Разработка базы данных для оформления заявок клиентов телефонной сети на примере ФГУП «ЦАГИ»

Централизованный характер управления данными в базе данных предполагает необходимость существования некоторого лица (группы лиц), на которое возлагаются  функции администрирования данными, хранимыми в базе.

1.4.1. Классификация баз  данных

По  технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная  база данных хранится в памяти одной  вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к  такой базе. Такой способ использования  баз данных часто применяют в  локальных сетях ПК.

Распределенная  база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих  друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По  способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым  доступом предполагают различные архитектуры  подобных систем:

• файл-сервер;

• клиент-сервер.

Файл-сервер. Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер, файлов). На такой машине хранится совместно  используемая централизованная БД. Все  другие машины сети выполняют функции  рабочих станций, с помощью которых  поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами  передаются на рабочие станции, где  в основном и производится обработка. При большой интенсивности доступа  к одним и тем же данным производительность информационной системы падает. Пользователи могут создавать также на рабочих  станциях локальные БД, которые используются ими монопольно.

Клиент-сервер. В этой концепции  подразумевается, что помимо хранения централизованной базы данных центральная  машина (сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объема обработки  данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск  и извлечение данных на сервере. Извлеченные  данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SOL.

1.4.2. Структурные элементы базы данных

Понятие базы данных тесно связано  с такими понятиями структурных  элементов, как поле, запись, файл (таблица).

Поле — элементарная единица  логической организации данных, которая  соответствует неделимой единице  информации — реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики:

- имя (Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения);

- тип (символьный, числовой, календарный);

- длина (например, 15 байт, причем  будет определяться максимально  возможным количеством символов);

- точность для числовых данных, например два десятичных знака  для отображения дробной части  числа.

Запись — совокупность логически  связанных полей. Экземпляр записи — отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл (таблица) — совокупность экземпляров  записей одной структуры.

В структуре записи файла указываются  поля, значения которых являются ключами  первичными (ПК), которые идентифицируют экземпляр записи, и вторичными (ВК), которые выполняют роль поисковых  или драпировочных признаков (по значению вторичного ключа можно  найти несколько записей).

1.4.3. Понятие информационного объекта

Информационный объект — это  описание некоторой сущности (реального  объекта, явления, процесса, события) в  виде совокупности логически связанных  реквизитов (информационных элементов). Такими сущностями для информационных объектов могут служить: цех, склад, материал, вуз, студент, сдача экзаменов  и т.д.

Информационный объект определенного  реквизитного состава и структуры  образует класс (тип), которому присваивается  уникальное имя (символьное обозначение), например Студент, Сессия, Стипендия.

Информационный объект имеет множество  реализации — экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью  конкретных значений реквизитов и идентифицируется значением ключа (простого — один реквизит или составного — несколько  реквизитов). Остальные реквизиты  информационного объекта являются описательными. При этом одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть ключевыми, а в других - описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.

1.4.4. Нормализация отношений

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных  наборов отношений взаимосвязанных  информационных объектов. Группировка  атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определенный набор отношений  обладает лучшими свойствами при  включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные  наборы отношений, если он отвечает требованиям  нормализации отношений.

Нормализация отношений — формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет  устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.

Выделены три нормальные формы  отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение  преобразовать к третьей (самой  совершенной) нормальной форме.

Первая нормальная форма.

Отношение называется нормализованным  или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (далее неделимы). Преобразование отношения  к первой нормальной форме может  привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению  ключа.

Например, отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) наводится  в первой нормальной форме.

Вторая нормальная форма.

Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким  понятиям, как функциональная зависимость  и полная функциональная зависимость.

Описательные реквизиты информационного  объекта логически связаны с  общим для них ключом, эта связь  носит характер функциональной зависимости  реквизитов.

Функциональная зависимость реквизитов — зависимость, при которой экземпляре информационного объекта определенному  значению ключевого реквизита соответствует  только одно значение описательного  реквизита.

Такое определение функциональной зависимости позволяет при анализе  всех взаимосвязей реквизитов предметной области выделить самостоятельные  информационные объекты.

В случае составного ключа вводится понятие функционально полной зависимости.

Функционально полная зависимость  не ключевых атрибутов заключается  в том, что каждый не ключевой атрибут  функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части  составного ключа.

Отношение будет находиться во второй нормальной форме, если оно находится  в первой нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут функционально  полно зависит от составного ключа.

Третья нормальная форма.

Понятие третьей нормальной формы  основывается на понятии нетранзитивной зависимости.

Транзитивная зависимость наблюдается  в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого  описательного реквизита.

Отношение будет находиться в третьей  нормальной форме, если оно находится  во второй нормальной форме, и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Для устранения транзитивной зависимости  описательных реквизитов необходимо провести «расщепление» исходного информационного  объекта. В результате расщепления  часть реквизитов удаляется из исходного  информационного объекта и включается в состав других (возможно, вновь  созданных) информационных объектов.

1.4.5. Типы связей

Все информационные объекты предметной области связаны между собой. Различаются связи нескольких типов, для которых введены следующие  обозначения:

- один к одному (1:1);

- один ко многим (1 : М);

- многие ко многим (М : М).

Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта  А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта  В и наоборот.

При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А. Графически данное соответствие имеет вид.

Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот.

1.5.   Модели данных

1.5.1. Сведенья о моделях данных

Инфологическая модель отображает реальный мир в некоторые понятные человеку концепции, полностью независимые  от параметров среды хранения данных. Существует множество подходов к построению таких моделей: графовые модели, семантические сети, модель «сущность-связь» и т.д. Наиболее популярной из них оказалась модель «сущность-связь».

Инфологическая модель должна быть отображена в компьютеро - ориентированную даталогическую модель, «понятную» СУБД. В процессе развития теории и практического использования баз данных, а также средств вычислительной техники создавались СУБД, поддерживающие различные даталогические модели.

Сначала стали использовать иерархические  даталогические модели. Простота организации, наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяли добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных ЭВМ с весьма ограниченными объемами памяти. Но, если данные не имели древовидной структуры, то возникала масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.

Сетевые модели также создавались  для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из «наборов» – поименованных двухуровневых  деревьев. «Наборы» соединяются с  помощью «записей-связок», образуя  цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество  «маленьких хитростей», позволяющих  увеличить производительность СУБД. Но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать  массу терминов, изучить несколько  внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для  осуществления навигации среди  различных экземпляров, наборов, записей  и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал: «Сетевая база –  это самый верный способ потерять данные».

Сложность практического использования  иерархических и сетевых СУБД заставляла искать иные способы представления  данных. В конце 60-х годов появились  СУБД на основе инвертированных файлов, отличающиеся простотой организации и наличием весьма удобных языков манипулирования данными. Однако такие СУБД обладают рядом ограничений на количество файлов для хранения данных, количество связей между ними, длину записи и количество ее полей.

Физическая организация данных оказывает основное влияние на эксплуатационные характеристики БД. Разработчики СУБД пытаются создать наиболее производительные физические модели данных, предлагая  пользователям тот или иной инструментарий для поднастройки модели под конкретную БД. Разнообразие способов корректировки физических моделей современных промышленных СУБД не позволяет рассмотреть их в этом разделе.

1.5.2. Виды моделей данных

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью  модели данных могут быть представлены объекты предметной области и  взаимосвязи между ними.

Модель данных — совокупность структур данных и операций их обработки.

СУБД основывается на использовании  иерархической, сетевой или реляционной  модели, на комбинации этих моделей  или на некотором их подмножестве.

Рассмотрим три основных типа моделей  данных: иерархическую, сетевую и  реляционную.

Иерархическая модель данных

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных  между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный  граф (перевернутое дерево).

К основным понятиям иерархической  структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый  объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся  на более высоком уровне. Иерархическое  дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой  другой вершине и находящуюся  на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Сетевая модель данных

В сетевой структуре при тех  же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.