.RU

2.5. Основные принципы построения территориальных АИС - Информационные технологии управления


^ 2.5. Основные принципы построения территориальных АИС

Современное развитие информационных технологий и сетей передачи данных обеспечивает возможность создания территориальных АИС различного уровня и назначения. При этом основными принципами их создания являются следующие:

  1. ^ Ведущая роль органов государственной власти. Мировой опыт развития информационных систем показал, что без участия органов государственной власти создать единое информационное пространство невозможно. Поэтому органы государственной власти должны выступать организующей, консолидирующей и направляющей силой в этой сфере, а не ограничиваться задачей создания собственной корпоративной информационной системы. Для эффективного управления страной, регионом или муниципальным образованием необходимо создание адекватной информационно-аналитической системы, моделирующей состояние управляемого объекта и его поведение при тех или иных управляющих воздействиях, либо при их отсутствии. Именно такая деятельность органов государственной власти и местного самоуправления должна быть положена в основу системы информационной поддержки.

  2. ^ Единство информационных ресурсов. При создании интегрированной АИС необходимо обеспечивать совместимость АИС, что требует разработки единых компонентов информационного, правового, организационного и других видов обеспечения.

При этом некоторые информационные, правовые и организационные документы такой системы утверждаются на соответствующем уровне (главой администрации города, главой администрации края, министерствами, Правительством РФ и т.п.). Примером такой интегрированной АИС является государственная АС “Выборы”. В этой АИС результаты выборов на местном уровне являются исходной информацией на уровне субъектов РФ, а результаты выборов на уровне субъектов являются исходной информацией для Центральной избирательной комиссии РФ.

^ Информационные ресурсы – отдельные документы и отдельные массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных систем).

К информационным ресурсам относятся рукописные, печатные и электронные издания, содержащие нормативную, распорядительную, фактографическую, справочную, аналитическую и другую информации по различным направлениям общественной деятельности (законодательство, политика, демография, социальная сфера, наука, техника, технология и т.д.).

Основу обслуживания пользователей информации составляют услуги, связанные с передачей информации (информационный транзит) и с предоставлением в пользование информационных ресурсов. Пользователи-граждане, органы государственной власти, органы местного самоуправления, организации и общественные объединения обладают равными правами на доступ к информационным ресурсам и не обязаны обосновывать перед владельцем этих ресурсов необходимость получения запрашиваемой ими информации. Исключение составляет информация с ограниченным доступом. Владельцы информационных ресурсов обеспечивают пользователей информацией из информационных ресурсов на основе законодательства, уставов указанных органов и организаций, положений, а также договоров.

  1. Необходимость нормативно-правового обеспечения использования информационных ресурсов. Для организации единого информационного пространства большое значение имеет разработка

Пакет нормативных документов должен обеспечить функционирование общегосударственной и региональных систем классификаторов экономической и статистической информации, включающих порядок использования общероссийских, межотраслевых и отраслевых классификаторов, их увязку и перекодирование, а также порядок создания и ведения региональных классификаторов, реестров, регистров и справочников.

  1. Обеспечение информационно-аналитической поддержки принятия решений органами управления регионов. Решение проблем информационно-аналитической поддержки принятия решений имеет государственное значение, что оказывает влияние на положение дел в стране, в регионе, в городе или деревне и влияют на судьбы людей.

Анализ практики деятельности органов государственной власти показывает, что в настоящее время возможности современных информационных технологий в них используются не более чем на 10-15%. Фактически поддержка руководства органов государственной власти информационными технологиями осуществляется посредством повышения информированности советников и секретарей-референтов. Технологии играют пока вспомогательную роль, поскольку, как правило, поддерживают рутинные операции по формированию записок и справок установленного образца и крайне недостаточно обеспечивают аналитическую составляющую деятельности руководства органов государственной власти.

Современное развитие науки и технологий позволяет выйти на качественно новый уровень поддержки и обеспечения принятия ответственных государственных решений. Для этого используются высокоэффективные методы, приемы и способы, основанные на теории принятия решений и информационных и коммуникационных технологиях, определяемых как новые информационные технологии.


^ Основные характеристики новой информационной технологии

Методология

Основной признак

Результат

Принципиально новые средства обработки информации

Встраивание в технологию управления

Новая технология коммуникаций

Целостные технологические системы

Интеграция функций специалистов и менеджеров

Новая технология обработки информации

Целенаправленные создание, передача, хранение и отображение информации

Учет закономерностей социальной среды

Новая технология принятия управленческих решений


К новым информационным технологиям в сфере управления относяттехнологии анализа и прогнозирования, геоинформационные технологии, технологии электронного документооборота, интеллектуальные технологии, Internet/Intranet-технологии (см. гл. 3, 4, 6).

  1. Создание информационных центров для создания баз данных общего пользования и принятия решений как новых организационно-правовых схем формирования информационных ресурсов.

Создание и использование большинства информационных ресурсов в государстве было ориентировано на решение задач, разработанных еще в эпоху проектирования АСУ. Главное внимание в таких задачах уделялось централизованному сбору огромного количества отчетных, плановых, учетных данных, решению задачи оптимального функционирования экономики на основе экономико-математических моделей межотраслевого баланса и статистических методов и далее - контролю над выполнением планов. Подобный подход приводил к несогласованности информации различных систем управления.

В современных условиях представляется возможным и целесообразным организовывать информационные центры для создания баз данных общего пользования, а также оказания консультационных услуг гражданам и организациям, проведения коллективных обсуждений и принятия решений. Информационные центры могут быть созданы при органах местного самоуправления, внебюджетных фондах (пенсионном, медицинского и социального страхования и пр.), различных инспекциях (налоговых, торговых, и т.п.) и других органах власти, владеющих информационными ресурсами государства. Их основные функции должны быть связаны с решением задач социального обеспечения (во внебюджетных фондах), поддержкой предпринимательства и деятельности юридических лиц различной формы (в налоговых инспекциях) и т.п.

  1. Создание системы баз данных общего пользования, содержащих общественно полезную и социально значимую часть информационного ресурса территории, доступную для массового пользования.

^ Система баз данных общего пользования – совокупность взаимодействующих баз данных, объединенных общей телекоммуникационной программно-технической средой обработки и обмена информацией и функционирующих в соответствии с определенными технологическими, экономическими и правовыми нормами.

Система региональных баз данных общего пользования должна создаваться на основе следующих основных принципов:

Информационную совместимость различных баз данных в территориальных системах можно реализовать через создание специальной словарно-справочной службы системы баз данных общего пользования региона, включающей:

Примерами баз данных общего пользования могут быть базы данных организационно-распорядительной документации органов власти и управления, нормативно-правовой информации, региональной статистики, мониторинга социально-экономической и финансовой сфер деятельности региона, регистры и кадастры субъектов хозяйствования региона, кадастры региональных ресурсов, недвижимости, земельные кадастры.

  1. Создание информационных узлов как базовых элементов территориальных информационных центров. Выбранная топология региональной компьютерной сети предполагает создание типовых проектов информационных узлов городских мэрий и районных администраций с включением в эти проекты локальных вычислительных сетей органов представительной власти (см. гл.6).

Проекты этого направления включают решение следующих задач:

Для подключения к глобальной сети связи необходимо:

  1. Разработка и внедрение технологий информационного взаимодействия. Технология информационного взаимодействия включает способы и средства создания информации, ее транспортировки и первичной обработки, предоставления пользователю, организации доступа к источнику информации, защиты информации от несанкционированного доступа, организации интерфейсов пользователей и представляет собой набор территориальных стандартов на взаимодействие юридических лиц при решении задач территориального управления.

Технология информационного взаимодействия узлов и пользователей должна обеспечивать пользователей сети следующими услугами:

8. Понимание руководителями всех уровней государственной важности информатизации для общества. Успешное решение всех вышеизложенных предложений невозможно без понимания руководителями всех уровней государственной важности информатизации для общества, знания ими (хотя бы на концептуальном уровне) основ информационных технологий: принципов создания АИС, принципов передачи информации по сетям передачи данных, современных компьютерных технологий, информационного законодательства и т.д. 
^ Контрольные вопросы

  1. Охарактеризуйте состояние и тенденции развития информационных технологий.

  2. Что такое информатизация? Охарактеризуйте основные направления информатизации в России.

  3. Назовите примеры АСУ уровня государственного управления. Что являлось организационной основой реализации технологии обработки ин­формации АСУ уровня государственного управления?

  4. Опишите основные тенденции развития АСУ территориями.

  5. Охарактеризуйте магистральные направления информатизации государственного управления.

  6. Опишите компоненты интегрированной информационной среды.

  7. Какое представление управляемой территории может быть охарактеризовано как системное?

  8. Что такое интегрированная автоматизированная информационная система?

  9. Что такое информационные ресурсы?

  10. В чем состоит проблема использования информационных ресурсов? Какую роль играет пакет нормативных документов по использованию информационных ресурсов.

  11. Опишите общие принципы создания информационной системы города и области (края, республики).

  12. Что такое новые информационные технологии? Приведите примеры таких технологий.

  13. В чем состоит роль информационных центров?

  14. Назовите источники и принципы формирования системы баз данных общего пользования.

  15. За счет чего можно обеспечить информационную совместимость различных баз данных в территориальных системах?

  16. Что выполняет роль базовых элементов территориальных информационных центров?

  17. Какими услугами обеспечивается пользователь информационного узла?



^ ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СФЕРЕ УПРАВЛЕНИЯ

Современные методы управления организацией требуют более совершенных технологических решений. Технологические решения 21 века в преобладающей степени опираются на информационные технологии. В свою очередь информационные технологии предоставляют новые возможности для менеджмента предприятия. Таким образом, можно сказать, что существуют два фактора управления предприятием (организацией), оказывающие взаимное влияние друг на друга: принципы управления и информационные технологии. Управление предприятием и информационные технологии тесно связаны с информационной системой.

Базовыми технологиями автоматизированных информационных систем в сфере управления являются:

Многообразие зада управления социально-экономическим объектом требует применения более широкого спектра информационных технологий. Автоматизация задач в сфере государственного и муниципального управления основывается на таких информационных технологиях как:
^ 3.1. Технологии баз данных

Технологии баз данных занимают одно из центральных мест среди информационных технологий, используемых в управлении. Отдельная база данных содержит информацию о некоторой предметной области – наборе объектов, представляющих интерес для пользователей. Реальный мир отображается совокупностью конкретных и абстрактных понятий, между которыми существуют и, соответственно, фиксируются связи. Выбор для описания предметной области существенных понятий и связей является предпосылкой того, что пользователь будет иметь практически все необходимые ему в рамках задачи знания об объектах предметной области.

Предметная область – часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления, в конечном счете, автоматизации управления.

Примерами предметных областей могут служить территории, предприятия и организации, их отдельные структурные подразделения, отдельные технологические процессы и пр., что выделено пользователем для управления и других видов деятельности, обеспечивающих управление (экономические исследования, планирование производства или поставок продукции, поиск нужного товара на рынке, мониторинг состояния окружающей среды т.д.). Получение сведений о предметной области требует проведения регулярных (периодических или апериодических) натурных измерений или наблюдений в реальном мире. В сфере экономики и управления подобные измерения производятся постоянно и выражаются в виде совокупности показателей, сопровождающих деятельность управляемого объекта.

База данных – поименованная совокупность взаимосвязанных данных, отображающая состояние объектов и их отношений в некото­рой предметной области, области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

Данные базы данных должны быть обязательно связаны между собой, поскольку данные представляют реально существующие объекты, которые не могут пребывать в каком-либо ином состоянии как связанными с другими объектами реальности. Подобная логическая связь достигается путем объединения данных по определенным признакам. Такой процесс получил название структурирование данных. Структурированность данных характеризуется степенью. Выделяют структурированные и слабоструктурированные данные, например, таблицы представляют собой структурированные данные, тексты – слабоструктурированные данные. Выделяют линейные (массивы, последовательности и таблицы) и нелинейные структуры данных (списки, деревья и сети).

Структура данных и степень структурированности определяет содержание технологии обработки баз данных. Выделяют фактографические и документальные базы данных.
^ 3.1.1. Фактографические базы данных
Фактографическая база – это базы структурированных данных. Фактографическая база составляют основной класс баз данных, используемый в экономике и управлении. Фактографическая база данных строится в соответствии со своей моделью данных, определяющей ее структуру.
^ Модели данных
В процессе эволюции технологий баз данных было создано значительное количество разнообразных моделей данных. Разработка новых моделей обусловлена появлением новых реальных потребностей практики обработки данных.

^ Модель данных - это совокупность правил структурирования данных в базах данных, допустимых операций над ними и ограничений целостности, которым эти данные должны удовлетворять.


^ Графовые модели
Ранние модели данных называются графовыми. К ним относятся иерархические и сетевые модели.

Иерархическая модель данных. Впервые реализована в СУБД IMS (Information Management System) фирмы IBM, разработанной для поддержки банка данных по программе Apollo. При данном подходе предметная область представляется в виде совокупности структур иерархического типа (граф — «дерево»).

На рис. 3.1. приведен пример иерархической базы данных. Здесь "Отдел" является предком для "Начальника" и "Сотрудников", а "Начальник" и "Сотрудники" - потомки "Отдела". Между типами записи поддерживаются связи.

Преимущества иерархической модели:

^ Сетевая модель данных (модель CODASYL). В предложенной CODASYL модификации иерархической модели одна запись могла участвовать в нескольких отношениях предок/потомок. В 70-х гг. прошлого века независимые производители программного обеспечения реализовали сетевую модель в таких продуктах, как IDMS компании Cullinet, Total компании Cincom, которые приобрели большую популярность.

Сетевые БД обладали рядом преимуществ:

Недостаток – жесткость БД, поскольку наборы отношений и структуру записей приходилось задавать заранее, а изменение структуры данных означало перестройку всей БД.
^ Реляционная модель
Реляционная модель предложена сотрудником компании IBM Эдгаром Коддом в 1970г. и в настоящее время является стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД. Подавляющее количество современных баз данных построено на реляционной модели данных.

^ Эдгар Кодд (1923-2003)

Американский математик. Родился в Англии. Работал математиком-программистом в IBM. Первый проект Кодда состоял в том, чтобы помочь построить один из первых компьютеров – электронный калькулятор с селективной последовательностью. В середине 1960-х начал работать над реляционной моделью организации данных. Вплоть до своей смерти продолжал исследования по тематике нормализации данных, аналитических исследований и моделирования данных.

В соответствии с реляционной моделью данных база данных представляет собой совокупность взаимосвязанных таблиц. Каждая таблица моделирует некоторый тип сущностей предметной области. Строки таблицы базы данных соответствуют экземплярам сущностей этого типа, а столбцы - их свойствам. Поэтому все значения в столбце таблицы должны иметь один и тот же тип. Столбцы таблиц именуются, и их порядок не влияет на выполнение операций над данными, содержащимися в таблице.

Сущность предметной области – любой различимый объект или процесс предметной области, представляющие интерес для пользователя.

Примером сущностей могут служить товары, производимые фирмой, оборудование, используемое для этого, специалисты, занятые в производстве и пр.

Между сущностями предметной области могут существовать связи, имеющие различный содержательный смысл. Эти связи также должны представляться в информационной модели предметной области информационной системы. Наиболее часто встречающийся вид связи – связь «одна ко многим» (1:N). Связь «одна ко многим» – это связь между сущностями предметной области, при которой в каждый момент времени одному экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько сущности В.

На рис. 3.3. приведен пример реляционной базы данных. Первичный ключ – уникальный идентификатор сущности – атрибут, однозначно определяющий экземпляр сущности. Так, в качестве уникальных идентификаторов оборудования может служить инвентарный номер, специалистов – их табельные номера и т.д.




N 1

Товар

Продажи

Менеджер




Менеджер

Телефон

Отдел

Принтер Canon LBP 2900

124 509 р.

Иванов




Иванов

99-55-34

1

Принтер Hewlett Packard LJ 1100

235 677 р.

Синицын




Петров

45-67-98

2

Принтер Hewlett Packard DJ 400

34 556 р.

Иванов




Синицын

99-56-45

1

Сканер Epson Perfection 2480

56 745 р.

Петров













Сканер Epson Perfection 1200

138 534 р.

Петров














^ Рис. 3.3. Пример реляционной базы данных


Преимуществом реляционной модели данных является то, что в ней достигается гораздо более высокий уровень абстракции данных, чем в иерархической или сетевой моделях. Реляционная модель предоставляет средства описания данных на основе их естественной структуры, т.е. без какой-либо дополнительной структуры, преобразующей данные к машинному виду. За счет использования математической теории отношений (само название «реляционная» происходит от английского relation — «отношение») представление данных не связано со способом их физической организации. Э.Кодд предложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, декартово произведение), опирающийся на реляционную алгебру и реляционное исчисление.

Благодаря простоте и естественности используемых в ней структур данных и операций манипулирования данными, полной независимости от среды хранения данных, поддержке виртуальных, а не физических связей между данными (на основе значений данных, а не указателей), существованию ее строгого формального определения реляционная модель позволила сформировать развитую математическую теорию реляционных баз данных. СУБД, поддерживающие реляционную модель, заняли к концу 1980-х годов доминирующее положение среди инструментальных средств разработки систем баз данных. Примером реляционных СУБД могут служить DВase, Paradox, FoxPro, MS Access и т.д.

Реляционная модель данных – модель данных, основанная на математическом понятии отношения и его представления в виде таблицы.
^ Объектная модель
В конце 1980-х годов успехи объектно-ориентированного программирования стимулировали разработки СУБД, основанных на объектной модели данных.

Основное понятие объектных моделей данных – объект. При этом объект понимается как сущность, обладающая состоянием и поведением. Состояние объекта определяется совокупностью его атрибутов (свойствами), которые могут принимать значения предписанных типов. Поведение объекта, в свою очередь, определяется совокупностью операций (называемых также методами), специфицированных для этого объекта.

Объекты можно сохранять и использовать, не раскладывая их по таблицам. Объекты в объектных моделях типизируются. Свойства типа объектов (атрибуты и операции) применяются ко всем его экземплярам. Различаются встроенные типы объектов - объектов с предопределенными свойствами, и типы объектов, определяемые пользователем. В объектных моделях предусматривается отношение наследования между типами объектов. Подтип наследует атрибуты состояния и операции своего супертипа.

Популярность объектного подхода в области баз данных в значительной мере объясняется

На основе объектных моделей в конце 1980-х – начале 1990-х годов возникла новая категория СУБД, называемых объектными СУБД, начал формироваться рынок таких систем. Традиционными областями применения объектных СУБД являются системы автоматизированного проектирования, моделирование, мультимедиа, поскольку именно из нужд этих отраслей выросло новое направление в базах данных. В данных областях всегда существовала потребность найти адекватное средство хранения больших объемов разнородных данных, переплетенных многими связями.

Поскольку объектные СУБД отличаются высоким быстродействием, надежностью, представляют разнообразнейший программный интерфейс для разработчиков, они широко используются в телекоммуникациях, различных аспектах автоматизации предприятия, издательском деле, геоинформационных проектах. Немаловажное значение имеет также возможность интегрировать объектные технологии в Web-пространство. Очень хорошо объектные СУБД подходят для решения задач построения распределенных вычислительных систем, в том числе с обеспечением доступа как через локальную сеть, так и для удаленных пользователей в режиме реального времени. Примером объектных СУБД могут служить ONTOS, Jasmine, ORACLE, ODB-Jupiter.

Современной тенденцией развития теории моделей данных является разработка объектно-реляционной модели данных как гибридной модели, сочетающей возможности реляционной модели и поддержки объектных свойств данных, а также многомерной модели данных, учитывающей потребности процессов интерактивной аналитической обработки данных и используемой в системах поддержки принятия решений и в корпоративных информационных системах.
^ Основные понятия реляционных баз данных
Основными понятиями, с помощью которых определяется реляционная база данных, являются: отношение, домен, кортеж, первичный ключ.

Отношения представляются в форме двумерных таблиц. Наименьшая единица данных реляционной модели – это отдельное атомарное (неразложимое) для данной модели значение данных, например, марка товара, модель устройства, номер рейса и т.д. Однако следует учесть, что в одной предметной области фамилия, имя и отчество могут рассматриваться как единое неразложимое значение, а в другой – как три различных значения, все зависит от мнения разработчика базы данных. Отношение составляется из доменов.

Домен отношения (поле) – множество атомарных значений одного и того же типа.

Например, домен марок товаров, домен моделей устройств, домен фамилий сотрудников, домен номеров рейсов и т.д.

Домены должны находиться между собой в таком отношении, чтобы соответствующие друг другу значения представляли бы экземпляр сущности или его фрагмент, т.е. имели бы смысловое содержание.

Сотрудники





ФИО

Год рождения

Должность

Отдел

1

Орлов В.В.

1976

Лаборант

1

2

Синицын П.С.

1974

Техник

1

3

Дроздов М.Д.

1959

Инженер

1

4

Львов А.Е.

1965

Инженер

2



^ Рис. 3.5 Основные элементы структуры реляционной базы данных


Например, Дроздов М.Д., 1959 года рождения, работает инженером в отделе №1. Отношение на доменах состоит из заголовка и тела.

Заголовок состоит из фиксированного множества данных (PK, FIO, ..., Chair), определяющих домены. Тело состоит из меняющегося во времени множества кортежей,, состоящих свою очередь из множества пар данное-значение.

Кортеж отношения (запись) – множество пар данное-значение, определяющих экземпляр сущности.

Запись данных физически соответствует понятию «структура». Запись - это упорядоченная в соответствии с характером взаимосвязей совокупность полей (элементов) данных, размещаемых в памяти в соответствии с их типом. Поле представляет собой минимальную адресуемую (идентифицируемую) часть памяти - единицу данных, на которую можно ссылаться при обращении к данным.

Поскольку в предметной области не существует тождественных экземпляров сущностей для любого типа сущностей, в таблице не может быть тождественных строк. Чаще всего в таблице существует столбец или некоторая группа столбцов, совокупность значений которых уникальным образом идентифицирует строки этой таблицы. Таких совокупностей у данной таблицы может быть несколько. Их называют возможными ключами таблицы. Один из возможных ключей выбирается в качестве основного идентификатора строк таблицы. Его называют первичным ключом.

Первичный ключ отношения – поле, значения которого однозначно идентифицируют запись отношения.

В реляционной базе данных для каждой ее таблицы должен быть определен первичный ключ. СУБД контролирует возможность появления строк с дублирующими значениями первичного ключа и отвергает вставку в таблицу таких строк. При отсутствии возможностей определения первичного ключа таблицы на основе содержащихся в ней данных реляционные СУБД позволяют при определении такой таблицы использовать способность СУБД поддерживать индивидуальность ее строк с помощью системно генерируемых уникальных идентификаторов.

Внешний ключ отношения – поле (или несколько полей), которое может служить в качестве первичного ключа для другой таблицы.

В реляционной базе данных предусматриваются два специфических для нее ограничения целостности данных. ^ Неявное ограничение - ограничение, поддерживаемое с помощью первичных ключей таблиц и гарантирующее отсутствие в них дубликатов строк. Основное явное ограничение - ограничение целостности по ссылке. Оно препятствует включению в таблицу строки, если в другой таблице, связанной с рассматриваемой таблицей ограничением данного вида, отсутствует строка с первичным ключом, значение которого равно некоторому набору значений столбцов включаемой строки.
^ Системы управления базами данных
В соответствии с концепцией базы данных предполагается, что она представляет собой самостоятельный обобществленный централизованно управляемый ресурс некоторого сообщества пользователей, предназначенный для удовлетворения их информационных потребностей. Создание базы данных, поддержка ее в актуальном состоянии и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются с помощью специального программного инструментария, называемого системой управления базами данных (СУБД). СУБД вместе с управляемой ею базой данных называется системой базы данных. Одна установка СУБД на компьютере может управлять несколькими базами данных. В таких случаях говорят о системе баз данных.

Пользователями системы базы данных являются, прежде всего, специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей и/или источников данных, содержащихся в базе данных. Их называют конечными пользователями системы базы данных. Кроме того, в качестве пользователей могут рассматриваться различные прикладные программы или программные комплексы, оперирующие данными, содержащимися в базе данных. Такие программные средства называют приложениями системы базы данных. Конечные пользователи взаимодействуют с системой базы данных с помощью пользовательских интерфейсов СУБД. Что касается приложений, они получают доступ к базе данных, взаимодействуя с СУБД через ее интерфейсы прикладного программирования.

Централизованный характер управления данными в базе данных обусловлен социальным характером ее пользовательской среды и предполагает необходимость существования некоторого лица и группы лиц, на которых возлагаются функции администратора системы базы данных, действующего в интересах всего сообщества ее пользователей. Персонал администратора ответствен, в частности, за поддержку системы в работоспособном состоянии, своевременную актуализацию данных, эффективное использование информационных ресурсов системы и ресурсов памяти, предоставление полномочий пользователям на доступ к данным и т.п.

СУБД - сложный программный комплекс, предназначенный для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией систем баз данных, которые используются самостоятельно либо в составе какой-либо более крупной информационной системы.

Для создания базы данных и настройки СУБД разработчик описывает структуру базы данных, организацию хранимых данных в тех рамках, которые допускает используемая СУБД, а также способы видения базы данных пользователями. Такие описания базы данных называются соответственно схемой базы данных (или логической схемой, или концептуальной схемой). В соответствии с заданной схемой базы данных СУБД физически размещает данные в памяти ЭВМ, при этом структурирует данные, корректно интерпретирует хранимые данные при осуществлении доступа к ним, а также поддерживает выполнение заданных ограничении целостности данных.
^ Функции СУБД
Системные механизмы СУБД выполняют две основные группы функций:

Принципиально важное свойство СУБД заключается в том, что она позволяет различать и поддерживать два независимых взгляда на базу данных - взгляд пользователя, часто называемы логическим представлением данных, и «взгляд» системы, называемый физическим представлением данных, который характеризует организацию хранимых данных. Пользователя не интересуют при его работе с базой данных байты и биты, представляющие данные в среде хранения, их размещение в памяти, указатели, поддерживающие связи между различными структурными компонентами хранимых данных, выбранные методы доступа. В то же время все эти факторы важны для выполнения функций управления данными самой СУБД. Поддержка двух независимых представлений базы данных фактически сводится к тому, что на СУБД возлагается задача формирования из хранимых данных такого представления данных, которое отражает взгляд пользователя.

Важно отметить, что логическое представление базы данных может по своей структуре существенно отличаться от структуры хранимых данных и синтезироваться не только из фактически хранимых объектов базы данных и их связей, но и с помощью различного рода операций агрегирования данных и различных встроенных программных процедур. Такие механизмы трансформации данных, развитые в разных СУБД в различной степени, помогают в значительной мере сокращать объем работ по программированию прикладных систем, функционирующих в среде системы базы данных.

Механизмы управления данными СУБД имеют дело с двумя аспектами проблемы обеспечения целостности базы данных - с поддержкой логической и физической целостности. Основополагающее значение имеет поддержка логической целостности (непротиворечивости) базы данных.

^ Логическая целостность базы данных – свойство состояния базы данных, характеризующееся отсутствием нарушений всех ограничений целостности, явным образом специфицированных в логической схеме базы данных.

Нарушения логической целостности базы данных могут быть связаны не только с вводом в нее недостоверных данных или с неправомерными действиями процедур обработки данных, выполняемых в среде базы данных и помещающих в базу данных генерируемые ими данные. Они могут являться также следствием несвоевременного прерывания выполнения таких процедур для обработки запроса, выданного другим пользователем. Для исключения таких ситуаций в мультипользовательских СУБД предусматривается механизм транзакций.

Транзакция – это последовательность операций пользователя над базой данных, которая переводит ее из одного логически целостного состояния в другое.

При несвоевременном прерывании выполнения процедур обработки данных происходит аннулирование результатов уже выполненных операций – откат транзакции.

Нарушения физической целостности базы данных возникают в результате сбоев и отказов оборудования вычислительной системы, повреждений машинных носителей данных.

^ Физическая целостность базы данных – свойство состояния хранимых данных, характеризующееся отсутствием нарушений спецификаций схемы хранения, а также физического размещения данных на носителях.

Развитые СУБД располагают средствами восстановления разрушенной базы данных, основанными чаще всего на использовании ее контрольных копий и журнализации изменений.

Механизмы управления доступом обычно основываются на использовании паролей и ключей для разных групп пользователей, либо неявного определения полномочий доступа к различным структурным элементами базы данных.
^ Языковые средства СУБД
Функциональные возможности поддерживаемой средствами СУБД модели данных становятся доступными пользователю благодаря воплощению ее в виде комплекса языковых средств.

^ Языки описания данных. Обеспечивают построение схемы базы данных. Схема включает описание структуры базы данных и налагаемых на нее ограничений целостности в рамках правил, регламентированных моделью данных, которая поддерживается рассматриваемой СУБД. Языки описания данных не всегда синтаксически оформляется в виде самостоятельного языка. На ранней стадии развития технологий баз данных такие языки назывались языками данных.

^ Языки манипулирования данными. Позволяют запрашивать предусмотренные в системе операции над данными из базы данных. Не обязательно выступаю в форме синтаксически самостоятельного языка СУБД. Играют больше методическую роль.

^ Языки запросов. Предоставляют полные функциональные возможности для операций над базой данных, в том числе вставку новых данных, обновление, удаление и выборку данных. Разработаны вслед за появлением интерфейсов конечных пользователей. Первоначально роль таких языков выполняли декларативные языки высокого уровня, которые обеспечивали выборку требуемых данных из базы данных. Однако впоследствии их функции значительно трансформировались. Современные языки запросов:

SQL включает около 30 команд. Четыре базовые команды (SELECT, UPDATE, DELETE и INSERT) соответствуют четырем базовым функциям манипулирования данными (выбора данных, модификация данных, удаление данных и вставка данных соответственно). Результаты запроса отображает таблица данных, состоящая из столбцов (соответствующих полям данных) и строк (соответствующих записям данных). Например, по команде к таблице «Сотрудники» (см. рис. 3.5.):

SELECT ФИО, Год рождения, Должность

FROM Сотрудники

WHERE (Должность LIKE ‘Инженер’)

будут выбраны следующие записи:


ФИО

Год рождения

Должность

Дроздов М.Д.

1959

Инженер

Львов А.Е.

1965

Инженер


^ Рис. 3.6. Результаты выборки данных


В силу своего широкого использования является международным стандартом языка запросов. Официальный стандарт языка был опубликован в 1986 г. Американским институтом национальных стандартов (ANSI) и Международной организацией по стандартам (ISO). Язык SQL предоставляет развитые возможности как конечным пользователям, так и специалистам в области обработки данных. SQL является на сегодняшний день единственным стандартным языком для работы с реляционными базами данных.





Рис.3.7. Формулировка запроса на языке QBE


Результат выборки будет иметь вид, приведенный на рис. 3.6. Обработка такого запроса может быть реализована в системе, например, так, что на основе представления запроса, заданного средствами QBE, автоматически генерируется его представление на языке SQL,и далее этот запрос обрабатывается обычными средствами исполнения SQL-запросов.

^ Языки разработки приложений. Для квалифицированных пользователей, например, для разработчиков сложных прикладных систем, как правило, языковые средства предоставляются в их явной синтаксической форме. В других случаях функции языков могут быть доступны неявным образом, когда они реализуются в форме так называемых языков четвертого поколения (4GL) - пользовательского интерфейса, включающего различного рода меню, диалоговые сценарии или заполняемые пользователем экранные формы, различные диаграммы и другие средства визуального представления данных. На основе данных, введенных пользователем, с помощью такого интерфейса формируются соответствующие синтаксические конструкции языка интерфейса, которые передаются на исполнение или включаются с генерируемый программный код приложения. Интерфейсы с неявным использованием языка широко используются в СУБД для персональных компьютеров.

Языки разработки приложений можно разделить на автономные, включающие и языки программирования баз данных.

С начала 1990-х годов наблюдается интенсивное внедрение в практическое программирование объектного языка C++, основанного на привычном большому кругу программистов языке С, и подобно Delphi обеспечивающий создание приложений вне среды СУБД, но имеющий средства доступа к базам данных. В середине 1990-х годов к нему добавился также язык Java.
^ Структура СУБД
Обработка данных и управление этой обработкой в вычислительно среде, а также взаимодействие с операционной системой и приклад­ными программами осуществляется комплексом программных средств, входящих в состав СУБД. В составе комплекса обычно выделяют следующие компоненты:

Большинство СУБД работают в среде операционной системы и тесно с ней связаны. Многопользовательские приложения, обработка распределенных запросов, защита данных требуют эффективно использовать ресурсы, управление которыми обычно является функцией ОС. Использование многопроцессорных систем и мультипоточных технологий обработки данных позволяет эффективно обслуживать параллельно выполняемые запросы, но требует координации использования ресурсов между ОС и СУБД. Соответственно, управление доступом и обеспечение защиты также обычно интегрируются с соответствующими средствами операционной системы.
^ Проектирование базы данных
Проектирование базы данных – одна из наиболее ответствен­ных и трудных задач, связанных с созданием системы базы данных. В результате ее решения должны быть определены и содержание базы данных, и эффективный, с точки зрения всего сообщества будущих пользователей, способ ее организации в среде СУБД, выбранной для реализации системы.

В крупных системах проектирование базы данных требует особой тщательности, поскольку цена допущенных на этой ста­дии просчетов и ошибок особенно велика. Хотя некоторые из них могут быть скорректированы в процессе эксплуатации системы благодаря средствам реструктуризации и реорганизации базы данных, такие операции могут оказаться весьма дорогостоящими и потребовать переработки приложений. Проектирование баз данных не может быть полностью автоматизированным. Значительное место в нем отводится интуиции и опыту специалиста-проектировщика.

За прошедшие десятилетия усилиями многих специалистов были созданы разнообразные СASE-технологии (Computer-Aided Software/System Engineering), позволяющие систематизированным образом поддерживать и автоматизировать разработки сложных систем программного обеспечения, информационных систем и систем баз данных. Сформировался рынок коммерческих инструментальных программных средств CASE, на котором представлен широкий спектр таких инструментов. Они предназначены для создания и поддержки разрабатываемой системы на протяжении всего ее жизненного цикла, т.е. периода от принятия решения о создании системы до снятия ее с эксплуатации, либо только для поддержки отдельных его этапов. Некоторые из этих программных продуктов ориентированы на довольно широкий набор СУБД, другие предназначены для конкретных СУБД. Инструментарий CASE базируется на различных разновидностях структурных или объектно-ориентированных методов.

Важное достоинство использования СASE-технологий в том, что в процессе разработки системы осуществляется автоматическое документирование проекта. В репозитории используемого инструмента CASE сохраняются версии проекта системы и мета­данные, описывающие свойства различных компонентов системы. Это позволяет использовать автоматизированные средства для реинжиниринга системы - ее модернизации в процессе эксплуатации с учетом изменившихся требований.

Процесс проектирования базы данных должен включать следующие этапы:
^ Концептуальное проектирование базы данных
Концептуальное проектирование базы данных выполняется в три этапа:

  1. определение предметной области системы;

  2. формирование взгляда на предметную область с позиций будущих пользователей;

  3. разработка модели предметной области.

Первой задачей этапа концептуального проектирования является определение предметной области системы, основанное на изучении информационных потребностей будущих пользователей. На практике встречаются в основном два подхода к выбору состава и структуры предметной области. Наиболее распространен подход, который можно назвать функциональным. Он реализует принцип «от задач» и применяется в случае, когда заранее известны функции некоторой группы лиц и/или комплекса задач, для обслуживания информационных потребностей которых создается рассматриваемая база данных. При другом, предметном, подходе информационные потребности будущих пользователей базы данных жестко не фиксируются. Они могут быть многоаспектными и весьма динамичными. В предметную область включают при этом такие сущности и взаимосвязи сущностей, которые наибо­лее значимы и наиболее характерны для нее. Такая база данных называется предметной. Она может быть использована при решении разнообразных, наиболее существенных задач, связанных с данной предметной областью.

Формирование взгляда на предметную область с позиций уже сформировавшегося или потенциального сообщества будущих пользователей базы данных является второй задачей стадии концептуального проектирования базы данных. Такое представление предметной области - ее концептуальная модель - обычно выражается в терминах не отдельных сущностей предметной обла­сти и связей между ними, а их типов, связанных с ними ограничений целостности, а также тех процессов в предметной области, которые приводят к переходу ее из одного состояния в другое.

Концептуальная модель предметной области представляет собой описание структуры и динамики предметной области, характера информационных потребностей пользователей системы в терминах, понятных пользователю и независимых от программной реализации системы, в частности, от выразительных средств языков какой-либо конкретной СУБД. Такое описание может быть представлено с помощью любого способа, допускающего однозначную интерпретацию. Существующие в настоящее время программные продукты CASE обычно предоставляют разработчику визуальные средства представления и синтеза концептуальной модели на стадии разработки, основанные чаще всего на модели сущностей-связей или на унифицированном языке моделирования UML. В простейших случаях проектировщик базы данных ограни­чивается содержательным описанием модели предметной области на естественном языке. Он может использовать также разнообразные выразительные средства для изображения структуры предметной области, такие, как диаграммы типов (диаграммы Бахмана, диаграммы сущностей-связей и др.), - графы, вершины которых соответствуют типам сущностей, а ребра - типам связей между ними.

На рис. 3.8. приведена модель предметной области «Торговая фирма» с использованием метода ER- диаграмм (сущностей-связей). Элементы «прямоугольник» представляют сущности предметной области, «овал» - атрибуты сущностей, «ромб» - связи между сущностями.



Рис. 3.8. Представление модели предметной области «Торговая фирма»
^ Выбор СУБД и других инструментальных программных средств
Выбор инструментальной системы управления базами данных является следующим важным этапом проектирования базы дан­ных. Необходимость этого этапа обусловлена тем, что в настоящее время нет возможности создавать абсолютно мобильные системы базы данных и их приложения. Проблемы выбора СУБД, а также оценки характеристик их функционирования злободневны на всех стадиях развития технологий, когда речь идет о разработках крупных систем и систем с критическими требованиями к производительности, ресурсам памяти, надежности. В наиболее критичных случаях проводится сравнительный анализ характеристик различных СУБД с помощью методов имитационного моделирования. Однако оценки, получаемые с помощью дорогостоящих имитационных моде­лей, оказываются все-таки весьма грубыми. Оценка производительности СУБД для некоторых типовых приложений может осуществляться с помощью эталонных тестов, разработанных консорциумом ТРС (Transaction Processing Performance Council).

В последнее время в разработках крупных отечественных информационных систем для выбора одного из альтернативных вариантов инструментальных средств часто используют приближенные количественные оценки их производительности в данном конкретном приложении путем создания прототипа приложения. На прототипе проводятся необходимые измерения для разных СУБД, и на этой основе принимается решение о выборе СУБД для реализации проекта. Однако в большинстве случаев проектировщики руководствуются собственными интуи­тивными экспертными оценками требований к выбираемой системе по нескольким важнейшим количественным и качественным характеристикам. К числу таких характеристик относятся.

Поставляемые в настоящее время реляционные SQL-cepверы баз данных ведущих поставщиков программного обеспечения систем баз данных довольно близки по своим функциональным возможностям. В этих условиях на выбор разработчика влияет ценовая политика поставщика, приверженность разработчика к какой-либо линии программных продуктов и другие факторы отнюдь не технологического характера.
^ Логическое проектирование базы данных
Задача этапа логического проектирования базы данных состоит в отображении концептуальной модели предметной области в модель данных, поддерживаемую СУБД, выбранной для реализации системы. В результате выполнения этого этапа создаются схемы базы данных. Инструменты CASE, поддерживающие проектирование баз данных, обеспечивают автоматическую генерацию схем базы данных.

Логическое проектирование выполняется в три этапа:

  1. формирование информационных структур данных с учетом выбранной модели данных;

  2. нормализация информационных структур;

  3. представление логической модели;

  4. модификация концептуальной модели по результатам логического проектирования.

При проектировании реляционных баз данных формирование информационных структур сводится к отображению сущностей предметной области в двумерные таблицы, при этом:

На рис. 3.9. представлены информационные структуры базы данных «Торговая фирма».



Товары N N 1 Менеджеры N



^ Вид товара

Модель товара

Объем продаж

Менеджер




Менеджер

Телефон

Отдел














































































































































Виды товара 1 Отделы 1

^ Вид товара

Наименование









Название






























































































Рис. 3.9. Информационные структуры базы данных «Торговая фирма»


Нормализация – это разбиение таблицы на две или более с целью ликвидации дублирования данных и потенциальной их противоречивости. Окончательная цель нормализации сводится к получению такого проекта базы данных, в котором «каждый факт появляется лишь в одном месте». Например, для таблицы «Товары» характерны:

  1. избыточность данных. Значения данных повторяются, например, фамилия, имя, отчество менеджеров.

  2. потенциальная противоречивость. Если при вводе данных о менеджерах будет допущена ошибка, ее придется исправлять, просматривая все вхождения этих данных.


Товары



Вид товара

Модель товара

Объем продаж

Менеджер

1

1

Canon LBP 2900

124 509

Иванов Иван Михайлович

2

1

HP LJ 1100

235 677

Синицын Петр Сергеевич

3

1

HP DJ 400

34 556

Иванов Иван Михайлович

4

2

Epson Perfection 2480

56 745

Петров Юрий Никитич

5

2

Epson Perfection 1200

138 534

Петров Юрий Никитич

6

1

HP LJ 1200

567 843

Синицын Петр Сергеевич

7

1

Canon LBP 3200

234 543

Иванов Иван Михайлович

12-analiz-dinamiki-i-problem-razvitiya-nekommercheskih-organizacij-v-krasnodarskom-krae.html
12-analiz-mezhdunarodnoj-teorii-i-praktiki-testirovaniya-chteniya-dissertaciya-na-soiskanie-uchenoj-stepeni-doktora-filosofii-ph-d.html
12-analiz-raboti-psihologa-otchet-o-deyatelnosti-gosudarstvennogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-moskovskoj-oblasti.html
12-analiz-vozniknoveniya-alkogolnoj-zavisimosti-s-pozicij-pravoslaviya-medicini-psihologii-sociologii.html
12-aprelya-2001-g-n-2-p-polozhenie-o-beznalichnih-raschetah-v-rossijskoj-federacii-stranica-4.html
12-aprelya-2001-g-n-2-p-polozhenie-o-beznalichnih-raschetah-v-rossijskoj-federacii.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-uchebnoj-disciplini-zashita-intellektualnoj-sobstvennosti-i-patentovedenie.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/mitropolit-makarij-literatura-periodizaciya.html
  • gramota.bystrickaya.ru/zakonodatelnoe-sobranie-irkutskoj-oblasti-postanovlenie.html
  • assessments.bystrickaya.ru/doklad-o-sostoyanii-i-ob-ohrane-okruzhayushej-sredi-irkutskoj-oblasti-v-2008-godu.html
  • tests.bystrickaya.ru/lozhnaya-trevoga-teni-stalina.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/literatura-po-kursu-18-osnovnaya-literatura-18.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/sedmaya-ramochnaya-programma-nauchno-tehnologicheskogo-sotrudnichestva-es-7rp-stranica-4.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/programma-elektivnogo-kursa-deutsch-ist-nicht-so-schwer.html
  • studies.bystrickaya.ru/1-kommerchesko-pravovoe-obespechenie-uchebnoe-posobie-utverzhdeno-na-zasedanii-kafedri-transportnih-tehnologij.html
  • urok.bystrickaya.ru/programma-kandidatskogo-ekzamena-po-specialnosti-08-00-12-buhgalterskij-uchet-statistika-dlya-aspirantov-v-otrasli-08-00-00-ekonomicheskie-nauki-nizhnij-novgorod.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tajnij-mir-shopogolika-kinsella-stranica-15.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/ohranno-podderzhivayushij-remont-uchebno-metodicheskij-kompleks-programmi-povisheniya-kvalifikacii-rukovoditelej-i-specialistov.html
  • predmet.bystrickaya.ru/sb-kultishev-netipichnie-sluchai-prekrasheniya-prava-sobstvennosti-na-obekti-nedvizhimosti-i-voprosi-kompensacii-za-prekrashaemie-prava.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/metod-krugovoj-trenirovki-kak-effektivnoe-sredstvo-povisheniya-urovnya-fizicheskoj-podgotovlennosti-uchashihsya-na-urokah-fizicheskoj-kulturi-avtor-yurina-n-v-uchitel-fizicheskoj-kulturi-mou.html
  • shpora.bystrickaya.ru/xiv-kak-oni-bili-viseleni-ubijstvo-checheno-ingushskogo-naroda-narodoubijstvo-v-sssr.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/konspekt-lekcij-po-kursu-deloproizvodstvo-sostavlen-na-osnove-bazovoj-programmi-deloproizvodstvo-i-dokumentacionnoe-obespechenie-predpriyatiya-utverzhdennoj-05.html
  • education.bystrickaya.ru/-170-mln-rub-dopolnitelno-postupit-v-byudzhet-municipaliteta-informacionnij-byulleten-mestnogo-samoupravleniya.html
  • kanikulyi.bystrickaya.ru/zdorovesberegayushie-tehnologii-v-akusherstve-ginekologii-sbornik-statej.html
  • thesis.bystrickaya.ru/prilozhenie-1-posobie-podgotovleno-na-kafedre-kulturologi-i-socialnoj-kommunikacii-sootvetstvuet-programme-disciplini.html
  • knigi.bystrickaya.ru/segmentaciya-rinka-rinok-kak-obektivnaya-osnova-marketinga.html
  • write.bystrickaya.ru/gazetaru-moskovskaya-regionalnaya-pressa-internet-smi.html
  • writing.bystrickaya.ru/bolgariya.html
  • student.bystrickaya.ru/2-usluga-i-ee-potrebiteli-programmi-reformirovanie-regionalnih-i-municipalnih-finansov-lipeckoj-oblasti-na.html
  • crib.bystrickaya.ru/ii-mezhdunarodnaya-nauchno-tehnicheskaya-konferenciya-tehnologii-razrabotki-informacionnih-sistem.html
  • notebook.bystrickaya.ru/grigorev-aleksandr-vadimovich-1959-g-rozhdeniya-s-p-shavel-yo-v-izdanie-vtoroe-ispravlennoe-i-dopolnennoe.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/preduprezhdenie-i-lechenie-ostroj-pochechnoj-nedostatochnosti-pri-kriticheskih-sostoyaniyah-14-00-37-anesteziologiya-i-reanimatologiya.html
  • shkola.bystrickaya.ru/oceola-vozhd-seminolov-2.html
  • znanie.bystrickaya.ru/6-raschet-osnovnih-elementov-korpusa-poyasnitelnaya-zapiska-kkursovomu-proektu-po-kursu-prikladnaya-mehanika-razdel-detali-mashin.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/nauchno-issledovatelskaya-rabota-v-visshih-uchebnih-zavedeniyah-gosudarstvennij-obsheobyazatelnij-standart.html
  • thesis.bystrickaya.ru/poslednyaya-doroga-v-nebo-moskovskij-komsomolec-07062010-rossijskie-smi-o-mchs-monitoring-za-5-7-iyunya-2010-g.html
  • student.bystrickaya.ru/3-vibor-metodov-proizvodstva-rabot-i-osnovnih.html
  • desk.bystrickaya.ru/plan-raboti-administracii-rostovskoj-oblasti-na-2011-god-glavnie-zadachi-stoyashie-pered-administraciej-rostovskoj-oblasti-i-organami-ispolnitelnoj-vlasti-oblasti-stranica-10.html
  • abstract.bystrickaya.ru/11-neonovaya-shkolnaya-doska-dizajnerskaya-podgotovka-viktor-papanek.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/publichnij-doklad-o-rabote-mou-sosh-p-opitnij-civilskogo-rajona-chuvashskoj-respubliki-za-2008-god.html
  • lesson.bystrickaya.ru/osnovnie-etapi-razvitiya-konstitucionalizma-v-rossii.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.