Общие сведения

Современные системы обработ­ки информации (СОИ) выполняют преобразование боль­ших массивов данных. Синонимом понятия «данные» служат термины «информация» и «сведения». Как пока­зал опыт разработки и эксплуатации СОИ, способы хра­нения и обработки данных оказывают решающее влия­ние на показатели функционирования системы в целом, ее практическую эффективность. Сказанное относится и к САПР, оперирующим с большим числом данных раз­личного типа и назначения. Систематическая организа­ция данных и способов их обработки осуществляется в банках данных.

Банк данных (БНД) — совокупность базы данных и системы управления базами данных.

База данных (БД) — структурированная совокупность данных. Наименьшая единица описания данных назы­вается элементом описания. Совокупность элементов описания, объединенных отношением принадлежности к одному описываемому объекту, называется записью. Если элементы описания соответствуют отдельным свой­ствам объекта, то запись описывает объект в целом. На­пример, код типа микросхемы, логическая функция, мощ­ность потребления, коэффициент разветвления в сово­купности составляют запись и описывают свойства кон­кретного объекта — микросхемы.

Система управления базами данных (СУБД) состоит из языковых и программных средств, предназначенных для создания и использования базы данных прикладны­ми программами, а также непосредственно пользовате­лями-непрограммистами.

Применение банков данных позволяет решить следую­щие проблемы организации и ведения больших массивов

52
информации: 1) сокращение избыточности; 2) обеспече­ние целостности; 3) разграничение доступа; 4) обеспече­ние независимости представления данных.

Избыточность вызывается наличием разных форм представления одних и тех же данных, размножением части данных для дальнейшего использования приклад­ными программами, повторными записями одинаковых данных на различных физических носителях информации.

Целостностью называется свойство БД в любой мо­мент времени содержать лишь достоверные данные. На­личие избыточных, противоречивых и неверно составлен­ных данных нарушает целостность БД.

Для сокращения избыточности производится объеди­нение одинаковых по смыслу, но имеющих различный тип данных в единую БД с приведением к общему, стан­дартизованному виду. Процесс объединения данных, ис­пользуемых различными пользователями, в одну общую БД называется интеграцией базы данных.

Однако каждый конкретный пользователь должен по­лучить доступ лишь к некоторому подмножеству данных из БД, необходимых для выполнения своих прикладных программ. Одновременно с этим обеспечивается режим секретности и повышается степень защищенности данных от несанкционированного доступа.

Одним из важнейших преимуществ применения БД является возможность обеспечения независимости представления данных в прикладных программах от типов запоминающих устройств и способов их физической ор­ганизации. В основном это достигается построением двух уровней представления данных: логического и физиче­ского.

На логическом уровне данные представляются в виде, удобном для использования в прикладных программах или непосредственно проектировщиками.

Физический уровень представления данных отражает способ хранения и структуру данных с учетом их распо­ложения на носителях информации в запоминающих устройствах ЭВМ.

Важнейшим понятием в БНД является модель дан­ных — формализованное описание, отражающее состав и типы данных, а также взаимосвязи между ними. Мо­дели данных классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от объема описываемой информации на логическом уровне разли­чают внешнюю и внутреннюю модели данных. Внешняя модель данных (логическая подсхема) описывает струк­туру информации, относящейся к некоторой конкретной процедуре или к группе родственных проектных процедур.

Внутренняя логическая модель данных (логическая схема) объединяет все подсхемы БД.

По способам отражения связей между данными на логическом уровне различают модели — иерархическую, сетевую и реляционную. Мо­дель называют сетевой, если данные и их связи имеют структуру графа. Если структура отражаемых связей представляется в виде дерева, то модель называют иерархической. Представление данных в форме таблиц соответствует реляционной модели данных.

Задание модели данных в БД осуществляется на спе­циальном языке описания данных (ЯОД). Иногда в ЯОД выделяют языки описания данных для подсхемы (ЯОД— ПС) и для схемы (ЯОД—С).

Язык описания данных представляет собой совокуп­ность директив, построенных в соответствии с выбранной моделью данных.

Примечание. Несмотря на то что ЯОД ориентирован на логический уровень, в него, как правило, включаются директивы, позволяющие управлять расположением данных на внешних носителях.

Прикладные программы, использующие БНД, запи­сываются на некотором алгоритмическом языке (напри­мер, ФОРТРАН, ПЛ/1, ПАСКАЛЬ), называемом вклю­чающим языком. Для обеспечения взаимодействия с БНД в эти программы долж­ны быть введены опе­раторы обращения к СУБД.

Совокупность операторов обращения к СУБД из прикладной программы составляет язык манипулирования данными (ЯМД). Ос­новные операции с дан­ными, выполняемые средствами ЯМД, сле­дующие:

1) поиск информа­ции по заданным поис­ковым признакам в БД;

2) включение в БД новых записей;

3) удаление из БД лишних или ненужных в дальней­шем записей;

4) изменение значений элементов данных в записях.
Как правило, операторы ЯМД реализуются во включающем языке с помощью оператора CALL и выполняют обращения к необходимым подпрограммам СУБД. Не­посредственная запись операторов ЯМД во включающем языке используется реже. При этом необходима предтрансляция, в ходе которой операторы ЯМД заменяются эквивалентными группами операторов включающего язы­ка. Затем выполняется окончательная трансляция при­кладной программы. В результате появляется возмож­ность осуществить как синтаксический, так и семантиче­ский контроль правильности обращения к системе упра­вления базами данных.

Банк данных — сложная информационно-программ­ная система, функционирование которой невозможно вы­полнить полностью в автоматическом режиме. Контроль над ее состоянием и управление режимами осуществляется человеком либо группой лиц, называемых администрато­ром банка данных. Администратор, прежде всего, состав­ляет внешние и внутреннюю модели данных, управляет размещением информации на физических носителях. Второй важнейшей его обязанностью является поддержа­ние, целостности БНД. Для этого администратор выпол­няет восстановление БД после сбоев аппаратуры, запись и храпение копий, ведение системного журнала, где фиксируются все изменения, вносимые в БД, устране­ние избыточности данных и др.

Взаимосвязь БД с при­кладными программами представлена на рис. 2.1. Прикладные программы ППа и ППб пользовате­лей а и б обращаются с запросами к СУБД, кото­рая, пользуясь информа­цией о конкретной внеш­ней модели и основываясь на описании логической схемы БД, формирует обращение к программ­ным средствам того или иного метода доступа в составе ОС. Полученные данные поступают внача­ле в системный буфер, а затем помещаются в до­ступную пользователю ра­бочую область. Таким об­разом, СУБД можно рас­сматривать как некоторую надстройку над ОС, через которую происходит об­щение прикладного пользователя с массивами инфор­мации.

Совокупность модели данных и операций, определен­ных над данными, называется подходом. В соответствии смоделями данных различают реляционный, сетевой и иерархический подходы. Так как подход лежит в основе построения СУБД, различают реляционные, сетевые и иерархические СУБД. В настоящее время наибольшее распространение получили иерархические и сетевые СУБД (это объясняется возможностью обеспечить быст­рый доступ к данным). Однако реляционные СУБД, не­смотря на трудность их программной реализации, позво­ляют более удобно для пользователя описать структуру данных и манипулирование ими.

Тип организации СУБД определяется также степенью структурированности записей в составе БД. Сильноструктурированная запись — запись, построенная в соответст­вии с фиксированным, заранее определенным форматом всех элементов описания.

К таким данным относятся, на­пример, сведения о микросхемах (см. табл. 2.2).

Фактографические СУБД — СУБД, предназначенные дли хранения сильноструктурированных записей. Однако не все данные могут быть сильноструктурированными. Например, в тексте ТЗ на проектирование могут быть выделены лишь элементы, соответствующие заголовку, году издания, организации-разработчику и всему осталь­ному тексту, содержащему информацию символьного типа переменной длины. Такие записи называют слабоструктурированными, а соответствующие СУБД — доку­ментальными или информационно-поисковыми (ИПС). И САПР находят применение СУБД обоих типов.

Организация технического обеспечения САПР оказы­вает влияние на структуру информационного обеспече­ния п в первую очередь баз данных. Если БД сконцент­рирована в одном узле вычислительной сети, то она на­мывается сосредоточенной, в противном случае — распре­деленной. Если информационное обслуживание с по­мощью БД относится ко всей САПР, то БД называют общей (интегрированной или центральной), а если к от­дельной проектирующей подсистеме САПР или к отдель­ному пакету прикладных программ, то локальной БД.

Основные проблемы в организации распределенных и локальных БД заключаются в разработке мероприятий ни обеспечению целостности данных, своевременному обновлению информации и организации оперативного обмена между ними.