Дәріс № 3, 4. Деректер базасын жобалаудың негізгі сатылары

1. 
   ДБ жобалау сатылары.
   
2. 
   Пәндік облысты зерттеу.
   
3. 
   Инфологиялық модельдеу түсінігі.
   
4. 
   Даталогиялық жобалау.
   
5. 
   Сақтау ортасында деректер базасын ұйымдастыру, физикалық жобалау.
   

Жоба дегеніміз не? Бұл схема — қандайда бір құрылғының эскизі. Реляциялық деректер базасының жобасы дегеніміз не? Бұл барлық атрибуттар анықталған, қатынастың бастапқы кілттері және қатынастың қосымша құрамы берілген бір-бірімен байланысқан қатынастар жиынтығы. Неге бір-бірімен байланысқан қатынастар? Өйткені сұраныстарды орындау кезінде қатынастарды біріктіруді жүргіземіз және бір мән әр түрлі қатынас-кестелерінде бірдей белгіленуі қажет. Шынында, егер біз бір кестеде бағаны цифрмен, ал қалғандарын «өте жақсы», «жақсы» және т.с.с. сөздермен белгілесек, онда Баға бағаны бойынша кестені біріктіре алмаймыз, бірақ мағынасы бойынша олар бірдей сияқты, сонда да ол компьютер «миына» түсінікті емес. Бұл қатардағы инженерлер үшін ауыр, интеллектуалды есептерді шеше алатын жасанды интеллект жүйесінің мәселесі. Сондықтан деректер базасының жобасы – бұл ұзақ уақыт және көптеген пайдаланушылармен қолданылатын бағдарламалық кешен фундаменті. Деректер базасының өмірлік циклі сатылары суретте көрсетілген. Олар кез келген бағдарламалық жүйенің дамуына сай келеді, бірақ оларда тек деректер базасына қатысты қандайда бір спецификасы бар.

ДБ жобалау процесі пәндік облыстың ақпараттық құрылымын формалды емес түрде ауызша суреттеуден қандайда бір модельдің терминдерінде пәндік облыс объектілерін формальды суреттеуіне көшу жиынтығын көрсетеді. Жалпы жобалаудың келесі сатыларын бөліп қарастыруға болады:

1. 
   Жүйелік анализ және пәндік облыстың ақпараттық объектілерін ауызша суреттеу.
   
2. 
   Пәндік облыстың инфологиялық моделін жобалау – қандайда бір семантикалық модель терминдерінде пәндік облыстың объектілерін жартылай суреттеу, мысалы Е-моделі терминінде.
   
3. 
   ДБ даталогиялық немесе логикалық жобалау, яғни деректердің даталогиялық моделімен қабылданған терминдерде ДБ суреттеу.
   
4. 
   ДБ физикалық жобалау, яғни қосымшаның тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етуге арналған сыртқы тасымалдағыштарда ДБ тиімді қойылуын таңдау.
   

Жүйелік анализ шеңберінде ДБ жобалау көзқарасымен бірінші сатыны жүзеге асыру қажет, яғни пәндік облыстың объектілерін және суреттелетін объектілер арасында бар нақты байланыстарды ауызша суреттеу. Берілген суреттеу пәндік облыс объектілері арасындағы барлық байланысты анықтауға мүмкіндік беретіндей болуы керек.

Жалпы пәндік облыстың құрамы мен құрылымын таңдауға екі нұсқа бар:

• 
  Функционалды нұсқа — ол «есептерден» қатынас принципін өндіреді және қарастырылып отырған ДБ құруға арналған ақпараттық қажеттіліктерді қамтамасыз ету үшін есептер кешені мен қандайда бір топтардың функциялары белгілі болғанда қолданылады. Бұл жағдайда біз суреттелетін пәндік облыс объектілерінің минималды қажетті жиынтығын нақты қарастыруға болады.
  
• 
  Пәндік нұсқа — ДБ пайдаланушылардың ақпараттық қажеттіліктері қатаң белгіленіп отырмаған кезде. Олар көпаспектілі және динамикалық болуы мүмкін. Суреттелетін пәндік облыс объектілерінің минималды жиынтығын нақты бөліп қарастыра алмаймыз. ДБ пәндік деп аталады, яғни ол көптеген әр түрлі, алдын-ала анықталмаған есептерді шешу кезінде пайдаланылуы мүмкін.
  

Жүйелік анализ нақты есептерді шешуге және ДБ сақталуға қажет пәндік облыстың объектілері туралы ақпаратты толықтай суреттеумен аяқталуы керек.

Пәндік облыстың инфологиялық моделі (ИМ) – бұл бағдарламалық және техникалық әдістерді қолдануға ориентациясыз орындалған пәндік облысты суреттеу. Пәндік облыс туралы бастапқы шарт кіреді. ИМ құру сатысы инфологиялық жобалау деп аталады.

ДБ даталогиялық немесе логикалық жобалау, яғни деректердің даталогиялық моделімен қабылданған терминдерде ДБ суреттеу.

Деректер базасының даталогиялық модельі (ДМ) – логикалық деңгейдегі модель, логикалық байланыстарды суреттеу мен оларды сақтау ортасына қатыссыз деректер элементі арасын көрсетеді. Жобаланатын деректер базасында, ДББЖ-де пайдаланылатын ақпараттық бірлік терминінде құрылады. ДМ құру сатысы даталогиялық жобалау деп аталады. ДББЖ тілінде Деректер базасының логикалық құрылымын суреттеу схема деп аталады.

Физикалық модель (ФМ) – сақтау ортасына даталогиялық модельді байланыстыру үшін пайдаланылады. ФМ жобалау сатысы физикалық жобалау деп аталады. Деректер базасының физикалық құрылымын суреттеу сақтау схемасы деп аталады.

ДБ физикалық жобалау – бұл қосымшаның тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етуге арналған сыртқы тасымалдағыштарға ДБ тиімді салуды таңдау.

Физикалық жобалау нәтижесі сақтау ортасына даталогиялық модельді байланыстыру үшін пайдаланылатын физикалық модель болып табылады.

Егер логикалық модель ақпарат құрылымын және сұралған ақпаратты іздеу үшін қажет орындалатын операциялар құрамының көзқарасымен деректер базасын тиімді салуды анықтаса, онда физикалық өндіру ақпараттың элементін іздеу операциясын орындау тиімділігін анықтайды. Деректер базасын басқарудың қазіргі жүйесі деректердің логикалық құрылымын автоматты түрде көрсетуді физикалық жадыға өндіреді және іздеу процедураларының жиынтығын көрсетеді.

Деректер базасының физикалық өндірілуі келесілерді қарастырады:

• 
  Деректерді физикалық сақталуын ұйымдастыру;
  
• 
  Деректердің қажетті элменеттерін іздеу процедураларын анықтау.
  

1. 
   ДБ қандай өмірлік цикл сатылары бар?
   
2. 
   ДБ жобалаудың қандай сатылары бар?
   
3. 
   Пәндік облыстың жүйелік анализі сатысында не жүзеге асырылады?
   
4. 
   Пәндік облыс құрамын таңдауға қандай нұсқалар бар? Олардың мазмұнын ашыңыз.
   
5. 
   Инфологиялық жобалау сатысында не орындалады?
   
6. 
   Даталогиялық жобалау сатысында не орындалады?
   
7. 
   Физикалық жобалау сатысында не орындалады?
   
8. 
   Инфологиялық модель дегеніміз не?
   
9. 
   Даталогиялық модель дегеніміз не?
   
10. 
    Физикалық модель дегеніміз не?
    
11. 
    ДББЖ таңдау қашан жүзеге асырылады?
    

1. 
   Инфологиялық модельдеу компоненттері.
   
2. 
   "Қатынас - байланыс" моделін құру.
   
3. 
   E-R моделін құру әдістемесі
   
4. 
   Инфологиялық модельдеу нәтижесі, инфологиялық модельдерге қойылатын талаптар.
   

Инфологиялық модель ДБ жобалаудың екінші сатысында қолданылады, яғни пәндік облысты ауызша суреттегеннен кейін. Инфологиялық модель не үшін керек және жобалаушыларға қандай пайда әкеледі? Жобалау процесі ұзақ екенін айта кету керек, ол пәндік облыста тапсырушылармен, мамандармен ақылдасуды талап етеді. Корпоративті ақпараттық жүйе құру кезінде деректер базасының жобасы барлық жүйе құрылатын фундамент болып табылады және несие алу мүмкіндігі туралы сұрақ ДБ дұрыс жасалған инфологиялық моделі негізінде банк эксперттерімен шешіледі. Демек, инфологиялық модель деректер базасы бойынша мамандар ғана «оқи» алатындай емес, пәндік облысты суреттеуді қосады. ДББЖ таңдау – бұл жеке есеп, он шешу үшін ешқандай нақты ДББЖ байланыспаған жоба болуы қажет.

Инфологиялық модель ең бірінші ДБ моделінде пәндік облыстың сематикасын көрсетумен байланысқан. Деректердің реляциялық моделі өзінің қарапайымдылығымен сематиканы, яғни пәндік облыстың мазмұнын көрсете алмайды. Ертедегі теориялық-графтық модельдер көбінесе пәндік облыстың семантикасын көрсетті. Олар пәндік облыс объектілері арасындағы иерархиялық байланыс түрінде анықтады.

Семантиканы көрсету мәселесі құрастырушыларды бұрынна бері қызықтырған. Жетпісінші жылдары семантикалық модельдер деп аталатын деректердің бірнеше модельдері ұсынылды. Оларға 1981 жылы Хаммер (Hammer) және Мак-Леон (McLeon) ұсынылған, сондай-ақ 1981 жылы құрылған Шипманның (Shipman) Деректердің функционалды моделі, 1976 жылы Ченмен (Chen) ұсынылған «зат-байланыс» моделі және т.б. модельдерді жатқызуға болады. Барлық модельдердің оң және теріс жақтары болды, бірақ уақыт өткеннен кейін тек соңғысы ғана қалды. Қазіргі уақытта Ченнің "зат-байланыс" немесе "Entity Relationship" моделі деректер базасының инфологиялық модельдеуі кезінде нақты стандарт болып қалды.Қысқаша оны ER-моделі деп атайды, көптеген қазіргі CASE-әдістерге осы модель негізінде Деректерді суреттеуге арналған инструментальды әдістер кіреді. Сонымен қатар, ER-модельден ДБ жобалаудың автоматты қайта өндірілуі құрастырылды. Барлық CASE-жүйелерде ДБ құру процесін құжаттандырудың дамыған әдістері бар, автоматтандырылған есеп гегераторлары ДБ объектілерін және олардың қатынастарын графикалық түрде де, дайын стандартты басылатын есеп түрінде де толықтай суреттеумен ДБ жобасының ағымды жағдайы туралы есепті дайындауға мүмкіндік береді.

Кез келген модель сияқты "қатынас—байланыс" моделінің бірнеше базалық түсініктері бар. Олардан алдын-ала анықталған ережелер бойынша едәуір ауыр объектілер құрылады.

Бұл модель объекті-қалыптамалы жобалау концепциясымен келісіп, қазіргі кезде қиын бағдарламалық жүйелер құруға арналған базалық болып табылады. Сондықтан көптеген түсініктер сізге таныс болуы мүмкін. Егер ондай болатын болса, онда ER-моделіне негізделген деректер базасын жобалау технологиясын меңгеру оңай болады.

ER-моделі негізінде келесі базалық түсініктер жатыр:

• 
  Қатынас, оның көмегімен біртипті объектілердің класы модельденеді. Қатынастың модельденетін жүйе шегіндегі әДБебап аты бар. Қатынас біртипті объектілер класына сәйкес келетіндіктен, жүйеде берілген қатынастың бірнеше көшірмелері бар. Қатынас түсінігі сәйкес келетін объектінің өз атрибуттар - берілген класты көрсету құрамын анықтайтын сипаттамалар жиынтығы бар. Сонымен қатар атрибуттар жиынтығы қатынастың нақты көшірмелерін ажырата алатындай болуы керек. Мысалы, Сотрудник қатынасында келесі атрибуттар жиынтығы болуы мүмкін: Табельный номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Количество детей, Наличие родственников за границей. Қатынастың нақты көшірмесін бірмәнді тіркейтін атрибуттар жиынтығы кілттік деп аталады. Сотрудник қатынасы үшін Табельный номер кілттік болып табылады, өйткені берілген кәсіпорынның барлық қызметкерлері үшін табельдік номер әр түрлі болады. Сотрудник қатынасының көшірмесі кәсіпорынның нақты қызметкерін суреттеу болады. Қатынастың жалпы қабылданған графикалық белгілеулерінің бірі – тікбұрыш, сонымен қатар кілттік атрибуттары белгіленеді, мысалы, астын сызу немесе арнайы шрифтпен (1-сурет):
  

Қатынастар арасында байланыстар орнатылуы мүмкін – қатынастар бір-бірімен қалай қатынасатынын көрсететін бинарлы ассоциациялар. Байланыс екі әр түрлі қатынастар арасында немесе байланыс және оның өзі (рекурентті байланыс) арасында болуы мүмкін. Ол қатынас көшірмелері өзара қалай байланысқанын көрсетеді. Егер байланыс екі зат арасында орнатылса, онда ол бірінші және екінші заттың көшірмелері арасындағы байланысты анықтайды. Мысалы, егер бізде "Студент" заты мен "Преподаватель" қатынасының арасында байланыс бар болса және бұл байланыс – бітіру жобаларын басқару болса, онда әрбір студенттің тек бір ғана жетекшісі бола алады, бірақ бір жетекші көптеген студент-бітірушілердің жетекшісі бола алады. Сондықтан бұл «один-ко-многим» қатынасы болады.

"один-ко-многим" қатынас мысалы

• 
  Екі қатынас арасында әр түрлі мағынасы барбірнеше байланыс орнатылуы мүмкін. Мысалы, "Студент" және "Преподаватель" екі қатынастың арасында екі мәнді байланыс орнатуға болады, біреуі – алдында қарастырылған "Дипломное проектирование", екіншісі – шартты түрде "Лекции" деп аталсын және ол берілген студент қандай оқытушылардың дәрісін тыңдайтынын және берілген оқытушы қандай студентке дәріс оқитынын анықтайды. Бұл многие-ко-многим қатынасы екенін түсінікті. Осы байланыстардың мысалы 3 суретте келтірілген.
  

• 
  Егер берілген байланыста заттың әрбір экземпляры қатысса, онда кез келген осы типтің байланысы шартты болуы мүмкін, егер заттың әр экземпляры берілген байланыста қатыспаса, онда шартсыз болады. Сонымен қатар байланыс бір жағынан шартты және басқа жағынан шартсыз болуы мүмкін. Біз тағы POWER DESIGNER нотациясын пайдаланамыз. Мұнда шартсыз байланыс бос дөңгелекпен байланыстың соңында, ал шартты байланысты қиып өтетін перпендикуляр сызығымен белгіленеді. Бұл нотацияның да қарапайым интерпретациясы бар. Дөңгелек бірде-бір экземпляр бұл байланыста қатыса алмайтынын білдіреді. Ал перпендикуляр қатынастың бір экземпляры болсын осы байланыста қатысатынын білдіреді.
  

Инфологиялық модельдің негізгі бөлімі пәндік облыс компоненттері мен процестерін суреттеу болып табылады. Ол үшін қазіргі кезде графикалық әдістер пайдаланылады, олардың көмегімен компоненттер мен процестер арасындағы байланысты суреттейтін схемалар құрылады. Бұл схемалар ER-типті диаграммалар деп аталады ("қатынас-байланыс" диаграммасы).

ER-моделді құру үшін CASE-әдістер деп аталатын қосымшалар пайдаланылады. Мұндай қосымшаларға BPwin, Oracle Designer, Power Designer, Erwin және т.б. жатады.

Қатынас – кез келген ерекшеленетін объект, ол туралы ақпаратты деректер базасында сақтау қажет. Адамдар, ұшақтар, гүлдер және т.б. қатынас болуы мүмкін.

Қатынас типі біртекті құбылыстар, пәндер жиынтығына жатады. Қатынас экземпляры жиынтықтағы нақты бір нәрсеге жатады. Мысалы, қатынас типі ГОРОД, ал экземпляры – Москва болуы мүмкін.

Атрибут – бұл нақты өмір объектісінің қандайда бір құрамы. Әрбір қатынас атрибуттардың қандайда бір жиынтығымен анықталуы керек. Бір қатынастың барлық экземплярлары үшін атрибуттар жиынтығы бірдей, бірақ олардың мәні қатынастың әрбір нақты экземпляры үшін ерекшеленуі мүмкін.

Әрбір атрибут сәйкес доменде анықталуы керек. Домен аталған және анықталған мәндер жиынтығын көрсетеді. Бір доменде бір немесе бірнеше атрибуттар анықталады.

ER-моделдің құрылу әдістемесі келесіден тұрады. Пәндік облыста объектілер класы ерекшеленеді. Объектілер класы – бұл объектілер (пәндік облыс компоненттері немесе процестері) жиынтығы.

• 
  Адекватты суреттеу (ИМ суреттеуге арналған тіл жеткілікті мүмкіндіктермен сипатталуы керек)
  
• 
  Қайшылық (модельдің бірдей емес мәні болуы мүмкін)
  
• 
  Оңай кеңейтілімді (өзгеріссіз жаңа деректерді енгізуді қамтамасыз ету)
  
• 
  Иілгіш тіл (тіл қолмен де, автоматтандырылған жобалау кезінде де қолданылуы керек)
  
• 
  Барлық пайдаланушыларға түсініктілігі
  

• 
  Программалық қамтама объектілерін және олардың арасындағы байланысты (ER-модель) сипаттау
  
• 
  Лингвистикалық қатынас (тілдік ортада программалық қамтаманы суреттеу мүмкіндіктерімен сипатталған қатынас)
  
• 
  Көрсеткіштердің алгоритмдік байланысы (егер инфологиялық модельде есептеу көрсеткіштері пайдаланылса)
  
• 
  Пайдаланушының ақпараттық қажеттілігін сипаттау (сұраныс типі, деректерді пайдалану режимі)
  
• 
  Бүтіндікті шектеу (кез келген уақыт моментінде деректердің дұрыстығын қамтамасыз ететін ережелер жиынтығы).
  

Егер дүкен ПҚ болып табылса, онда мындай объектілер класы ерекшеленеді: тауар, сатушы, сатып алушының тауарды сатып алу процесі.

Объектінің әрбір класына дербес атау беріледі. Мысалы: "ТАУАР", "САТУШЫ", "САТЫП АЛУШЫ".

Әрбір объекті құрамының анықталған жиынтығы бар. Мысалы, "ТАУАР" объектісінің класына кіретін барлық объектілер келесі құрамдардан тұрады: "ТАУАР АТЫ", "ӨНДІРУШІ", "ТАУАР БІРЛІГІНІҢ БАҒАСЫ".

Әрбір объект өзінің идентификаторымен көрсетілуі керек (берілген кластың басқа объектілерінен ерекшелейтін объектілер құрамы).

Мысалы, "ТАУАР" объектілер класы үшін "ТАУАР АТЫ" құрамы әДБебап болып табылмауы да мүмкін. Сондықтан "ТАУАР ИНДЕКСІ" жасанды идентификаторын енгізу керек.

"ТАУАР" объектілерінің класында ER-моделді суреттеу мысалы:

ТАУАР

1. 
   Инфологиялық жобалау дегеніміз не?
   
2. 
   Инфологиялық модель дегеніміз не?
   
3. 
   Инфологиялық жобалауды көрсететін қандай модельдер бар?
   
4. 
   "қатынас-байланыс" моделіне қандай компоненттер кіреді?
   
5. 
   Қатынас дегеніміз не?
   
6. 
   Атрибут дегеніміз не?
   
7. 
   Байланыс дегеніміз не?
   
8. 
   Инфолгиялық модельге қандай талаптар қойылады?
   
9. 
   ER – моделді көрсететін қандай түрлер бар?
   

1. 
   Даталогиялық жобалауға арналған деректер.
   
2. 
   Даталогиялық жобалау нәтижесі.
   
3. 
   Даталогиялық жобалауға қойылатын талаптар.
   

• 
  Пәндік облысты бейнелейтін инфологиялық модель
  
• 
  Таңдап алынған ДББЖ-де деректер моделінің типі туралы мағлұмат
  
• 
  ДБ құруды автоматтандырудың әдістері мен тәсілдері туралы ақпарат.
  

1. 
   Даталогиялық жобалау дегеніміз не?
   
2. 
   Даталогиялық модель дегеніміз не?
   
3. 
   Қандай деректер ДБ даталогиялық жобалау үшін бастапқы болып табылады?
   
4. 
   Даталогиялық жобалау нәтижесі болып не табылады?