Лекция 2. 1 Предметная область информационной системы
 Скачать 413.06 Kb.
|
|
– 10 – запрос преобразуется в формальный запрос, понятный системе. Информацион- ный язык ИПС может быть основан на подмножестве естественного языка, ко- торое относится к обслуживаемой ПрО. Но чаще поиск документа осуществля- ется с помощью шаблонов – экранных форм, включающих поля описания до- кумента. В эти поля вносятся конкретные значения, которые и определяют условия поиска документов. На рис. 1.2 приведён пример поиска через экран- ную форму в справочнике библиотек. В форме указаны два условия – округ и фрагмент названия библиотеки, и в результате поиска система выдала три запи- си, удовлетворяющие этим условиям. Рис. 1.2. Пример поиска данных через экранную форму Мы будем основное внимание уделять фактографическим АИС, имея в виду, что ИПС и документальные АИС создаются с помощью тех же про- граммных средств и на тех же принципах, что и СОД, а специфические момен- ты обработки данных реализуются через приложения (программы, внешние по отношению к ядру СОД). Разработка любой АИС начинается с определения предметной области. 1.3. Предметная область информационной системы Предметная область (ПрО) информационной системы рассматривается как совокупность реальных процессов и объектов (сущностей), представляю- щих интерес для её пользователей [6]. Каждая из сущностей ПрО обладает определённым набором свойств (атрибутов). Для упрощения процедуры описания ПрО в большинстве случаев прибе- гают к определению типов сущностей. Тип позволяет выделить из всего мно- жества сущностей ПрО группу сущностей, однородных по структуре и поведе- нию (относительно рамок рассматриваемой ПрО). Например, для ПрО "Инсти- тут" в качестве типов сущностей могут рассматриваться студенты, преподава- тели, дисциплины и т.п. Данные предметной области представляются экземплярами сущностей (студент Иванов, преподаватель Сидоров, дисциплина "Базы данных"). Экзем- – 11 – пляры сущностей одного типа обладают одинаковыми наборами атрибутов, но должны отличаться значением хотя бы одного атрибута для того, чтобы быть узнаваемыми (например, студенты могут иметь одинаковые ФИО, но должны иметь разные номера зачётных книжек). Среди атрибутов сущности можно выделить существенные и малозначи- тельные. Признание какого-либо свойства существенным носит относительный характер. Например, атрибут Должность для сотрудника является существен- ным, а для читателя библиотеки – малозначительным. Атрибуты можно условно классифицировать следующим образом: 1) Идентифицирующие и описательные атрибуты. Идентифицирующие атри- буты имеют уникальное значение для сущностей данного типа, описатель- ные заключают в себе интересующие свойства сущности. 2) Составные и простые атрибуты. Простой атрибут состоит из одного ком- понента, его значение неделимо; составной атрибут является комбинацией нескольких компонентов, возможно, принадлежащих разным типам данных. 3) Однозначные и многозначные атрибуты (могут иметь соответственно одно или много значений для каждого экземпляра сущности). 4) Основные и производные атрибуты. Значение основного атрибута не зави- сит от других атрибутов. Значение производного атрибута вычисляется на основе значений других атрибутов. 5) Обязательные и необязательные.Значение обязательного атрибута всегда устанавливается при помещении данных в БД; значение необязательного ат- рибута может быть пропущено. Спецификация атрибута состоит из его названия, типа данных, размера и описания ограничений целостности – множества значений, которые может при- нимать данный атрибут. Между сущностями ПрО могут существовать связи, имеющие различный содержательный смысл (семантику). Например, студент учится в группе, врач лечит пациента, клиент имеет вклад в банке. Связи могут быть факультатив- ными или обязательными. Если вновь порождённая сущность одного из типов оказывается по необходимости связанной с сущностью другого типа, то между этими типами сущностей есть обязательная связь. Иначе связь является факуль- тативной. Примеры обязательной и факультативной связей приведены на рис. 1.3. Здесь связь замещает является обязательной (изображается двойной линией), потому что каждый сотрудник должен работать на определённой должности, а связь замещается является факультативной, т.к. должность мо- жет быть вакантна. Примечание. В данном учебном пособии наименования сущностей, атрибутов и связей вы- деляются курсивом и подчёркиванием. Кроме того: 1. Сущность записывается прописными буквами (ОТДЕЛ). 2. Атрибут сущности начинается с прописной буквы (Название). Ключевой атрибут выделяется полужирным шрифтом (Табельный номер). 3. Связь между сущностями определяется глаголом (работает). – 12 – замещает СОТРУДНИК ДОЛЖНОСТЬ замещается Рис. 1.3. Примеры обязательной и факультативной связей Для удобства каждую связь между сущностями можно изображать одним ромбом (рис. 1.4). Выделяют также показатель кардинальности связи: "один к одному" (1:1), "один ко многим" (1:n) и "многие ко многим" (m:n) (рис. 1.4). КОЙКА ПАЛАТА ВРАЧ ПАЦИЕНТ занимать находиться лечить N M N 1 1 1 Рис. 1.4. Примеры различной кардинальности связей Связи, приведённые на рис. 1.4, с учётом семантики означают следующее: пациент–койка (1:1) – каждый пациент занимает одну койку, каждая койка в каждый момент времени может быть занята только одним пациентом; палата–пациент (1:n) – каждый пациент находится в одной палате, в каждой палате могут находиться несколько пациентов; пациент–врач (n:m) – каждый пациент может лечиться у нескольких врачей, каждый врач может лечить несколько пациентов. Обратите внимание: необязательная связь имеет модификатор "может", а у обя- зательной связи его нет. Степень связи – это количество типов сущностей, которые входят в связь. Различают унарные (рис. 1.5,а), бинарные (рис. 1.5,б) и тернарные (рис. 1.5,в) связи. (На практике связи с большей степенью редко используются). Унарная связь означает, что одни экземпляры сущности связаны с другими эк- земплярами этой же сущности (например, одни сотрудники руководят другими, а деталь может являться частью механизма). Различают тип связи и экземпляр связи. Тип связи определяется её име- нем, обязательностью, степенью и кардинальностью, например, бинарная связь учится между сущностями ГРУППА и СТУДЕНТ, обязательная для студента, кардинальностью 1:n. А экземпляр связи – это конкретная связь между студен- том Сидоровым и группой Н-11, в которой он учится. – 13 – ПРЕПОДАВАТЕЛЬ СОТРУДНИК ВРАЧ ПАЦИЕНТ экзаменовать руководить лечить а) унарная связь б) бинарная связь СТУДЕНТ ДИСЦИПЛИНА в) тернарная связь Рис. 1.5. Примеры связей различной степени Совокупность типов сущностей и типов связей между ними характеризу- ет структуру предметной области. Собственно данные представлены экземпля- рами сущностей и связей между ними. Данные экземпляров сущностей и связей хранятся в базе данных информационной системы, а описание типов сущностей и связей является метаданными. Множества экземпляров сущностей, значения атрибутов сущностей и эк- земпляры связей между ними могут изменяться во времени. Поэтому каждому моменту времени можно сопоставить некоторое состояние предметной обла- сти. Состояния ПрО должны подчиняться совокупности правил, которые ха- рактеризуют семантику предметной области. В базе данных эти правила могут быть заданы с помощью так называемых ограничений целостности, которые накладываются на атрибуты сущностей, типы сущностей, типы связей и/или их экземпляры. Фактически ограничения целостности – это правила, которым должны удовлетворять значения данных в БД. Например, для библиотеки мож- но привести такие ограничения целостности: количество экземпляров книги не может быть отрицательным; номер паспорта читателя должен быть уникаль- ным; каждая книга относится к определённому разделу рубрикатора ББК – библиотечно-библиографической классификации и т.д. Для того чтобы обеспечить соответствие базы данных текущему состоя- нию предметной области, база данных динамически обновляется (периодиче- ски или в режиме реального времени). Это обновление называется актуализа- цией данных. Актуализация может проводиться: вручную, если изменения в данные вносит пользователь (например, запись сведений о выдаче абоненту книги в библиотеке); автоматизировано, если изменения инициируются пользователем, но вы- полняются программно (например, обновление списка должников в библио- теке – читателей, которые просрочили дату возврата книг); – 14 – автоматически, если данные поступают в электронном виде и обрабатыва- ются программой без участия человека (это касается, например, автомати- зированных систем управления производством). Правильность обновлений может контролироваться программно, но правильнее контролировать их автоматически с помощью ограничений целостности БД. База данных является информационной моделью внешнего мира, некото- рой предметной области. Во внешнем мире сущности ПрО взаимосвязаны, по- этому в БД эти связи должны быть отражены. Если связи между данными в БД отсутствуют, то имеет смысл говорить о нескольких независимых БД и хранить их раздельно. 1.4. Назначение и основные компоненты системы баз данных Система БД включает два основных компонента: собственно базу данных и систему управления базами данных – СУБД (рис. 1.6). Большинство СОД включают также программы обработки данных (прикладное программное обес- печение, ППО), которые обращаются к данным через СУБД. Прикладное программное обеспечение Система управления базами данных База данных Рис. 1.6. Компоненты системы баз данных В соответствии с рис. 1.6 СУБД обеспечивает выполнение двух групп функций: предоставление доступа к базе данных прикладному программному обеспе- чению (или квалифицированным пользователям); управление хранением и обработкой данных в БД. Таким образом, обращение к базе данных возможно только через СУБД. БД предназначена для хранения данных информационной системы. Поль- зователи обращаются к базе данных обычно не напрямую через средства СУБД, а с помощью внешнего интерфейса – приложения, входящего в состав АИС. Если пользователей можно разделить на группы по характеру решаемых задач, то приложений может быть несколько (по количеству задач или групп пользо- вателей). Например, для библиотеки можно выделить три группы пользовате- лей: читатели, которым нужно осуществлять поиск книг по различным призна- кам; сотрудники, выдающие и принимающие у читателей книги (библиотека- ри); сотрудники отдела комплектации, осуществляющие приём новых книг и списание старых. – 15 – 1.5. Уровни представления данных Современная технология баз данных основана на концепции многоуров- невой архитектуры СУБД. Эти идеи впервые были сформулированы в отчёте рабочей группы по базам данных Комитета по планированию стандартов Аме- риканского национального института стандартов (ANSI/X3/SPARC). Этот отчёт был опубликован в 1975 г. В нём была предложена обобщенная трёхуровневая модель архитектуры СУБД, включающая концептуальный, внешний и внутрен- ний уровни (рис. 1.7). Внешний уровень Концептуальный уровень Внутренний уровень Рис. 1.7. Уровни представления данных Концептуальный уровень архитектуры ANSI/SPARC служит для под- держки единого взгляда на базу данных, общего для всех её приложений и не- зависимого от них и от среды хранения [5]. Концептуальный уровень представ- ляет собой формализованную информационно-логическую модель ПрО. Опи- сание этого представления называется концептуальной схемой или схемой БД. Схема базы данных – это описание базы данных в терминах конкретной модели данных. Внутренний уровень архитектуры поддерживает представление данных в среде хранения и пути доступа к ним [5]. На этом архитектурном уровне БД представлена в полностью "материализованном" виде, тогда как на других уровнях идёт работа на уровне отдельных экземпляров или множества экзем- пляров данных. Описание БД на внутреннем уровне называется внутренней схемой или схемой хранения. Внешний уровень архитектуры БД предназначен для групп пользовате- лей. Описание представления данных для группы пользователей называется внешней схемой. Наличие внешнего уровня позволяет поддерживать разное представление одних и тех же данных для различных групп пользователей или задач [5]. Каждый из этих уровней может считаться управляемым, если он обладает внешним интерфейсом, который обеспечивает возможности определения дан- ных. В этом случае становятся возможными формирование и системная под- держка независимого взгляда на БД для какой-либо группы персонала или пользователей, взаимодействующих с БД через интерфейс данного уровня. В архитектурной модели ANSI/SPARC предполагается наличие в СУБД механизмов, обеспечивающих междууровневое отображение данных "внешний – концептуальный" и "концептуальный – внутренний". Функциональные воз- – 16 – можности этих механизмов определяют степень независимости данных на всех уровнях. На переходе "внешний – концептуальный" обеспечивается логиче- ская независимость данных, на переходе "концептуальный – внутренний" – физическая независимость. Под логической независимостью подразумевается возможность вносить изменения в концептуальный уровень, не меняя пред- ставление БД для пользователей, или изменять представление данных для поль- зователей без изменения концептуальной схемы. Физическая независимость данных подразумевает возможность вносить изменения в схему хранения, не меняя концептуальную схему БД. Основной характеристикой баз данных является совместное использова- ние данных многими пользователями АИС. Должно существовать какое-то об- щее понимание информации, представленной данными. Общее понимание должно относиться к чему-либо внешнему по отношению к пользователям, и оно должно быть зафиксировано. Для этого необходима некоторая предвари- тельно определённая грамматика, которую принято называть моделью данных. ! Задания для практических занятий Тема: предметная область информационной системы 1. Выделить базовые и зависимые сущности для различных ПрО ("Отдел кадров", "Магазин", "Институт", "Проектная организа- ция"). 2. Определить набор атрибутов для различных сущностей ("Студент", "Сотрудник", "Проект"). 3. Определить связи между сущностями в различных ПрО ("Отдел кадров", "Магазин", "Институт", "Проектная организация"). |