждой из таблиц базы данных.

Каждому из уровней  соответствует своя концептуальная модель.

а) Концептуальная модель 1-го уровня

S^и_µ = < E^и_i, V^и_ke, Ψ^и, P^и_µkl, T >,

где E^и_i – информационные элементы объекта,

V^и_ke – связи между информационными элементами,

Ψ^и – конфигурация связей,

P^и_µkl – параметр связи между элементами,

µkl – текущие значения элементов E,

T – это параметр, который указывает на то, что необходимо определить, как первые 4 элемента концептуальной модели меняются во времени.

Концептуальную  модель можно представить в графическом  виде (рис.1.3.):

 

 

S^и – информационная страта

 

   V₁₃ V_2n

 

P_µ13  P_µ32 Ψ_p

V₃₂

Рис.1.3.

Так схема базы данных представляется в конструкторе базы данных СУБД Visual FoxPro.

б) Концептуальная модель 2-го уровня

Концептуальная модель 2-го уровня относится к каждому  информационному элементу объекта, т.е. к каждому из элементов Е_i .

S^и_µ = < e_ij, v_ijk, Ψ_i, P_µijk, T >,

где i – номер информационного элемента Е,

j – номер информациооного элемента е,

k – номер информационного элемента е, с которым связан элемент j,

e_ij – компоненты информационного элемента Е_i ,

v_ijk – связи между e_ij и e_ik ,

Ψ_i – конфигурация связей,

P_µijk – параметр связи между e_ij и e_ik ,

T – имеет сигнал, аналогично сигналу для 1-го уровня.

Концептуальная модель 2-го уровня также имеет графическую  интерпретацию (рис.1.4.). Для информационного элемента  Е₁: Е₁ – состоит из атрибутов е₁₁, е₁₂, е₁₃ и т.д.

 

e11

e12

e13

e14

. . .

e1i

. . .

e1n

 

 

Рис.1.4.

Конфигурация связей Ψ_i является предметом анализа для определения качества таблиц базы данных, т.е. есть ли в базе данных аномалии включения, удаления и обновления.

Если конфигурация связей имеет вид (рис.1.5.):

 

 

 

 

 

Рис.1.5.

 

или

 

 

Рис.1.6.

 

Т.е. все атрибуты зависят  от одного элемента ключа, то в этих таблицах нет проблем или аномалий, связанных с коррекцией информации, вводом данных и удалением записей из таблиц.

Если конфигурация связей имеет вид (рис.1.7):

 

Рис.1.7.

или

 

Рис.1.8.

Т.е. атрибуты зависят не только от ключа, но есть и простые (         )   и множественные (              ) связи внутри информационных элементов, то этим информационным элементам присущи все аномалии.

Закономерности перехода от сложной конфигурации связей к  простой, т.е. от таблиц, обладающих аномалиями включения, удаления и обновления, и таблицами, где этих аномалий нет, рассматриваются в теории нормальных форм (предмет дальнейшего изучения).

3. Функциональный аспект информационной страты объекта автоматизации S^и_φ

Концептуальная модель S^и_φ  выглядит следующим образом:

S^и_φ = < x^и, y^и, F^и, P^и_φ, T >,

где x^и – вектор входных воздействий,

y^и – вектор реакции системы,

F^и – функция преобразования х в у,

P^и_φ – параметр функции преобразования,

T –время.

В графическом виде этот аспект объекта можно представить следующим образом (рис.1.9):

Рис.1.9.

Здесь х^и = (х^и₁ , х^и₂, х^и_i, х^и_l)

где  х^и_i – интерпретируется как i входной документ

и х^и_i = (х_i1 , х_i2, х_i3… х_ij…)

где х_ij – интерпретируется как j компонента или атрибут i входного документа.

И аналогично для выходных векторов:

у^и = (у^и₁ , у^и₂, у^и_k, у^и_m)

где  у^и_k – интерпретируется как k входной документ

и у^и_k = (у_k1 , у_k2, у_k3… у_kj…)

где у_kj – интерпретируется как j компонента или атрибут k-го входного документа.

F^и: {x à y}

Функция преобразования F интерпретируется следующим образом:

информация из входных  документов или векторов х₁ , х₂ . . . заполняет базу данных. Этот процесс определяет те функции, которые должен реализовать пользовательский интерфейс проектируемой системы, т.е. выбор вида работы ввод информации, её корректировку, формулировку запросов.

Далее, набор выходных векторов у₁ , у₂ . . . определяет те операции над данными, которые производятся с использованием всей структуры базы данных. Эти процессы тоже определяют функции, которые должны быть включены в пользовательский интерфейс. Это формирование различных отчетов, справок, ответы на запросы, формирование требуемых текстов и т.д.

Обобщая сказанное, можно  сказать, что F это набор функций, которые должен реализовать пользовательский интерфейс.

P^и_φ – этот параметр функции преобразования обычно интерпретируется как нормативно-справочная информация, характерная для объекта автоматизации.

Т – при рассмотрении этого параметра, необходимо рассмотреть  поведение х^и, у^и, F^и и P^и_φ во времени.

F - имеет графическую интерпретацию.

Если мы выделим основные функции, которые реализует пользовательский интерфейс, то мы получим пункты главного меню системы, которые в СУБД реализуются  как экранная форма.

- экранная форма 1. Она состоит  из 3-х кнопок, каждая из которых  вызывает свою функцию.

Если мы выбираем функцию 1, то мы перейдем к экранной форме, которая  нам позволит производить, например, ввод информации l.

Если мы выбираем функцию  2 , то мы перейдем к экранной форме, которая нам позволит осуществить запросы к базе данных, т.е. графически, мы можем интерпретировать F как структуру экранных форм или структуру объектов, т.к. в объектно-ориентированных СУБД формы являются объектами.

Итак:

 

Рис.1.10.

 

 

 

5. Функционально-структурный аспект информа-ционной страты объекта автоматизации  S^и_φµ

К.М. S^и_φµ = < x, y, E, T >

Для раскрытия этого аспекта рассмотрим взаимодействие векторов х и у с базой данных. Графически это взаимодействие представлено на рис.1.11.

Рис.1.11.

 

Внутри прямоугольника различаются информационные элементы Е₁, Е₂ … Е_n базы данных (структура). С базой данных взаимодействует вектор х – вектор входных воздействий. База данных, в свою очередь, взаимодействует с вектором у – вектором реакции системы.

Вектор х является результирующим и он состоит из векторов х₁, х₂ … х_l.

Вектор у имеет составляющие у₁, у₂ … у_m . Вектора х и у являются элементами функции. Поэтому аспект носит название функционально(х,у)-структурного (Е₁÷Е_n)

Между множеством компонент входных векторов и множеством атрибутов информационных элементов Е₁… Е_n базы данных должно быть соответствие, т.е. каждый компонент входного вектора х должен быть размещен в соответствующем атрибуте одного из информационных элементов базы данных Е₁… Е_n .

Элементы базы данных E_{1 …} Е_п .

Между множеством компонент  выходных  векторов и множеством атрибутов базы данных должно быть следующее соответствие. Значение каждого компонента выходного вектора Y должно быть получено из значений атрибутов базы данных путем определенных  преобразований.

Пример  соответствия между компонентами X и атрибутами базы данных:

е₁₁=х₁₁…

е₁₅=х2₁…

е₂₂=х3₁…  и т.д.

Так как первый компонент вектора  Х₁ – (Х₁₁) размещается в первом атрибуте информационного элемента Е₁, а именно е₁₁,  первый компонент вектора Х₂ –(Х₂₁) размещается в пятом атрибуте информационного элемента Е₁ и т.д.

Пример   соответствия между атрибутами  базы данных и компонентами вектора Y.

y₁₁=e₁₁ - прямой перенос данных