Парадигма развития науки (стр. 32 )

Доступ к данным должен осуществляться по достаточно простым за­просам пользователей в режиме диалога или запроса-ответа и по достаточно просто реализуемому обращению из прикладной программы.

Ведение БД должно быть в максимально возможной степени автомати­зировано и реализовано в режиме диалога и обращения из прикладных программ.

Необходимая достоверность и релевантность данных должны опреде­ляться по требуемой точности результатов и принятых решений с учетом полноты данных и возможных ошибок при работе технических средств и программ.

Реализация защиты от несанкционированного и некомпетентного доступа позволяет разрешить доступ к соответствующим данным только лицам и программам, имеющим на это право, и предохранить данные от порчи.

Использование серийных технических и программных средств в значи­тельной степени облегчает и ускоряет процесс создания системы ИО.

22.2. Принципы построения системы инфорационного обеспечения

Организация данных и их взаимодействие с программами пользовате­лей в своем развитии прошли три основных этапа: разобщенный фонд дан­ных, централизованный фонд данных, интегрированная база данных (банк данных).

Рис. 22.2. Схемы организации данных:

а — разобщенный фонд данных; б — централизованный фонд данных; в —инте­грированная БД (БнД); ПП — программма пользователя.

Разобщенный фонд данных (рис. 22.2, а) характеризуется наличием для каждой программы пользователя своих массивов данных (файлов). Эти массивы, как правило, другими задачами не использовались. Описание данных осуществлялось в программе пользователя. Для корректировки данных разрабатывались специальные программы (фрагменты программ). Такая организация обладает следующими недостатками: большой избыточ­ностью информации, полной зависимостью данных и программ пользова­теля, сложностью реализации в программе пользователя доступа к данным.

Централизованный фонд данных (рис. 22.2, б) характеризуется нали­чием совокупности общих (для всех программ пользователей) не связанных между собой массивов данных и программы (комплекса программ), управ­ляющей формированием, поиском, выдачей и корректировкой данных. Данные отделены от задач и организованы чаще всего в библиотеку массивов общего пользования. Форматы данных и структуры массивов унифициро­ваны. При этом недостатки, присущие разобщенному фонду, хотя и имеют место, но значительно снижаются (особенно упрощается реализация досту­па к данным из пользовательских программ), однако разработка сложной программы (комплекса программ) управления является достаточно трудо­емкой. Для централизованного фонда характерна двухуровневая органи­зация взаимодействия программы пользователя с данными: логический уро­вень обработки — физический уровень хранения.

Интегрированная база данных — банк данных (рис. 22.2, в) характе­ризуется объединением в одну систему программных средств управления данными и описаний данных и их взаимосвязей. При этом комплекс про­грамм, управляющий накоплением, ведением, поиском, реорганизацией, выполнением сервисных функций, получил название системы управления базой данных (СУБД), а сама информационная система — банк данных (БнД). Достигаются минимально возможная избыточность данных, макси­мальная независимость программ и данных, простота организации запросов на доступ к данным от пользователей и программ. Для БнД характерна трехуровневая организация взаимодействия программы пользователя с данными: логический уровень пользователя — логический уровень внутри­системной обработки — физический уровень хранения.

Высокая степень унификации структур данных позволяет осуществлять централизованную (промышленную) разработку СУБД и поставку пользователям для широ­кого внедрения.

Анализ методов организации данных показывает, что наиболее эффек­тивной формой системы информационного обеспечения АСНИ является БнД, однако это не исключает достаточно широкого использования цент­рализованного фонда (особенно при организации библиотек) и разобщенного фонда (при необходимости работы с отдельными обособленными фай­лами).

Для описания данных разработаны специальные языки описания данных (ЯОД). Такое описание проводится в терминах имен и характеристик элементов БД, а также связей, которые существуют и должны поддерживаться в ней между экземплярами этих элементов.

22.3. Типы и модели данных

22.3.1. Основные понятия. Множества и отношения

Как уже отмечалось, составление программы для ЭВМ заклю­чается, собственно, в записи соответствующего алгоритма обра­ботки данных на языке, понятном ЭВМ. Естественно, что алго­ритм, а значит и программа будут зависеть от того, как органи­зованы данные, относящиеся к решаемой задаче. В связи с этим остановимся детально на вопросах представления данных и их структур в ЭВМ.

Наиболее простая структура данных соответствует случаю, когда между отдельными данными отсутствуют какие-либо внут­ренние связи. Их набор можно рассматривать как множество.

Множество есть любое собрание определенных и различных между собой объектов, которые можно рассматривать как единое целое. Так, например, можно рассмотреть множества людей, ма­шин, телевизоров. Отдельные объекты множества называются элементами.

Для любых объектов а1, а2,... ап множество обозначается через

{а1, а2,... ап}, т. е. путем перечисления всех объектов, входящих в множество. Другая форма обозначения множества состоит в указании об­щего свойства объектов, из которых оно образуется М = {х|Р(х)}.

Эта запись читается «множество элементов х таких, что имеет место Р(х)». Вертикальная черта в записи расшифровывается как фраза «таких, что», а Р(х) обозначает свойство, характеризующее все элементы данного множества. Например, множество четных чисел М можно записать так:

М{х|х —целое число, делящееся на 2}.

К основным операциям над множествами относятся операции объединения, пересечения, разности. Объединением множеств M1 и М2 (M1M2) называют множест­во тех элементов, которые содержатся по крайней мере в одном из множеств M1 или М2:

M1 М2 = {х|х M1 или х М2}.

Пересечением множеств М1 и М2 (M1 M2) называют такое множество, которое содержит элементы, одновременно принадлежащие как М1 так и М2:

M1M2={x|xM1 и х М2},

Разностью множеств M1 и М2 (M1\M2) называют множество тех элементов, которые принадлежат M1 и не принадлежат М2:

М1\М2 = { x|xM1 и х М2}.

Прежде чем перейти к отношениям, рассмотрим еще одно важ­ное понятие — упорядочение элементов. Если будем рассматривать только два элемента, то интуитивно ясно, что упорядоченная пара элементов — это просто совокупность, состоящая из двух предме­тов, расположенных в некотором определенном порядке. Когда это понятие используют в математике, то говорят, что упорядо­ченной парой элементов множества М называется объект < x1, х2>, состоящий из двух (не обязательно различных) элементов x1, х2 М с указанием, какой из них следует считать первым, а какой — вторым. Так, если рассмотреть множество М ={ x1, х2, x3, х4, х5}, то упорядоченные пары < x1, х2>,

<x2, х1> следует считать различны­ми. К упорядоченным парам элементов из множества М относят также пары < x1, х1> < x2, х2> и т. д. Множество всех упорядоченных пар <xi, хj> из М называют декартовым (или прямым) произведе­нием множества на себя и обозначают М×М:

M×M = { < xi, хj >| xiM, хj M}.

Аналогичным образом вводится и прямое произведение мно­жества M1 на М2:

M1 ×M2 = { < x, y >| xM, y M}.

По аналогии с упорядоченными парами можно ввести понятие упорядоченной тройки < x1, х2, х3>, упорядоченной четверки

< x1, х2, х3, х4> и, воообще, упорядоченной п-ки, где п — произвольное число. Упорядоченная n-ка элементов из М — это п (не обязательно различных) элементов множества М, данных в определенной по­следовательности <a1, a2,..., ап>. Упорядоченные п-ки элементов из множества М называют иногда кортежами над М (длиной п).

Кортежи как раз и используются для формализации отноше­ний. Вообще термин «отношения» применяется для обозначения какой-либо связи между объектами или понятиями. Например, мы говорим «объект х лучше объекта у», «х меньше, чем у», «а равно b», «ДИОД Д2 включен в схему R15». Здесь примерами отноше­ний являются выражения: «лучше», «меньше», «чем», «равно», «включен в», которые показывают, в каком отношении друг к другу находятся элементы.