Реляционная алгебра

Реляционная алгебра — замкнутая система операций над отношениями в реляционной модели данных. Операции реляционной алгебры также называют реляционными операциями.

Первоначальный набор из 8 операций был предложен Э. Коддом в 1970-е годы и включал как операции, которые до сих пор используются (проекция, соединение и т.д.), так и операции, которые не вошли в употребление (например, деление отношений).

Реляционная алгебра и реляционное исчисление эквивалентны по своей выразительной силе^[4]. Существуют правила преобразования запросов между ними.

Реляционная алгебра представляет собой набор таких операций над отношениями, что результат каждой из операций также является отношением. Это свойство алгебры называется замкнутостью.

Операции над одним отношением называются унарными, над двумя отношениями — бинарными, над тремя — тернарными (таковые практически неизвестны).

Пример унарной операции — проекция, пример бинарной операции — объединение.

N -арную реляционную операцию f можно представить функцией, возвращающей отношение и имеющей n отношений в качестве аргументов:

Поскольку реляционная алгебра является замкнутой, в качестве операндов в реляционные операции можно подставлять другие выражения реляционной алгебры (подходящие по типу):

В реляционных выражениях можно использовать вложенные выражения сколь угодно сложной структуры.

Реляционная целостность.

Реляционная модель данных имеет две другие части: управляющую часть, которая определяет типы допустимых операций с данными, и набор ограничений целостности, которые гарантируют корректность данных.

Поскольку каждый атрибут связан с некоторым доменом, для множества допустимых значений каждого атрибута отношения определяются так называемые ограничения домена. Помимо этого, задаются два важных правила целостности, которые, по сути, являются ограничениями для всех допустимых состояний базы данных. Эти два основных правила реляционной модели называются целостностью сущностей и ссылочной целостностью.

Представление реляционной модели.

Основными структурными элементами реляционной таблицы являются поле и запись (рис. 5). Поле (столбец реляционной таблицы) – элементарная единица логической организации данных, которая соответствует конкретному атрибуту информационного объекта. Запись (строка реляционной таблицы) – совокупность логически связанных полей, соответствующая конкретному экземпляру информационного объекта.

Например, в виде реляционной таблицы можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе (рис. 6).

Домен.

В реляционной модели данных с понятием тип данных тесно связано понятие домена, которое можно считать уточнением типа данных.

Домен - это семантическое понятие. Домен можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных имеющих определенный смысл. Домен характеризуется следующими свойствами:

Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных)

Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене

Домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена

Домен несет определенную смысловую нагрузку

Реляционная БД.

Реляционная база данных — база данных, основанная на реляционной модели данных. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение^[1]). Для работы с реляционными БД применяют реляционные СУБД.

Использование реляционных баз данных было предложено доктором Коддом из компании IBM в 1970 году.

Целью нормализации реляционной базы данных является устранение недостатков структуры базы данных, приводящих к избыточности, которая, в свою очередь, потенциально приводит к различным аномалиям и нарушениям целостности данных.

Теоретики реляционных баз данных в процессе развития теории выявили и описали типичные примеры избыточности и способы их устранения.

Реляционная СУБД — СУБД, управляющая реляционными базами данных.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

· каждый элемент таблицы — один элемент данных

· все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.)

· каждый столбец имеет уникальное имя

· одинаковые строки в таблице отсутствуют

· порядок следования строк и столбцов может быть произвольным

Базовыми понятиями реляционных СУБД являются:

· атрибут

· отношение

· кортеж

Теория реляционных баз данных

В теории реляционных баз данных выделяют теоретическое представление процедур:

1) создания БД (с учетом целостности и защиты данных);

2) запросов и обновления данных;

3) синхронизации процессов многопользовательского доступа к данным.

При строгом подходе рассмотрение третьей процедуры, как это сделано Э. Коддом, как бы автономно и не входит в теорию реляционных БД. Однако, поскольку работа во все более широко используемом многопользовательском режиме доступа к данным без теоретической проработки процедуры синхронизации невозможна, ее изучение также включим в теорию реляционных БД.

Теоретическим инструментом двух первых процедур являются реляционная алгебра и реляционное исчисление.

17)Понятие системы.

Система - это целое, созданное из частей и элементов, для целенаправленной деятельности.

Признаки системы: множество элементов, единство главной цели для всех элементов, наличие связей между ними, целостность и единство элементов, структура и иерархичность, относительная самостоятельность, четко выраженное управление.

Система может быть большой и ее целесообразно разделить на ряд подсистем. Подсистема - это набор элементов, представляющих автономную внутри системы область.

Свойства систем:

· Целостность — система есть абстрактная сущность, обладающая целостностью и определенная в своих границах^[2]. Целостность системы подразумевает, что в некотором существенном аспекте «сила» или «ценность» связей элементов внутри системы выше, чем сила или ценность связей элементов системы с элементами внешних систем или среды.

· Синергичность, эмерджентность — появление у системы свойств, не присущих элементам системы; принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих её компонентов (неаддитивность). Возможности системы превосходят сумму возможностей составляющих её частей; общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов^[2].

· Иерархичность — каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы).

Подсистема - это набор элементов, представляющих автономную внутри системы область.

Подсистема - это объект системы, который можно представить в виде самостоятельной системы, состоящей из элементов и обладающей определенной целостностью.
Т.е. подсистеме присущи свойства системы:
Она состоит из двух и более элементов и способна к какой-либо деятельности;
Подсистема способна к образованию новых свойств, отсутствующих у ее элементов (эмерджентность) и образованию новых элементов (интегративность)
Подсистема обладает структурой и организацией.
Элементы подсистемы находятся в постоянном взаимодействии и имеют связи между собой

Информационная система

В широком смысле информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией.[1].

Также в достаточно широком смысле[2] трактует понятие информационной системы Федеральный закон РФ от 27 июля 2006 года № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: «информационная система — совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих её обработку информационных технологий и технических средств»[3].

Одно из наиболее широких определений ИС дал М. Р. Когаловский: «информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей».

Виды обеспечения информационных систем.

1 уровень – техническое обеспечение. Это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств.

2 уровень – информационное обеспечение – совокупность сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования. Основная его часть – автоматизированные банки данных, состоящие из БД, БЗ, САПР и СУ.

3 уровень – программное обеспечение – совокупность машинных программ, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

4 уровень – организационно-методическое – совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними и их функции, совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного проектирования.

5 уровень – лингвистическое – совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов.

6 уровень – математическое обеспечение – совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования.

7 уровень – концептуальное – совокупность универсальных мировоззренческих концепций, отражающих цели развития системы.

18)Структура системы

Структура системы - это устойчивая упорядоченность ее элементов и связей.

Структура есть форма представления некоторого объекта в виде составных частей.

Структура системы - это то, что остается неизменным в системе при изменении ее состояния, при реализации различных форм поведения, при совершении системой операций и т.п.

В совокупности данные определения достаточно хорошо отражают то главное, что присутствует в любой структуре: элементный состав, наличие связей, инвариантность (неизменность) во времени. В сущности лишь последнее свойство позволяет разграничить понятия системы и структуры. Однако, учесть только инвариантность структуры еще недостаточно. Поскольку структура - это часть системы, необходимо четко указать, какая именно часть, какие свойства и признаки системы являются структурными, а какие - нет. Ответы на эти вопросы, естественно, зависят от целей исследования системы, что также необходимо учитывать. Поэтому далее под структурой будем понимать совокупность тех свойств системы, которые являются существенными с точки зрения проводимого исследования и обладают инвариантностью на всем интересующем исследователя интервале функционирования или на каждом непересекающемся подмножестве, на которые разбит интервал функционирования.

В зависимости от целей изучения исследователя будут интересовать различные инвариантные во времени свойства системы. Из определения следует, что для одной и той же системы можно построить различные структуры и между системой и ее структурой отсутствует однозначное соответствие.

Подводя итоги, можно сказать, что формирование структуры является частью решения общей задачи построения системы, причем такой, которая не определяет заранее систему в целом, а лишь выявляет ее конфигурацию. Следовательно, построение структуры - самостоятельная задача, предваряющая синтез системы в целом и облегчающая его проведение.

Система выделяется человеком из внешнего "фона" по функциональным или пространственным признакам (например, живые и технические системы - скорее по пространственному; экономические, организационные - по функциональному).

Системы, как правило, имеют различные структуры. Но в зависимости от степени централизации управления элементами в системе можно выделить три основных типа:

- ЦЕНТРАЛИЗОВАННУЮ (ИЕРАРХИЧЕСКУЮ, ЗВЕЗДООБРАЗНУЮ);

- СКЕЛЕТНУЮ;

- СЕТЕВУЮ.

Возможны комбинации, о которых - ниже...

Интересно, что тип структуры в очень большой степени определяет свойства (поведение) системы в той или иной среде. Об этих свойствах мы поговорим ниже и этот разговор будет очень важным.

Принципы системного подхода

Наиболее часто к системным причисляют следующие принципы:
1. конечной цели;
2. измерения;
3. эквифинальности;
4. единства;
5. связности;
6. модульного построения;
7. иерархии;
8. функциональности;
9. развития (историчности, открытости);
10. децентрализации;
11. неопределенности.
Принцип конечной цели.
Это абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели. Принцип имеет следующие правила:
-для проведения СА необходимо, в первую очередь, сформулировать цели исследования;
- анализ следует вести на базе первоочередного уяснения основной цели (функции основного назначения) системы, что позволит определить ее основные существенные свойства, показатели качества и критерии оценки;
- при синтезе систем любая попытка изменения должна оцениваться относительно того, помогает или мешает она достижению конечной цели,
-цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.
Принцип измерения.
О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. Т.е. для определения эффективности функционирования надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних исследуемой системы относительно целей и задач надсистемы.
Принцип эквифинальности.
Система может достигнуть требуемого конечного состояния, независимо от времени и опре-деляемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.
Принцип единства.
Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупность частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.
Принцип связности.
Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и выявление связей (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему, в первую очередь, следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой подсистемой.
Принцип модульного построения.
Полезно выделение модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных воздействий (абстрагироваться от излишней детализации) (учебный план, модули).
Принцип иерархии.
Введение иерархии частей и их ранжирование упрощает порядок рассмотрения систем и, как следствие, разработку системы.
Принцип функциональности.
Совместное рассмотрение структуры и функций с приоритетом функций над структурой. Принцип утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей. При придании системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельно: процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов:
- материальный,
- энергии,
- информации (энтропия, негэнтропия), смена состояний.
С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.
Принцип развития.
Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу систематизированной системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования.
Принцип децентрализации.
Это сочетание в сложных системах централизованного управления.
Принцип неопределенности.
Это учет неопределенностей и случайностей в системе.

Перечисленные принципы обладают очень высокой степенью общности. Для непосредственного применения исследователь должен наполнить их конкретным содержанием применительно к предмету исследования.
Каждая из перечисленных идей (принципов) при своем практическом осуществлении, даже отдельно взятая, может дать определенный эффект. Но эффект возрастает, если они применяются в комплексе. Тогда эти идеи превращаются в определенную систему принятия решений и управления, позволяющую более эффективно руководить сложными программами.

19)Классификация и области применения КИС.

Корпоративная информационная система — это совокупность технических и программных средств предприятия, реализующих идеи и методы автоматизации Корпоративные информационные системы можно также разделить на два класса: финансово-управленческие и производственные.

1. Финансово-управленческие системы включают подкласс малых интегрированных систем. Такие системы предназначены для ведения учета по одному или нескольким направлениям (бухгалтерия, сбыт, склад, кадры и т.д.)- Системами этой группы может воспользоваться практически любое предприятие.

Системы этого класса обычно универсальны, цикл их внедрения невелик, иногда можно воспользоваться «коробочным» вариантом, купив программу и самостоятельно установив ее на ПК.

Финансово-управленческие системы (особенно системы российских разработчиков) значительно более гибкие в адаптации к нуждам конкретного предприятия. Часто предлагаются «конструкторы», с помощью которых можно практически полностью перестроить исходную систему, самостоятельно или с помощью поставщика установив связи между таблицами БД или отдельными модулями.

2. Производственные системы (также называемые системами производственного управления) включают подклассы средних и крупных интегрированных систем. Они предназначены в первую очередь для управления и планирования производственного процесса. Учетные функции, хотя и глубоко проработаны, играют вспомогательную роль, и порой невозможно выделить модуль бухгалтерского учета, так как информация в бухгалтерию поступает автоматически из других модулей.

Эти системы функционально различны: в одной может быть хорошо развит производственный модуль, в другой - финансовый. Сравнительный анализ систем такого уровня и их применимости к конкретному случаю может вылиться в значительную работу. А для внедрения системы нужна целая команда из финансовых, управленческих и технических экспертов. Производственные системы значительно более сложны в установке (цикл внедрения может занимать от 6 - 9 месяцев до полутора лет и более). Это обусловлено тем, что система покрывает потребности всего предприятия, и это требует значительных совместных усилий сотрудников предприятия и поставщиков программ.

Производственные системы часто ориентированы на одну или несколько отраслей и/или типов производства: серийное сборочное (электроника, машиностроение), мелкосерийное и опытное (авиация, тяжелое машиностроение), дискретное (металлургия, химия, упаковка), непрерывное (нефтедобыча, газодобыча).

Также различают виды КИС, такие как заказные (уникальные) и тиражируемые КИС.