«Деректер базасының жүйесі» пәнінен оқу-әдістемелік кешен 050703 – «Ақпараттық жүйелер» мамандығына арналған ОҚУ-Әдістемелік материалдар

1. Глоссарий

3. Практикалық және лабораториялық сабақтар

4. Студенттің өздік жұмысы

1. глоссарий

1.1. Деректер базасы (ДБ) – бұл қандайда бір пәндік облысқа жататын құрылымдық деректердің аталынған жиынтығы.

1.2. Деректер базасын басқару жүйесі (ДББЖ) – бұл деректер базасын құру үшін, оларды актуалды жағдайда қолдау мен қажетті ақпаратты іздеуді ұйымдастыру үшін қажет программалық және тілдік әдістер кешені.

1.3. Өріс – ақпараттық бөлінбейтін өлшемі – реквизиттерге сәйкес келетін деректерді логикалық ұйымдастырудың элементарлық бірлігі.

1.4. Жазба - өрістердің логикалық байланысқан жиынтығы. Жазбаның көшірмесі – оның өрістерінің нақты мәндері құрамына кіретін жазбаларды жеке өңдеу.

1.5. Файл (кесте) – бір құрылымның жазбалар көшірмесінің жиынтығы.

1.6. Деректер моделі – деректер құрылымы мен оларды өңдеу операциялары жиынтығы.

1.7. Торап – қандайда бір объектіні сипаттайтын деректер атрибуттарынының жиынтығы.

1.8. Концепция жалпы мағынада процестер мен құбылыстарды зерттеудің қандай да бір жүйесін көрсетеді. Концепцияның құрама бөліктеріне принциптер мен әдістемелер жиынтығы жатады.

1.9. Әдістеме –мәселелерді шешу әдістерінің жиынтығы.

1.10. Принцип – бұл ереже. Принциптер жиі шексіздіктер мен талаптар түрінде көрсетіледі.

2. Дәрістер

1. 
   Деректер базасы.
   
2. 
   ДББЖ.
   
3. 
   ДБ құрылымдық элементтері.
   
4. 
   ДБ модельдері.
   
5. 
   ДБ кестелері арасындағы байланыс.
   

Кез келген ақпараттық жүйенің мақсаты – нақты өмірдің объектілері туралы деректерді өңдеу. Деректер базасы сөзін кеңінен алғанда – бұл қандайда бір пәндік облыста шынайы өмірдің нақты объектілері туралы деректер жиынтығы. Пәндік облыс деп шынайы өмірдің бір бөлігі деп түсінуге болады.

Деректер базасын құрған кезде пайдаланушы ақпаратты әр түрлі белгілер бойынша сұрыптауға және белгілердің дербес құрылымын таңдауды тез жүзеге асыруға ұмтылады.

Құрылымдылық (структурирование) – бұл деректерді көрсету әдістері туралы келісімдерді енгізу. Құрылымдылық емес деп мысалы, текстік файлда жазылған деректерді айтамыз.

Деректер базасының қазіргі технологиясында деректер базасын құру, оны қолдау және оған пайдаланушылардың кіруін қамтамасыз ету арнайы программалық инструментарий – деректер базасын басқару жүйесі көмегімен жүзеге асыруды болжайды.

Деректер базасы түсінігі өріс, жазба, файл (кесте) сияқты құрылымдық элементтер түсінігімен тығыз байланысты.

Имя поля 1	Имя поля 2	Имя поля 3	Имя поля 4	Имя поля 5

-аты, мысалы, аты-жөні, туған жылы;

-тип, мысалы, символдық, сандық, күнтізбелік;

-ұзындық, мысалы, 15 байт, символдық максималды мүмкін санымен анықталады;

-сандық деректер үшін нақтылық, мысалы, санның қалдық жағын сипаттауға арналған екі онсандық белгілер.

Жазба - өрістердің логикалық байланысқан жиынтығы. Жазбаның көшірмесі – оның өрістерінің нақты мәндері құрамына кіретін жазбаларды жеке өңдеу.

Файл (кесте) – бір құрылымның жазбалар көшірмесінің жиынтығы.

Файл жазбасының логикалық құрылымын сипаттау жазба өрістерінің орналасқан жерін және оның негізгі сипаттамаларын суреттен көруге болады.

ДББЖ иерархиялық, тораптық немесе реляциялық модельдерді пайдалануға негізделген. Деректер моделінің негізгі үш типін қарастырайық: иерархиялық, тораптық және реляциялық.

Иерархиялық құрылым анықталған ережелер бойынша өзара байланысқан элементтер жиынтығы. Иерархиялық қатынастармен байланысқан объектілер қалыптанған графты құрады, оның жалпы түрі суретте көрсетілген.

Иерархиялық құрылымның негізгі түсініктеріне: деңгей, элемент (торап), байланыс жатады. Торап – қандайда бір объектіні сипаттайтын деректер атрибуттарынының жиынтығы. Иерархиялық тоғай схемасында тораптар граф төбесімен көрсетілген. Өте төменгі деңгейдегі әрбір торап одан жоғары деңгейде орналасқан бір тораппен ғана байланысқан. Иерархиялық тоғай ешқандай басқа төбеге бағынышты емес және ең жоғарғы деңгейде тұрған тек бір ғана төбесі (тоғай түбі) бар. Қатысты (бағынышты) тораптар екінші, үшінші және т.с.с. деңгейлерде орналасқан. Деректер базасында тоғайлар саны түбірлік жазбалар санымен анықталады.

Деректер базасының әрбір жазбасында түбірлік жазбада тек бір ғана жолы бар. Мысалы, суреттен С4 жазбасы үшін жол А мен В3 жазбалары арқылы өтетінін көреміз.

Деректердің тораптық моделі

Тораптық құрылымда осы негізгі түсініктер (деңгей, торап, байланыс) арқылы әрбір элемент кез келген басқа элементпен байланысуы мүмкін.

Суретте деректер базасының тораптық құрылымы граф түрінде көрсетілген.



Деректердің реляциялық моделі

Реляциялық (ағыл. relation – қатынас) түсінігі Е.Коддтың деректер базасы жүйесі облысында белгілі американдық маманның құрастыруымен байланысты.

Бұл модельдер деректер құрылымының қарапайымдылығымен, пайдаланушыға ыңғайлы және деректерді өңдеуге арналған реляциялық есептеулерді жүргізу мүмкіндігімен сипатталады.

Реляциялық модель екіөлшемді кестелер түріндегі деректерді ұйымдастыруға бағытталған. Әрбір реляциялық кесте екі өлшемді массивті көрсетеді және келесі құрамнан құрады:

• 
  әрбір кестенің элементі – деректердің бір элементі;
  
• 
  кестедегі барлық бағандар бірдей, яғни бағандағы барлық элементтерде бірдей типі (сандық, символдық және т.б.) мен ұзындығы бар;
  
• 
  әрбір бағанның өзгеше аты бар;
  
• 
  кестеде бірдей жолдар жоқ;
  
• 
  жолдар мен бағандардың реті дербес болуы мүмкін.
  

Әрбір мәні сәйкес жазбамен анықталатын өріс қарапайым кілт (кілттік өріс) деп аталады. Егер жазбалар бірнеше өрістердің мәнімен анықталса, онда деректер базасының мұндай кестесінің құрама кілті болады.

Екі реляциялық кестені байланыстыру үшін бірінші кестенің кілтін екінші кестенің кілті құрамына (кілттер бір-біріне сәйкес келуі мүмкін) енгізу қажет, кері жағдайда бірінші кесте құрылымына сыртқы кілт - екінші кестенің кілтін енгізу керек.

Деректер базасы бірнеше байланысқан кестелерден тұруы мүмкін. Қатынастармен байланысқан кестелер келесі принцип бойынша іс-әрекет етеді: бастапқы және бағынышты. Бастапқы кестені ата-аналық (родительский) деп, ал бағыныштыны – аналық (дочерний) деп те атайды.

ДБ кестелері келесі принциптердің біреуімен қатынасады:

• 
  "один – к - одному";
  
• 
  "многие – к - одному";
  
• 
  "один – ко - многим";
  
• 
  "многие – ко - многим".
  

Мұндай байланыста ата-аналық кестедегі бір жазба аналық кестедегі бір жазбаға сәйкес келеді.

"Один – ко – многим" ("многие – к – одному") байланысының екі түрін қарастырады:

• 
  бірінші жағдайда бастапқы кестедегі барлық жазбалар бағынышты кестедегі жазбалармен сәйкес келуі керек;
  
• 
  екінші жағдайда мұндай қатаң талаптар қойылмайды және бастапқы кестедегі кейбір жазбалар бағынышты кестедегі байланысқан жазбалары болмауы мүмкін.
  

Деректер базасын кез келген "многие – ко – многим" байланысы "один – ко – многим" (многие – к – одному") байланысының бір немесе бірнешеуімен ауыстырылуы мүмкін болатындай құруға мүмкіндік береді.

1. 
   Құрылымдылық дегеніміз не?
   
2. 
   Деректер базасы дегеніміз не?
   
3. 
   ДББЖ дегеніміз не?
   
4. 
   Деректер моделі дегеніміз не?
   
5. 
   Иерархиялық, тораптық және реляциялық деректер модельдері нені көрсетеді?
   
6. 
   Өріс, жазба дегеніміз не?
   
7. 
   Кілттік өріс дегеніміз не?
   
8. 
   Байланыстың қандай түрін ДБ кестелері арасына орнатуға болады?
   

1. 
   ДБ-на қойылатын талаптар.
   
2. 
   ДБ құру концепциясы.
   
3. 
   ДБ жобалау әдістемесі.
   
4. 
   ДБ пайдалану әдістемесі.
   

Концепцияның құрама бөліктеріне принциптер мен әдістемелер жиынтығы жатады.

1. Деректер базасына қойылатын талаптар

Қазіргі Деректер базасына, сонымен қатар ДББЖ келесі негізгі талаптар қойылады.

1. 
   Жоғарғы жылдамдық (сұранысқа аз уақыт беру).
   

2. 
   Деректерді жаңартудың қарапайымдылығы.
   
3. 
   Деректердің тәуелсіздігі.
   
4. 
   Деректердің көптеген пайдаланушылармен қолданылуы.
   
5. 
   Деректердің қауіпсіздігі – деректерді жоюдан қорғау.
   
6. 
   Құруды қарапайымдау және ДБ эксплуатациялау (ДББЖ).
   
7. 
   Сәйкес пәндік облыстың деректерін көрсету адекваттылығы.
   
8. 
   Пайдаланушының интерфейсі.
   

Бастапқыда (60-шы жылдың басында) сақтаудың файлдық жүйесі пайдаланылды. Деректердің аз саны және есептеудің үлкен көлемімен сипатталатын инженерлік есептерді шешу үшін деректер программада сақталды. Деректерді ұйымдастыру әдісі пайдаланылды, олардың жоғарғы сыйымдылығы бар болды, деректердің толық тәуелділігі болды. Деректердің үлкен көлемі мен есептеудің аз бөлігімен ерекшеленетін экономикалық-басқарушылық есептердің (басқарудың ақпараттық жүйесі - MIS) пайда болуымен деректердің көрсетілген ұйымдастырылуы тиімсіз болып шықты. Деректерді реттеу қажет болды, оны екі критерий бойынша жүргізуге болатыны анықталды: пайдалану (ақпараттық массивтер); сақтау (деректер базасы). Алғашында ақпараттық массивтерді пайдаланды, бірақ кейін деректер базасы ерекшелене түсті. Тек деректерді сақтауға арналған файлдарды пайдалану 1959 жылы Мак Гримен ұсынылды. Осы файлдарға кіру әдісі құрастырылды, осы кезде физикалық және логикалық құрылымдар бір-бірімен ерекшеленді, ал деректердің физикалық орналасуын логикалық көріністің өзгеруінсіз ауыстыруға болды.

1963 жылы С. Бахман деректердің желілік моделімен IDS бірінші өндірістік деректер базасын құрды. Деректерге кіру сәйкес программалық қамтама көмегімен жүзеге асты. 1969 жылы деректердің желілік моделіне арналған CODASYL стандарттар жиынтығын құрған топ құрылды.

Шынында басында қазіргі деректер базасының архитектурасы пайдалана бастады. Архитектура деп құрылымның әр түрлілігін айтамыз, онда қандай да бір элемент басқа элементке ауыстырылуы мүмкін, ену және шығу сипаттамасы бірінші элементке сәйкес келеді. Деректер базасы технологиясының дамуында М. Коддпен 1970 жылы ұсынылған деректердің реляциялық модель парадигмасы ұсынылды. Парадигманы шындықтың белгісін көрсететін түсініктер жүйесіне айналған ғылыми теория деп түсіну керек. Енді логикалық құрылымды бір физикалық мәліметтен алуға болды, яғни бір физикалық мәліметке кіру әр түрлі жол қосымшаларымен жүзеге асырылды.Деректердің бүтіндігі мен тәуелсіздігін қамтамасыз ету мүмкіндігі туды.

70-ші жылдың соңында қазіргі ДББЖ пайда болды, олар физикалық және логикалық тәуелсіздікті, Деректердің қауіпсіздігін қамтамасыз етті. Соңғы он жыл бөлшектелген және объекті-қалыптамалы деректер базасының дамуымен сипатталады, олардың сипаттамасы автоматтандыру әдісінің қосымшасымен анықталады.

Басқарудың автоматтандырылған ДБ жүйесін құрудың екі нұсқасы бар.

Олардың біріншісі 80-ші жылдары кең пайдаланылған және құжатайналымды (мекеменің жұмысы процесінде жүргізілетін құжаттар жиынтығы) автоматтандырумен байланысты классикалық (дәстүрлі) деген ат алған. Шығу және ену координаттары болып құжаттар табылады.

Келесі тезис пайдаланылды. Деректер алгоритмдерге қарағанда қозғалыссыз, сондықтан кез келген алгоритм үшін пайдалануға болатын әДБебап ДБ құру керек. Бірақ әДБебап ДБ құру тиімсіз болғаны анықталды. Осы уақытқа дейін пайдаланылған деректерді интеграциялау концепциясы олардың көлемінің өсуіне байланысты жағдайсыз болып қалды. Сонымен қатар кең қолданылатын стандартты алгоритмдерге негізделген қосымшалар (мысалы, мәтіндік, графикалық редакторлар) пайда бола бастады. Стандартты алгоритмдер басқаруда (бизнесте) пайда бола бастады.

90-шы жылдарға қарай басқаруды автоматтандырумен байланысты екінші нұсқа құрылды. Ол деректер анықталатын қосымшалардың стандартты алгоритмдерін бастапқыда шығаруды көрсетеді. Бұл нұсқаның маңыздылығын тек объекті-қалыптамалы программалау күшейтті.

ДБ жұмыс істеуде бір және көпқолданбалы (әр түрлі порттар арқылы бір компьютерге бірнеше қолданушылар қосылады) режимдер болуы мүмкін.

ДБ жоғарғы (восходящее) және төменгі (нисходящее) жобалау пайдаланылады. Біріншісі деректердің әр түрлі моделін пайдаланумен орындалатын жергілікті деректер базасымен жобаланған интеграция кезінде бөлшектенген ДБ-да қолданылады. Орталықтандырылған ДБ үшін сипаттама төменгі жобалау болып табылады.

Құру әдістемесі мен ДБ пайдалану әдістемесін бөліп қарау керек. ДБ әдістемесі жобалау процедурасында анықталады, бірақ пайдалану процедурасында да көрінеді.

3. Деректер базасын жобалау әдістемесі

Классикалық нұсқада деректер базасын қарастыру әдістемесінің көптеген түрі бар, бірақ көбінесе ANSI/SPARC әдістемесі қолданылады.

Орталықтандырылған ДБ жобалау процедурасының жиынтығын төрт сатыға жіктеуге болады.

Талапты анализдеу сатысында мекеме мақсаты құрылады, ДБ-на талаптар анықталады. Ол жалпы талаптар мен спецификалық талаптардан тұрады. Спецификалық талаптарды ұйымдастыру үшін көбінесе басқарудың әртүрлі деңгейіндегі персонал әдістемесі қолданылады. Барлық талаптар пайдаланушы мен ДБ жобалаушыға қатысты формада құжаттандырылады.

Концептуалды жобалау сатысы ДБ бастапқы жобасына пайдаланушының ақпараттық талабын суреттеу мен синтездеу жатады. Бастапқы деректер классикалық нұсқа кезінде пайдаланушының құжаты немесе қазіргі нұсқа кезінде қосымшалар алгоритмдерінің жиынтығы болуы мүмкін.

Логикалық жобалау процесінде деректерді жоғары деңгейлі көрсету пайдаланылатын ДББЖ құрылымына айналады. Сатының негізгі мақсаты қарапайымдаудың арнайы ережесін пайдаланумен деректердің шығымын жою болып табылады. Қарапайымдау мақсаты – деректердің қайталануын және жаңарту процедуралары кезінде ДБ мүмкін құрылымдық өзгеруін минималдау.

ДБ басқару процедурасы арнайы талқылауды қажет етеді. Ол бірқолданбалы режимде өте қарапайым. Көпөолданбалы режимде және бөлшектелген ДБ процедура қиындайды. Арнайы шаралар қолданбаудан бірнеше пайдаланушылардың бір уақытта кіруі кезінде бүтіндіктің бұзылуы. Бұл жағдайды жою үшін транзакция жүйесі және кестелер немесе жеке жазбаларды қодтау режимі пайдаланылады.

Транзакция – файлдың, жазбаның немесе деректер базасының өзгеру процесі.

Жобалаудың сатылары мен словарьлі (словарная система) жүйелер арасындағы іс-әрекетті жеке қарастыру қажет. Жобалау процедурасы словарьлы жүйе жоқ болған жағдайда да қолданыла береді. Словарьлы жүйенің өзі жобалауды автоматтандыру элементі ретінде қарастырылуы мүмкін.

Жобалау әдістері мен бағалау критерийлері құрастыру сатысында пайдаланылады. Қазіргі уақытта критерийлерді таңдау кезіндегі анықсыздық ДБ жобалауда ең әлсіз жер болып табылады. Бұл суреттеудің қиындығымен және альтернативті шешімдердің үлкен санын идентификациялаумен байланысты.

Сапалы критерийлерге иілгіштік, адаптивтілік, жаңа пайдаланушыларға кіру мүмкіндігі, басқа жүйелермен өзара байланысқан, қайта жаңарту мүмкіндігі, бөлу және кеңейту мүмкіндігі жатады.

Жобалау процесі ұзақ және ауыр болып табылады. Көбінесе бірнеше айға созылады. ДБ жобалаушының негізгі ресурсы өзінің интуициясы мен тәжірибесі болып табылады, сондықтан шешім қабылдау сапасы көптеген жағдайда төмен болып қалуы мүмкін.

Жобаланатын ДБ төмен тиімділігінің негізгі себебі мыналар болуы мүмкін:

• 
  талабының жеткіліксіз терең анализі (жобалаудың бастапқы сатылары), олардың деректерінің семантикасы мен қатынасын қоса алғанда;
  
• 
  бұл процесті ұзақ және қолмен өңдеу кезінде қиын орындалатын құрылымдық процестің ұзақтығы.
  

4. Деректер базасын пайдалану әдістемесі

ДБ өзіндік пайдаланылмайды, ал әр түрлі ақпараттық жүйелердің: деректер банкі, ақпараттық-іздеушілік және эксперттік жүйелер, автоматтандырылған жобалау жүйесі, автоматтандырылған жұмыс орны, басқарудың автоматтандырылған жүйесі компоненттері болып табылады.

ДБ-да деректерді көрсетудің үш деңгейі бар: концептуалды, логикалық және физикалық деректер базасы.

Пайдалану процесінде көбінесе логикалық, кейде концептуалды және физикалық модельдер қолданылады.

Деректер словарі деректердің барлық типтері, олардың аты, құрылымы, сонымен қатар оларды пайдалану ақпараты туралы орталықтандырылған мағлұматтары бар ішкі ДБ көрсетеді.

Деректер словарінің қасиеті – пәндік облыстың ақпараттық ресурстарын тиімді жинау мен басқаруда. Оны пайдалану деректерді енгізу кезінде туатын қайшылықты жоюға, оларды модификациялау кезінде қарапайым және тиімді басқаруды жүзеге асыруға, деректерді басқаруды орталықтандыру есебінен ДБ жобалау процедураларын жеңілдетуді, басқа пайдаланушылармен байланыс орнатуға мүмкіндік береді.

ДБ пайдалану процесінде жаңарту (жазба, жою, деректерді модификациялау) және сұраныс-жауап (оқу) операциялары бар.

Жалпы жағдайда сұраныс процесі бірнеше сатылардан тұрады. Пайдаланушы ДБ құрылымын білу керек.

Бірінші сатыда пайдаланушы оған қажет құжаттың қандай формасы керек екендігін білу керек. Бұл пайдаланушының логикалық моделі болмауы да, сонымен қатар өрістердің әр түрлі құрамы кезінде олардың түрлі модификациясы болуы мүмкін. Демек логикалық модельдер ДБ логикалық моделінен ерекшеленуі мүмкін, шығарылатын машиналық құжаттар үшін өрістердің қандай құрамы қажет екенін анықтау керек.

ДБ эксплуатациялау кезінде екі арнайы операциялар пайдаланылады: навигация және спецификация.

Навигация – ДБ логикалық құрылымы (кілт бойынша жүзеге асатын байланыс арасындағы кесте жиынтығы) бойынша жол жүру кезінде алынған бірдей объектімен көрсетілген нәтиженің операциясы.

Спецификация – деректер базасы кестесінің құрылымы негізінде құрылған жаңа құрылым (кесте) болып табылатын нәтиженің операциясы. Бұл кесте «түр» деген ат алды.

Программалық өндіру (ары қарай ДББЖ) программалық модульдер жиынтығын көрсетеді, нақты ОЖ басқаруымен жұмыс істейді және келесі функцияларды орындайды: концептуалды және логикалық деңгейлерде деректерді суреттеу; деректерді жүктеу; деректерді сақтау; сұранысқа ізденіс және жауап (транзакцияны); өзгерісті енгізу; қауіпсіздікті және бүтіндікті қамтамасыз ету; тілдік әдістерді пайдалануды көрсету: деректерді суреттеу тілі (МСТ), деректерді бақылау тілі (ДБТ), сұраныстар тілі.

Аппараттық өндіру деректер базасының машинасы деп аталатын машинаны пайдалануды қарастырады. Олардың пайда болуы ақпараттық үлкен көлемімен және кіру жылдамдығының талаптарымен шақырылды.

Бақылау сұрақтары

1. 
   ДБ-на қандай талаптар қойылады?
   
2. 
   ДБ құру концепциясы.
   
3. 
   Жоғарғы жобалау қандай ДБ пайдаланылады?
   
4. 
   Төменгі жобалау қандай ДБ пайдаланылады?
   
5. 
   Орталықтандырылған ДБ жобалаудың қандай сатылары бар және осы сатылардың әрқайсысында не орындалады?
   
6. 
   Жобаланатын ДБ төменгі тиімділігің қандай мәселесі бар?
   
7. 
   Деректерді көрсетудің қандай деңгейлері бар?
   
8. 
   Деректер словарі дегеніміз не?
   
9. 
   ДБ эксплуатациялау кезінде қандай операциялар қолданылады?
   
10. 
    ДББЖ өндірудің қандай бағыттары бар? Осы бағыттар өзіне не қосады?