48582 (Разработка лабораторного стенда для исследования фотоэффекта), страница 2

Сложившийся в прошлом подход к проектированию систем сбора и накопления информации и ее эффективного использования для всевозможных целей состоял в автоматизации отдельных процессов в рамках фрагментов предметной области, или как говорят, в создании множества локальных приложений. В силу значительной независимости приложений одни и те же данные многократно представлялись в памяти ЭВМ, а их соответствие действительным значениям обеспечивалось периодическим применением процедур обновления. При изменении каких-либо сведений приходилось корректировать от нескольких до сотен и даже тысяч записей.

При переходе от автоматизации отдельных процессов предметной области к созданию автоматизированных информационных систем требуется не только взаимоувязка приложений, но и качественно новый подход к организации данных. Этот подход состоит в использовании единого хранилища – базы данных. БД - это объективная форма представления и организации совокупности данных, систематизированных таким образом, что эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ.

Отдельные пользователи перестают быть владельцами тех или иных данных. Все данные накапливаются и хранятся централизованно. В памяти ЭВМ создается динамически обновляемая модель предметной области.

Слова “динамически обновляемая” означают, что соответствие БД текущему состоянию предметной области обеспечивается не периодически (раз в месяц, неделю, день), а в режиме реального времени.

При выборках для разных приложений эти записи могут быть упорядочены по-разному, т.е. пользователи информационной системы имеют возможность обращаться к интересующим их данным, а одни и те же данные могут быть по-разному представлены в соответствии с потребностями пользователей. При этом всякое обращение к данным осуществляется через некий программный фильтр, обеспечивающий, если это необходимо, предварительные преобразования запрошенных пользователем данных.

Современный подход требует, чтобы в программе были лишь перечислены необходимые для обработки данные и заданы требуемые форматы их представления. При этом описание баз данных становится независимым от программ пользователей и составляет самостоятельный объект хранения. Эти описания обычно называют метаданными.

Для управления различного вида информацией требуется большое количество баз и банков данных. По этой причине появилось множество различных компьютерных систем, систем управления базами данных, предназначенных для этих целей. Пользователю таких систем предоставляется возможность осуществлять множество различных операций над определёнными наборами данных. Например:

1. Добавлять новые данные в существующие файлы.

1. Вести поиск информации в БД.

2. Изменять информацию в БД.

3. Удалять информацию из существующей БД.

1.2.2 Виды баз данных

Выбор модели базы данных зависит прежде всего от анализа поставленной задачи. Существуют четыре модели баз данных:

• Автономные.

• Файл-серверные.

• Клиент/сервер.

• Многоярусные.

Автономные локальные базы хранят свои данные в локальной файловой системе на том компьютере, на котором установлены. Сеть при этом не используется. Они полезны для тех приложений, в которых каждый пользователь такого приложения манипулирует своими собственными данными на своём компьютере.

Файл - серверные базы данных могут быть доступны многим клиентам через сеть. Сама база данных хранится на сетевом файл-сервере в единственном экземпляре. Во время работы для каждого клиента создаётся локальная копия, которой он манипулирует. При каждом запросе клиента данные в его локальной копии полностью обновляются из базы данных на сервере. Даже если запрос относится к одной записи обновляются все записи данных. Недостаток данной модели состоит в том, что забота о целостности данных при такой организации работы возлагается на программы клиентов. Если они недостаточно тщательно продуманы, в базу данных легко занести ошибки, которые могут отразиться на всех пользователях.

Для баз данных с множеством пользователей часто используются базы данных на платформе клиент-сервер. Доступ к базе данных для группы клиентов выполняется специальным компьютером - сервером. Клиент даёт задание серверу выполнить те или иные операции, а сервер выполняет их и сообщает клиенту результаты своей работы.

Многоярусные базы данных - это новый путь обработки данных в сети. По другому этот способ организации данных называется multi-tier - многонитевые. Под нитью понимается один из множества потоков данных, обменивающихся одновременно с базой данных.

Наиболее распространён трехъярусный вариант:

• на нижнем уровне на компьютерах пользователя располагаются приложения клиентов, которые обеспечивают пользовательский интерфейс;

• на втором уровне расположен сервер приложений, который обеспечивает обмен данными между пользователями и распределёнными базами данных. Сервер приложений располагается в узле сети, доступном всем клиентам;

• на третьем уровне расположен удалённый сервер баз данных, принимающий информацию от серверов приложений и управляющий ими.

Это наиболее сложная и гибкая организация баз данных. Delphi обеспечивает в основном создание приложений для первых двух уровней этой системы.

1.2.3 Основные концепции реляционных баз данных

Реляционная база данных представляет собой совокупность отношений, содержащих всю необходимую информацию и объединённых различными связями.

В реляционной теории одним из главных является понятие отношения. С точки зрения обработки данных отношение представляет собой таблицу с характеристиками (атрибутами). Поскольку в локальных базах данных каждая таблица размещается в отдельном файле, то сточки зрения размещения данных для локальных баз данных отношение можно отождествлять с файлом. Таблица имеет имя - идентификатор, по которому на неё можно сослаться.

Столбцы в таблице соответствуют тем или иным характеристикам объектов - полям. Каждое поле имеет своё имя и тип хранящихся данных.

Тип поля определяет тип хранящихся в поле данных (числа, тексты и так далее).

Имя поля - это идентификатор, который используется для манипуляции данными.

Строка таблицы называется записью. Причём она соответствует одному из объектов и содержит значения всех полей, которые характеризуют данный объект.

Во избежание противоречивости информации используются ключевые поля, назначение которых заключается в организации уникальности каждой записи.

Для упорядочивания данных используется индекс, который показывает, в какой последовательности желательно просматривать таблицу. При этом пользователь может поменять индекс и последовательность записей изменится.

Это объясняется изменением последовательности ссылок на записи, а не перестройкой самой таблицы. Существуют первичные и вторичные индексы. Первичным индексом может быть поле, которое было отмечено при создании базы данных как ключевое. Вторичные индексы могут быть созданы из других полей в процессе работы с базой данных или в процессе её создания.

Существует такое понятие как связанные таблицы. То есть между несколькими таблицами организуется связь, с помощью ключа. При этом одна таблица является главной, а несколько других - вспомогательными. Ключом могут быть поля, которые присутствуют в обеих таблицах.

1.2.4 Требования к базам данных

Поскольку использование баз данных является одним из краеугольных камней, на которых построено существование различных организаций, пристальное внимание разработчиков приложений баз данных вызывают инструменты, при помощи которых такие приложения можно было бы создавать. Выдвигаемые к ним требования в общем виде можно сформулировать как: "быстрота, простота, эффективность, надежность".

Надёжность - это вероятность того, что программа какой-то период времени будет работать без сбоев с учётом степени их влияния на выходные результаты. Так как надёжность является одним из важнейших факторов, определяющих общую производительность и эффективность БД, то в связи с этим на стадии проектирования БД вопросам надёжности уделяется пристальное внимание.

1.2.5 Проектирование базы данных

Эффективность БД определяется количеством времени необходимым для работы с ней, скоростью выполнения различных операций.

Хорошо спроектированная БД:

Удовлетворяет всем требованиям пользователей к содержимому базы данных.

Гарантирует непротиворечивость и целостность данных. При проектировании таблиц нужно определить их атрибуты и некоторые правила, ограничивающие возможность ввода пользователем неверных значений. Для верификации данных перед непосредственной записью их в таблицу база данных должна осуществлять вызов правил модели данных и тем самым гарантировать сохранение целостности информации.

Обеспечивает естественное лёгкое для восприятия структурирование информации. Качественное построение базы данных позволяет делать запросы к базе более "прозрачными" и лёгкими для понимания. Следовательно, снижается вероятность внесения некорректных данных и улучшается качество сопровождения базы.

Удовлетворяет требованиям пользователей к производительности базы данных. При больших объёмах информации вопросы сохранения производительности начинают играть главную роль, сразу "высвечивая" все недочёты этапа проектирования.

1.2.6 Базы данных в среде Delphi

1. Первый шаг состоит в определении информационных потребностей базы данных. Он включает в себя опрос будущих пользователей для того, чтобы понять и задокументировать их требования. Выясняются следующие вопросы:

• кто будет вводить данные в базу и в какой форме, как часто будут изменяться данные;

• какая информация является наиболее чувствительной к скорости её извлечения и изменения.

1. Следующий шаг включает в себя анализ объектов реального мира, которые необходимо смоделировать в базе данных:

• идентификация функциональной деятельности предметной области;

• идентификация объектов, которые осуществляют функциональную деятельность, и формирование из их операций последовательности событий, которые помогут идентифицировать все сущности и взаимосвязи между ними;

• идентификация характеристик этих сущностей;

• идентификацию взаимосвязей между сущностями.

1. Третий шаг заключается в установлении соответствия между сущностями и характеристиками предметной области и отношениями и атрибутами в рамках выбранной СУБД.

2. Четвёртый шаг предполагает выработку правил, которые будут устанавливать и поддерживать целостность данных.

3. На пятом шаге устанавливаются связи между объектами.

4. На седьмом шаге необходимо спланировать вопросы надёжности данных и при необходимости сохранение секретности информации и решить нужно ли делать различие в правах доступа.

Реализация дипломной работы проводится в системе программирования Delphi v.6.0, располагающей широкими возможностями по созданию приложений баз данных. Уже с более ранних версии система Delphi снабжена необходимым набором драйверов для доступа к самым известным форматам баз данных, удобными и развитыми средствами для доступа к информации, расположенной как на локальном диске, так и на удаленном сервере. В поставку продукта входит большое количество коллекций визуальных компонент для построения отображаемых на экране окон, что необходимо для создания удобного интерфейса между пользователем и исполняемым кодом.

Среди большого разнообразия продуктов для разработки приложений Delphi занимает одно из ведущих мест. Delphi отдают предпочтение разработчики с разным стажем, привычками, профессиональными интересами. С помощью Delphi написано колоссальное количество приложений, десятки фирм и тысячи программистов-одиночек разрабатывают для Delphi дополнительные компоненты.

В основе такой общепризнанной популярности лежит тот факт, что Delphi, как никакая другая система программирования, удовлетворяет изложенным выше требованиям. Delphi-приложения эффективны, если разработчик соблюдает определенные правила. Эти приложения надежны и при эксплуатации обладают предсказуемым поведением.

Язык, на котором предстоит разрабатывать программу, характеризуется наличием множества новых понятий и конструкций, и в нем предпочтение отдается удобству работы профессионального пользователя.

Delphi содержит полноценный текстовый редактор типа Brief, назначения клавиш в котором соответствуют принятым в Windows стандартам, а глубина иерархии операций Undo неограниченна. Как это стало уже обязательным, реализовано цветовое выделение различных лексических элементов программы. Процесс построения приложения достаточно прост. Нужно выбрать форму (в понятие формы входят обычные, диалоговые, родительские и дочерние окна MDI), задать ее свойства и включить в нее необходимые компоненты (видимые и, если понадобится, неотображаемые): меню, инструментальные панели, строку состояния и т. п., задать их свойства и далее написать (с помощью редактора исходного кода) обработчики событий.

1.2.7 Компилятор языка Delphi

В смысле проектирования в Delphi после выполнения компиляции мы получаем код, который исполняется в 10-20 раз быстрее, чем тоже самое, сделанное при помощи интерпретатора. Кроме того в Delphi компиляция производится непосредственно в родной машинный код, в то время как существуют компиляторы, превращающие программу в так называемый p-код, который затем интерпретируется виртуальной p-машиной. Это не может не сказаться на фактическом быстродействии готового приложения.

Следует отметить также, что благодаря опции оптимизации сегментов удается существенно сократить размер выполняемого файла. Можно запустить компилятор в режиме проверки синтаксиса. При этом наиболее длительная операция компоновки и изготовления исполняемого файла выполняться не будет.

1.2.8 Объектная ориентация языка Delphi