Программное обеспечение. Основные этапы решения задач на ЭВМ. Жизненный цикл программного средства
ПРОГРАММИРОВАНИЕ.
Каскадная модель.
Каскадная модель жизненного цикла предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.
Преимущества:
§ Полная и согласованная документация на каждом этапе;
§ Легко определить сроки и затраты на проект.
Недостатки:
§ Увеличение объема работ, связанных с возвратом на предыдущие этапы;
§ Заказчик не может внести изменения в техническое задание на проект, пока тот не будет полностью завершен.
Спиральная модель.
Цель – быстрее показать пользователю работоспособный продукт.
При использовании этой модели ПО создается в несколько итераций (витков спирали) методом прототипирования (создания прототипов с целью проверки пригодности ПО, а также для предоставления программы заказчику на ранних стадиях разработки).
Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.
На каждой итерации оцениваются:
§ риск превышения сроков и стоимости проекта;
§ необходимость выполнения ещё одной итерации;
§ степень полноты и точности понимания требований к системе;
§ целесообразность прекращения проекта.
1.2. Характеристика объектно-ориентированного программирования.
В теории программирования ООП определяется как технология создания сложного программного обеспечения, которая основана на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определённого типа (класса), а классы образуют иерархию с наследованием свойств.
Взаимодействие программных объектов в такой системе осуществляется путем передачи сообщений.
ООП позволяет вести практически независимую разработку отдельных частей (объектов) программы. Кроме этого, объектный подход предлагает новые технологические средства разработки, такие как наследование, полиморфизм, композиция, наполнение, позволяющие конструировать сложные объекты из более простых. В результате существенно увеличивается показатель повторного использования кодов, появляется возможность создания библиотек объектов для различных применений, и разработчикам предоставляются дополнительные возможности создания систем повышенной сложности.
Основной недостаток ООП - некоторое снижение быстродействия за счет более сложной организации программной системы.
Класс — это тип, описывающий устройство объектов. Говорят, что объект — это экземпляр класса. Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.
Четыре кита ООП.
1. Абстрагирование – это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция – это набор всех таких характеристик.
2. Инкапсуляция – это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали реализации от пользователя.
3. Наследование – это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым или родительским. Новый класс – потомком, наследником или производным классом.
4.Полиморфизм – это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.
1.3. Использование инкапсуляции в ООП.
Инкапсуляция (лат. in capsula, в коробочке) в объектно-ориентированном программировании - сокрытие внутренней структуры данных и реализации методов объекта от остальной программы. Другим объектам доступен только интерфейс объекта, через который осуществляется все взаимодействие с ним.
Инкапсуляция позволяет пользователю не задумываться о сложности реализации используемого программного компонента (что у него внутри?), а взаимодействовать с ним посредством предоставляемого интерфейса (публичных методов и членов), а также объединить и защитить жизненно важные для компонента данные. При этом пользователю предоставляется только спецификация (интерфейс) объекта.
Реализация в Delphi.
В Delphi для создания скрытых полей или методов их достаточно объявить в секции private.
TMyClass = class
private
FMyField: Integer;
procedure SetMyField(const Value: Integer);
function GetMyField: Integer;
protected
public
property MyField: Integer read GetMyField write SetMyField;
end;
Для создания интерфейса доступа к скрытым полям в Delphi введены свойства
Private. Данные, описанные в этом разделе, могут обрабатываться только путём вызова методов внутри класса. За пределами класса все его частные элементы неизвестны и считаются несуществующими.
Public. Данные доступны для всех классов.
Proteced. Данные доступны только для потомков класса.
ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ И СИСТЕМ.
3.1. Принцип программного управления
Такое определение подчеркивает, что в основу ЭВМ положен принцип программного управления. Один из способов его реализации был предложен в 1945 г. американским математиком Дж. фон Нейманом, и с тех пор неймановский принцип программного управления используется в качестве основного принципа построения ЭВМ. Этот принцип состоит в следующем:
- информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации — слова;
- разнотипные слова информации различаются по способу использования, но не способами кодирования;
- слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами слов;
- алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов — команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой;
- выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой. Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы. Обычно это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть либо адресом следующей по порядку команды, либо адресом любой другой команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Процессор начинает работу после того, как программа записана в память ЭВМ, а в счетчик команд записан адрес первой команды программы. Счётчик команд процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.
Работу процессора можно описать следующим циклом: чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК, увеличение СК на длину прочитанной команды , выполнение прочитанной команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются командыусловного илибезусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».
Таким образом,процессор исполняет программу автоматически, команду за командой,без вмешательства человека.
3.2. Структуры ЭВМ и вычислительных систем.
Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы — последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выполнения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.
Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве — памяти ЭВМ, куда они вводятся через устройство ввода. Данные, которые хранятся на внешних носителях, доступны программе через устройства ввода\вывода.
Достоинства и недостатки архитектуры вычислительных машин и систем изначально зависят от способа соединения компонентов. При самом общем подходе можно говорить о двух основных типах структур вычислительных машин и двух типах структур вычислительных систем.
CISC и RISC процессоры
RISC (Restricted (reduced) instruction set computer – компьютер с упрощённым набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения команд, чтобы их декодирование было проще, а время выполнения — короче. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной распараллеливание команд между несколькими исполнительными блоками.
Наборы команд в более ранних архитектурах для облегчения ручного написания программ на языках ассемблеров или прямо в машинных кодах, а также для упрощения реализации компиляторов, выполняли как можно больше работы. Нередко в наборы включались команды для прямой поддержки конструкций языков высокого уровня. Другая особенность этих наборов – большинство команд, как правило, допускали все возможные методы адресации – к примеру, и операнды, и результат в арифметических операциях доступны не только в регистрах, но и через непосредственную адресацию, и прямо в памяти. Позднее такие архитектуры были названы CISC (Complex instruction set computer).
Цель архитектуры RISC - сделать команды настолько простыми, чтобы они легко конвейеризировались и тратили не более одного такта на каждом шаге конвейера на высоких частотах.
Характерные особенности RISC-процессоров:
§ Фиксированная длина машинных команд (например, 32 бита) и простой формат команды;
§ Специализированные команды для операций с памятью – чтения или записи. Обращение к памяти идёт только через команды load и store, а все прочие команды ограничены внутренними регистрами (т. н. архитектура load-and-store). Это упростило архитектуру процессоров: позволило командам иметь фиксированную длину, упростило конвейеры и изолировало логику, имеющую дело с задержками при доступе к памяти, только в двух командах;
§ Большое количество регистров общего назначения (32 и более);
§ Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово. Процессор работает над операндами, строго имеющими разрядность процессора;
§ Отсутствие микропрограмм (например, обработка отказов страниц) внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный машинный код.
CISC (complex instruction set computing, или complex instruction set computer – компьютер с полным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
§ нефиксированное значение длины команды;
§ арифметические действия кодируются в одной команде (прочитать из памяти-вычислить-записать в память);
§ небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Недостатки CISC архитектуры:
§ высокая стоимость аппаратной части;
§ сложности с распараллеливанием вычислений.
Типичными представителями являются процессоры на основе x86-команд (исключая современные Intel Pentium 4, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными).
Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры являются CISC-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров в более простой набор внутренних инструкций RISC. Исполнение команд происходит на конвейере одновременно по несколько штук. В итоге такой подход позволил поднять производительность CPU.
3.4. Иерархическая система памяти ЭВМ. Общие сведения и классификация памяти ЭВМ.
Классификация запоминающих устройств и систем памяти позволяет выделить общие и характерные особенности их организации, систематизировать базовые принципы и методы, положенные в основу их реализации и использования.
Устройства памяти подразделяются по двум основным критериям: по функциональному назначению (роли или месту в иерархии памяти) и принципу организации.
3.4.1. Классификация ЗУ по функциональному назначению (иерархия запоминающих устройств)
Память ЭВМ почти всегда является "узким местом", ограничивающим производительность компьютера. Поэтому в ее организации используется ряд приемов, улучшающих временные характеристики памяти и, следовательно, повышающих производительность ЭВМ в целом.
Память вычислительной машины представляет собой иерархию запоминающих устройств (внутренние регистры процессора, различные типы сверхоперативной и оперативной памяти, диски, ленты), отличающихся средним временем доступа и стоимостью хранения данных в расчете на один бит. Пользователю хотелось бы иметь и недорогую и быструю память. Кэш-память представляет некоторое компромиссное решение этой проблемы.
Кэш-память - это способ организации совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования в "быстрое" ЗУ наиболее часто используемой информации из медленного ЗУ.
Кэш-памятью часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств - "быстрое" ЗУ. Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объем.
Верхнее место в иерархии памяти занимают регистровые ЗУ, которые входят в состав процессора и часто рассматриваются не как самостоятельный блок ЗУ, а просто как набор регистров процессора. Такие ЗУ в большинстве случаев реализованы на том же кристалле, что и процессор, и предназначены для хранения небольшого количества информации (до нескольких десятков слов, а в RISC-архитектурах – до сотни), которая обрабатывается в текущий момент времени или часто используется процессором. Это позволяет сократить время выполнения программы за счет использования команд типа регистр-регистр и уменьшить частоту обменов информацией с более медленными ЗУ ЭВМ. Обращение к этим ЗУ производится непосредственно по командам процессора.
Следующую позицию в иерархии занимают буферные ЗУ (кэш-память). Их назначение состоит в сокращении времени передачи информации между процессором и более медленными уровнями памяти компьютера. Буферная память может устанавливаться на различных уровнях, но здесь речь идет именно об указанном ее местоположении.
Еще одним (внутренним) уровнем памяти являются служебные ЗУ. Они могут иметь различное назначение. Одним из примеров таких устройств являются ЗУ микропрограмм выполнения команд процессора, а также различных служебных операций (например, хранение таблиц адресов данных в кэше процессора). Специфика назначения предполагает недоступность их командам процессора.
Следующим уровнем иерархии памяти является оперативная память. Оперативное ЗУ (ОЗУ) является основным запоминающим устройством ЭВМ, в котором хранятся выполняемые в настоящий момент процессором программы и обрабатываемые данные, резидентные программы, модули операционной системы и т.п. Информация, находящаяся в ОЗУ, непосредственно доступна командам процессора, при условии соблюдения требований защиты.
Еще одним уровнем иерархии ЗУ может являться дополнительная память, которую иногда называли расширенной или массовой. Эта ступень использовалась для наращивания емкости оперативной памяти до величины, соответствующей адресному пространству с помощью подключения более дешевого и емкого, чем ОЗУ, но более медленного запоминающего устройства.
В состав памяти ЭВМ входят также ЗУ, принадлежащие отдельным функциональным блокам компьютера. Формально эти устройства непосредственно не обслуживают основные потоки данных и команд, проходящие через процессор. Их назначение обычно сводится к буферизации данных, извлекаемых из каких-либо устройств и поступающих в них. Типичные примеры такой памяти – видеопамять графического адаптера и буферная память контроллеров жестких дисков и других внешних запоминающих устройств. Емкости и быстродействие этих видов памяти зависят от конкретного функционального назначения обслуживаемых ими устройств. Для видеопамяти, например, объем может достигать величин, сравнимых с оперативными ЗУ, а быстродействие – даже превосходить быстродействие последних.
Следующей ступенью памяти, являются жесткие диски. В этих ЗУ хранится практически вся информация, начиная от операционной системы и основных прикладных программ и кончая редко используемыми пакетами и справочными данными. Эти ЗУ обладают большей емкостью, чем остальные виды памяти и используются для постоянного хранения данных.
Все остальные запоминающие устройства можно объединить с точки зрения функционального назначения в одну общую группу, охарактеризовав ее как группу внешних ЗУ. Под словом “внешние” следует подразумевать то, что информация, хранимая в этих ЗУ, в общем случае расположена на носителях не являющихся частью собственно ЭВМ. Это дискеты, флеш-накопители, CD, DVD, BD-диски и др.
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.
4.1. Определение операционной системы. Функции ОС.
Операционная система — это комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны и аппаратурой компьютера с другой стороны.
В большинстве вычислительных систем ОС является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного ПО. С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами являются ОС семейства Microsoft Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).
В логической структуре типичной вычислительной системы ОС занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.
ОС выполняет две основные функции:
§ предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры расширенной виртуальной машины (которую иногда называют операционная среда), с которой удобно работать и которую легче программировать;
§ повышение эффективности использования компьютера путём рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторыми критериями.
Операционная система как виртуальная машина.
ОС можно рассматривать как виртуальную машину. Виртуальная машина управляется командами более высокого уровня, чем реальная. Для решения своих задач пользователь может обойтись без знания аппаратного устройства компьютера. Например, при работе с диском достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов с именами. Последовательность действий при работе с файлом заключается в его открытии, выполнении одной или нескольких операций чтения/записи и в его закрытии.
Операционная система как менеджер ресурсов
Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. Одной из основных функций ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования.
Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:
§ планирование ресурса – то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;
§ отслеживание состояния ресурса – то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.
4.2. Классификация ОС.
Операционные системы могут различаться:
§ особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами);
§ типами аппаратных платформ;
§ областями использования;
§ особенностями использованных методов проектирования и др.
Особенности управление ресурсами.
В зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на:
1) многозадачные и однозадачные;
2) многопользовательские и однопользовательские;
3) на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие;
4)на многопроцессорные и однопроцессорные системы.
Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:
§ однозадачные (например, MS-DOS, MSX);
§ многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95).
Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.
Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.
Поддержка многопользовательского режима.По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
§ однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
§ многопользовательские (UNIX, Windows NT).
Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.
Поддержка многонитевости.Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).
Многопроцессорная обработка.Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.
Типы аппаратных платформ.
По типу аппаратуры различают операционные системы:
§ персональных компьютеров;
§ мини-компьютеров;
§ мейнфреймов (больших многопроцессорных систем);
§ кластеров (Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой системой);
§ сетей ЭВМ (распределенных систем).
Особенности областей использования.
Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:
§ системы пакетной обработки (например, OC EC),
§ системы разделения времени (UNIX, VMS),
§ системы реального времени (QNX, RT/11).
Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.
Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит пакет заданий, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. В таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.
В системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.
Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, для которых существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, в противном случае может произойти авария. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата. Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью.
Особенности методов построения
При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.
К таким базовым концепциям относятся:
§ Способы построения ядра системы (монолитное или микроядро);
§ Использование объектно-ориентированного подхода;
§ Наличие нескольких прикладных сред (возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС);
§ Распределенная организация операционной системы.
БАЗЫ ДАННЫХ.
База данных. СУБД.
База данных (БД) – совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отражающая состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области. Логическую структуру данных называют моделью представления данных.К основным моделям представления данных относятся: иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-ориентированная.
Система управления базами данных (СУБД) –совокупность программных средств, предназначенная для создания, сопровождения и совместного использования БД. Обычно СУБД различают по используемой модели данных. Также может выполнять функции словаря данных (хранение, защиту данных, ограничение доступа, связи и т.п.).
С точки зрения пользователя, СУБД реализует функции хранения, изменения (пополнения, редактирования и удаления) и обработки информации, а также разработки и получения различных выходных документов.
Основные функции СУБД:
1) Обеспечение зависимости данных и приложений (Все СУБД предоставляют программистам API для работы с БД без учета физического размещения элементов данных (например, SQL для реляционных БД)).
2) Обеспечение безопасности данных
3) Управление параллельным доступом (разграничение операций чтения и редактирования данных при одновременном доступе к базе)
4) Ведение журнала транзакций (для восстановления данных в случае сбоев и ошибочных операций)
5) Поддержка целостности БД
6) Обеспечение доступа к данным
Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостности данных в базе. Транзакцией называется некоторая неделимая последовательность операций над данными БД, которая отслеживается СУБД от начала до конца. Если по каким-либо причинам транзакция окажется незавершенной, то она отменяется.
Классификация СУБД:
1) По модели данных:
§ Иерархические;
§ Сетевые;
§ Реляционные;
§ Объектно-ориентированные;
2) По степени распределенности:
§ Локальные СУБД (все части СУБД располагаются на одном компьютере)
§ Распределенные СУБД (части СУБД могут размещаться на одном и более компьютеров);
3) По способу доступа к БД:
§ Файл-серверные (Microsoft Access, Paradox, Visual FoxPro). Данные, СУБД целиком располагаются на сервере.
§ Клиент-серверные (Oracle, IBM DB2, MS SQL Server, PostgreSQL, MySQL)
§ Встраиваемые (SQLite, Microsoft SQL Server Compact). Как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки.
Модели данных.
Модель данных — это определение объектов, операторов и прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину доступа к данным, с которой взаимодействует пользователь. Таким образом, конкретная модель данных отражает структуру данных и способы взаимодействия с ними.
Каждая БД и СУБД строится на основе некоторой явной или неявной модели данных. Все СУБД, построенные на одной и той же модели данных, относят к одному типу.
Наиболее известными являются модели данных:
1) Иерархическая модель
2) Сетевая модель
3) Реляционная модель
4) Объектно-ориентированная модель
В иерархической модели связи между данными можно описать в виде упорядоченного графа (или дерева).
Иерархическая база данных представляет собой упорядоченную совокупность экземпляров данных типа «дерево», содержащих экземпляры типа «запись». Поля записей хранят собственно числовые или символьные значения, составляющие основное содержание базы данных.
Основное правило контроля целостности формулируется следующим образом: потомок не может существовать без родителя, а у некоторых родителей может не быть потомков.
К достоинствам иерархической модели относятся эффективное использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени выполнения основных операций над данными. Иерархическая модель удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией.
Недостатком является громоздкость иерархической модели для обработки информации с достаточно сложными логическими связями, а также сложность понимания для обычного пользователя.
Можно сказать, что иерархической БД является файловая система, состоящая из корневой директории, в которой имеется иерархия поддиректорий и файлов.
Сетевая модель данных позволяет отображать различные взаимосвязи элементов в виде произвольного графа, обобщая тем самым иерархическую модель. Сетевая БД состоит из набора записей и связей. Особых ограничений на связи не накладывается.
Достоинства: эффективное использование памяти, скорость. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей.
Недостаткисетевой модели: высокая сложность и жёсткость схемы базы данных, построенной на основе, а также слабый контроль целостности вследствие допустимости установления произвольных связей между записями.
Реляционная модель основывается на понятии отношение. Отношение представляет собой множество элементов, называемых кортежами. Наглядной формой представления отношения является привычная двумерная таблица. Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Достоинства: простота, понятность и удобство. Недостатки: неэффективное использование памяти, меньшая скорость сложность описания иерархических и сетевых связей.
Объектно-ориентированная модель. В объектно-ориентированной модели при представлении данных имеется возможность идентифицировать отдельные записи базы данных. Между записями базы данных и функциями их обработки устанавливаются взаимосвязи с помощью механизмов, подобных соответствующим средствам в объектно-ориентированных языках программирования.
Структура объектно-ориентированной базы данных представима в виде дерева, узлами которого являются объекты. Свойства объектов описываются некоторым стандартным типом или типом, конструируемым пользователем (определяется как class).
Каждый объект – экземпляр класса принадлежит своему классу и имеет одного родителя. Родовые отношения в базе данных образуют связную иерархию объектов.
Основным достоинством объектно-ориентированной модели в сравнении с реляционной является возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объектов. Объектно-ориентированная модель позволяет идентифицировать отдельную запись базы данных и определять функции их обработки.
Недостатками являются высокая понятийная сложность, неудобство обработки данных и низкая скорость выполнения запросов.
5.3. Реляционная модель данных.
| Номер пропуска | Фамилия | Имя | Отчество | Дата рождения |
| Романова | Валентина | Петровна | 12.01.1980 | |
| Пирогов | Василий | Иванович | 25.03.1975 | |
| …… | …… |
Реляционная модель опирается на систему понятий, важнейшие из которых: отношение, сущность, атрибут, домен, кортеж, первичный ключ, внешний ключ.
Все операции над реляционной базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами. Таблица состоит из строк и столбцов и имеет имя, уникальное внутри базы данных. Таблица отражает тип объекта реального мира (сущность), а каждая ее строка - конкретный объект. Строки таблицы называются также кортежами. Таблица "Сотрудники отдела" содержит, например, сведения обо всех сотрудниках отдела, каждая ее строка - набор значений атрибутов конкретного сотрудника. Значения конкретного атрибута выбираются из домена – множества всех возможных значений атрибута объекта. Имя столбца должно быть уникальным в таблице. Столбцы расположены в таблице в соответствии с порядком следования их имен при ее создании. Любая таблица должна иметь по крайней мере один столбец. В отличие от столбцов строки не имеют имен. Порядок следования строк в таблице не определен, а количество логически не ограничено. Так как строки в таблице не упорядочены, невозможно выбрать строку по ее позиции - среди них не существует "первой" и "последней".
Любая таблица имеет один или несколько столбцов, значения в которых однозначно идентифицируют каждую ее строку. Такой столбец (или комбинация столбцов) называется первичным ключом. В таблице "Сотрудники отдела" первичным ключом служит столбец "Номер пропуска". В таблице не должно быт