Иерархические модели данных

     Защита  данных от несанкционированного доступа. Могут защищаться отдельные поля, записи, блоки данных, для чего используются разнообразные ключи, пароли, шифры и т. п. 

     1.3 Концепция моделей  данных

     Ядром любой базы данных является модель данных, которая представляет собой  структуру данных, соглашения о способах их представления и операций манипулирования ими. Модель данных представляет собой формализованное описание объектов предметной области и взаимосвязей между ними.

     Очевидные требования к модели:

     -Модель должна быть достаточно универсальной, позволяя работать с данными различной структуры и сложности.

     -Модель  должна допускать автоматическую  обработку данных, т.е. должна  быть реализуема программными  средствами.

     -Модель  должна быть наглядной, «прозрачной». Поскольку задача описания структуры  данных средствами выбранной модели возлагается на разработчика (человека), чем сложнее модель – тем труднее избежать ошибок при проектировании.

     Различают три основных типа моделей данных:

     -иерархическая,

     -сетевая,

     -реляционная.

     Иерархическая структура представляет собой совокупность элементов, в которой данные одного уровня подчинены данным другого уровня, а связи между элементами образуют древовидную структуру. В такой структуре исходные элементы порождают другие элементы, причем эти элементы в свою очередь порождают следующие элементы и т.д. Существенно то, что каждый порожденный элемент имеет только одного «родителя». В качестве примера иерархической структуры (рис.1.3) приведена организация хранения информации о музыкальных альбомах группы «Ace of Base». Группа «Ace of Base» может быть подчиненной для объектов более высокого уровня иерархии, например страны, стиля или носителя. 

     

     Рисунок 1.3- Пример иерархической организации  данных 

     Примером  иерархической базы данных может  служить генеалогическое древо  вашей семьи.

     Несмотря  на то, что в атрибутах, описывающих  песню, нет названия альбома, глядя  на дерево, по линиям связи можно  определить принадлежность альбома  группе. Из данной иерархической структуры  можно узнать:

     -в  каком альбоме больше песен;

     -число  альбомов, выпущенных группой;

     -есть  ли в альбомах одинаковые песни  и т.д.

     Существуют  и более сложные – сетевые  – структуры, в которых каждый порожденный элемент может иметь  более одного порождающего элемента. Сетевая модель данных состоит из набора соответствующих связей. На формирование связи особых ограничений не накладывается.

     Пример  схемы простейшей сетевой БД показан  на рис. 1.4. Типы связей здесь обозначены надписями на соединяющих линиях. 

     

     Рисунок 1.4 - Пример сетевой организации данных 

     И сетевые и иерархические структуры можно свести к простым двумерным таблицам.

     Наиболее  удобным и для пользователя, и  для компьютера является представление  данных в виде двумерной таблицы  – подавляющее большинство современных  информационных систем работает именно с такими таблицами. Базы данных, которые состоят из двумерных таблиц, называются реляционными (по-английски «relation» – отношение). Основная идея реляционного подхода состоит в том, чтобы представить произвольную структуру данных в виде простой двумерной таблицы. 

     1.4 Объекты базы данных

      Microsoft Access (MS Access) - одна из наиболее популярных  СУБД. Данная СУБД входит в  широко распространенный интегрированный  пакет фирмы Microsoft - MS Office Pro. MS Access применяется для разработки относительно  небольших информационных систем, содержащих, как правило, не более 50000 записей и функционирующих в локальных вычислительных сетях, объединяющих 1 - 15 компьютеров. MS Access работает в операционной системе Windows. Имеются версии данной СУБД: 2.0 - для Windows 3.1; 7.0 (95), 97, 2000 - для Windows 95, 98, 2000 и Windows NT. Большим преимуществом MS Access является наличие средств разработки информационных систем для пользователей различной квалификации: от начинающих до профессионалов.

     В приложении А показана структура и взаимосвязи основных элементов СУБД MS Access.

     Кратко  охарактеризуем основные структурные  элементы, приведенные на схеме.

     Таблица является основным элементом всякой реляционной базы данных, в том числе и СУБД MS Access. Эти объекты предназначены для хранения данных.

     Запросы служат источниками для построения других запросов, форм и отчетов. Запросы позволяют изменять и анализировать данные. Наиболее распространенный тип запроса - запрос на выборку - представляет собой набор правил, по которым отбираются данные из одной или нескольких связанных таблиц. Результаты выполнения запроса на выборку представляются в виде таблицы.

     Формы - основное средство обработки, анализа  и преобразования данных. Формы используются для:

     -ввода  данных в таблицу;

     -отображения  отобранных данных в заданном виде на экране и при выводе на печать;

     -в  качестве панели управления для  открытия других форм, отчетов,  таблиц, запросов;

     -в  качестве окна диалога.

     Источниками данных для форм служат: таблицы; запросы; данные, заложенные в макете формы. По внешнему виду формы делятся на табличные, ленточные, простые. В простой форме видны поля, относящиеся только к одной записи. Табличная и ленточная формы выводят сразу несколько записей. Ленточная форма обладает более разнообразными возможностями отображения данных по сравнению с табличной.

     Отчеты - это средство для организации  вывода данных на печать. С помощью  отчета имеется возможность вывести  необходимые сведения в нужном виде. Возможен предварительный просмотр отчета перед выводом на печать. Источниками данных для отчетов служат таблицы, запросы, данные, заложенные в макет. Основные элементы управления отчетом такие же, что и у формы.

     Макросы - это набор стандартных инструкций (макрокоманд), позволяющих управлять  элементами базы данных. Примеры макрокоманд: открыть/закрыть таблицу; открыть/закрыть форму; открыть/закрыть запрос; печать; предварительный просмотр; выход и т.д.

     Макросы имеют имена и вызываются к  выполнению при наступлении событий. Например, макрос Autoexec - это набор  инструкций, обрабатываемый при открытии базы данных.

     Макросы являются простым и эффективным  способом автоматизации приложения.

     Модули - это объекты, содержащие программы, написанные на языке Visual Basic for Applications (VBA). Модули позволяют разбить некоторый  процесс на несколько небольших процедур и найти ошибки, которые нельзя было бы найти при использовании макросов.

     В MS Access встречаются два вида модулей: 1) независимые объекты, содержащие функции, вызываемые из любого места  приложения; 2) непосредственно “привязанные” к отдельным формам или объектам для реакции на те или иные происходящие в них изменения (события).

     Модули, в отличие от макросов, применяются  при разработке более сложных  приложений. 
 
 
 
 
 

     2. Иерархическая модель  данных

     2.1 Понятие и структура  иерархической модели

     Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой  по определённым правилам. Объекты, связанные  иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевёрнутое дерево), вид которого представлен  на рисунке 2.1. 

                                                        А               Уровень 1 
 

                       В1                          В2         В3          В4 Уровень 2 

              С1    С2           С3     С4         С5     С6    С7    С8 Уровень 3

     Рисунок 2.1 -Иерархическая структура 

     К основным понятиям иерархической структуры  относятся: уровень, элемент (узел), связь.

     Узел  – это совокупность атрибутов  данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчинённую никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчинённые) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базах данных определяется числом корневых записей.

     Для записи базы данных существует только 1 иерархический путь от корневой записи. Например, как видно на рисунке 2.1 для записи С4 путь проходит через записи А и В3.

     Пример, представленный на рисунке 2.2, иллюстрирует использование иерархической модели базы данных. Для рассматриваемого примера иерархическая структура правомерна, т.к. каждый студент учится в определённой (только одной) группе, которая относится к определённому (только одному) институту. 

                Институт (специальность, название, ректор)

       

     

                                  Группа (номер, староста)

       
 

      Студент (номер  зачётной книжки, фамилия, имя, отчество)

       
 
 

     Рисунок 2.2 - Пример иерархической структуры  бах данных 

     Типичным  представителем СУБД, поддерживаемых данный вид моделей (наиболее известным и распространенным), является Information Management System (IMS) фирмы IBM. Первая версия появилась в 1968 г. и была создана для поддержки лунного проекта «Аполлон» (управление огромного количества деталей, иерархически связанных между собой).

     Рассмотрим  следующую модель данных предприятия (см. рис. 2.3): предприятие состоит  из отделов, в которых работают сотрудники. В каждом отделе может работать несколько  сотрудников, но сотрудник не может  работать более чем в одном  отделе.

     Поэтому, для информационной системы управления персоналом необходимо создать групповое отношение, состоящее из родительской записи ОТДЕЛ (НАИМЕНОВАНИЕ_ОТДЕЛА, ЧИСЛО_РАБОТНИКОВ) и дочерней записи СОТРУДНИК (ФАМИЛИЯ, ДОЛЖНОСТЬ, ОКЛАД). Это отношение показано на рис. (а) (Для простоты полагается, что имеются только две дочерние записи).

     Для автоматизации учета контрактов с заказчиками необходимо создание еще одной иерархической структуры: заказчик - контракты с ним - сотрудники, задействованные в работе над контрактом. Это дерево будет включать записи ЗАКАЗЧИК(НАИМЕНОВАНИЕ_ЗАКАЗЧИКА, АДРЕС), КОНТРАКТ(НОМЕР, ДАТА,СУММА), ИСПОЛНИТЕЛЬ (ФАМИЛИЯ, ДОЛЖНОСТЬ, НАИМЕНОВАНИЕ_ОТДЕЛА) (рис. (b)). 

     

     Рисунок 2.3 - Пример иерархической структуры  бах данных 

     Из  этого примера видны недостатки иерархических БД:

     Частично  дублируется информация между записями СОТРУДНИК и ИСПОЛНИТЕЛЬ (такие  записи называют парными), причем в  иерархической модели данных не предусмотрена поддержка соответствия между парными записями.

     Иерархическая модель реализует отношение между  исходной и дочерней записью по схеме 1:N, то есть одной родительской записи может соответствовать любое  число дочерних. Допустим теперь, что  исполнитель может принимать участие более чем в одном контракте, т.е. возникает связь типа M:N. В этом случае в базу данных необходимо ввести еще одно групповое отношение, в котором ИСПОЛНИТЕЛЬ будет являться исходной записью, а КОНТРАКТ - дочерней (рис. (c)). Таким образом, мы опять вынуждены дублировать информацию.