Лекции по дисциплине ИТ_2020. Лекции по дисциплине "Информационные технологии" Лекция Понятие информационной технологии
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
4.2. Платформенно-независимый интерфейс POSIX POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments) – платформенно-независимый системный интерфейс для компьютерного окружения. Это стандарт IEEE, описывающий системные интерфейсы для открытых операционных систем, в том числе оболочки, утилиты и инструментарии. Помимо этого, согласно POSIX, стандартизированными являются задачи обеспечения безопасности, задачи реального времени, процессы администрирования, сетевые функции и обработка транзакций. Стандарт базируется на UNIX-системах, но допускает реализацию и в других ОС. Этот стандарт подробно описывает VMS (virtual memory system, систему виртуальной памяти), многозадачность (МРЕ, multiprocess executing) и технологию переноса операционных систем (CTOS). Таким образом, на самом деле POSIX представляет собой множество стандартов, именуемых POSIX.1 — POSIX.12. Программы, написанные с соблюдением данных стандартов, будут одинаково выполняться на всех POSIX-совместимых системах. Однако, часть стандартов описана очень строго, тогда как другая часть только поверхностно раскрывает основные требования. На рис. 4 изображена типовая схема реализации строго соответствующего POSIX приложения. Из рис. 4 видно, что для взаимодействия с операционной системой программа использует только библиотеки POSIX.1 и стандартную библиотеку RTL языка С, в которой возможно использование лишь 110 различных функций, также описанных стандартом POSIX.1. Рис. 4. Приложения, строго соответствующие стандарту POSIX 23 4.3. Проектирование пользовательского интерфейса Пользовательский интерфейс включает три понятия: общение приложения с пользователем, общение пользователя с приложением, язык общения. Под приложением понимается пакет прикладных программ для определенной области применения и потребления информации. Язык общения определяется разработчиком программного приложения. Свойствами интерфейса являются конкретность и наглядность. Пользовательский интерфейс зависит от интерфейса, обеспечиваемого операционной системой. Одной из важных функций интерфейса является формирование у пользователя одинаковой реакции на одинаковые действия приложений, их согласованность. Согласование должно быть выполнено в трех аспектах: физическом, который относится к техническим средствам; синтаксическом, который относится к последовательности и порядку появления элементов на экране (язык общения) и последовательности запросов (язык действий); семантическом, который относится к значениям элементов, составляющих интерфейс. Согласованность интерфейса экономит время пользователя и разработчика. Для пользователя уменьшается время изучения, а затем использования системы, сокращается число ошибок, появляется чувство комфортности и уверенности. Разработчику согласованный интерфейс позволяет выделить общие блоки, стандартизировать отдельные элементы и правила взаимодействия с ними, сократить время проектирования новой системы. Разработка пользовательского интерфейса состоит из проектирования панелей и диалога. Панель приложения разделена на три части: меню действий, тело панели и область функциональных клавиш. Преимущество использования меню действий заключается в том, что эти действия наглядны и могут быть запрошены пользователем установкой курсора, функциональной клавишей, вводом команды либо каким-то другим простым способом. Меню действий содержит объекты, состоящие из одного или нескольких слов. Последний из них резервируется для действия «справка». Размещаются объекты слева направо по мере убывания частоты их использования. Возможны системы с многоуровневой системой выпадающих меню, но оптимальное число уровней – три, так как иначе могут появиться трудности в понимании многоуровневых меню. Тело панели содержит элементы тела панели. К ним относятся разделители областей, идентификатор панели, заголовок панели, инструкция, заголовок столбца и группы, заголовок поля, указатель протяжки, область сообщений, область команд, поле ввода, поле выбора. Область функциональных клавиш – необязательная часть, показывающая соответствие клавиш и действий, которые выполняются при их нажатии. В данной области отображаются только те действия, которые действительны только на текущей панели. Разбивка панели на области основана на принципе «объект- действия». Этот принцип разрешает пользователю сначала выбрать объект, затем произвести действия с этим объектом, что минимизирует число режимов, упрощает и ускоряет обучение работе с приложениями и создает для пользователя комфорт. Если панель располагается в отдельной ограниченной части экрана, то она называется окном, которое может быть первичным или вторичным. первичное окно может содержать столько панелей, сколько нужно для ведения диалога. Вторичные окна вызываются из первичных. Они часто используются для подсказки. Когда пользователь и приложение обмениваются сообщениями, диалог движется по одному из путей приложения, т.е. пользователь движется по приложению, выполняя конкретные действия. При этом действие не обязательно требует от приложения обработки информации. Оно может обеспечивать переход от одной панели к другой, от одного приложения к другому. Диалоговые действия контролируют информацию, которую набирает пользователь. Если пользователь перешел к другой панели и его действия могут привести к потере информации, рекомендуется требовать подтверждение о том, следует ли ее сохранить. При этом пользователю предоставляется шанс сохранит информацию, отменить последний запрос, вернуться на один шаг назад. Путь, по которому движется диалог, называется навигацией. Диалог состоит из двух частей: запросов на обработку информации и навигации по приложению. Часть запросов на обработку и навигацию является унифицированной, т.е. это действия, имеющие одинаковый смысл во всех 24 приложениях. К унифицированным действиям можно отнести «отказ» («отмена»), «ввод», «выход», «справка» и другие. Существующий стандарт закрепляет английские названия унифицированных действий. При переводе на русский язык названия могут не совпадать в разных приложениях. Лекция 5. Информационные технологии широкого пользования Самыми распространенными компьютерными технологиями являются редактирование текстовых данных, обработка графических и табличных данных. 5.1. Табличные процессоры Документы табличного вида составляют большую часть документооборота предприятия любого типа. Поэтому табличные ИТ особо важны при создании и эксплуатации ИС. Комплекс программных средств, реализующих создание, регистрацию, хранение, редактирование, обработку электронных таблиц и выдачу их на печать, принято называть табличным процессором. Электронная таблица представляет собой двухмерный массив строк и столбцов, размещенный в памяти компьютера. Широкое распространение получили такие табличные процессоры, как SuperCalc, VisiCalc, Lotus 1-2- 3, Quattro Pro. Для Windows был создан процессор Excel, технология работы с которым аналогична работе с любым приложением Windows интерфейса WIMP. Табличный процессор позволяет решать большинство финансовых задач. 5.2. Системы управления базами данных Основные понятия БД Цель любой информационной системы - обработка данных об объектах реального мира. В широком смысле слова база данных - совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой- либо предметной области. Создавая базу данных, пользователь стремиться упорядочить информацию по различным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сделать это возможно, только если данные структурированы. Структурирование - это введение соглашений о способах представления данных. В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизовано с помощью специального программного инструментария - системы управления базами данных База данных (БД) - поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области. Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации. Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле и запись. Поле - элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единицы информации - реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики: имя; тип; длина; точность. Запись - совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей. Виды моделей БД Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки. СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, на комбинации этих моделей или не некотором их подмножестве. Иерархическая модель данных. К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент, связь. Узел это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним 25 узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне (см. рис. 5). Рис. 5. Иерархическая модель данных К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. Например, для записи С4 путь проходит через записи А и В3. Пример иерархической структуры. Каждый студент учится в определенной (только одной) группе, которая относится к определенному (только одному) факультету (см. рис. 6). Рис. 6. Пример иерархической организации данных Сетевая модель данных В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом (см. рис 7). Рис. 7. Сетевая модель данных 26 Пример сетевой структуры. База данных, содержащая сведения о студентах, участвующих в научно- исследовательских работах (НИРС). Возможно участие одного студента в нескольких НИРС, а также участие нескольких студентов в разработке одной НИРС (см. рис. 8). Рис. 8. Пример сетевой организации данных Реляционная модель данных Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений. Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица (отношение) представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами: каждый элемент таблицы - один элемент данных; все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину; каждый столбец имеет уникальное имя; одинаковые строки в таблице отсутствуют; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным. Пример. Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе. №зачетной книжки Фамилия Имя Отчество Дата рождения Группа 155125 Сергеев Петр Михайлович 01,01,80 720581 154652 Петрова Анна Владимировна 15,03,81 720591 178535 Анохин Андрей Борисович 14,04,80 720682 Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ. Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы. Одни и те же данные могут группироваться в таблицы различными способами. Группировка атрибутов в таблицах должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки. Нормализация отношений - формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных. Выделяют пять нормальных форм отношений. Эти формы предназначены для уменьшения избыточности информации от первой до пятой нормальных форм. Поэтому каждая последующая нормальная форма должна удовлетворять требованиям предыдущей формы и некоторым 27 дополнительным условиям. При практическом проектировании баз данных четвертая и пятая формы, как правило, не используются. Процедуру нормализации рассмотрим на примере проектирования многотабличной БД Продажи, содержащей следующую информацию: Сведения о покупателях. Дату заказа и количество заказанного товара. Дату выполнения заказа и количество проданного товара. Характеристику проданного товара (наименование, стоимость, марка). Таблица 2. Структура таблицы Продажи № Наименование поля 1 Название Клиента 2 Обращаться К 3 Должность 4 Адрес 5 Телефон 6 Дата заказа 7 Код сотрудника 8 ФИО Сотрудника 9 Название товара 11 Единица Измерения 12 Цена 13 Количество Таблицу Продажи можно рассматривать как однотабличную БД. Основная проблема заключается в том, что в ней содержится значительное количество повторяющейся информации. Такая структура данных является причиной следующих проблем, возникающих при работе с БД: Приходится тратить значительное время на ввод повторяющихся данных. Например, для всех заказов, сделанных одним покупателем, придется каждый раз вводить одни и те же данные о покупателе. При изменении адреса или телефона покупателя необходимо корректировать все записи, содержащие сведения о заказах этого покупателя. Наличие повторяющейся информации приведет к неоправданному увеличению размера БД. В результате снизится скорость выполнения запросов. Кроме того, повторяющиеся данные нерационально используют дисковое пространство компьютера. Любые нештатные ситуации потребуют значительного времени для получения требуемой информации. Первая нормальная форма. Таблица, структура которой приведена в табл.2, является ненормализованной. Таблица в 1НФ должна удовлетворять следующим требованиям: Таблица не должна иметь повторяющихся записей. В таблице должны отсутствовать повторяющиеся группы полей. Строки должны быть не упорядочены. Столбцы должны быть не упорядочены. Для удовлетворения условия 1 значение хотя бы одного поля таблицы для каждой строки таблицы должно быть уникально, т.е. быть ключом. Таблица Продажи не содержит такого ключа, что допускает наличие в таблице повторяющихся записей. Для выполнения условия 1 создадим новое поле Код Клиента. В таблицах большинства СУБД записи упорядочены, поэтому требование 3 не может быть удовлетворено. Так как каждый покупатель может сделать несколько заказов, в каждом из которых в свою очередь может заказать несколько товаров, то для выполнения требования 2, необходимо разбить таблицу на три таблицы: 28 сведения о клиентах; номер и дату заказ клиента, данные о менеджере, обслуживающем заказ; код, наименование, количество заказанного товара. Поэтому разобьем таблицу Продажи на три отдельные таблицы (Заказано'>Клиенты, Заказы и Заказано) и определим Код Клиента в качество совпадающего поля для связывания таблицы Клиенты с таблицей Заказы и Код Заказа – для связывания таблиц Заказы и Заказано. Отметим, что отношение между связываемыми таблицами «один-ко-многим». Таблица Клиенты содержит данные о клиентах. Определим ключевое поле Код Клиента. Аналогично для таблицы Заказы – ключевое поле Код Заказа. Таким образом, для таблиц Клиенты и Заказы решена проблема повторяющихся групп. Таблица Заказано содержит сведения о товарах, включенных в заданный заказ. Для исключения повторяющихся записей можно воспользоваться одним из способов: Добавить в таблицу новое уникальное ключевое поле Счетчик, что позволит однозначно идентифицировать каждую запись. Это не лучший способ, т.к. в дальнейшем при построении схемы данных не позволит установить связь между таблицами. В качестве ключа использовать составной ключ, состоящий из 2 полей Код Заказа и Код Товара (наименование обычно не используется, чтобы не отличались товары Нож, нож, Ножи, т.е. по- разному написанные). После разделения повторяющихся строк и определения ключей в каждой таблице можно считать, что таблицы Клиенты, Заказы и Заказано находятся в первой нормальной форме. Вторая нормальная форма. О таблице говорят, что она находится во второй нормальной форме, если: Она удовлетворяет условиям первой нормальной формы. Любое неключевое поле однозначно идентифицируется полным набором ключевых полей. Из приведенного определения видно, что понятие 2НФ применимо только к таблицам, имеющим составной ключ. В нашем примере такой таблицей является Заказано, в которой составной ключ образуют поля Код Заказа и Код Товара. Данная таблица не является таблицей во 2НФ, т.к. поля Наименование, Единица измерения однозначно определяются только одним из ключевых полей – Код Товара. Для приведения таблицы ко 2НФ выделим из таблицы Заказано таблицу Товары, которая будет содержать информацию о товарах. Для связывания таблиц Заказано и Товары используется поле Код Товара |