Средства обработки совокупности структур в системах управления данными

Современные научно-исследовательские работы практически во всех областях науки и техники характеризуются резко возрастающим объемом перерабатываемой информации — информации, описывающей исследуемые явления. Часто для выработки какой-либо гипотезы, а тем более для ее проверки, необходимо провести большое количество опытов, поставить разнообразные эксперименты, обработать большое количество проб, проанализировать ранее накопленный тактический материал. Труд по обработке подобных данных в большинстве своем носит рутинный, механический характер.

Вместе с тем широко развиваются методы и средства научно-технических исследований, ориентированные на широкое использование вычислительной техники. Значительный объем анализируемой информации в подобных исследованиях просто невозможно переработать без применения электронно-вычислительных машин. Все это способствовало появлению автоматизированных систем научных исследований /АСНИ/, автоматизирующих процессы сбора и обработки данных, выполняющих большой объем механической работы. Информационный фундамент таких систем — запоминание, хранение, поддержание данных в адекватном состоянии, поиск и выдача информации в систему обработки данныхреализуется средствами систем управления баз данных /СУБД/.

Однако системы управления базами данных поддерживают лишь жестко фиксированные структуры, в то время как в научно-технических работах структура исследуемых данных заранее не может быть фиксирована, поскольку очень часто сама является предметом изучения р]. Кроме того, ряд работ, касающихся, например, вопросов протекания технологических процессов, характеризуется большим объемом поступающей в систему разнородной информации и требующей ее хранения. Эта информация может иметь различную структуру, требовать разнообразные правила обработки /например, информация, собираемая различными датчиками о каком-либо технологическом процессе/. Поэтому мы не можем заранее фиксировать структуру хранения данных, а должны иметь возможность достаточно гибко ее менять.

В настоящее время существует резкая граница между возможностями языков программирования и средствами, представляемыми СУБД в области структурирования данных. Считаемся, что структура данных в идеале должна соответствовать решаемой задаче, вытекать из структуры самой задачи [з]. В языках программирования с введением абстрактных типов данных произошел заметный сдвиг в направлении расширения набора представляемых пользователю структур данных. Но после того, как новые структуры созданы, может возникнуть необходимость сохранить эти данные для последующего использования, то есть преобразовать их в структуры хранения. Однако для хранения данных мы можем использовать лишь команды языка манипулирования данными — здесь и проявляется разительное несоответствие между средствами представления структур в языках программирования и структурами хранения данных.

В настоящее время это несоответствие устраняется проектировщиками систем обработки данных или программистами, что называется, «вручную». Структуры данных, полученные в результате работы программ содержательной обработки данных, преобразовываются в хранимые структуры. Подобные преобразования возникают еще на этапе рроектирования программ содержательной обработки данных и существенно усложняют этот этап и последующий — этап программирования.

Введение

преобразований в программы содержательной обработки данных ухудшает и такую важную характеристику программы, как легкость ее понимания.

Изучение вопросов обработки структур данных необходимо и должно носить методологический и практический характер. Поэтому в настоящей работе решается задача создания и реализации средств обработки совокупности структур в системы управления данными, опираясь на структуры данных языков программирования высокого уровня и систем управления базами данных. Предлагаемый подход позволяет значительно упростить процесс обращения к данным, хранящимся под управлением СУБД, и последующее их использование процедурами содержательной обработки данных.

Средства обработки структур данных основывается на алгебраическом подходе к их описанию.

Впервые в нашей стране понятие «алгебра структур данных» введено академиком В. М. Глушковьтм [4] и затем было развито в работах [5, б]. Из зарубежных основополагающей является работа [7]. Обзор работ в данном направлении содержится в недавно вышедшей статье [8].

Целью диссертационной работы является;

— выбор средств описания произвольных структур данных, используемых в программах содержательной обработки данных;

— построение общей схемы реализации преобразований структур данных;

— разработка алгоритмов реализации методов преобразования структур данных в структуры хранения;

— постановка задачи автоматизации преобразований структур данных.

Научная новизна. Развит оригинальный подход к включению средств обработки совокупности структур в системы управления данными. Обоснована и практически продемонстрирована применимость алгебраических спецификаций для описания структур данных, формализована технология проектирования алгебраических спецификаций абстрактных и конкретных типов данных. исследованы основные требования, которым доллсна удовлетворять система обработки совокупности структур в системах управления данными, ее основные функции и разработана исходя из этого общая схема функционирования системы обработки структур, проведен анализ средств обработки структур данных в системах.

Практическая ценность. Предлагаемый в работе подход к введению средств обработки совокупности структур может использоваться в ряде случаев при разработке систем управления данными, ориентированных на обработку данных различной структуры и характеризуемых не очень большим объемом хранимой информации.

Реализованные средства обработки структур данных входят в состав специализированных автоматизированных информационно-поисковых систем /АИПС/ и поддерживают преобразование структур данных /хранимых/ в структуры содержательной обработки данных.

Реализация средств обработки совокупности структур может быть проведена с использованием различных языков программирования и разных систем управления базами данных.

Использование разработанного подхода позволяет в ряде случаев упростить процесс обработки данных за счет выделения, унификации и частичной автоматизации преобразований структур данных в структуры хранения.

Реализация результатов. Разработанные алгоритмы и программы включены в состав математического обеспечения АИПС «Палинолог» и МТС «Стекло» [55,56^) .

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

— технических совещаниях с представителями заказчиков в 19 811 983 г. г.;

— межвузовской конференции «Развитие фундаментальных и прикладных исследований» в г. Ленинграде в 1983 г.;

— У Всесоюзном симпозиуме «Проблемы системотехники» в г. Ленинграде в 1983 г.;

— семинарах кафедры автоматизации сложных систем ЛГУ в 19 811 983 г.

Публикации. Содержание работы изложено в статьях [51 -54].

Объем и структура работы. Диссертация содержит 106 страниц и включает 3 рисунка. Список использованной литературы включает 56 наименований.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Основные результаты диссертации внедрены работами по темам «Обеспечение и внедрение в производство информационного) исковой системы „Палинолог“ для расчленения верхнепалеозойских отложений Якутии» № гос. per. 45−80−17/61 [55J и «Создание информационно-поисковой системы „состав — свойство — качество“ оптического стекла» № гос. per. 810 86 408 [5б] .

— 94.

Практическое использование средств обработки совокупности структур показало значительное упрощение процесса преобразования структур данных программ содержательной обработки в структуры хранения.

— 9f.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Существующие системы обработки данных в некоторых случаях не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, что определяет актуальность решаемой в настоящей работе задачи разработки и создания новых средств обработки данных.

Сформулированы и обоснованы основные требования к СУД АСНЙ. Показана важность упрощения процесса преобразования структур данных.

Исходя из этого автором предложена схема введения средств обработки совокупности структур в систему управления данными.

Перечислим основные результаты диссертации.

1. Предложен универсальный способ введения средств описания и реализации структур данных в систему управления данными, не зависящий от языка программирования и СУБД.

2. Построены эквационально-инициальные спецификации для ряда структур данных и конкретной системы управления базами данных.

3. Формально поставлена задача автоматизации построения преобразований структур данных.

4. Разработаны и реализованы алгоритмы и программы реализации абстрактных типов данных конкретной СУБД.