49010 (Современные информационные продукты и услуги), страница 3

-объекты, обладающие внутренней структурой и однозначно идентифицируемые уникальным внутрисистемным ключом;

-классы, являющиеся по сути типами объектов;

-операции над объектами одного или разных типов, называемые "методами";

-инкапсуляция структурного и функционального описания объектов, позволяющая разделять внутреннее и внешнее описания (в терминологии предшествовавшего объектному модульного программирования - "модульность" объектов);

-наследуемость внешних свойств объектов на основе соотношения "класс-подкласс" [5].

К достоинствам объектно-ориентированной модели относят:

-возможность для пользователя системы определять сложные типы данных (используя имеющийся синтаксис и свойства наследуемости и инкапсуляции);

-наличие наследуемости свойств объектов;

-повторное использование программного описания типов объектов при обращении к другим типам, на них ссылающимся [3].

К недостаткам объектно-ориентированной модели можно отнести:

-отсутствие строгих определений, разное понимание терминов и различия в терминологии, например, изъявляется готовность изложить восемь различных толкований такого базового понятия, как "наследуемость";

-как следствие - эта модель не исследована столь тщательно математически, как реляционная;

-отсутствие общеупотребимых стандартов, позволяющих связывать конкретные объектно-ориентированные системы с другими системами работы с данными [17].

Некоторые специалисты основным и главным отличием объектно-ориентированной модели от реляционной считают наличие уникального системного идентификатора. Эта разница связана с одним интересным семантическим явлением. Дело в том, что в реляционной модели объект целиком описывается его атрибутами.

Модель "объектов-ролей"

Еще одной моделью данных, имеющей конкретную реализацию, является модель "объектов-ролей", предложенная еще в начале 70-х годов. В отличие от реляционной модели в ней нет атрибутов, а основные понятия - это объекты и роли, описывающие их. Роли могут быть как "изолированные", присущие исключительно какому-нибудь объекту, так и существующие как элемент какого-либо отношения между объектами. Модель служит для понятийного моделирования, что отличает ее от реляционной модели. Модель "объектов-ролей" сейчас привлекает большое внимание специалистов, однако до промышленных масштабов ее использования, сравнимых с двумя предыдущими, ей пока далеко [15].

Концептуальная модель данных

 Концептуальная модель наиболее полно отвечает потребностям проектирования баз знаний и построена на ряде принципов, которые мы сейчас рассмотрим. Есть две большие области понятий в концептуальной модели. Обе они построены по принципу иерархического дерева. Первая область – это дерево типов данных, вторая – дерево данных. Дерево типов описывает структуру данных дерева данных, поэтому без дерева типов нет никакой логической целостности дерева данных.

Уровень упрощения – уровень детализации представления об объекте реального мира, достаточный нам для его описания и последующего использования.

Свойство объекта – это одна из характеристик объекта реального мира, информацию, о которой мы будем хранить в базе данных.

События – набор реакций объекта на изменения внешних условий, описанных в нашей базе данных.

Тип – набор свойств и событий объекта, описанных как единый комплекс. При этом, в зависимости от уровня упрощений, у нас может быть свойством типа другой тип.

Объект – совокупность типов и свойств, объединенных в один тип, способный описать объект реального мира.

Связь – это свойство типа или свойства типа, характеризующая взаимосвязь типов в дереве данных или способ изменения значения свойства объектного типа соответственно. Бывают три типа связей: включение в дереве данных, вставка из другого типа значения свойства типа и ссылка на экземпляр типа в дереве данных. Включение позволяет строить дерево данных.

Наследование – это способ описания дерева типов [19].

Имея такие богатые возможности, концептуальная модель долгое время была не реализована. Авторами концептуальной модели были Смит и Смита – американские ученые, написавшие ряд статей в 1972 – 1976 годах, которые, по общему мнению, считались утопией.

Инфологическая модель данных

Наиболее близка к концептуальной модели, модель “Сущность-связь”, хоть и значительно более ущербная с точки зрения пользователя. Основными конструктивными элементами инфологических моделей, являются сущности, связи между ними и их свойства.

Сущность – любой различимый объект.

Атрибут – поименованная характеристика сущности.

Связь – ассоциирование двух или более сущностей.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Как правило – это первичный ключ в таблице базы данных.

К. Дейт определяет три основных класса сущностей: стержневые, ассоциативные и характеристические, а также подкласс ассоциативных сущностей – обозначения [8].

Ассоциативная сущность – это связь вида "многие-ко-многим".

Характеристическая сущность (характеристика) – это связь вида "многие-к-одной" или "одна-к-одной" между двумя сущностями (частный случай ассоциации). Единственная цель характеристики в рамках рассматриваемой предметной области состоит в описании или уточнении некоторой другой сущности. Это что-то вроде перечисления.

Обозначающая сущность или обозначение – это связь вида "многие-к-одной" или "одна-к-одной" между двумя сущностями и отличается от характеристики тем, что не зависит от обозначаемой сущности.

Архитектура БД

Эффективность функционирования информационной системы (ИС) во многом зависит от ее архитектуры. В настоящее время перспективной является архитектура клиент-сервер. В достаточно распространенном варианте она предполагает наличие компьютерной сети и распределенной базу данных, включающей корпоративную базу данных (КБД) и персональные базы данных (ПБД). КПД размещается на компьютере-сервере, ПБД размещают на компьютерах сотрудников подразделений, являющихся клиентами корпоративной БД.

Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиентом-компютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса компьютерной сети могут выступать, к примеру, базы данных, файловые системы, службы печати, почтовые службы. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он управляет.

Достоинством организации информационной системы по архитектуре клиент-сервер - удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей информации с индивидуальной работой пользователей над персональной информацией. Архитектура клиент-сервер является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа общей корпоративной информации с индивидуальной работой пользователей над персональной информацией. Она допускает различные варианты реализации.

Исторически первыми появились распределенные ИС с применением файл-сервера. В таких ИС по запросам пользователей файлы базы данных передаются на персональные компьютеры (ПК), где и производится их обработка. Недостатком такого варианта архитектуры является высокая интенсивность передачи обрабатываемых данных. Причем, зачастую передаются избыточные данные: вне зависимости от того, сколько записей из базы данных требуется пользователю, файлы базы данных передаются целиком.

Структура распределенной ИС, построенной по архитектуре клиент-сервер с использованием сервера баз данных. При такой архитектуре сервер базы данных обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Формируемые пользователем или приложением запросы поступают к серверу БД в виде инструкций языка SQL. Сервер базы данных выполняет поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. Достоинством такого подхода в сравнении предыдущим является заметно меньший объем передаваемых данных.

Для создания и управления персональными БД и приложений, работающих с ними, используются СУБД, такие как Access Visual FoxPro фирмы Microsoft, Paradox фирмы Borland.

Корпоративная БД создается, поддерживается и функционирует под управлением сервера БД, например Microsoft SQL Server или Oracle Server.

В зависимости от размеров организации и особенностей решаемых задач информационная система может иметь одну из следующих конфигураций

-компьютер-сервер, содержащий корпоративную и персональные базы;

- компьютер-сервер и персональные компьютеры с ПБД;

-несколько компьютеров-серверов и персональных компьютеров с ПДБ [20].

Использование архитектуры клиент-сервер дает возможность постепенного наращивания информационной системы предприятия, во-первых, по мере развития предприятия; во-вторых, по мере развития самой информационной системы

Разделение общей БД на корпоративную БД и персональную БД позволяет уменьшить сложность проектирования БД по сравнению с централизованным вариантом, а значит снизить вероятность ошибок при проектировании и стоимость проектирования.

Важнейшим достоинством применения БД в информационных системах является обеспечение независимости данных от прикладных программ. Это дает возможность пользователям не заниматься проблемами представления данных на физическом уровне: размещения данных в памяти, методов доступа к ним и т.д.

Такая независимость достигается поддерживаемым СУБД многоуровневым представлением данных в БД на логическом (пользовательском) и физическом уровнях. Благодаря СУБД и наличию логического уровня представление данных обеспечивается отделение концептуальной (понятийной) модели БД от ее физического представления в памяти компьютера.

2.2 Система управления базами данных

Можно считать, что если прикладная информационная система опирается на некоторую систему управления данными, обладающую этими свойствами, то эта система управления данными является системой управления базами данных (СУБД).

Система управления базами данных (СУБД) – это указания на программный комплекс, реализующий базы данных [21].

Основными функциями СУБД является:

-непосредственное управление данными во внешней памяти. Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы).

-управление буферами оперативной памяти. СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере, этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера, например аварийное выключение питания и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД. Журнал - это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью. Иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках, в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД. Во всех случаях придерживаются стратегии "упреждающей" записи в журнал. Самая простая ситуация восстановления - индивидуальный откат транзакции.

Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД [21].

Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками БД. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL.

Типовая организация современной СУБД: логически в современной реляционной СУБД можно выделить наиболее внутреннюю часть - ядро СУБД, компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит. В некоторых системах эти части выделяются явно, в других - нет, но логически такое разделение можно провести во всех СУБД.

Ядро СУБД - отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра, как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым в программах, производимых компилятором SQL или в подсистеме поддержки выполнения таких программ и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.

Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу. В отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а иногда даже с проникновением внутрь ядра.

Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средства интеграции локальных баз данных, располагающихся в некоторых узлах вычислительной сети, с тем, чтобы пользователь, работающий в любом узле сети, имел доступ ко всем этим базам данных как к единой базе данных. При этом должны обеспечиваться: простота использования системы; возможности автономного функционирования при нарушениях связности сети или при административных потребностях; высокая степень эффективности. Возможны однородные и неоднородные распределенные базы данных. В однородном случае каждая локальная база данных управляется одной и той же СУБД. В неоднородной системе локальные базы данных могут относиться даже к разным моделям данных. Сетевая интеграция неоднородных баз данных - это актуальная, но очень сложная проблема. Многие решения известны на теоретическом уровне, но пока не удается справиться с главной проблемой - недостаточной эффективностью интегрированных систем.