Файл: Способы представления данных в информационных системах (подробно).pdf

– оргтехника, в том числе многие пакеты прикладных программ.

Конфигурация аппаратных комплексов также образует топологию вычислительного процесса.

3. СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

3.1. Модели представления и хранения данных

Первые программисты для хранения и представления данных стали использовать иерархические модели. Такая модель представляет собой множество связанных элементов, которые образуют иерархическую структуру. [14]

К главным понятиям иерархии относят уровень, узел, связь.

Узел – это совокупность атрибутов, описывающих объект.

Каждый узел может быть связан с одним узлом высшего уровня и с многими узлами нижнего уровня.

Отметим, что исключением является узел наивысшего уровня, который не связывается с узлами более высокого уровня. [12]

Рис.6. Структура иерархической модели

Количество деревьев определяется количеством корней во всех деревьях. К каждой записи базы существует единственный путь из корневой записи. [10]

В основе сетевой модели данных лежат такие же понятия, как и в основе рассмотренной выше иерархической модели – связь, узел и уровень. Однако существенным различием есть то, что в древоподобных структурах запись-потомок имеет в точности только одного предка, а в сетевой структуре потомок имеет любое число предков. [13]

Такой сетевой подход к размещению данных является некоторым расширением иерархической модели.

В такой модели данных каждый объект может одновременно быть главным и подчиненным, а также может участвовать в образовании любого числа связей с другими элементами.

Сетевая база состоит из набора связей и записей между ними, иными словами из набора экземпляров некоторого типа из заданного набора типов записи и набора экземпляров для каждого типа из необходимого набора типов связи. [11]

Рис.7.Структура сетевой модели

Сетевые модели в начале своего существования создавались для низко ресурсных ЭВМ. [7]

Они были достаточно сложными структурами, состоящими из «наборов» – двухуровневых деревьев. Эти наборы соединяются с помощью связок, образуя цепочки и так далее.

При разработке сетевой модели было выдумано множество хитростей, позволяющих увеличивать производительность СУБД, и существенно усложнивших последние. [1]

Программист должен знать много терминов, изучать несколько внутренних языков БД, детально представлять ее логическую структуру для осуществления навигации по различным экземплярам, наборам, записям и тому подобное.

Организация доступа к информации на основе инвертированных файлов практически используется во всех современных СУБД, но в данных системах пользователи не могут иметь непосредственного доступа к спискам (индексам).

База данных, организованная при помощи инвертированных списков, очень похожа на реляционную базу данных, но есть отличие – хранимые таблицы, а также пути доступа видны пользователям.

Такие индексы автоматически поддерживаются СУБД, и явно видны всем пользователям. [14]

Общие правила для определения целостности сетевых БД отсутствуют. В нескольких системах поддерживаются ограничения по уникальности значений полей, все возлагается также на функционирование прикладной программы.

Но такие СУБД обладают некоторыми ограничениями на количество файлов по хранению данных, количество связей для них, длину записей и количество полей в базе данных.

Сегодня наиболее распространена у разработчиков программного обеспечения реляционная модель данных. [2]

В ее базе лежит идея, что любой набор информации можно представить с помощью двумерной таблицы.

Самая простая реляционная БД состоит из единственной таблицы, где будут храниться необходимые данные. [15]

Связь – поименованная ассоциация двух сущностей, значимая для описываемой предметной области.

Стоит отметить, что связь является также ассоциацией между сущностями, у которой каждый экземпляр первой сущности, которую называют родительской, ассоциирован с произвольным количеством экземпляров другой сущности, которую называют сущностью-потомком, а любой экземпляр сущности-потомка ассоциируется в точности только с одним экземпляром, который находится в экземпляре сущности-родителя.

То есть, экземпляр сущности-потомка существует только при существовании родителя. [9]

3.2. Способы представления данных в информационных системах

Если рассматривать информацию в широком смысле исходя из подхода к ней как отображению разнообразия мира, то можно выделить три вида информации: непроявленную, проявленную, творящую.

Непроявленная информация – информация в «потенциале», в закодированном виде, как бы «до востребования», смысл которой скрыт от человеческого сознания. [6]

Она не может быть воспринята непосредственно сознанием человека или его органами чувств (мнимая информация). Непроявленной информацией считается, например, мысленный образ будущей картины художника или инженерного проекта, информация, хранящаяся на магнитных и оптических дисках компьютера. [3]

В компьютере – это совокупность данных и программ на носителе информации.

Проявленная информация может восприниматься сознанием человека и через его органы чувств.

Проявленная информация присуща всем формам материального существования: высказывание человека, картина художника, книга, изображение на мониторе, звук в наушниках и т.д. [12]

Проявленная в вещественном мире информация может быть отраженной (без изменений) или отображенной  – с изменением структуры и смысла в результате информационных преобразований и взаимодействий.

Посредством компьютерных устройств объект восприятия (адресат) преобразует (получает) отображенную информацию в виде печатной, видео, аудио, и другой информации.

Творящая информация рассматривается как сознание, характерна только для живых систем и включает способность стимулировать развитие (творение) систем. [8]

В информатике информация – связанные между собой сведения об объектах и явлениях окружающего мира.

В процессе своей деятельности человек постоянно сталкивается и работает с той или иной информацией. Такую информацию можно рассматривать с точки зрения способа ее представления, места возникновения, стадии обработки и т.д.

По способу представления можно выделить следующие виды информации: [4]

– текстовую (совокупность алфавитных, цифровых и специальных символов, с помощью которых информация отображается на бумажном носителе или экране монитора);

– графическую – графики, диаграммы, схемы и рисунки;

– звуковую – звуковые сигналы и радиоволны, применяемые в радиовещании, телефонии;

– видеоинформацию – световые сигналы, воспринимаемые зрением;

– мультимедиа информацию – текстовая, графическая, звуковая и видеоинформация, представляемая с помощью компьютерных средств.

По месту возникновения в организации выделяют:

– входную;

– выходную;

– внутреннюю;

– внешнюю информацию.

По стадиям обработки информация может быть первичной, вторичной и результатной.

Человек воспринимает и передает информацию в образной и знаковой форме.

Образное восприятие информации происходит в основном через органы чувств путем контакта с природой и объектами внешнего мира. [14]

Элементами коммуникации (общения) людей являются знаки. Знак – материально, чувственно воспринимаемый предмет, явление или действие, служащие для обозначения другого предмета, свойства или отношения; для переработки и передачи информации.

Любой знак обладает двумя качествами: «обозначением» (формой представления) и «значением» – смыслом. Значение может быть предметным, смысловым или экспрессивным.

Различают языковые и неязыковые знаки. Обмен информацией с помощью знаков возможен, если обозначение знака ассоциируется у человека или устройства со значением. Совокупность знаков, для которых между источником и приемником информации существует соглашение о смысловом значении, называется знаковой системой. Последовательность знаков представляет информацию на материальном носителе – бумаге, магнитном и оптическом диске, магнитной ленте.[10]

Знак может выглядеть как символ (буква, цифра, знак препинания, математический знак, специальный дорожный знак) или как графическое изображение (крест для христиан, полумесяц для мусульман, геральдический знак и двуглавый орел на гербе), а также их сочетание.

Для обработки информации компьютерными устройствами необходим точный перечень знаков. [5]

Информация проходит ряд преобразователей (кодирующие и декодирующие устройства) и обрабатывающую вычислительную машину. На стадиях преобразования и движения смысловые свойства знаков отступают на второй план, поэтому понятие «информация» заменяется общим понятием «данные».

Одни и те же знаки в зависимости от контекста несут разную информацию и расцениваются по-разному. [1]

В формулах цифры используются как числа: запись 20:15 в математике воспринимается как «20 делить на 15», а в расписании поездов – как время отправления. В номерах квартир, телефонов, автомашин цифры воспринимаются как обозначения, их никто не станет перемножать или возводить в куб.

К числам календарных дат (01.09.2013) применяют вычитание и сложение, но не умножение и деление.

Совокупность графических образов (символов, знаков, рисунков, движущихся изображений), звуков, сигналов, воспринимаемых органами осязания и обоняния, можно назвать языком общения в природе. [16]

Языки разговорный, деловой, литературный, устный и письменный называются естественными, их построение отражает исторические и культурные традиции общества, психологические и образовательные особенности личности.

Сообщения могут содержать информацию о фактах (лат. factum – сделанное, деяние, действие, поступок), а также могут содержать интерпретацию фактов (лат. interpretatio – истолкование, перевод). [15]

Знаками, свойственными обычному языку, формируется сообщение, разновидность знаков языка составляет долговременную, хранимую основу национальной культуры.

Искусственный язык использует формальные знаковые системы (математические и логические выражения, символы, ноты, дорожные знаки, знаки отличия, знаки морского флота), которые выполняют важную задачу замещения многословных и не всегда однозначных повествовательных высказываний естественного языка более строгими и компактными символическими построениями.

Естественный и искусственный языки передают информацию знаками посредством сообщения.

Работать с информацией в электронных устройствах можно в одной из двух форм: аналоговой или цифровой. [12]

Аналоговая форма кодирует информацию непрерывными сигналами, которые меняются пропорционально тому, что они представляют. Микрофоны и обычные видеокамеры представляют голос и видео аналоговыми сигналами. Телефонная сеть передает голос по кабелю в виде аналоговых сигналов: переменный ток (его называют «синусоидальный несущий сигнал») непрерывно изменяется по частоте и амплитуде пропорционально (аналогично) звуковым колебаниям голоса говорящего.

Аналоговые сигналы как изменение несущего сигнала при передаче информации применяются в телефонной связи, радио- и телевещании. Вычислительные машины, использующие аналоговую форму обработки данных, называются аналоговыми.

Простым аналоговым вычислителем является электрический счетчик потребляемой электроэнергии в зависимости от напряжения и силы тока. Однако на передачу аналоговых данных очень сильно влияют помехи, поэтому трудно управлять большим числом данных. [6]

Цифровая обработка информации использует фиксированный, строго определенный набор знаков.

Цифровые отображения текста, изображений, звука, видео хранятся в памяти компьютера, а также передаются с помощью сигналов между устройствами компьютера, от компьютера к компьютеру (по локальной сети или через глобальную сеть Интернет), от устройства к компьютеру (от модема, со сканера, цифровой фото- и видеокамеры), от компьютера к устройству (принтеру, модему, монитору).