Основные модели данных и их характеристики

Ведение

Для ПК и даже в среде ряда пакетов (например, табличных процессоров, интегрированных и др.) приводит к созданию большого числа относительно простых и небольших БД, достоинством которых (при наличии соответствующих СУБД) являются простота определения и доступа к данным. Под банком данных (БнД) понимается система лингвистических, программных, аппаратных и организационных средств, основанная на БД-технологии и предназначенная для централизованного накопления и коллективного использования данных в той или иной прикладной области. Тогда как система обработки информации (СОИ) реализует автоматизированный сбор, обработку и хранение информации, включая соответствующие лингвистические, программные, аппаратные, организационные средства и обслуживающий их персонал.
Под целостностью БД понимается актуальное состояние ее данных, отражающих состояние некоторой реальной прикладной области и подчиняющихся правилам непротиворечивости. Под языком БД понимается один или совокупность языков, обеспечивающих описание данных, манипулирование с данными. Конкретный язык БД всегда ассоциируется с конкретной СУБД. СУБД представляет собой средства обработки на языке базы данных, позволяющие обрабатывать обращения к БД, поступающие от прикладных программ и/или конечных пользователей, и поддерживать целостность БД. Таким образом, СУБД имеет свойства, характерные как для компиляторов, так и для ОС, однако по сравнению с первыми обеспечивается более высокий уровень абстрагирования, что оказывается очень полезным как для программистов, так и для конечных пользователей.

Основные модели данных и их характеристики

Термин «модель данных» был введен американским математиком Коддом в 1970 г. при обосновании реляционной модели данных. Это понятие соответствует такому смысловому аспекту термина «модель», который понимается как средство, инструмент для моделирования.

В этом широком смысле любая система машинных команд, любой язык программирования, любая СУБД как инструмент для моделирования информации о предметной области, является моделью данных, так как предоставляет свои средства для описания, организации данных и их обработки.

В ГОСТе понятие модели данных для СУБД определяется как «совокупность правил порождения структур данных в базах данных, операций над ними, а также ограничений целостности, определяющих допустимые связи и значения данных, последовательности их изменения».

Таким образом, в понятие «модель данных» входят три составляющие:

·  средства для организации данных;

·  операции для обработки, манипулирования данными;

·  ограничения, обеспечивающие целостность данных;

На каждом уровне работы с данными – инфологическом (до представления данных в ЭВМ), логическом и внутреннем (при размещении данных в ЭВМ) используются свои инструментальные средства. На инфологическом наиболее часто используется простейшая модель «сущность-атрибут-связь». На внутреннем уровне все СУБД используют в разных реализациях сходные приемы и средства, такие как страничная организация логических записей БД в наборах данных, организация служебных индексных файлов, сходные методы доступа и т. д.

Инструментальные средства логического уровня наиболее типизируются несмотря на то, что каждая СУБД представляет собой оригинальную модель данных. Поэтому «моделью данных» в узком смысле называют тип модели данных логического уровня.

Основной единицей организации и обработки данных в иерархической и сетевой модели данных служит запись (или группа данных), состоящая из элементов. Элемент данных – наименьшая (обычно поименованная) единица структуры данных, к которой СУБД может адресоваться. Элементы данных группируются в агрегаты данных – поименованные совокупности элементов или более мелких входящих агрегатов. Запись – это агрегат, который не входит в состав никакого другого агрегата.

Различают понятия тип записи и экземпляр записи. Тип записи определяется составом и последовательностью элементов и агрегатов. Экземпляр записи (или просто запись) – совокупность конкретных значений элементов в соответствии со структурой записи.

Один элемент или некоторая совокупность элементов данных в записи может быть объявлена первичным ключом записи, если значения первичного ключа идентифицируют экземпляр записи.

Тип записи обычно соответствует типу объекта, сущности предметной области, при этом экземпляр записи соответствует конкретному экземпляру какой-нибудь сущности.

Для описания связей между записями разных типов в иерархической и сетевой моделях используется единственный конструктивный элемент-набор, или групповое отношение. Это поименованная совокупность записей, образующих двухуровневую иерархическую структуру.

Каждый тип набора представляет собой отношение между двумя (или несколькими) типами записей, рассматриваемыми как множества экземпляров записей. Для каждого типа набора один тип записи (более высокого уровня иерархии) объявляется владельцем набора, а остальные типы записи – членами набора. Каждый экземпляр набора должен содержать только один экземпляр записи типа записи-владельца и столько экземпляров записей типа записи-члена, сколько их связано с записью-владельцем.

Основное назначение набора – представление связей между сущностями предметной области. С помощью этого конструктивного элемента строится структура всей базы данных в иерархической и сетевой моделях. База данных в этих моделях – это поименованная совокупность групп и групповых отношений.

В сетевых моделях один и тот же тип записи может быть членом в нескольких групповых отношениях и одновременно быть владельцем в других. В иерархической модели база данных можеть иметь только древовидную структуру. Количество деревьев в БД определяется числом корневых записей.

В отличие от сетевой модели в иерархической типы наборов не именуются, поскольку они определяются парой типов записей. В иерархических моделях запись-владелец называется исходной записью, а запись-член группового отношения – подчиненной записью.

Иерархический путь – единственный путь к записи от корневой записи, к любой записи в иерархической модели доступ обеспечивается по иерархическому пути, т. е. начиная от соответствующей корневой записи. Корневая запись обязательно должна содержать ключ с уникальными значениями. Ключи некорневых записей должны иметь уникальные значения только в экземплярах групповых отношений. Каждая запись идентифицируется полным сцепленным ключом, под которым понимается совокупность ключей всех записей от корневой по иерархическому пути.

При фиксированном членстве запись жестко закрепляется за записью-владельцем и не может существовать без этого владельца. Подчиненную запись можно исключить из экземпляра группового отношения только удалив её из БД. При удалении записи-владельца система автоматически удаляет из БД и все подчиненные записи, объявленные фиксированными членами в соответствующих групповых отношениях.

Обязательное членство означает, что каждая подчиненная запись, будучи однажды включенная в групповое отношение, впредь всегда будет связана с некоторой записью-владельцем. Допускается переключение подчиненной записи к другому владельцу, но невозможно её существование без владельца. Для удаления записи-владельца необходимо, чтобы она не имела подчиненных записей с обязательным членством. Также подчиненные записи следует предварительно удалить, либо переключить в другие экземпляры того же отношения.

Необязательное членство позволяет исключить подчиненную запись из экземпляра её группового отношения, но сохранить её в БД, не прикрепляя к другому владельцу.

В иерархической модели данных всегда обеспечивается автоматический режим включения и фиксированное членство.

Множество операций определяет виды обработок, которым могут подвергаться объекты модели данных. Сюда в первую очередь входят операции выбора данных и операции, изменяющие состав БД. В сетевой и иерархической модели основной единицей обработки является запись, поэтому к основным операциям в этих моделях относятся операции: «запомнить запись», «удалить запись», «обновить запись», «извлечь запись».

Операция «извлечь» имеет несколько модификаций: извлечь корневую запись можно по значению ключа; допускается последовательный просмотр корневых записей; для движения по структуре служит операция «извлечь следующий» (в смысле обхода дерева слева направо); в операции «извлечь» допускается задание условий выборки.

В сетевой модели кроме операций извлечения, запоминания, удаления и обновления имеются операции для включения записи в групповое отношение, для переключения её к другому владельцу в том же групповом отношении, для исключения из группового отношения.

Кроме этих основных операций существует и набор дополнительных операций, выполняющих служебные функции при работе с БД.

Ограничения целостности в сетевой и иерархической моделях поддерживаются неявно, по умолчанию описанными выше правилами, регламентирующими организацию данных и манипулирование записями: обязательность ключевых атрибутов для корневых записей, обеспечение режимов включения и исключения записей в соответствии с классами членства и т. д. Кроме того, могут задаваться явно и затем поддерживаться СУБД другие ограничения целостности. Например, можно задать области допустимых значений для элементов данных записей, могут быть включены специальные процедуры проверки корректности состояния данных и др.

Отличительные особенности иерархической и сетевой моделей: основной единицей обработки в них является запись; в иерархической модели данные организованы в иерархические структуры и обработка начинается только с корневой записи, а доступ к некорневым обеспечивается только по иерархическому пути; в сетевой модели данных обработка может быть начата с записи любого типа независимо от её расположения в БД, и от извлеченной записи возможны переходы как к её подчиненным записям, так и к тем, которым она подчинена; при отображении сетевых структур предметной области в иерархической БД необходимо дублирование данных, при этом семантическая целостность автоматически не поддерживается.

Реляционная модель данных.

В реляционной модели данных при организации данных основными понятиями являются: домен; атрибут; кортеж; первичный ключ; отношение; схема отношения; внешний ключ; схема базы данных и база данных.

Домен – допустимое подмножество элементов какого-либо типа данных; понятие домена имеет и семантическую нагрузку: данные считаются сравнимыми, когда они относятся и поддерживаются не во всех реляционных СУБД.

Схема отношения – это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена} или, если понятие домена не поддерживается, то {имя атрибута, имя типа данных}.

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения – это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения: «значение» является допустимым значением домена (или типа данных, если понятие домена не поддерживается) данного атрибута.

Отношение – это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят «отношение-схема» и «отношение-экземпляр»; иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей – телом отношения.

Схема БД – это набор именованных схем отношений. Реляционная БД – это набор отношений, имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД.

Понятия кортежа и схемы отношения соответствуют понятиям экземпляра записи и типа записи в иерархической и сетевой моделях. Часто, в том числе и в промышленных СУБД реляционного типа, используется житейская терминология, при этом отношение называется таблицей, схема отношения – заголовком таблицы, кортежи – строками таблицы, атрибуты – столбцами (именами столбцов) таблицы.

Главной структурной единицей в реляционной модели данных являются не отдельные записи-кортежи, а множества кортежей – отношения.

В реляционной модели данных понятие «группового отношение» отсутствует. Для отражения связей между отношениями и их кортежами используется дублирование ключей. Атрибуты, представляющие собой копии ключей других отношений, называются внешними ключами.

Ограничения целостности в реляционной модели данных обеспечиваются, во-первых, исключением дублирования кортежей в отношениях, которые являются информационными образами конкретных объектов предметной области. Это условие называется требованием целостности сущностей. Во-вторых, обеспечиваются целостность по ссылкам. Это требование заключается в следующем: либо для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в ссылающемся отношении, в отношении, на которое ведет ссылка (то есть в том, где соответствующий атрибут является первичным ключом) должен быть кортеж с тем же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа в первом отношении должно быть полностью неопределенным (ни на что не указывать).

СУБД не допускает появления некорректных значений внешнего ключа при обновлении ссылающегося отношения. При удалении же кортежа, на который ведет ссылка, возможны три подхода:

·  запрет такого удаления;

·  изменение значений внешнего ключа во всех ссылающихся кортежах на неопределенное;

·  каскадное удаление, когда при удалении кортежа из отношения, на который ведется ссылка, из ссылающегося отношения автоматически удаляются все ссылающиеся кортежи.

Настройка СУБД на конкретный вариант зависит от требований конкретной предметной области.

В реляционной СУБД, как и в иерархической и сетевой могут быть явно определены дополнительные условия и процедуры ограничений целостности.

Реляционная модель данных обладает такими достоинствами, как простота и наглядность табличного представления данных; непроцедурность запросов и обеспечение большей, чем в других моделях, степени независимости данных; хорошее теоретическое обоснование. Относительно низкое быстродействие, являвшееся тормозом реляционных СУБД, скомпенсировано возросшей производительностью ЭВМ.

Один из самых естественных способов представления данных для пользователей - это двумерная таблица. Она привычна для пользователя, понятна и обозрима, ее легко запомнить. Поскольку любая сетевая структура может быть разложена в совокупность древовидных структур, то и любое представление данных может быть сведено к двумерным плоским файлам. Связи между данными могут быть представлены в форме двумерных таблиц.
Таблица обладает следующими свойствами:

·  каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных;

·  повторяющиеся группы отсутствуют;

·  все столбцы в таблице однородные- это означает, что элементы столбца имеют одинаковую природу;

·  столбцам присвоены уникальные имена;

·  в таблице нет двух одинаковых строк;

Порядок расположения строк и столбцов в таблице безразличен. Таблица такого рода называется отношением. База данных, построенная с помощью отношений, называется реляционной базой данных.

Иерархические структуры в реляционных базах данных

Окружающий мир переполнен иерархическими данными. В это широкое понятие входят компании, состоящие из дочерних компаний, филиалов, отделов и рабочих групп; детали из которых собираются узлы, входящие затем в механизмы; специальности, специализации и рабочие навыки; начальники и подчинённые и т. д. Любая группа объектов, в которой один объект может быть “родителем” для произвольного числа других объектов, организована в виде иерархического дерева. Очевидным примером может послужить иерархия объектов VCL- класс TEdit представляет частный случай TСontrol, потому что TСontrol является его предком. С другой стороны, TEdit можно рассматривать и как потомка TWinControl или TCustomControl, потому что эти классы являются промежуточными уровнями иерархии VCL.

Подобные связи не имеют интуитивного представления в рамках модели реляционных баз данных. Нередко иерархические связи являются рекурсивными (поскольку любая запись может принадлежать любой записи) и произвольными (любая запись может принадлежать другой записи независимо от того, кому принадлежит последняя). В двумерной таблице даже отображение иерархического дерева становится непростым делом, не говоря уже о запросах. Иногда в критерий запроса входит родословная объекта (то есть его родители, родители его родителей и т д.) или его потомство (сюда входят дочерние объекты и всё их потомство).

Операции реляционной алгебры

Операндами в операциях реляционной алгебры и результатами операций являются отношения. В операциях объединения, пересечения, взятия разности, прямого произведения, соединения и деления участвуют два операнда, в остальных – один.

Результатом объединения (пересечения) отношений является отношение, включающее кортежи, которые входят в оба (хотя бы в одно) из отношений-операндов.

Результатом разности отношений будет отношение, включающее кортежи, которые входят в отношение-первый операнд и не входят в отношение-второй операнд.

Результат прямого произведения отношений – отношение, кортежи которого являются конкатенацией (сцеплением) кортежей первого и второго операндов.

Результатом ограничения (селекции) отношения по некоторому условию является отношение, включающее кортежи отношения-операнда, удовлетворяющие этому условию.

Результатом проекции отношения на заданный набор его атрибутов будет отношение, кортежи которого получаются путем взятия соответствующих значений из заданных столбцов кортежей отношения-операнда. Если при этом возникают кортежи-дубликаты, они уничтожаются.

Результатом соединения отношений по некоторому условию является отношение, кортежи которого являются конкатенацией кортежей отношений-операндов и удовлетворяют этому условию. Если условие соединения является равенством значений атрибутов, то операция называется эквисоединением. Если в результирующем отношении совпадающий атрибут отношений-операндов оставляют в одном экземпляре, операция называется естественным соединением.

Результат деления двух отношений – это отношение, определенное на атрибутах первого отношения, которых нет во втором отношении. Кортеж включается в результирующее отношение, когда его декартово произведение с отношением-делителем содержится в отношении-делимом.

Результатом операции переименования будет отношение, тело которого совпадает с телом операнда, но имена изменены.

Операция присваивания позволяет сохранить результат вычисления реляционного выражения в существующем отношении БД. Поскольку результатом любой операции (кроме операции присваивания) является некоторое отношение, можно образовывать реляционные выражения, в которых вместо отношения-операнда некоторой реляционной операции находится вложенное реляционное выражение. Результатом запроса к БД может быть значение одного реляционного выражения.

Не все двухместные операции могут выполняться для любой пары отношений-операндов. Говорят, что отношения совместимы по операции объединения (пересечения, разности) тогда, когда они обладают одинаковыми заголовками. Отношения называются «почти» совместимыми, если они совместимы во всем, кроме имен атрибутов, тогда их можно сделать совместимыми, применяя операцию переименования. Операция переименования может использоваться также тогда, когда возникает конфликт именования атрибутов в операциях прямого произведения и соединения.

В реляционной модели данных кроме аппарата реляционной алгебры есть также аппарат реляционного исчисления, основанный на механизме формальной логики: на исчислении предикатов первого порядка. На языке реляционного исчисления запросы записываются в виде логических формул. Реляционное исчисление менее процедурно, чем реляционная алгебра, так как в логической формуле явно не представлена последовательность действий над отношениями. Реляционная алгебра и реляционное исчисление эквивалентны: реляционная алгебраическая формула переводится в эквивалентную ей логическую формулу. Верно также и обратное.

Объектно-иерархическая модель предметной области

Семантика отношений сущностей ПО часто имеет иерархическую природу. Так, почти все объекты состоят из других объектов (частей), которые, в свою очередь, могут состоять из более мелких частей. Общественные структуры, как правило, отражают жесткую иерархическую модель подчинения, сходящуюся к одному подразделению или человеку. Таких примеров можно привести очень много.

Однако в литературе рассматриваются в основном вопросы моделирования средствами СУБД иерархических структур только дляопределенного класса объектов по какому-то одному типу отношений (подчиненности, вхождению и т. п.). В таком случае при необходимости внесения в модель новых типов сущностей ПО или новых типов отношений между ними требуется определение новых типов реляционных отношений, правил обеспечения целостности, непротиворечивости и достоверности информации. Это следует делать на уровне языка описания и манипулирования данными конкретной используемой СУБД, а при необходимости – и на уровне исходного кода приложений. Все это требует привлечения соответствующих специалистов и дополнительных временных и материальных расходов.

Целесообразно переложить основную тяжесть этой работы на специалистов другого уровня, непосредственно эксплуатирующих данную модель, – инженеров по знаниям в данной ПО и конечных пользователей. Этого можно добиться, если не создавать отдельные реляционные отношения (таблицы) для различных типов сущностей концептуальной модели, а использовать для описания сущностей ПО различных типов и их отношений (связей) ограниченный фиксированный набор таблиц. Это позволяет гибко настраивать БД для моделей различных ПО, не изменяя ее структуры.

Заключение

Способы построения модели данных в первую очередь определяются выбором СУБД, в которой она должна быть реализована. В последнее время получают распространение постреляционные СУБД, имеющие в своем арсенале специальные средства для представления и манипулирования многомерными моделями данных, позволяющими работать со сложноструктурированными данными и преодолевать ограничения, связанные с использованием реляционной технологии СУБД. Реляционные БД вынуждают представлять иерархические данные в терминах кортежей многих отношений. А для выборки данных, разбросанных таким образом по многим отношениям, реляционная БД должна выполнять дорогостоящие операции соединения.

Однако реляционные СУБД продолжают оставаться фактическим стандартом в области хранения и переработки данных. И такое положение продлится, очевидно, еще достаточное время. Поэтому кажется очевидным, что разработка методов построения моделей данных для реляционных СУБД, преодолевающих в некотором смысле перечисленные недостатки реляционного представления сложноструктурированных данных, является актуальной задачей.

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………1

2. Основные модели данных и их характеристики……………………………1

3. Реляционная модель данных…………………………………………………5

4. Иерархические структуры в реляционных базах данных………………….7

5. Операции реляционной алгебры……………………………………………..7

6. Объектно-иерархическая модель Предметной области…………………….9

7. Заключение…………….……………………………………………………..10

Литература

1.  Цаленко семантики в базах данных. – М.: Наука, 1989. – 288 с.

2.  Глушаков данных. – Ростов на Дону.: Феникс, 2000. – 504 с.

3.  Информатика: Учеб. Пособие для студ. пед. вузов / А. В Могилёв, , ; Под ред. . – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004 – 848 с.

В настоящее время СУБД реляционного типа имеют наибольшее применение.

http://abr. *****/docs/MIREA/ignatov_23.html

http://www. *****/referat/ref/id.35952_1.html

Важной задачей проектирования информационных систем является разработка структуры базы данных (БД), являющейся информационной моделью предметной области (ПО).

При построении описания выделенного фрагмента реальной действительности одним из основных допущений является предположение о том, что мир состоит из независимых объектов (предметов, сущностей), которые могут быть уникально идентифицированы. Далее при обозначении реальных объектов ПО для однозначности будем использовать термин сущность.

Сущности ПО необходимо адекватным образом представить в памяти вычислительной машины, чтобы с ее помощью обеспечить поиск, анализ и выдачу накопленной информации в форме, удобной для принятия решений. Эта задача может быть решена путем использования соответствующих средств описания ПО, предоставляющих необходимые базовые понятия, инвариантные по отношению к любым ПО, и правила, позволяющие строить более сложные синтаксические конструкции на основе базовых. Средства представления информации о ПО различные исследователи называют по-разному. Так, в работах по БД их определяют как концептуальные (понятийные), или информационно-логические, а в исследованиях по искусственному интеллекту и экспертным системам – как представление знаний. При этом задача представления ПО в памяти ЭВМ делится на два взаимосвязанных уровня: уровень концептуаль - ного моделирования понятий и уровень модели дан - ных [1].

БД моделирует состояния ПО, а ее концептуальное представление задает статистические и динамические ограничения на состояния ПО, которые могут рассматриваться как некоторые аксиоматические высказывания о ПО.

Концептуальное моделирование обеспечивает высокоуровневые средства спецификации предметной области, используемые для создания проекта информационной системы и ее реализации с помощью инструментальных средств системы управления БД. Концептуальные спецификации ПО предоставляют участвующим в разработке специалистам (конечным пользователям, системным аналитикам и программистам) единую основу для проектирования и реализации информационной системы.

Уровень модели данных обеспечивает необходимые изобразительные средства для представления сущностей ПО в БД. Модель данных можно определить как совокупность формальных средств и методов, в соответствии с которыми логически организуются данные в БД. Модель данных включает согласованную совокупность типов структур данных, операций и ограничений целостности. Структуры данных обеспечивают представление статистических свойств сущностей, а операции – динамических свойств сущностей ПО. Модель данных задает процедурную интерпретацию, базирующуюся на операциях модификации БД, и определяет синтаксическую и семантическую основу для проектирования и эксплуатации БД.

Иерархические и сетевые модели данных базируются на таких понятиях, как запись, атрибут и связь. Более современные модели данных (реляционные и семантические) используют математическое понятие отношения, которое задается на множествах, и понятие объекта для представления сущностей ПО в БД.

Сопоставление различных подходов к концептуальному моделированию предметной области показывает, что наиболее перспективны для концептуального описания ПО комбинированные методы, использующие объектно-ориентированное моделирование и поддерживающие семантические отношения. Для этого, кроме того, нужны способы представления таких моделей в табличной форме (в терминах отношений реляционных моделей данных) для эффективного использования возможностей современных реляционных СУБД.

Представление объектно-ориентированных моделей ПО методами реляционных СУБД является нетривиальной задачей, для решения которой рассмотрим объектно-иерархическую модель ПО, сочетающую в себе преимущества объектно-ориентированного подхода и методов описания семантики отношений объектов.

Уровень концептуального представления.

На уровне концептуального представления объектно-иерархическая модель ПО представляет собой совокупность понятий, связанных между собой по каждому из рассматриваемых различных типов отношений в иерархическую структуру. Таким образом, в отличие от традиционного представления иерархии объектов в объектно-ориентированном моделировании как моноиерархии наследования, в данном случае предлагается в некотором смысле мультииерархичность структуры описания ПО. Иерархические данные в объектно-ориентированных языках естественным образом представляются благодаря тому, что значение атрибута объекта, в свою очередь, может быть объектом.

Объектно-ориентированный подход к моделированию ПО состоит в том, что структура сущностей ПО и их поведение и взаимодействие описываются как единое целое. Объекты не являются совокупностью пассивных данных. Это активные образования, которые могут производить необходимые операции над элементами своей структуры и вызывать требуемые изменения в состоянии других объектов. Объекты используются для моделирования понятий ПО и событий или действий.

Таким образом, объекты содержат декларативную и процедурную части и могут быть представлены в виде

obj = <shm(obj), met(obj), mes(obj)>, (1)

где shm(obj) – схема объекта, представляющая собой совокупность имен множества дифференциальных, характеристических параметров и валентных признаков, определяющих экстенсионал и интенсионал объекта; met(obj) – методы, используемые для изменения экземпляров объекта; mes(obj) – сообщения, которые могут посылаться объектом.

Объекты не находятся в статическом состоянии, а изменяют его в течение времени. Состояние объекта определяется некоторым его экземпляром. Экземпляры одного объекта различаются значениями параметров, имена которых одинаковы. Параметры объектов могут быть характеристическими и дифференциальными. Характеристические параметры позволяют отличать экземпляры объектов одного типа, а дифференциальные используются в качестве характеристики содержания экземпляра объекта.

Связи (валентные признаки) обеспечивают иерархические ссылки между различными объектами. Без потери общности эти связи можно считать бинарными.

Состояние, в котором может находиться объект, изменяется с помощью методов. Метод – это определенная внутри объекта процедура, для которой значения параметров объекта доступны без явной передачи их в качестве параметров.

ПО при объектно-ориентированном подходе представляется в виде некоторого множества объектов, которые взаимодействуют между собой только путем посылки сообщений, вызывающих события, связанные с изменением состояния объектов. Кроме того, события могут генерироваться и извне, например, из системного окружения.

Для реализации предложенной концептуальной объектно-иерархической модели ПО был выбран сервер БД InterBase Server. Этот выбор объясняется возможностью InterBase, наряду с присущими ему средствами, характерными для СУБД такого класса (хранимые процедуры (STORED PROCEDURE), определяемые пользователем функции (UDF)), использования механизма посылки уведомлений клиентских приложений о наступлении какого-либо события (EVENT) [5]. При этом одновременно работающие приложения могут обмениваться сообщениями через сервер БД, вызывая хранимые процедуры, в которых реализована инициация нужного события. Это позволит эффективно и без лишних затрат организовать реализацию процедурной части представленной концептуальной модели.

Исходя из сказанного, на уровне модели данных объектно-иерархическая модель ПО представляет собой иерархическую совокупность взаимосвязанных реляционных таблиц, упрощенная структура которых представлена на рисунке 2. Реляционные отношения имеют следующий смысл и назначение.

- Object соответствует объектам концептуальной модели и содержит перечень объектов ПО.

- StrType определяет типы объектов, представленных в Object.

- Parameters определяет параметры объектов ПО, не являющихся объектами. Параметры могут быть любого из типов данных, поддерживаемых СУБД.

- Ratio_Type определяет типы (семантику) отношений в ПО.

- Ratioes соответствует отношениям концептуальной модели и содержит их полный перечень.

- Obj_Ratio реализует логическую связь Ratioes-Object типа М:М.

- Events обеспечивает организацию обслуживания событий в порядке очередности поступления.

- Correlations соответствует методам концептуальной модели.

Эта схема отражает лишь декларативное представление структуры описания объектов и их взаимосвязей, соответствующее статическому состоянию ПО. Не будем касаться вопросов обеспечения целостности, непротиворечивости и достоверности информации, лишь отметим, что они реализуются применением таких средств СУБД, как первичные и внешние ключи, ограничения на значения отдельных полей, генераторы и триггеры.

Динамика процессов взаимодействия объектов концептуальной модели реализована с использованием рассмотренных выше средств, предоставляемых InterBase Server (STORED PROCEDURE, UDF, EVENT), и специально разработанного сервисного модуля, обеспечивающего реализацию фиксации генерируемых БД событий и вызов соответствующей хранимой процедуры для означивания нужных параметров объектов. Эти хранимые процедуры служат средством использования той или иной функции из библиотеки, предоставляющей набор разработанных UDF, состав которых может быть изменен или дополнен при необходимости введения других правил означивания параметров объектов. Механизм такого моделирования динамики функционирования модели ПО представлен на рисунке 3.

Для реального наполнения БД объектами ПО, установления требуемых семантических связей между ними разработан блок администрирования БД в виде компонента ActiveX «Управления иерархической базой данных» для ОС Windows, реализующего соответствующие интерфейсы ввода и корректировки информации с помощью оконных форм. Первоначальная структура создается на этапе подготовки системы к применению и открыта для пополнения и изменения по мере создания новых структур данных, требующих данные о других объектах ПО.

Компонент «Управления иерархической базой данных» был использован в системе мониторинга состояния учебного процесса Ростовского военного института ракетных войск. В виде объектно-иерархической модели ПО была представлена информация о структуре показателей качества функционирования вуза, характеризующих все виды обеспечения с необходимой детализацией, о причинно-следственных связях между ними, необходимых ресурсах и их потребностях для изменения состояния учебного процесса.

Список литературы

1. Цаленко семантики в базах данных. – М.: Наука, 1989. – 288 с.

2. Полякова иерархической структуры данных в среде MS SQL Server// Программные продукты и системы. – 2001. -№2. – с. 5-9.

3. А Моделирование иерархических объектов. - http://www. *****/database/articles/tree. shtml, 2001.

4. , Семенов знаний и объектно-ориентированная СУБД Cache.- http:// www. inftech. *****/it/ii/ar4.html

5.  InterBase SQL Server 5.5: Language Reference. – InterBase Software Corp. Tech Pubs, 1999. – 304c.

http://www. *****/index. php? page=article&id=697