Числовая и нечисловая обработка данных

Обработка данных – совокупность задач, которая включает в себя ввод данных в ЭВМ, отбор данных по каким-либо критериям, преобразование структуры данных, перемещение данных во внеш. память ЭВМ, вывод данных, удаление.

Обработка данных может быть числовой и нечисловой.

В числовой обработке данных используются такие объекты как переменные, массивы, матрицы, константы, векторы и др.

В нечисловой обработке данных использ. файлы, записи, поля, иерархии, сети, отношения и другие элементы.

Информация получается из данных в результате решения некоторых задач.

Информационная система – система, предназначенная для обработки информации.

Подготовка информации и преобразование ее в данные состоит в формализации, сборе и переносе на машинные носители.

Файловые системы

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы, файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

· совокупность всех файлов на диске,

· наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

· комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Определение базы данных.

БД – совокупность систематизированных, структурированных, взаимосвязанных данных при такой min избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений в определенной предметной области.

Доступ к данным, хранящимся в базе, осуществляется с пом. спец. методов.

База данных (БД) – именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

База данных это – интегрированная компьютерная структура совместного доступа, в которой размещаются следующие сведения:

- данные конечных пользователей, т. е. сведения, отражающие сферу интересов конечного пользователя;

- метаданные, или данные о данных, с помощью которых осуществляется интегрирование (объединение) данных..

Проектируемая БД должна обладать определенными свойствами. Назовем основные свойства БД.

1. Целостность. В каждый момент времени существования БД сведения, содержащиеся в ней, должны быть непротиворечивы. Целостность БД достигается вследствие введения ограничений целостности, в частности, к ним относятся ограничения, связанные с нормализацией БД.

2. Восстанавливаемость. Данное свойство предполагает возможность восстановления БД после сбоя системы или отдельных видов порчи системы. Сюда относится проверка наличия файлов, составляющих приложение. В основном свойство восстанавливаемости обеспечивается дублированием БД и использованием техники повышенной надежности.

3. Безопасность. Безопасность БД предполагает защиту данных от преднамеренного и непреднамеренного доступа модификации или разрушения. Применяется запрещение несанкционированного доступа, защита от копирования и криптографическая защита. Также необходимы и чисто административные меры, например ограничение доступа к носителям информации.

4. Эффективность. Свойство эффективности обычно понимается как:

- минимальное время реакции на запрос пользователя;

- минимальные потребности в памяти

- сочетание этих параметров.

 

Структура базы данных.

Структура базы данных следующая:

· База данных состоит из одной или нескольких таблиц.

· Каждая таблица имеет одно или несколько полей.

· В каждой таблице имеется одна или несколько записей.

А теперь немного поподробнее каждый пункт. Как было сказано выше, база данных состоит из набора таблиц. Примером таблиц в базе данных могут быть, например, таблица пользователей сайта, таблица статей, таблица с разделами сайта и так далее.

В каждой из этих таблиц имеется одно или несколько полей. Например, в таблице пользователей сайта могут быть такие поля: логин, пароль, e-mail и другие. В таблице со статьями могут быть такие поля: название статьи, автор статьи, текст статьи, дата создания и другие..

И, наконец, в таблице содержатся записи. Запись - это строка в таблице, где каждая ячейка содержит значение соответствующего поля. Например, для пользователя сайта может быть такая запись: " Adm 123456 [e-mail] ". Каждое из этих значений находится в своей ячейке таблицы.

Определение и функции СУБД.

СУБД (DBMS) – ПО, имеющее средства обработки на языке БД, позволяющая обрабатывать обращения к БД, поступающие от прикладных программ и конечных пользователей и поддерживать целостность БД.

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

· 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,

· подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

· а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

СУБД позволяет выполнять след. действия:

1. Позволяет определять БД с указанием ее структуры, типов данных, ограничений данных.

2. Позволяет добавлять, изменять, извлекать и удалять данные из базы.

3. Осуществляют защиту данных с помощью систем, защиту от несанкционированного доступа.

4. Осуществлять поддержку целостности данных, т.е. обеспечивать непротиворечивое состояние хранимых данных.

5. С помощью управления параллельной работой приложений, т.е. контроль совместного доступа к данным.

6. Резервное копирование и восстановление, позволяющее персоналу вовремя осуществлять резервное копирование и восстановление БД.

Основные 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).

Типовая организация СУБД.

Логически в современной реляционной СУБД можно выделить наиболее внутреннюю часть - ядро СУБД (часто его называют Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит. В некоторых системах эти части выделяются явно, в других - нет, но логически такое разделение можно провести во всех СУБД.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Как можно было понять из первой части этой лекции, функции этих компонентов взаимосвязаны, и для обеспечения корректной работы СУБД все эти компоненты должны взаимодействовать по тщательно продуманным и проверенным протоколам. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым в программах, производимых компилятором SQL (или в подсистеме поддержки выполнения таких программ) и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.

Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу. Основной проблемой реляционных СУБД является то, что языки этих систем (а это, как правило, SQL) являются непроцедурными, т.е. в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурой, а лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия (вспомните примеры из первой лекции). Поэтому компилятор должен решить, каким образом выполнять оператор языка прежде, чем произвести программу. Применяются достаточно сложные методы оптимизации операторов, которые мы подробно рассмотрим в следующих лекциях. Результатом компиляции является выполняемая программа, представляемая в некоторых системах в машинных кодах, но более часто в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде. В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения, представляющей собой, по сути дела, интерпретатор этого внутреннего языка.

Наконец, в отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а иногда даже с проникновением внутрь ядра.