Таблица А "Сотрудники"

-Каждый руководитель имеет по одной соответствующей записи в таблице "Сотрудн

Табг ица В "Руководители"

Рис. 7.4. Пример связи «один-к-одному»

—Один постав иуж...

Таблица А "Поставщики"

Код Поставщик Адрес поставщика

-Но каждый товар имеет лишь одного поставщика.-

Рис. 7.5. Пример связи «один-ко-многим»

В связи «многие-ко-многим» одной записи в таблице А могут соответствовать несколько записей в таблице В, а одной записи в таблице В - несколько записей в таблице А. Такая схема может реализоваться с помощью третьей (связующей) таблицы (рис. 7.6).

Таблица А «Клиенты»

10110 5 000р.

Г25

...и каждый товар может быть во мнол-tx заказах.

Таблица В «Товары»

Рис. 7.6. Пример связи «многие-ко-многим»

2.5. Структуризация данных при проектировании реляционных БД

Реляционная модель данных считается в настоящее время наи­ более перспективной для создания БД САПР. Проектирование ре­ ляционных БД в основном определяется спецификой проблемы предметной области и включает в себя решение следующих задач:

♦структуризация данных (определение числа и структуры таблиц);

♦формирование запросов к БД;

♦определение типов отчетных документов;

♦разработка алгоритмов обработки информации;

♦создание форм для ввода и редактирования данных в базе. Наиболее важной здесь является проблема структуризации

данных, на ней мы сосредоточим основное внимание.

При проектировании структур данных для автоматизирован­ ных систем можно выделить три основных подхода:

1.Сбор информации об объектах решаемой задачи в рамках одной таблицы и последующая декомпозиция ее на несколько взаи­ мосвязанных таблиц на основе процедуры нормализации отношений.

2.Формулирование знаний о системе (определение типов ис­ ходных данных и их взаимосвязей) и требований к обработке дан­ ных, получение с помощью CASE-системы (системы автоматиза­ ции проектирования и разработки БД) готовой схемы БД или даже готовой прикладной информационной системы.

3.Структурирование информации для использования в инфор­ мационной системе в процессе проведения системного анализа на основе совокупности правил и рекомендаций.

Первый из названных подходов является классическим и исто­ рически первым, его и рассмотрим на примере построения простей­ шей БД «Товары - Поставщики - Покупатели». Сведем информацию обо всех объектах: товарах, поставщиках, покупателях в одну табли­ цу (табл. 7.2). Ключевое поле - Код товара. Информация об адресах поставщика и покупателя в этой таблице не зависит от ключа.

Таблица 7.2

БД «Товар - Поставщик - Покупатель»

Следовательно, эту информацию можно выделить в отдельные таблицы: «Поставщики» и «Покупатели». Этот процесс называется нормализацией, он позволяет исключить избыточное дублирование данных. В результате получается три связанных между собой таблицы (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Нормализация таблицы данных

Таблица 1 называется оперативной, а 2 и 3 - справочными.

Информация в оперативной таблице меняется часто, а в справоч­ ных - редко. Таблица 1 связана с таблицей 2 по полю Код постав­ щика, а с таблицей 3 - по полю Код покупателя. Поле Код постав­ щика является первичным ключом для таблицы 2 и внешним ключом

для таблицы 1. Кроме того, таблица 1 имеет собственный первичный ключ Код товара. Каждому значению первичного ключа в таблице 2

(и 3) соответствуют несколько (или ни одной) записей в таблице 1 (связь «один-ко-многим»).

Такая структура обеспечивает требования неизбыточности и це­ лостности реляционной БД.

§2. С и с т е м ы у п р а в л е н и я б а з а м и д а н н ы х (СУБД)

Системы управления базами данных —специальное программ­ ное обеспечение для работы с БД, которые дают пользователям возможность осуществлять непосредственное управление данными (ввод, изменение, поиск), а программистам - разрабатывать инфор­ мационные системы7 для их обработки.

1. История СУБД

Начало СУБД для ПЭВМ положила фирма Ashton Tate (США) выпуском в 1980 году программы dBase.

Далее начали появляться dBase-подобные СУБД: Ребус, Ка­ рат, FoxPro, Clipper (версий и адаптированных вариантов гораздо больше). Общее для всех этих программ: формат представления данных (-dbf), работа с реляционными БД. Но командный язык, а также формат индексных файлов у них разный. Эти программы эпохи ОС MS-DOS.

Несколько позднее появились программы управления дан­ ными: Paradox, Clarion, db-Vista, имеющие другие форматы дан­ ных и вначале разрабатываемые под ОС MS-DOS, но после появ­ ления операционной системы Windows эти СУБД были переписа­ ны под нее.

Параллельно развивалась операционная система UNIX и СУБД под управлением этой ОС: Informix, Oracle, Progres, SyBase, Ingres

и другие. В основе этих СУБД лежит объектно-ориентированный язык управления данными - 4GL, 5GL.

7 Информационные системы — прикладные программы, связанные

с организацией и обработкой информации в БД для решения конкретных задач автоматизации.

Современные реляционные СУБД: Access (фирмы Microsoft), Approach (фирмы Lotus), Paradox (фирмы Borland) поддерживают технологию OLE и язык управления данными SQL.

В центр современных информационных технологий постепен­ но перемещаются более мощные реляционные СУБД с SQL-дос­ тупом под управлением операционных систем Windows и UNIX: Oracle, Centura, SyBase, Informix и других. В их основе лежит тех­ нология «клиент-сервер».

2. Классификация СУБД

СУБД можно классифицировать по используемой модели данных:

реляционные {dBase, FoxPro, Access, Paradox, Clipper, Informix,

идр.);

иерархические {PC Focus, Teap Up, Data Edge, и др.); сетевые {db Vista III, ADABAS, Oracle, и др.);

объектно-ориентированные {Oracle, Progres 5, и др.), объеди­ няющие в себе две модели данных (реляционную и сетевую) и ис­ пользуемые для создания крупных БД со сложными структурами.

По характеру использования СУБД делятся на персональные

и многопользовательские.

Персональные {Access, dBase, FoxPro, Paradox, Clipper, и др.) для создания персональных БД и недорогих приложений. Поддерж­ ка функционирования в сети обеспечивается средствами ОС управ­ ления доступом к совместно используемым ресурсам {OLE, DDE).

Многопользовательские {Oracle, Informix, и др.) включают в себя серверную и клиентскую часть; могут работать в неоднородной вычислительной среде, допускают различные типы ЭВМ и ОС. На их базе можно создавать информационные системы, работающие по тех­ нологии «клиент-сервер».

В наиболее полном варианте СУБД должна содержать следую­ щие компоненты:

♦среду пользователя, котбрЗзг'дает возможность управлять данными с клавиатуры;

♦алгоритмический язык запросов и манипулирования дан­ ными. С помощью его создаются прикладные программы для ра­ боты с информацией в БД. Обычно это язык-интерпретатор',

♦компилятор для придания завершенной программе вида го­ тового коммерческого продукта, в форме исполняемого.ехе-файла;

♦программы-утилиты для быстрого программирования рутин­ ных операций: создания отчетов, форм, меню и других приложений.

Не все СУБД имеют все названные компоненты.

§3. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Основная функция СУБД в системах автоматизированного проектирования - ведение информационного фонда8 САПР, заклю­ чающееся в решении следующих задач:

♦хранение и работа с информацией, представляющей резуль­ тат всех стадий процессов принятия проектных решений;

♦прием и обработка запросов от проектировщиков, подсистем

ипрограмм САПР, и выдача результатов поиска в требуемой форме (буквенно-цифровой, графической);

♦проверка корректности вводимой и гарантия правильности хранимой и выдаваемой информации;

♦быстрая корректировка информации и доведение ее до поль­ зователя.

Для решения указанных задач требуется, определив модель

иструктуру БД, ввести данные в базу данных. При этом необхо­ димо иметь возможность корректировать вводимую информацию, изменяя, добавляя новые или удаляя устаревшие сведения, быстро находить нужную информацию и выводить ее в требуемом виде (текстовых, графических и других документов). Изменение коли­ чества записей в БД происходит путем удаления ненужных запи­ сей и добавления новых. Часто в СУБД по команде удалить запи­ си, предназначенные для удаления, лишь помечаются, а удаление их из файла происходит после выполнения процедуры сжатия файла. Добавленная запись помещается в конец таблицы.

Для просмотра, ввода или изменения данных можно использовать созданные таблицы, в которых на экране отображается сразу несколь­

Q

Информационный фонд САПР - совокупность данных, используемых

всеми компонентами САПР.

ко записей, но если таблица большая, то для просмотра всех полей требуется прокрутка. При этом обновление данных сразу в нескольких связанных таблицах не допускается. Поэтому чаще для ввода и редак­ тирования таблиц используются формы, создаваемые с помощью СУБД, и с использованием стандартного или созданного пользовате­ лем макета. Формы - это другой взгляд в таблицу, в них записи ото­ бражаются по одной, но позволяют вывести поля сразу из нескольких таблиц. Это дает возможность обеспечить санкционированный доступ пользователей только к разрешенной для них информации. Форма в основном предназначена для работы с информацией на экране.

Для распечатки информации из БД, выполнения вычислений и подсчета итоговых значений по большому объему данных исполь­ зуется отчет, который представляет собой еще один способ про­ смотра таблиц БД.

Обычно при решении конкретных задач или для справки требу­ ются не все записи, а только часть из них, удовлетворяющая какому-то условию поиска. Для поиска и отбора данных, удовлетворяющих опре­ деленным условиям поиска, используются фильтры или создаются запросы. Фильтр - это нечто, отсеивающее определенные элементы - одно или несколько условий, которым должна удовлетворять запись, чтобы быть выведенной на экран. Запрос- это вопрос, с которым пользователь обращается к БД. В результате выполнения запроса вы­ дается набор данных - выборка, удовлетворяющая поставленным ус­ ловиям. При сохранении запроса сохраняется вопрос, а не ответ.

В основе всех механизмов отбора информации лежит аппарат логической алгебры. Приведем основные сведения, необходимые для работы с данными в СУБД и информационных системах.

1. Логические выражения и логические операции

Наличие строгой математической основы для построения реля­ ционной модели позволяет использовать языки манипулирования данными на основе реляционной алгебры и исчисления предикатов9

9 Предикат - логическая функция одного или нескольких аргументов,

принимающая значения 0 или 1 («ложь» или «истина»), а значения аргументов могут принадлежать различным множествам объектов.

Вкомандах СУБД условие поиска записывается в форме логи­ ческого выражения. Логическое выражение, подобно математиче­ скому выражению, выполняется (вычисляется), но в результате полу­ чается не число, а логическое значение: истина (true) или ложь (false).

Влогических выражениях имена полей БД могут связываться

ссоответствующими значениями знаками отношений:

или знаками логических операции:

Операции логического умножения и сложения - двухместные, т.е. они связывают между собой две логические величины (два опе­ ранда). В результате логического умножения получается истина, если оба операнда истинны. В результате логического сложения получается истина (True), если значение хотя бы одного операнда истинно. Отрицание изменяет значение логической величины на противоположное.

Таблица 7.3 иллюстрирует все правила выполнения трех логи­ ческих операций и называется таблицей истинности. В ней буква­ ми А и В обозначены логические операнды.

Для повышения эффективности обработки данных создаются и выполняются запросы.

Запрос представляет собой специальным образом описанное требование, определяющее состав производимых над БД операций по выборке или модификации хранимых данных.

Для подготовки запросов с помощью различных СУБД, как правило, используются два основных языка описания запросов:

-структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language).

-язык запросов по образцу QBE (Query By Example);

По возможностям манипулирования данными эти языки прак­ тически эквивалентны. Отличие их - в способе формирования за­ просов.

Структурированный язык запросов SQL основан на реляцион­ ном исчислении и предназначен для выполнения операций над таб­ лицами (создание, удаление, изменение структуры) и над данными таблиц (выборка, изменение, добавление и удаление), а также неко­ торых сопутствующих операций. Обычно SQL автономно не исполь­ зуется, а погружен в среду встроенного языка программирования СУБД. С помощью SQL можно создать любой произвольный запрос, однако в реальности пользуются этим языком только специалисты. А для пользователей разработчики придумали упрощенный меха­ низм создания запросов, называемый QBE - запрос по образцу.

Язык запросов по образцу QBE позволяет задавать сложные запросы к БД путем заполнения предлагаемой СУБД запросной формы. Это обеспечивает высокую наглядность и не требует указа­ ния алгоритма выполнения операции - достаточно описать образец ожидаемого результата. В каждой современной СУБД имеется свой вариант языка QBE. С помощью языка QBE можно задавать запро­ сы, выбирающие или обрабатывающие данные из нескольких свя­ занных таблиц. При задании запросов допустимы следующие опе­ рации: выборка, вычисление и модификация данных-, вставка и уда­ ление записей. Все эти операции выполняются с использованием

условий, задаваемых с помощью логических выражений. Результа­ том выполнения запроса может быть новая таблица или модифици­ рованная исходная таблица. Ниже приведены некоторые примеры