Конспект. Информационные системы и базы данных (1, 2)Врем Информационные системы
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
Информационные системы и базы данных (1, 2) 1 💻 Информационные системы и базы данных (1, 2) Время 1. Информационные системы 1.1. Определение ИС в широком смысле. Определение ИС в узком смысле. Классификация ИС по степени распределенности. 1.2. Сравнение двузвенных и многозвенных клиент- серверных ИС В широком смысле информационная система - совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией. В узком смысле информационной системой называют только подмножество компонентов ИС в широком смысле, включающее базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы. ИС в узком смысле рассматривают как программно-аппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в неё логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации. По степени распределённости отличают : Локальные (настольные) ИС, в которых все компоненты (БД, СУБД, клиентские приложения) работают на одном компьютере; Распределенные ИС, в которой компоненты распределены по нескольким компьютерам: @January 14, 2023 12:30-13:45 Информационные системы и базы данных (1, 2) 2 файл-серверные ИС. База данных находится на файловом сервере, а СУБД и клиентские приложения находятся на рабочих станциях клиент-серверные ИС. База данных и СУБД находятся на сервере, а на рабочих станциях находятся клиентские приложения: В двухзвенных (two-tier) ИС всего два типа «звеньев»: сервер баз данных, на котором находятся БД и СУБД, и рабочие станции, на которых находятся клиентские приложения (КП). Клиентские приложения обращаются к СУБД напрямую. Бизнес-логика может быть размещена либо в БД, либо на КП. В многозвенных (multi-tier) ИС добавляются промежуточные «звенья»: серверы приложений (СП, application servers). Пользовательские клиентские приложения не обращаются к СУБД напрямую, они взаимодействуют с промежуточными звеньями. Бизнес-логика может быть размещена в БД, на СП, в КП. Размещение логики в БД или на СП позволяет реализовать «тонкий клиент» (особенно актуально при реализации мультиплатформенности) 2. Базы данных 2.1. Отличительные признаки баз данных База данных хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Таким образом, любые внекомпьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки, картотеки и т. п.) базами данных не являются. Данные в базе данных логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе. Структурированность подразумевает явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизацию элементов и связей, при которой с типом элемента (связи) соотносится определённая семантика и допустимые операции (оценивается не физическое хранение, а уровень модели) База данных включает метаданные, описывающие логическую структуру БД в формальном виде (в соответствии с некоторой метамоделью) 2.2. Классификация БД по модели данных Информационные системы и базы данных (1, 2) 3 - Иерархические - Сетевые - Реляционные - Объектные - Объектно- ориентированные - Объектно-реляционные 2.3. Классификация БД по технологии хранения БД в оперативной памяти (in-memory databases): все данные находятся в оперативной памяти; БД во вторичной памяти (традиционные): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) - как правило, жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь кэш и данные для текущей обработки; БД в третичной памяти (tertiary databases): средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило, на основе магнитных лент или оптических дисков. Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кэш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры. 2.4 Отличия БД и СУБД СУБД – специализированная программа (чаще комплекс программ), предназначенная для организации и ведения базы данных. База данных — совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных Для создания и управления информационной системой СУБД необходима в той же степени, как для разработки программы на алгоритмическом языке необходим транслятор Отличительными признаками баз данных (по сравнению с другими способами организации хранения данных) являются: База данных хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Таким образом, любые внекомпьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки, картотеки и т. п.) базами данных не являются. Данные в базе данных логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе. Информационные системы и базы данных (1, 2) 4 Структурированность подразумевает явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизацию элементов и связей, при которой с типом элемента (связи) соотносится определённая семантика и допустимые операции (оценивается не физическое хранение, а уровень модели) База данных включает метаданные, описывающие логическую структуру БД в формальном виде (в соответствии с некоторой метамоделью) 2.5 Функции СУБД управление данными во внешней памяти (на дисках) управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными). 2.6 Компоненты СУБД ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, и журнализацию процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно- независимого исполняемого внутреннего кода подсистема поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы. 2.7 Классификации СУБД по модели данных Иерархические Сетевые Реляционные Информационные системы и базы данных (1, 2) 5 Объектно-ориентированные 2.8 Классификация СУБД по способу доступа к БД Файл-серверные. Файлы данных располагаются централизованно на файл- сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимущество: низкая нагрузка на ЦП сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость централизованного управления; затруднённость обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro В настоящее время практически не используются Клиент-серверные. СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент- серверной СУБД централизованно. Недостаток: повышенные требования к серверу Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Примеры: Oracle, MS SQL Server, Firebird, MySQL, Interbase, IBM DB2, Sybase, PostgreSQL, ЛИНТЕР, MDBS. Встраиваемая СУБД. Библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют Информационные системы и базы данных (1, 2) 6 установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например, геоинформационные системы). Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, один из вариантов Firebird, MySQL, Sav Zigzag, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР. Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) 1 📝 Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) Время 3. Стадии разработки ПО и ПД. 3.1. Стадии разработки согласно ГОСТ 19 серии. @January 14, 2023 14:00-15:15 Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) 2 3.2. Стадии разработки согласно ГОСТ 34 серии. Стадии Этапы работ 1. Формирование требований к АС 1.1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС 1.2. Формирование требований пользователя к АС 1.3. Оформление отчета о выполненной работе и заявки на разработку АС (тактико-технического задания) 2. Разработка концепции АС 2.1. Изучение объекта 2.2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ 2.3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя 2.4. Оформление отчета о выполненной работе 3. Техническое задание 3.1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) 3 Стадии Этапы работ 4. Эскизный проект 4.1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям 4.2. Разработка документации на АС и ее части 5. Технический проект 5.1. Разработка проектных решений по системе и ее частям 5.2. Разработка документации на АС и ее части 5.3. Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на их разработку 5.4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации 6. Рабочая документация 6.1. Разработка рабочей документации на систему и ее части 6.2. Разработка или адаптация программ 7. Ввод в действие 7.1. Подготовка объекта автоматизации к вводу АС в действие 7.2. Подготовка персонала 7.3. Комплектация АС поставляемая изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями) 7.4. Строительно-монтажные работы 7.5. Пусконаладочные работы 7.6. Проведение предварительных испытаний 7.7. Проведение опытной эксплуатации 7.8. Проведение приемочных испытаний 8. Сопровождение АС 8.1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами 8.2. Послегарантийное обслуживание 3.3. Сравнение ГОСТ 19 и 34 серии. Для удобства ниже представлена таблица пунктов ГОСТа 34 и ГОСТа 19 для написания Технического задания. ГОСТ 19 ГОСТ 34 1. Введение 1. Общие сведения 2. Основания для разработки 3. Назначение разработки 2. Назначение и цели создания системы 3. Характеристика объекта автоматизации 4. Требования к программе или программному изделию 4. Требования к системе Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) 4 ГОСТ 19 ГОСТ 34 4.1. Требования к функциональным характеристикам 4.2. Требования к функциям (задачам), выполняемым системой 4.1. Требования к системе в целом 4.1.1. Требования к структуре и функционированию системы 4.1.3. Показатели назначения 4.2. Требования к надёжности 4.1.4. Требования к надёжности 4. 1.5. Требования к безопасности 4.1.6. Требования к эргономике и технической эстетике 4.3. Условия эксплуатации 4.1.2. Требования к численности и квалификации персонала системы и режиму его работы 4. 1.9. Требования к защите информации от несанкционированного доступа 4.1.10. Требования по сохранности информации при авариях 4.1.11. Требования к защите от влияния внешних воздействий 4. 1.12. Требования к патентной чистоте 4.1.13. Требования по стандартизации и унификации 4.4. Требования к составу и параметрам технических средств 4.1.8. Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы 4.5. Требования к информационной и программной совместимости 4.6. Требования к маркировке и упаковке 4.7. Требования к транспортированию и хранению 4.1.7. Требования к транспортабельности для подвижных систем 4.8. Специальные требования 4. 1.14. Дополнительные требования 4.3. Требования к видам обеспечения 5. Требования к программной документации 8. Требования к документированию 6. Технико-экономические показатели 7. Стадии и этапы разработки 5. Состав и содержание работ по созданию системы Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) 5 ГОСТ 19 ГОСТ 34 8. Порядок контроля и приёмки 6. Порядок контроля и приёмки системы 7. Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие 9.Источники разработки 5. Тестирование и отладка 5.1. Общие принципы тестирования 1. Для реализации метода тестирования должны быть изготовлены или заранее известны эталонные результаты. 2. Вычислять эталонные результаты нужно обязательно до, а не после получения машинных результатов. В противном случае имеется опасность невольной подгонки вычисляемых значений под желаемые, полученные ранее на машине. Тестовые данные должны обеспечить проверку всех возможных условий возникновения ошибок, а именно: должна быть испытана каждая ветвь алгоритма; очередной тестовый прогон должен контролировать нечто такое, что еще не было проверено на предыдущих прогонах; первый тест должен быть максимально прост, чтобы проверить, работает ли программа вообще; арифметические операции в тестах должны предельно упрощаться для уменьшения объема вычислений; количество элементов последовательностей, точность для итерационных вычислений, количество проходов цикла в тестовых примерах должны задаваться из соображений сокращения объема вычислений; минимизация вычислений не должна снижать надежности контроля; тестирование должно быть целенаправленным и систематизированным, т.к. случайный выбор исходных данных привел бы к трудностям в определении ручным способом ожидаемых результатов, кроме того, при случайном выборе тестовых данных могут оказаться непроверенными многие ситуации. 5.2. Привести пример программы и показать, каким образом она будет тестироваться. Разработка, тестирование и отладка ПО (3, 5) 6 static void Main(string[] args) { // Ввод данных уравнения - значения a, b и c // После ввода данных мы обрезаем лишние пробелы по краям методом Trim() // и преобразовываем тип string во float Console.Write("Введите значение a = "); float a = float.Parse(Console.ReadLine().Trim()); Console.Write("Введите значение b = "); float b = float.Parse(Console.ReadLine().Trim()); Console.Write("Введите значение c = "); float c = float.Parse(Console.ReadLine().Trim()); // Вычисление дискриминанта float d = b * b - 4 * a * c; // При дискриминанте меньшим 0 - выводим ошибку if (d < 0) { Console.Write("Дискриминант d < 0. Решение квадратного уравнения невозможно."); } else { // Объявляем корни уравнения float x1, x2; // При дискриминанте равным 0 оба корня равны if (d == 0) { x1 = x2 = -(b / 2 * a); } else { // Извлекаем корень из дискриминанта float sqrtD = (float)System.Math.Sqrt(d); // Высчитываем корни уравнения x1 = (-b + sqrtD) / (2 * a); x2 = (-b - sqrtD) / (2 * a); } // Выводим результат Console.Write("d = " + d.ToString() + " x1 = " + x1.ToString() + " x2 = " + x2.ToString()); } // Ждем нажатия клавиши, чтобы завершить выполнение программы Console.ReadLine(); } Массивы, системы счисления, представление целых чисел в ЭВМ (4, 6, 7) 1 🎍 Массивы, системы счисления, представление целых чисел в ЭВМ (4, 6, 7) Время 4.Массивы и списки 4.1 Достоинства и недостатки массивов Достоинства массивов: лёгкость вычисления адреса элемента по его индексу одинаковое время доступа ко всем элементам малый размер элементов: они состоят только из информационного поля Недостатки массивов: для статического массива — отсутствие динамики, невозможность удаления или добавления элемента без сдвига других для динамического и/или гетерогенного массива — более низкое (по сравнению с обычным статическим) быстродействие и дополнительные накладные расходы на поддержку динамических свойств и/или гетерогенности. при работе с массивом в стиле C (с указателями) и при отсутствии дополнительных средств контроля — угроза выхода за границы массива и повреждения данных 4.2 Динамические массивы. Алгоритм изменения размера массива Динамические массивы – массивы с возможностью изменения размера 1. Выделить память нового размера @January 14, 2023 15:30-16:45 Массивы, системы счисления, представление целых чисел в ЭВМ (4, 6, 7) 2 2. Скопировать старые данные в новую область 3. Объявить новую память «старым» массивом 4. Освободить старую память 4.3 Динамические массивы. Проблемы роста. Динамические массивы – массивы с возможностью изменения размера Проблема линейного роста – в большом количестве выделяемой памяти Общая проблема роста – кусочно-разбросанные остающиеся области памяти 4.4 Списки. Операции с элементами списков. Список – структура с последовательным доступом Основные операции для работы со списками - это индексирование, срезы, добавление и удаление элементов, а также проверка на наличие элемента в последовательности 6.Системы счисления 6.1 Отличительные особенности симметричной троичной системы счисления Благодаря тому что основание 3 нечётно, в троичной системе возможно симметричное относительно нуля расположение цифр: −1, 0, 1. Свойства: Естественность представления отрицательных чисел; Отсутствие проблемы округления: обнуление ненужных младших разрядов округляет — приближает число к ближайшему «грубому». Для изменения знака представляемого числа нужно изменить ненулевые цифры на симметричные. При суммировании большого количества чисел значение для переноса в следующий разряд растёт с увеличением количества слагаемых не линейно, а пропорционально квадратному корню числа слагаемых. По затратам количества знаков на представление чисел она равна троичной несимметричной системе. 6.2 Отличительные особенности фибоначчиевой системы счисления Массивы, системы счисления, представление целых чисел в ЭВМ (4, 6, 7) 3 Алфавит – цифры 0 и 1.Базис (веса разрядов) – последовательность чисел Фибоначчи: 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, … Преимущество кодов Фибоначчи для практики – в их «естественной» избыточности, которая может быть использована для целей контроля числовых преобразований. Избыточность проявляет себя в свойстве множественности представлений одного и того же числа. Разные представления: операция свертки 011 → 100 операция развертки 100 → 011 3210 = 21*1 + 13*0 + 8*1 + 5*0 + 3*1 + 2*0 + 1*0 1010100fib - минимальная форма, в которой рядом не встречаются две единицы 1010011fib 1001111fib 0111111fib – максимальная (развернутая) форма, в которой рядом не встречаются два нуля 6.3 Минимальная и максимальная форма фибоначчиевой системы счисления 3210 = 21*1 + 13*0 + 8*1 + 5*0 + 3*1 + 2*0 + 1*0 1010100fib - минимальная форма, в которой рядом не встречаются две единицы 1010011fib 1001111fib 0111111fib – максимальная (развернутая) форма, в которой рядом не встречаются два нуля 7.Представление целых чисел в памяти ЭВМ 7.1 Напишите формулу, показывающую диапазон значений, доступный для хранения областью памяти размером K Массивы, системы счисления, представление целых чисел в ЭВМ (4, 6, 7) 4 битов (знаковое кодирование). Частные случаи для стандартных размеров памяти. Знаковые (все биты – информационные), хранение только неотрицательных чисел Знаковое кодирование K битов: 8 битов (char, shortint): [-128; 127] 16 битов (short int, integer): [-32768; 32767] 32 бита (long int, longint): [-2.1млрд; 2.1млрд] 64 бита (int64): [-263; 263-1] 7.2 Напишите формулу, показывающую диапазон значений, доступный для хранения областью памяти размером K битов (беззнаковое кодирование) Частные случаи для стандартных размеров памяти. Беззнаковые (старший бит – знаковый, остальные – информационные), имеется возможность хранения отрицательных значений Беззнаковое кодирование K битов: 8 битов (unsigned char, byte) – [0; 255] 16 битов (unsigned short int, word) – [0; 65535] 32 бита (unsigned long int, cardinal) – [0; 4.2млрд] 64 бита (int64) – [0; 264-1] [−2 ; 2 − K −1 K −1 1] [0; 2 − K 1] |