Содержание

     Введение

     Исторически сложившееся  развитие вычислительных систем обусловило необходимость хранения в электронном (машиночитаемом) виде все большего количества информации. Одновременно с совершенствованием и дальнейшим развитием вычислительных систем росли  объемы информации, подлежащей обработке и хранению. Сложности, возникшие при решении на практике задач структурированного хранения и эффективной обработки возрастающих объемов информации, стимулировали исследования в соответствующих областях. Задачи хранения и обработки данных были формализованы. Была создана теоретическая база для решения задач такого класса, результатом реализации на практике, которой стали системы, предназначенные для организации обработки, хранения и предоставления доступа к информации. Позже такие системы стали называть системами баз данных.

     Одновременно  с развитием систем баз данных, происходило интенсивное развитие средств вычислительной техники, используемой для работы с большими объемами информации. Вычислительная мощность и, особенно, объемы запоминающих устройств первых вычислительных систем были недостаточны для хранения и обработки информации в объемах, необходимых на практике.

     По  мере развития систем баз данных, менялись принципы организации данных в них: первоначально данные представлялись на основе иерархической, а в последствие сетевой модели. В конце 1970-х – начале 1980-х годов начали появляться первые реляционные продукты.

     Различия  между этими классами моделей  постепенно стираются, причем, видимо, будут появляться другие классы, что вызывается, прежде всего, интенсивными работами в области баз знаний (БЗ) и объектно-ориентированной инфотехнологией. Каждая из указанных моделей обладает характеристиками, делающими ее наиболее удобной для конкретных приложений.

     Целью данной курсовой работы является описание иерархической модели данных.

     Передо  мной были поставлены следующие задачи:

     –дать обзор современному состоянию теории баз данных, основным моделям СУБД, применяемым в ПК;

     –изучить  принципы функционирования и основные возможности иерархической модели данных;

     –рассмотреть  язык описания и манипулирования  данными в иерархической модели данных.

     При написании курсовой работы был произведен комплексный анализ. Основными методами в работе явились методы описания, историко-функциональный и сравнительно-сопоставительный метод.

     Основная  часть

     1. База данных и  модели данных 

     1.1. Задание

     Задание на курсовую работу по дисциплине «Базы данных».

     Студент: Козориз Александр Николаевич.

     Направление: Информатика и вычислительная техника.

     № контракта: 05400100601004

     Тема: Иерархические модели данных. 

     Задание выдано:    

           (число) (подпись)

     1.2. Определение данных и моделей данных

     Похоже, всякая попытка дать четкое определение  термина «данные» не лишена тавтологичности. Рассмотрим несколько таких определений:

     Данные  – это факты, характеризующие  свойства объектов и явлений из некоторой  предметной области. Но что такое факты, как не разнообразные данные?

     Данные  – это информация, предназначенная  к обработке. А информация, в свою очередь – это знания о фактических данных. Данные – это сведения, полученные путем измерения, наблюдения и т.п.

     Данные, хранящиеся в памяти ЭВМ, представляют собой совокупность нулей и единиц (битов). Биты объединяются в последовательности: байты, слова и т.д. Каждому участку  оперативной памяти, который может вместить один байт или слово, присваивается порядковый номер (адрес).

     Какой смысл заключен в данных, какими символами они выражены - буквенными или цифровыми, что означает то или  иное число - все это определяется программой обработки. Все данные необходимые для решения практических задач подразделяются на несколько типов, причем понятие тип связывается не только с представлением данных в адресном пространстве, но и со способом их обработки.

     Любые данные могут быть отнесены к одному из двух типов: основному (простому), форма представления которого определяется архитектурой ЭВМ, или сложному, конструируемому пользователем для решения конкретных задач.

     Данные  простого типа это - символы, числа и  т.п. элементы, дальнейшее дробление  которых не имеет смысла. Из элементарных данных формируются структуры (сложные типы) данных.

     Некоторые структуры:

     Массив (функция с конечной областью определения) - простая совокупность элементов  данных одного типа, средство оперирования группой данных одного типа. Отдельный элемент массива задается индексом. Массив может быть одномерным, двумерным и т.д. Разновидностями одномерных массивов переменной длины являются структуры типа кольцо, стек, очередь и двухсторонняя очередь.

     Запись (декартово произведение) - совокупность элементов данных разного типа. В простейшем случае запись содержит постоянное количество элементов, которые называют полями. Совокупность записей одинаковой структуры называется файлом. (Файлом называют также набор данных во внешней памяти, например, на магнитном диске). Для того, чтобы иметь возможность извлекать из файла отдельные записи, каждой записи присваивают уникальное имя или номер, которое служит ее идентификатором и располагается в отдельном поле. Этот идентификатор называют ключом. 

     

     Рисунок 1.1 Классификация типов данных. 

     Выше  мы рассмотрели несколько типов  структур, являющихся совокупностями элементов данных: массив, дерево, запись. Более сложный тип данных может включать эти структуры в качестве элементов. Например, элементами записи может быть массив, стек, дерево и т.д.

     Существует  большое разнообразие сложных типов  данных, но исследования, проведенные  на большом практическом материале, показали, что среди них можно выделить несколько наиболее общих. Обобщенные структуры называют также моделями данных, т.к. они отражают представление пользователя о данных реального мира.

     Любая модель данных должна содержать три  компоненты:

     -структура данных - описывает точку зрения пользователя на представление данных.

     -набор  допустимых операций, выполняемых  на структуре данных. Модель данных  предполагает, как минимум, наличие  языка определения данных (ЯОД), описывающего  структуру их хранения, и языка манипулирования данными (ЯМД), включающего операции извлечения и модификации данных.

     -ограничения  целостности - механизм поддержания  соответствия данных предметной  области на основе формально  описанных правил. 

     1.2 Понятие БД и  СУБД

     Современные информационные системы характеризуются большими объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей. Цель любой информационной системы - обработка данных о реальных объектах, подлежащих изучению для организации и автоматизации управления, например, данных о предприятиях, вузах и т.п. Это возможно, если выполнено структурирование данных - введение соглашений о способах представления данных. Простейший пример структурирования - преобразование данных, записанных в виде текста, в таблицу. Таким образом, при создании хранилищ (баз) данных информация упорядочивается по различным признакам.

     В целом, базу данных можно определить как поименованную совокупность структурированных данных, относящихся к некоторой практической области (предметной области).

     В современных технологиях создание базы данных, ее поддержка и обеспечение  доступа пользователей к ней  осуществляются централизованно с  помощью специального программного обеспечения – системы управления базами данных (СУБД). СУБД – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для разработки баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

     Понятия база данных - БД (database — DB) и СУБД (Database Management System — DBMS) появились в компьютерном мире в середине 60-х годов, когда ЭВМ начали активно использоваться в управлении и программисты стали переходить от решения отдельных задач к комплексной автоматизации управления, увязывая все задачи в единое целое общей целью. Раньше приходилось вводить и выводить одни и те же данные по многу раз. Например, при управлении предприятием персональные сведения используются в задачах кадрового учета, начисления зарплаты, оперативного планирования и т. д. Естественно ввести эти данные один раз, создав базу данных, и предоставив всем прикладным программам право черпать необходимые сведения из этой базы.

     Преимущества  нового подхода:

     -однократный  ввод данных, что приводит к  резкому сокращению затрат труда;

     -независимость программ от данных, что дает возможность независимо менять те и другие. Допустим, в базе персональных данных появилось поле «гражданство» и исчезла графа «национальность». Раньше пришлось бы переписывать все прикладные программы под новую структуру данных, при наличии СУБД этого делать не нужно, изменятся только программы, непосредственно работающие с этими полями;

     -сокращение  затрат на программирование. Поскольку  многие операции с данными  являются стандартными (ввод, контроль, поиск, защита и т. д.), то вместо того, чтобы программировать их каждый раз, всю работу с данными выносят в одну большую и сложную программу — СУБД. 

     

     Рисунок 1.2 – Создание СУБД. 

     Хорошая СУБД должна обеспечить выполнение ряда базовых функций.

     -Описание  логической структуры базы данных. Для описания данных в любой СУБД имеется специальный язык описания данных — ЯОД (Data Description Language — DDL). При этом описание данных возможно с двух точек зрения:

     • с точки зрения администратора базы данных, владеющего всей информацией обо всех данных, хранящихся в системе. Это описание называется схемой БД;

     • с точки зрения некоторой конкретной задачи, решаемой над СУБД, и нуждающейся  только в части данных. Такое описание называется подсхемой.

     -Манипулирование  данными, то есть выполнение всех операций с данными — ввод, проверка правильности, выборка, составление отчетов. Для описания операций с данными в СУБД имеется язык манипулирования данными — ЯМД (Data Manipulating Language — DML). Этот язык может быть реализован в двух вариантах:

     -в  виде расширения базового языка  программирования (Кобола, Паскаля,  Си) набором библиотечных функций;

     -в  виде самостоятельного ЯМД, который  в этом случае называется языком  запросов.

     Обеспечение целостности БД (database integrity). Целостность (непротиворечивость) данных — это способность данных правильно отражать объект. Нарушения целостности могут быть из-за ошибок человека (например, где-то сменили название объекта, а где-то забыли) или из-за машинных сбоев. Обеспечение целостности данных дается дорогой ценой. В частности, для защиты от машинных сбоев в хороших СУБД ведутся журналы учета всех обращений, по которым можно восстановить данные при авариях.

     Обеспечение многопользовательского доступа (multiuser access). Иногда с одной БД одновременно работают сотни и тысячи пользователей, например, в системах резервирования билетов, крупных банках. СУБД должна навести порядок в многочисленных обращениях, обеспечить в тяжелых этих условиях сохранение целостности БД.