Файл: Распределенные системы обработки информации (Понятие информации и данных ).pdf

ВВЕДЕНИЕ

С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление – это применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур.

Второе направление - это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом широком смысле информационная система представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.

Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру.

Для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации информационная система требует создания динамически обновляемой модели внешнего мира с использованием единого хранилища – базы данных. База данных обеспечивает хранение информации и представляет собой поименованную совокупность данных, организованных по определенным правилам, включающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными.

Объектом данной курсовой работы являются информационные системы.

Предмет работы – модели данных.

Целью курсовой работы является изучение основных моделей представления данных в информационных системах.

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:

- дать определение понятию информации и данных;

- рассмотреть понятие и сущность информационной системы;

- дать характеристику основным моделям представления данных в информационных системах: абстрактной, реляционной, иерархической, сетевой, постреляционной, многомерной и объектно-ориентированной.

Теоретической основой для написания курсовой работы послужили труды таких отечественных и зарубежных авторов как А.В. Васильков, А.А. Васильков, И.А. Васильков, Т.Я. Данелян, К.Дж. Дейт, В.Н. Редько, И.Г. Семакин и других.

При написании курсовой работы применялись следующие методы научного исследования: анализ литературынх источников по теме работы, синтез полученной информации, обобщение, моделирование, табличный и графический методы представления информации.

Структура курсовой работы включает в себя введение, две главы, заключение и список использованных источников.

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ДАННЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Понятие информации и данных

Информация - это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний [4, с. 29].

Информатика рассматривает информацию как связанные между собой сведения, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. С этой точки зрения информацию можно рассматривать как совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними.

В процессе обработки информация может менять структуру и форму. Признаком структуры являются элементы информации и их взаимосвязь. Формы представления информации могут быть различны. Основными из них являются: символьная (основана на использовании различных символов), текстовая (текст - это символы, расположенные в определенном порядке), графическая (различные виды изображений), звуковая.

В повседневной практике такие понятия, как информация и данные, часто рассматриваются как синонимы. На самом деле между ними имеются различия. Данными называется информация, представленная в удобном для обработки виде. Данные могут быть представлены в виде текста, графики, аудио-визуального ряда. Представление данных называется языком информатики, представляющим собой совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отображения, передачи информации в электронном виде.

1.2 Понятие и сущность информационной системы

Информационная система (ИС) – это организационная совокупность технических и обеспечивающих средств, технологических процессов и кадров, реализующих функции сбора, обработки, хранения, поиска, выдачи и передачи информации.

Основной целью создания ИС является «удовлетворение информационных потребностей пользователей путем предоставления необходимой им информации на основе хранимых данных» [2, с. 8].

ИС применяется практически во всех сферах человеческой деятельности: в управлении предприятием, учреждением, производством; при организации научных исследований; в библиотечном деле, в обучении, при выполнении конструкторских и проектных работ.

Современной формой ИС являются банки данных, которые включают в свой состав вычислительную систему, одну или несколько баз данных, систему управления базами данных и набор прикладных программ. Основными функциями банков данных являются:

- хранение данных и их защита;

- изменение (обновление, добавление и удаление) хранимых данных;

- поиск и отбор данных по запросам пользователей;

- обработка данных и вывод результатов.

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

«Система управления базами данных (СУБД) – совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями» [2, с. 7].

Прикладные программы (приложения) в составе банков данных служат для обработки данных, вычислений и формирования выходных документов по заданной форме.

Процесс создания ИС обычно включает следующие этапы:

- проектирование БД;

- создание БД (формирование и связывание таблиц, первичный ввод данных);

- создание меню, форм, запросов и отчетов;

- создание приложения.

Приведенный перечень этапов не является строгим в смысле очередности и обязательности. Процесс создания ИС, как правило, имеет итерационный характер.

Приложение представляет собой программу или комплекс программ, использующих БД и обеспечивающих автоматизацию обработки информации из некоторой предметной области. Приложения могут создаваться как в среде СУБД, так и вне СУБД – с помощью системы программирования, использующей средства доступа к БД.

Для работы с БД во многих случаях можно обойтись только средствами СУБД, создавая запросы и отчеты. Приложения разрабатывают главным образом в тех случаях, когда требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированным пользователям или интерфейс СУБД не устраивает пользователя.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

2.1 Абстрактная модель представления данных

Как правило, данные (факты, значения) и их интерпретация (семантика) фиксируются совместно, так как естественный язык достаточно гибок для представления того и другого. Пример: «рост 180 см», «180» – данное, а его семантика – «рост в см». При компьютерной обработке данные отделяются от их интерпретации, что и приводит к понятию модели данных.

Модель данных – это абстрактное логическое определение объектов, операторов и других элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину, с которой взаимодействуют пользователи. Объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы – моделировать поведение данных.

В стандарте ISO 11179 приведено следующее определение: «модель данных (data model) - графическое и (или) словесное представление данных, задающее их структуру и взаимосвязи» [1].

Модель данных можно рассматривать как сочетание трех компонентов:

- структурная часть – набор правил, по которым может быть построена база данных;

- управляющая часть – определяет типы допустимых операций с данными, таких как обновление и извлечение данных, а также модификация структуры данных;

- набор ограничений поддержки целостности данных, гарантирующих корректность используемых данных [11, с. 53].

Модель данных – это средство абстракции, которое дает возможность увидеть информационное содержание данных («лес»), а не конкретные значения данных («отдельные деревья»).

Рассмотрим модель реального мира и свойства, которые она отображает. Эти свойства делятся на два класса:

1) статические – свойства инвариантны ко времени, всегда справедливы и неизменны;

2) динамические – свойства соответствуют эволюционной природе мира.

Определим модель данных M как множество правил порождения G и множество операций OР:

M = < G, OР > .

Множество правил порождения выражает статические свойства модели данных и соотносится с языком описания данных (ЯОД). Средствами ЯОД определяются допустимые структуры данных – объекты и связи, а также допустимые реализации данных.

В некоторых моделях правила порождения G разделяются на два вида:

G_s – правила порождения структур,

G_c – правила порождения ограничений.

Пример: в СУБД Access для объекта «автомобиль» атрибут «гос. номер» является ключом. Тогда G_s (правило порождения структур) имеет вид: атрибут «гос. номер» принадлежит объекту «автомобиль». А G_c (правило порождения ограничений) имеет вид: значения атрибута «гос. номер» не должны повторяться.

Динамические свойства выражаются множеством операций OP, которые соотносятся с языком манипулирования данными (ЯМД). Множество операций определяет допустимые действия над реализацией БД D_i для преобразования ее в другую реализацию БД D_j :

{ D_i, OP} → D_j .

При проектировании баз данных для различных ИС используются три основные модели представления данных: реляционная модель, иерархическая модель, сетевая модель. Так же применяются постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная модели.

2.2 Реляционная модель представления данных

Реляционная модель представления данных построена на системе отношений. Название идет от английского слова relation – отношение. Автором модели является E. Codd (Е. Кодд). В реляционной модели используются понятия отношение – атрибут. Объект представляется в виде отношения, а его свойства – в виде совокупности атрибутов. Базу данных можно представить в следующем виде:

R₁ (A₁₁, A₁₂,..., A_1N1)

R₂ (A₂₁, A₂₂,..., A_2N2)

. . .

R_m (A_m1, A_m2,..., A_mNm)

где R_i, i = 1,m – множество отношений, A_ij , i= 1,m , j = 1, Ni – множество атрибутов. Экземпляр каждого отношения представляется в виде таблицы. Совокупность всех значений одного атрибута называется доменом. Строка в таблице называется кортежем. Практически это описание всех используемых свойств реального объекта.

Основной особенностью реляционной модели является то, что связи между кортежами представлены исключительно значениями данных в столбцах, полученных из общего домена. Обработка отношений осуществляется с помощью операций реляционной алгебры, предложенных Е. Коддом. Кроме того, можно использовать традиционные операции над множествами [8, с. 104].

В качестве примера представления данных в виде реляционной модели рассмотрим описание объекта «студент». Пусть R – отношение «студент», которое включает следующие атрибуты: A₁ – номер зачетки, A₂ – фамилия студента, A₃ – дата рождения, A₄ – номер группы. В таблице 1 представлен экземпляр рассматриваемого отношения.