Файл: Способы представления данных в информационных системах.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы заключается в том, что компьютерные технологии изначально возникли как средство автоматизации расчетов. Следующим типом обрабатываемой информации был текст. Сначала тексты просто объясняли сложные столбцы чисел, но затем машины стали преобразовывать текстовую информацию все более и более значительно. Дизайн текстов быстро вызвал желание людей дополнить их графиками и рисунками. Были предприняты попытки частично решить эти проблемы в рамках символического подхода: были введены специальные символы для рисования таблиц и диаграмм. Но практические потребности людей в графике сделали его появление среди типов компьютерной информации неизбежным. Числа, тексты и графика образовывали некоторое относительно замкнутое множество, которого было достаточно для решения многих задач на компьютере. Постоянное увеличение скорости компьютерных технологий создало широкие технические возможности для обработки аудиоинформации, а также для быстро меняющихся изображений.

Объектом исследования, представленным в теоретической части, являются данные в информационных системах.

Целью работы является рассмотрение форматов данных их представления в информационных системах.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

• Изучить уровни представления и их внутреннюю структуру;

• Рассмотреть классификацию структур данных;

• Изучить способы представления данных;

• Рассмотреть элементарные данные.

Задача, поставленная во второй части курсовой работы, состоит в том, чтобы рассмотреть способы представления данных в информационных системах.

1. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Области применения информационных систем разнообразны. В этих условиях трудно найти две одинаковые системы. Они отличаются разнообразием основных свойств и особенностей, например: характер обрабатываемой информации, целевые функции, технический уровень системы и т. д. Перечисленные функции влияют на форму представления информации как в системе, так и в системе. для пользователя характер процессов обработки информации и взаимодействия информационных систем со средой, состав оборудования и программного обеспечения.

Классификация информационных систем по основным признакам была проведена ранее в разделе. Очевидно, что предметом этого рассмотрения следует считать автоматизированные и автоматические информационные системы, в которых компьютеры используются для хранения, обработки и извлечения информации. Конечно, сегодня эти системы отличаются широкими функциональными возможностями, способностью хранить и обрабатывать очень большие объемы информации. Характерной особенностью этих систем является широкое использование компьютеров в самых разнообразных узлах и сборках, в частности, в системах сбора, подготовки, передачи и выдачи информации.

Любая информационная система работает в среде внешней среды, которая для нее является источником ввода и потребителем выходной информации. В рамках такой системы, начиная от входа в систему и заканчивая выходом из нее, поток информации проходит несколько этапов обработки. Как известно, основные этапы обработки информации включают сбор, регистрацию и первичную обработку, передачу по каналу связи от источника к компьютеру, создание и обслуживание информационных массивов, обработку и генерацию выходных форм, передачу по каналам связи из компьютеры для потребителей, преобразование в удобную форму для восприятия пользователем.

Информация, поступающая в компьютерную информационную систему, отображает состояние объектов или отдельных компонентов окружающего мира, а в алгоритмах приведены некоторые правила ее обработки, соответствующие правилам ее обработки в среде.

Информация, поступающая в компьютеры, располагается в памяти, образуя информационные массивы, из которых состоит информационный фонд. Информационные массивы имеют определенную структурную организацию, которая связана со структурным составом объекта реального мира, связями между его отдельными элементами и их характеристиками.

Над элементами массива и фонда в целом выполняются различные операции обработки, основными из которых являются: логические и арифметические операции, операции сортировки и поиска, ведение и исправление информации. В результате этих операций обеспечивается актуальность информации, то есть существует необходимость соответствия между внешним миром и фактически его компьютерной моделью. Кроме того, выходная информация генерируется в соответствии с заданием на обработку.

1.1 Уровни представления данных в информационных системах

Как уже было установлено, автоматизированные информационные системы хранят и обрабатывают информацию об объектах реального мира. Большие объекты из-за естественной сложности могут быть разделены, используя принцип декомпозиции, на отдельные единицы и узлы.

Некоторый набор информации, описывающей конкретный объект или его часть, называется логической записью или просто записью. Набор записей, описывающих набор объектов определенного класса, называется информационным массивом.

В реальном мире между объектами или их отдельными единицами существуют определенные отношения и взаимосвязи, которые имеют разную степень сложности. Во время разработки систем обработки и хранения информации эти отношения идентифицируются и отображаются путем структурирования записей и информационных массивов. Организация информационного массива, который обеспечивает определенные связи и связи между данными, называется структурой данных. Чтобы обработка данных в компьютере не теряла своего содержимого, значение отношений, существующих между объектами в реальном мире, не нарушается, структуры должны поддерживаться, т.е. любые манипуляции, выполняемые с данными во время их обработки, не должны уничтожить структуру данных. Структура отображает свойства описываемого объекта, поэтому разрушение структуры приведет к потере ее свойств в результате неадекватного описания объекта..

Структура данных как совокупность элементов и связей между ними

Рис. 1.1. Взаимосвязь между объектом и структурой данных

Существует три уровня представления данных: логический уровень, уровень хранения и физический уровень.

На логическом уровне они работают с логическими структурами данных, которые отражают реальные отношения, существующие между объектами, и их характеристиками, то есть указывают, как данные представляются пользователю системы. При разработке логических структур данных также учитываются информационные потребности пользователей системы и характер задач, для которых они предназначены. Единицей информации на этом уровне является логическая запись, объект, описываемый соответствующей логической записью, характеризуется определенными признаками - свойствами, которые выражаются как атрибуты записи. На логическом уровне разработчик системы устанавливает список функций, который полностью характеризует описанный класс объектов. Набор признаков и их взаимосвязь определяют внутреннюю структуру логической записи.

Логическая структура данных должна исчерпывающе характеризовать объекты, в отношении которых обрабатывается АИС; адекватно отражать реальные отношения между объектами и их характеристиками; обеспечить удовлетворение информационных потребностей пользователей системы и задач приложения. Какие из свойств объекта должны отражать атрибуты записи, разработчик системы решает на основе известных принципов достаточности.

На логическом уровне представления данных техническое и математическое программное обеспечение системы (тип компьютера, тип памяти, язык программирования, операционная система) не учитывается.

На уровне хранения они работают со структурами хранения - представлениями логической структуры данных в памяти компьютера. Структура хранения должна полностью отображать логическую структуру данных и поддерживать ее в процессе функционирования АИС (автоматизированная информационная система). Единица информации на этом уровне также является логической записью. АИС должна преобразовывать логический уровень в уровень хранения, избегая искажений.

Операционная память машины и внешняя память имеют разные возможности, поэтому средства и методы организации данных в ОЗУ (RAM) и на OVC (внешние устройства хранения) различны. При разработке или выборе структуры хранения принимается во внимание тип хранилища, в котором будут храниться данные, устанавливается тип и формат данных и определяется метод поддержания логической структуры.

Существуют различные способы представления данных в ОЗУ и в OVC, и одна и та же логическая структура данных может быть реализована в памяти компьютера различными структурами хранения. Каждая структура хранения обеспечивает определенный способ доступа к данным и определенные возможности для манипулирования данными. Он характеризуется количеством памяти, необходимой для хранения данных. Эффективность обработки данных напрямую зависит от выбора структуры хранения. Правильно подобранная структура хранилища обеспечивает быстрый поиск необходимых данных, возможность добавления новых и удаления устаревших записей без разрушения логической структуры, а также возможность корректировки записей, минимальное потребление памяти компьютера.

Структура хранилища поддерживается программным обеспечением. Для реализации ряда структур хранения требуются определенные языки программирования, поэтому при разработке или выборе структуры хранения следует учитывать возможности языка программирования, на котором будут написаны программы данных.

На физическом уровне представления данных работают с физическими структурами данных. На этом уровне решается задача реализации структуры хранения непосредственно в определенной памяти конкретного компьютера. Единицей информации на этом уровне является физическая запись, представляющая часть носителя, на которой размещена одна или несколько логических записей. При разработке структур памяти анализируются параметры конкретных технических средств: тип и объем памяти, метод адресации, метод и время доступа к данным. На этом уровне решаются задачи организации обмена данными между основной и внешней памятью компьютера.



 

Рис. 1.2. Уровни представления данных

При разработке структур данных всех уровней должен быть обеспечен принцип независимости данных. Физическая независимость данных означает, что изменения в физическом расположении данных и в технической поддержке системы не должны влиять на логические структуры и прикладные программы, то есть не должны вызывать изменения в них. Независимость логических данных означает, что изменения в структурах хранения не должны вызывать изменений в логических структурах данных и прикладных программах. Кроме того, изменения, внесенные в логические структуры данных из-за появления новых пользователей и новых запросов, не должны влиять на прикладные программы других пользователей системы.

Соблюдение принципа независимости данных позволяет использовать определенные типы данных: виртуальные и прозрачные данные.

Виртуальные данные существуют только на логическом уровне. Кажется, что эти данные действительно существуют у программиста, и он использует их в своих программах. Каждый раз, когда к данным обращаются, операционная система определенным образом генерирует их на основе других данных, физически существующих в системе. Объявление некоторых данных виртуальными экономит память машины.

Кажется, что прозрачные данные не существуют на логическом уровне. Это позволяет скрыть от программиста или пользователя многие сложные механизмы, используемые при преобразовании логических структур данных в физические, и упростить прикладные программы..

1.2. Внутренняя структура данных

Логические обозначения составляют основу информационных массивов в информационных системах. Логическая запись состоит из отдельных элементов, связанных определенными отношениями, и может иметь многоуровневую структуру. Формирование элементов более высокого уровня из нижних элементов осуществляется в соответствии с определенными правилами.

Элементами первого, нижнего уровня являются элементарные данные: числа, символы, логические данные, знаки. Элементарные данные считываются и обрабатываются программой в целом, доступ к ее частям невозможен. Обычно эти данные не являются непосредственным объектом поиска информации, но в некоторых случаях они должны быть доступны. Так, например, в процессе поиска может возникнуть необходимость сравнить отдельные символы.