Деректердің моделі

\r\n

Деректердің желілік моделі

\r\n \r\n\r\nДҚБЖ-ның ерте құрылған деректер моделі. Деректердің типтік желілік моделі CODASYL (Conference of Data System Languages) жүйелік комитеттің деректер қорының (Data Base Task Group – DBTG) жұмыс тобымен ұсынылған, оның негізгі функциясы құрылу бойынша сәйкес жүйелердің сұраныстарын өңдеу және жүйелерді ұйымдастырудың тәжірибесін жалпылау, бірегей терминологияда бір позициядан басқару деректерін өңдеудің танымал фирмалық жүйелерін талдау. Желілік модельдің деректер құрылымы 8.1 бөлімнің терминдерінде анықталған (элемент, жазба, топ, топтық қатынас, файл, деректер қоры).\r\n\r\nЖелілік модельде топтық қатынастарды жүзеге асыру арнайы енгізілетін қосымша өріс – қолданушы және топтық қатынас мүшесінің арасындағы орнатылған байланыс көрсеткіштері (байланыс адресі және сілтемелер) арқылы жүзеге асады. Жазба (1:1, 1:N, M:N) түрлі типтер қатынастарынан тұрады. Егер байланысты орнатудың бір 1:1 нұсқасы белгілі (жазбадағы қатынас иесі, қосымша өрісті есептегендегі атрибуттар рісіне сәйкес келетін өріс – жазба көрсеткіші – қатынас мүшесі), онда 1:N және M:N байланыстарын көрсету мүмкіндігінің кейбір мәселелері бар. Сондықтан желілік ДҚБЖ байланыс ұйымдарында кең таралған тәсілі өрістері көрсеткіш болатын жазбалардың қосымша типін енгізу болып табылады.\r\n\r\nM:Nтоптық қатынасын көрсету мысалын қарастырайық. Модельге қосымша топ енгізіледі. Бұл жазбаның элементтері екі шығыс топ көрсеткішін және M және (немесе) N топтық қатынас мүшесіне сәйкес (сурет 8.1.) оларды тізімге байланыстыратын қарастырылатын қосымша жазба нұсқаларының көрсеткіштері болып табылады.\r\n\r\n \r\n\r\nСурет 8.1.  M:N типті байланыс көрінісі\r\n\r\n \r\n\r\n1:1, 1:M, N:1 байланыстарының көрінісі M:N типті байланыстың жеке жағдайы болады және жоғарыда қарастырылған  аналогты орындалады.\r\n\r\nТоп бір ғана топтық қатынастың мүшесі бола алатындығын ескеру керек. Бұл жағдайда бірнеше қосымша топ-көрсеткіштер енгізіледі, ал топ-иеленуші қатынастар бірнеше өріс-көрсеткіш қосымша топтарға енгізіледі. Сонда жазбалар жиыны мен олардың арасындағы байланыстар желілік құрылымды құрады (жалпы түрдегі бағытталған граф). Топтар граф төбелері болып табылады; граф доғалары қолданушыдан топтық қатынас мүшесіне бағытталған топтар арасындағы байланыстар.\r\n\r\nДеректердің желілік моделі тізімдік құрылым әрекетінде жүзеге асқан деректердегі барлық қажетті операцияларды ұстанады. Деректердің желілік моделі жалпы мүмкіндіктер көрінісінің концептуалды моделі болып табылады. Кез-келген  ER-диаграмма қандай да бір өзгеріссіз желілік модель құралдарымен көрсетіледі. Желілік модельдің кемшілігі оның негізінде алынатын концептуалды сұлба негізіндегі күрделілік және сыртқы қолданушылар сұлбасына сәйкес үлкен еңбек өнімділігін түсіну болып табылады.\r\n\r\nАлдыңғы дәрісте қарастырылған желілік ДҚБЖ терминіндегі ER-диаграмма бөлімінің жазбасының (СТУДЕНТ және ФАКУЛЬТЕТ)  мысалын қарастырайық. Мысал ретінде СТУДЕНТ және ФАКУЛЬТЕТ негіздерінің бірнеше нұсқасын қарастырайық (сурет 8.2.).\r\n\r\n —\r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\nСурет 8.2.  Негіз нұсқаларының мысалы\r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\nИванов, Петров, Мишин студенттері ВМК факультетінде, ал Сидоров және Кашин механика-математикалық  факультетте оқысын делік.  Сонда ER-диаграмманың сәйкес фрагменті келесідей түрде болады (сурет 8.3).\r\n\r\n Сурет 8.3.  Концептуалды көрсетілімдегі желілік модель мысалы\r\n\r\n \r\n\r\nҚосымша файлда көрсеткіштердің біреуі қажетсіз болғандығын ескерейік, себебі қарастырылатын байланыс M:N емес, 1:N типті. X белгісі ары қарай байланыстың болмауын көрсетеді.\r\n\r\nЖелілік модельдің кемшілігі алынатын концептуалды модель сұлбасының «қатаңдығы» болып табылады. Байланыстар жазбаларда көрсеткіш түрінде көрсетілген. Осы деректердің жаңа қолдану аспектілері пайда болған кезде олардың арасында жаңа байланысты орнату қажет болады. Бұл жазбаларға жаңа көрсеткішті енгізуді талап етеді, яғни ДҚ құрылымының өзгеруі және сәйкесінше барлық деректер қорының қайта қалпына қалыптасуы.\r\n\r\nЖелілік модельді қолдайтын ДҚБЖ IBM 360/370 (ЕС ЭВМ) сериялы есептеу желілерінде кеңінен қолданылған. Мұндай жүйелердің мысалы ретінде IDMS, UNIBAD (БАНК) және олардың аналогы СЕДАН, СЕТОР қарастыруға болады. Жеке компьютерлерде желілік ДҚБЖ кең таралмаған. Дербес компьютер үшін желілік ДҚБЖ мысалы ретінде db_VISTA III қарастыруға болады. db_VISTA жүйесі С тілінде негізделген және сондықтан тасмалданатын болып табылады. Жүйе IBM PC, SUN, Macintosh типті ДЭЕМ-да эксплуатацияланады.\r\n

Деректердің иерархиялық моделі

\r\nБұл ерте қалыптасқан деректер моделінің бірі. Иерархиялық модельде топтық қатынастарды жүзеге асыру, желілік жүйедегі сияқты көрсеткіштер көмегімен жүзеге асады және граф түрінде көрсетіледі. Бірақ, желілік модельден айырмашылығы  ұнда принципті ерекшеліктер қатары болады.\r\n

\r\n
• Топтық қатынастар бағыныңқы қатынастар болып табылады. Топ (жазба) – қатынас иесінің бағыныңқа топтары – қатынас мүшесі болады. Шығыс топ «атасы» (предки), ал бағыныңқы – «ұрпағы» (потомки)  болып табылады.

\r\n

• Топтық қатынастар иерархиялық құрылымды құрады, олар келесі түрдегі бағытталған графты мипаттайды:

\r\n

\r\nҚұрамына бірде-бір топ кірмейтін түбір деп аталатын бір ғана ерекше төбе;\r\n\r\nБарлық қалған төбелерге бір топ қана кіреді, ал топтардың (ребро) туынды саны шығады (топтар «атасының» туынды саны болады).\r\n\r\n—  Деректердің иерархиялық моделі бірнеше бұтақтардың жиынтығын көрсетеді. Иерархиялық модель терминологиясында деректер құрылымын сипаттайтын бұтақтар деректерді сипаттаушы бұтақтар деп аталады, ал құрылымданған деректер (деректер қоры) – деректер бұтағы деп аталады.\r\n\r\nИерархиялық модельде іздеу операциясын жүзеге асыру ерекшелігі – бұл операцияның үнемі түпкі төбеден іздеуді бастауы және иерархиялық жолды түбінен басына дейін арнайыландырады, олардың нұсқалары ізденіс шарттарын қанағаттандырады.\r\n\r\nИерархиялық модельдің операцияларын жүзеге асыратын бағдарламалар желілік модель үшін аналогты бағдарламаларға қарағанда оның құрылымы бойынша навигациясын жеңілдететіндіктен  қарапайымдау болып келеді. Иерархиялық модельдің мақсатты пайда болуы нақты әлемдегі ұйымдастыру жүйелерінің көп бөлігі иерархиялық құрылымда болғандығына байланысты.\r\n\r\nИерархиялық модельдің мақсатты пайда болуы нақты әлемнің ұйымдастыру жүйесінің көпшілігінде иерархиялық құрылымның болуына негізделген (мемлекеттік әкімшілік бөлінуі, кәсіпорынның ұйымдық құрылымы және т.б.). Сәйкес концептуалды көрстілімдер иерархиялық құрылымда болады және иерархиялық модель терминінде жасанды түрде сипаттала алады. Иерархиялық модельдің кемшілігі ретінде жоғарыда көрсетілген желілік кемшіліктерді айтуға болады.\r\n\r\nИерархиялық модельді қолдайтын ДҚБЖ IBM 360/370 (ЕС ЭВМ) есептеу жүйелерінде кең таралған. Мұндай жүйелердің мысалы ретінде IMS, OKA көрсетуге болады. Дербес ЭЕМ үшін иерхиялық ДҚБЖ мысалы НИКА отандық жүйесі болып табылады (IBM PC ИНЕС  жүйесінің адаптациясы).\r\n

Деректердің көп өлшемді моделі

\r\nКонцептуалды модельдің «негіз» түсінігіне қайтып оралайық.\r\n\r\nНегіз – бұл ақпараттық жүйедегі ақпараттың жинақталуы. Мысалы, СТУДЕНТТЕР ҮЛГЕРІМІ негізінің келесі атрибуттарын қараытарйық: екілер саны, үштер саны, төрттер саны, бестер саны.\r\n\r\nАтрибуттар мәні «курс», «оқу жылы» параметрлерінен байланысты. Егер реляционды модельдің сәйкес концептуалды сұлбасы сипаттау үшін СТУДЕНТТЕР ҮЛГЕРІМІ кестесінің жиынын әрбір жыл үшін жеке енгізу керек. 5 курс кезінде және 10 жылғы деректерді талдау қажеттілігінде кесте саны елуге тең болады. Параметрлердің біреуі өзгерген кезде біртипті деректерді талдаумен байланысты барлық кестелердің аналогты құрылымдарының көшірмесі алынады және т.б.\r\n\r\nОсы оқиға үшін деректер моделіне сәйкес келетін технологияда көпөлшемді OLAP (OnLine Analytical Processing – оперативті аналитикалық өңдеу) моделі қолданылады. Деректер моделінің көпөлшемділігі ақпарат құрылымының көпөлшемді логикалық құрылымының көрсетілімі, жалпы айтқанда ол көпөлшемді винуализациямен байланыспаған.\r\n\r\nКөпөлшемді құрылым деректер гиперкубы ретінде қарастырылады. Кубтың әрбір шегі өлшемділік болып табылады. Көпөлшемді деректер моделінде қолданылатын негізгі түсініктер «өлшем» (dimension) және «ұяшық» (cell) болып табылады.\r\n\r\nӨлшем – гиперкубтың бір шегіне сәйкес келетін нақты параметрлерді қабылдайтын реттелген мәндер тізімі. Біздің мысал үшін өлшем ретінде 2006-2007, 2007-2008, 2008-2009 оқу жылдарын, 1,2,3 топтарын  көрсетуге болады.\r\n\r\nҰяшық немесе көрсеткіш – негіз атрибутына сәйкес келетін өріс, оның мәні параметр мәндерінің тіркелген тізімімен анықталады. («өлшемдер» мәні, мысалы, 2008-2009 оқу жылы, бірінші курс).\r\n\r\nКөпөлшемді деректер моделінде «кесіндіні қалыптастыру» және «агрегация» операциясының арасынан қосымша операциялар қатарын анықтайды.\r\n\r\nКесіндіні қалыптастыру кезінде қолданушыға оның сұранысы бойынша бір немесе бірнеше параметрлер мәнін тіркеу кезінде алынған кейбір гиперкуб ішкі жиыны көрсетіледі. «Агрегация» операциясы қолданушы гиперкубынан жалпы ақпарат көрсетуді қамтамасыз етеді, мысалы, параметрлердің біреуінің барлық мәндері бойынша көрсеткіштер мәніне өтуді қамтамасыз етеді, мысалы, барлық курстар бойынша.\r\n\r\nМұндай модель деректерді түрлі параметр мәндері кезінде оңай салыстыруға, белгілі параметр мәндерінен нақты атрибуттар мәндеріне тәуелді графиктер құруға мүмкіндік береді (мысалы, жылдар бойынша атрибуттардың өзгеруі). Сондықтан OLAP технологиясының негізгі тағайындалуы – талдау жүргізу үшін және шешім қабылдау үшін ақпаратты өңдеу.\r\n\r\nКөпөлшемді деректер моделін қолдайтын ДҚБЖ жалпы қолдануы енді басталады. Кең танымал ДҚБЖ ретінде Oracle Express Server көрсетуге болады.\r\n

Концептуалды модельдің автоматтандырылған жобалау жүйесі

\r\nКонцептуалды модельдің автоматтандырылған жобалау жүйесі қазіргі уақытта үлкен сұранысқа ие және деректер қорының құрылымын және деректерге қатынасу үшін қолданушы интерфейсін құру кезінде жүзеге асады.\r\n\r\nБұл құралдардың өзгеру себебі бағдарламалық қамтамасыздандырудың бірнеше нұсқаларын құру кезінде қарастырылатын бағдарламалық қамтамасызданудың өмірлік циклін спиральді модельдің деректер қорын нақты өңдеу кезінде қолданудан тұрады.\r\n\r\nӘрбір келесі нұсқа алдыңғысынан тұрады және алдыңғы нұсқаны тестілеу нәтижесінде алынған қолданушының ескертулеріне жауап ретінде қарастырылады. Деректер қорын құрған кезде бағдарламалық қамтамасызданудың алғашқы моделі, өкінішке орай, сирек жағдайда сәтсіз болып табылады. Көп жағдайда сұраныс беруші бірінші нұсқаны қабылдамайды, себебі ол оның талаптарына жауап бермейді. Мұндай оқиғаның себебі сұраныстың бағдарламаның бастапқы нұсқасы құрылғанға дейін өзінің талаптарын толық және нақты қалыптастыру болып табылады. Әдетте бағдарламалық қамтамасызданудың бастапқы нұсқасын алғаннан кейін сұраныс беруші құрылған деректер қорының шегінде жүзеге асуға болмайтын қосымша талаптарды көрсетеді. Бұл өңдеушілерді деректер қорының құрылымына өзгеріс енгізуге, сонымен қатар сәйкесінше деректер қоры үшін қолданушы интерфейсіне мәжбүрлейді. Мұндай итерациялар сұраныс берушінің адекватты сұраныстарынан шешім алған уақыттан бастап бірнеше болуы мүмкін. Бірақ, қанағаттанарлық шешім алғаннан кейін де деректер қорын өңдеу процесі аяқталмайды. Өмір бір орында тұрмайды, сұраныс берушілердің сұраныстары уақыттың өтуіне байланысты өзгереді. Бұл өзгерулердің бөлігін тек қана қолданушы интерфейсін өзгерте отырып, деректер қорының құрылымын өзгертпей жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Мұндай өзгерістердің еш зияны жоқ – оларды енгізу жұмыстары күрделі, жағымсыз болып, жөндеуден өткен бағдарламалық кодтың үлкен мөлшерін ауыстыруды талап етуі мүмкін. Басқаша айтқанда, ауыстырылған код бекер жазылған, шындығында оны жазбаа да болады.\r\n\r\nДемек, жұмысқа қабілетті деректер қорын құруды үш сатыға бөлуге болады – жұмыс прототиптері құрылатын деректер қорын жобалау, кодалау – деректер қоры құрылымын құру және қолданушының аяқталған интерфейсі мен дайын деректер қорын жетектеу.\r\n\r\nДеректер қорын автоматтандырылған жобалаудың құралдарын қолданудың негізгі идеясы қолмен кодту үдерісі тек қана жобалау үдерісі аяқтлғаннан кейін басталуда жатыр.\r\n\r\nЖобалау барысында деректер қорының сұлбасы және қолданушы интерфейсі CASE-құрылғылары (Computer Aided Software/System Engineering) көмегімен концептуалды модель сипатынан шыға отырып, деректер қорына ену үшін автоматты түрде құрылады. Әрине, мұндай жолмен құрылған интерфейс аяқталған бағдарламалық өнім болмайды, бірақ ол сұраныс берушіге соңғы өнім қабілеттерін бағалауға және түзетулер енгізуге мүмкіндік береді. Сұраныс беруші жұмыс проотипін мақұлдағанан кейін ғана өңдеушілер қолмен кодтауға, яғни аяқталған қосымшаны құруға мүмкіндік береді.\r\n\r\nЖетектеу кезінде барлығы қайталанады, бірақ қосымша толық генерацияланбайды, тек оның өзгрету керек бөлігі ғана генерацияланады.  \r\n\r\nТәжірибеде көп жағдайда CASE-құралдар ER-диаграмма түрінде деректер қорының құрылымын құру үшін және деректер қорынгенерациялауда нақты ДҚБЖ үшін қолданылады. Сұраныс берушіден өзгерістерді алғаннан кейін өңдеушілер «негіз-байланыс» диаграммасына сәйкес түзетулер енгізеді және деректер қорының құрылымын генерациялайды. Интерфейстерді автоматты генерациялау құралы жиі қолданылады.\r\n\r\nҚазіргі уақытта тәжірибеде әрбір ДҚБЖ қолданушысы автоматтандырылған жобаланудың жеке бағдарламалық өнімін ұсынады. Бұл Oracle Designer (Oracle), Power Desinger (Sybase) және басқалары. Берілген бағдарламалық өнімдердің демонстрациялық нұсқаларын сәйкес (www.oracle.com, www.sybase.com) жүктеуге болады. Бұдан басқа нарықта ДҚБЖ өндірмейтін үшінші фирмалар шешімдері де бар. Олардың ішінде кеі таралғандары AllFusion – AllFusion ERwin Data Modeler и AllFusion Process Modeler (ранее – BPwin) және басқалар. Ресей нарығында мұндай бағдарламаларды Interface Ltd. (http://www.interface.ru) фирмасы ұсынады. «Негіз-байланыс» диаграммасын құру AllFusion ERwin Data Modeler көмегімен жүзеге асады, деректер қорын құрудағы бағдарламалық код генерациясын қосқанда оның ары қарай модельденуі AllFusion Process Modeler бағдарламасының көмегімен жүзеге асады.\r\n\r\nДеректер қорының моделін құрғаннан кейін ДҚ құрылымын оптимизациялау керек және оның талаптар мен оның өңдеу жылдамдығына толық сәйкестігіне қол жткізу керек. Визуалд модельдеу құрылатын деректер қорының сапасын, өнімділігін және оның құрылу жылдамдығының сапасын арттырады.\r\n\r\nInterface Ltd. сайтында  AllFusion ERwin Data Modeler демонстрациялық нұсқа үшін қатынас орнатылған, ол уақыт бойынша шектелген толық функционалды нұсқаны көрсетеді.\r\n\r\n