Классификация программных систем

1. Классификация программных систем (Рис. 1)

      Время зарождения - перед холодной войной. (создание банковских сетей).

Рис 1

Существует два подхода построения информационных систем.

Файл - область упорядоченной информации, озаглавленный именем.

При файловой организации информация об информации сокрыта в структуре файл-программа. В явном виде не декларируется. Информация об информации - сведения что где лежит в информационной системе. При файловой организации системы для выполнения одних и тех же операций с данными, которые хранятся в различных  файлах требуются различные программы. Аналогичные ситуации при работе различных пользователей с одним файлом. Выше изложенное ориентирует системы с файловой организацией на одного пользователя.

Общие характеристики файловой системы:

1.   Сложность модификации, расширения, сложность построения многопользовательских систем и высокая гибкость при создании простых систем. При файловой организации сложно организовывать смысловой контроль информации, хранимой в системе, сложно устранять избыточность данных.

Организация информационных систем  в виде БД характеризуется тем что информация об информации открыто декларируется и  может активно использоваться в процессе обработки данных. Это делает систему в виде базы данных легко модифицируемыми и ориентированными  на множество конечных пользователей. Информация - смысловое значение которое вкладывается в данные на основе соглашения. Данные закодированная информация которая позволяет автоматизировать процессы: передачи, обработки, сбора и хранения информации.

Рекомендуемые материалы

Файл-досье-картотека- это единое целое однотипных по структуре и способу использования записей, относящегося к определенному объекту материального или духовного мира.

База данных - это совокупность именованных данных, предназначенных для машинной обработки.

Именованные данные - ассоциация (связь) с информацией об информации

Элемент данных- наименьшая неделимая единица данных которая имеет смысл при описании информации в базе данных

Группа данных- объединение элементов по какому-либо признаку

СУБД- совместимость языковых и программных средств предназначенных для создания, ведения и использования данных многих пользователей

Система БД- СУБД+ БД которая набита информацией

Система баз данных является аналогом банка информации или базы данных

Банк данных- система технических,  программных, языковых и организованных средств, которая решает задачи сбора, хранения, обработки и передачи информации в соответствии с технологией баз данных

Ядром банка данных являются:

БнД = СУБД + БД1 +... Бдn , т.е. СУБД, которая настроена на работу с одной или несколько базами данных

Информационная система- система, которая  автоматизирует сбор, хранение, обработку и передачу данных

Информационная система- это совокупность технических средств, программ и обслуживающего персонала

ИС= å железа + å программ +å обслуживающий персонал

Функции, которые выполняются СУБД

1.   СУБД осуществляет переход от структуры данных к базе данных ( от глобального информационного массива к структуре данных, требуемой конечным пользователем) т.о. СУБД стоит между пользователями и БД              

и трансформирует глобальную информационную структуру в структуру, которая позволяет прямо или при помощи прикладных программ решать задачи клиента

 ПП- Прикладные программы

Схема взаимодействия группобслуживания базы данных

Где КП - конечные пользователи. Задача:  понять, оформить модели, понять программу.

Опишем функции, которые выполняют группы обслуживания БД. 

Специальные программисты занимаются созданием базового ПО для

ПВМ. Они исследуют :

ОС, СУБД, трансляторы с различных языков, сервисные программы (конверторы из одного формата в другой, драйверы, программы изменения конфигураций и т д), другие программные средства ЭВМ

КП 1 ...3 - конечные пользователи, т е заказчики

АНАЛИТИК- осуществляет перевод постановки задачи конечного пользователя в некоторую модель, которая понятна прикладному программисту.

Результат его работы- ТЗ его программы

ПРИКЛАДНОЙ ПРОГРАММИСТ -преобразует ТЗ в конечную программу.

АДМИНИСТРАТОР    БД- мозговой центр фирмы. Он отвечает за определение состава и содержимое БД, защиту и эксплуатацию БД. Администратор БД решает круг проблем, которые условно делим на три части:

планирование 

учет математики и железа. Планирование какой будет БД. На этом этапе Администратор БД определяет выбор железа, при этом учитываются требования пользователя и перспективы расширения БД. Сегодня, кроме ПО - СУБД, Администратор БД решают проблему приобретения инструментальных средств, которые автоматизируют сам процесс проектирования БД систем. 

проектирование

Администратор БД управляет процессом проектирования БД с целью исключения избыточности информации в БД. На его плечах лежит и проблема достоверности информации  в БД. При проектировании БД необходимо учесть неизбежность дальнейшего расширения проекта ( этот процесс должно быть   безболезненным) Кроме этого Администратор БД  определяет порядок доступа информации к системе, способ размещения ее физической памяти

Эксплуатация

В процессе эксплуатации администратор БД  выступает гарантом действий пользователя с целью исключения возможностей разрушения целостности информации в БД. Для этого создаются свой стандарты на содержание и использование информации в БД. Кроме этого, он консультирует пользователя по правилам работы с этими стандартами, выступает координатором процесса взаимодействия между различными группами технического обслуживания БД.

Метазнания- знание о знании.

Каким образом осуществляется сбор информации о данных, хранимых в  системе?

Для управления содержимым БД используются метазнания, то есть информация о данных хранимых в системе, значит метаданные включают в свой состав описание смысла элементов данных, способа их использования, источники информации, правила и ограничения, физические характеристики. Метаданные помещаются в словари данных. Данные помещаются в словари, которые являются средством автоматизации сбора, хранения, использования некоторых данных.

Какие задачи решают при помощи метаданных?

1-   Устранение  избыточности информации.

2-   Устранение противоречивости данных.

3-   В крупных ИС метаданные используются для решения проблемы сбора, хранения и обработки информации в системе БД.   

Кем используется словарь?

1-   Конечным пользователем , он необходим для поиска информации в ИС.

2-   Прикладные программисты в процессе разработки ПО, должны знать что где лежит.

3-   Системные программисты, которые курируют развитие системы.

4-   Администраторы БД, которые отвечают за все.

Требования к организации Базы Данных.

            ------    Два Взгляда ------

              

         Пользователь                            СУБД                             Тех. персонал  

                                                                БД

 

1 взгляд- логической независимости данных и подразумевает свободу вариации логической структуры БД, обеспечивающее решение прикладной задачи. Изменение логической структуры БД не должен отражаться на физическом предоставление информации в системе. Это позволит изменять точки зрения на одну и ту же задачу, что недопустимо при расширении объекта ( что неизбежно при расширении проекта) без физической реорганизации системы

2 взгляд- физическая независимость БД (физическая независимость данных) СУБД способно модифицировать способы организации БД в среде хранения. При этом не требуется вносить изменения в логическую модель БД, таким образом  можно перенастраивать комплекс “железа” без ущемления интересов пользователя.

Поддержка логической целостности ( непротиворечивости информации в БД)

На сегодняшний день поддержка целостности осуществляется средствами СУБД на этапе ввода информации в БД. Имеется возможность задания множества допустимых  значений содержимого поля или полей. В целом для глобального решения используется словарь данных, который хранит метаданные. Радикальным методом решения было бы построение смыслового анализатора информации, которая хранится в БД. Построение такого анализатора с одной стороны невозможно, а с другой- привело бы к отказу от системы БД

Проблема обеспечения физической целостности информации в БД

необходимо иметь средства восстановления информации на носители, утерянной вследствии сбоя системы. Самое простое, дорогое решение- создание контрольной копии. Более гибким является разработка спец. Программы восстановления информации (“спасается все таким образом , что можно спасти), основанных на журнале фиксации изменения БД.

Проблемы организации работы нескольких пользователей над одним из информационных носителей

Иванов    50 $      решения исполнения механизма  транзакции

Петров   100 $

Итог-    самое простое решение: один работает, другой в очереди

Суть проблемы: организации параллельного доступа пользователей к БД требует исключения конфликтных ситуаций, например- обновление одним человеком данных, которые находятся в процессе обработки другим пользователем. Такие конфликты выделяют и разрешают механизмы транзакции. Под транзакцией понимают регламентированную последовательность операций пользователя над базой данных, которая сокращает ее логическую целостность. Возможные подходы к реализации транзакции:

1-   В информационном массиве выделяются группы взаимосвязанных элементов данных, работа одного пользователя с элементом из этой группы блокирует работу другого

2-   Пользователи( транзакции) разбиваются по уровням приоритета. При работе системы транзакция с более высоким уровнем отменяет транзакцию

с более низким уровнем

Требование к СУБД - возможность настройки или адаптации системы к изменяющимися условиями эксплуатации.

Уровни представления данных

1-   концептуальный (концептуальная модель)

2-   уровень реализации в БД

3-   физический уровень

ЭТАПЫ

1-   ТЗ

2-   концептуальный проект

3-   логические проекты

4-   физический проект в БД

Сегодня, в классической литературе выделяют  3 вида представления данных:

1-   концептуальный уровень, тесно связан (является итогом)  этапа концептуальной проектировки БД. Концептуальная модель объединяет информацию о предметной области, обо всех приложениях информационного банка.

Свойства концептуальной модели:

1-   концептуальная модель - не зависит от ОС, СУБД и компьютера, то есть является машинонезависимой.

2-   концептуальная модель должна детально описывать информационные процессы в предметной области. Это  является дальнейшим развитием  ТЗ- взгляд бюрократа(чиновника) на предметную область.

3-   концептуальная модель строится неоднозначно. Сегодня нет четко формализованной процедуры построения концептуальной модели, однако есть наиболее общие концептуальные подходы, которые будут рассмотрены ниже. Как правило, к модели представляется диаграмма “сущность- связь”. Возможно словесное описание концептуальной модели или же при помощи специализированного языка. При построении концептуальные

модели работают с категориями: атрибуты, сущности, связи.

Под сущностями будут пониматься множество элементных данных проблемной области ( личности, факты, события)Атрибуты- элементные данные, которые описывают сущности.

Связи- ассоциации между экземплярами элементных данных Типы связей

один к одному     (1:1)

один ко многим    (1:n)

    многие ко многим  (m:n)

Пример связи:

1:1- номер студенческого билета и Ф.И.О. студента, где номер студенческого билета? 

1-¥: постоянный клиент фирмы в течении многих лет делает заказы

¥- ¥: заказ состоит из множества товаров, а каждый товар покупается несколькими покупателями

Как правило, к модели представляется диаграмма “ сущность связи”

Примеры:

                        заказы 1-¥

                                      

                                       ¥-1

        атрибуты

Физический уровень представления данных рассмотрен не будет

Модель данных дает ответ на вопрос: “что, где лежит” Информация в БД представляется следующими классическими моделями, которые разбиваются на 2 класса:

1 -графовые : а) иерархическая  б) сетевая

2 - реляционная модель

Выделяют также (кроме классических моделей)  прочие модели:

1- объектноориентированные модели

2- семантическая модель данных

3- специализированная модель

                           1 модель

  Основная идея: в каких СУБД была заимствована

Одной из важнейших характеристик СУБД является данная модель, которая определяла до недавнего времени:

1- правила порождения корректных дел данных СУБД структур данных

2- правила манипуляции с данными в БД

3- ограждения, которые накладывает пакет

Сегодня категория модели БД кроме всего прочего отображает процесс предметной области и динамику ее развития На сегодняшний день выделяют классические модели данных, это соответственно реляционная, иерархическая и сетевая модели и прочие модели. Рассмотрим их:

                          Графовые модели

иерархическая структура                                                    сетевая структура

     Входная

корневая запись

                       исх. данные

    

          1:1   

                  1:m  порожденная

                           запись

По какой схеме осуществляется манипуляция элементов данных определяет иерархическая и сетевая структура

Сетевые структуры более гибкие, чем иерархические Таким образом в иерархической  структуре выделяется корневой тип записи Между различными записями в иерархии устанавливается связь 1:1 или 1:m. Чисто условно в рамках концепции записи делятся на исходную и порожденную Соответственно для каждой записи существует только одна исходная запись, исключение составляет корневая Второе ограничение сетевой модели:

как правило между 2 записями может быть только одна связь

    Для отношения       1  :  1      порожденная запись

                 1  :  m

исходная запись

Сетевая модель - усложненный вариант иерархической В ней любая запись может быть определена как входная Связи между записями обязательно однозначны, то есть

запись может входить в любое число связей, как исходной так и порожденной Головной болью  для графовой модели является аппаратура навигации: его функция- установка объекта в БД, над которыми будет осуществляться операция манипулирования данными Объекты, над которыми

будет осуществлена эта операция называются текущими

Общая схема обработки информации в графовых моделях

1- Найти требуемые данные и сделать их текущими

2- Извлечь из БД текущие записи и положить их в буфер

3- Обработать информацию в буфере

4- Записать результата в БД

В сетевой модели данных проблема навигации обостряется

Объектноориентированная модель данных

Рекомендуем посмотреть лекцию "31 - Особенности рецепторных клеток".

эта модель имитирует жизнь предметной области подпрогаммы При построении этой модели используют следующий подход:

1- берут определенный объект с фиксированным множеством состояний-  

 директор

2- дополнительные объекты- оклад, гараж, секретарь  

   Директор посылает сообщения СК, который посылает сигнал в Г, как и СК, который должен ответить на него

Объектноориентированные модели появились под влиянием  объектноориентированного программирования Терминология для этих БД “сырая” Общая концепция: есть понятие объекта, класса, отношения наследования Объекты ставятся в соотношении 2 множества: множество операций и множество состояний Объекты обмениваются сообщением, которое изменяет состояние объекта Есть категория класса, которая позволяет создавать новые объекты при помощи специальных операций; отношения наследования позволяют создавать иерархию класса Каждый класс такой структуры наследует свойства одного или нескольких супер-классов.