Дзюбенко А.Л., Ильин А.А., Мишин П.Н. и др. Информационные технологии управления: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

бы связать между собой две таблицы реляционной базы данных необходи-

мо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы. Если при

этом возникают значительные затруднения, то можно в первую таблицу

ввести ключ (атрибут) из второй таблицы, который будет выполнять роль

внешнего ключа. При этом тип данных первичного и внешнего

ключей

должны совпадать (для первой таблицы).

Для рассматриваемого примера реляционная модель базы данных

примет вид (рис. 4.3), отображающий три таблицы (отношения): R1, R2 и

R3, состоящие соответственно из записей о поставщиках, товарах и по-

ставках товаров поставщиками.

Таблица R1 отображает информацию о поставщиках, включающую в

себя уникальный код поставщика, фамилию (она может повторяться как и

значения последующих полей), используемый для поставки транспорт, го-

род.

Таблица R2 описывает виды товаров, каждый из которых характери-

зуется уникальным кодом, названием, массой, видом упаковки.

В таблице R3 отражена поставка товаров. Эта таблица связывает ме-

жду собой две другие таблицы. Она описывает поставку товара Тi постав-

щиком Пj в конкретном количестве. Таким

образом, каждая поставка оп-

ределяется кодом поставщика, кодом товара и количеством товара.

В целом реляционная база данных с логической точки зрения может

быть представлена множеством двумерных таблиц различного предметно-

го наполнения. Достоинствами реляционной модели базы данных являют-

ся:

• простота логической модели (представлена в виде привычных

таблиц);

• независимость данных;

• возможность построения простого языка манипулирования дан-

ными;

• гибкость системы защиты (для каждого отношения может быть

установлена правомерность доступа).

R 1 (поставщики)

Код

Поставщика

Фамилия Способ достав-

ки

Город

П1 Иванов автомобиль Тула

П2 Петров железная дорога Рязань

П3 Махлис самолет Калуга

R 2 (товары)

Код товара Название Масса Штук в

упаковке

Т1 шампунь 0,4 4

Т2 мыло 0,2 10

Т3 крем 0,1 16

R 3 (поставка товаров)

Код поставщи-

ка

Код товара Количество

П1 Т1 3000

П1 Т2 4000

П1 Т3 5000

П2 Т1 1000

П2 Т3 500

П3 Т2 3000

П3 Т3 2000

Рис. 4.3.

Реляционная база данных поставщиков и товаров

При работе с реляционными моделями используется как математиче-

ская терминология, так и терминология, изначально принятая в области

обработки данных. Близкими по сути являются термины: отношение и

таблица; кортеж, запись и строка; атрибут, поле и столбец.

Во многом широкое распространение и перспективы использования

реляционной модели баз данных объясняется наличием соответствующего

математического аппарата, позволяющего построить структуру с рацио-

нальной группировкой атрибутов в отношениях, с минимальным дублиро-

ванием данных и с возможно простыми процедурами обработки данных.

Улучшению свойств отношений между объектами служат известные

процедуры нормализации.

Нормализация отношений – формальный ап-

парат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позво-

ляет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых

в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение базы данных.

Об отношении говорят, что оно имеет нормальную форму или нор-

мализовано, если оно удовлетворяет определенным ограничивающим ус-

ловиям.

В теории реляционных баз данных принято выделять

пять нормаль-

ных форм (первые три нормальных формы отношений выделены Е. Код-

дом и им же предложен алгоритм, позволяющий преобразовать любое от-

ношение к третьей нормальной форме).

Так, отношение называется нормализованным или приведенным к

первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (их невозможно

представить в виде совокупности отдельных частей). Каждой

нормальной

форме соответствует свой конкретный набор ограничений, и отношение

находится в некоторой нормальной форме, если оно удовлетворяет свойст-

венному ей набору ограничений. Следует отметить, что каждая последую-

щая нормальная форма в определенном смысле улучшает свойства преды-

дущей формы, при переходе к следующей нормальной форме свойства

предыдущих нормальных форм сохраняются. На

практике во многих слу-

чаях третья нормальная форма отношений является вполне достаточной и

при ее достижении процесс нормализации отношений заканчивают.

Естественно, что качественный результат при разработке реляцион-

ных баз данных при большом числе атрибутов и сложных взаимосвязях

данных может быть получен с привлечением к их проектированию про-

фессионалов, знакомых с соответствующим

математическим аппаратом.

В целом реляционная модель баз данных имеет дело с тремя аспек-

тами данных: со структурой данных, с целостностью данных и с манипу-

лированием данными. Под структурой понимается логическая организация

данных в базе данных, под целостностью данных – безошибочность и точ-

ность хранящейся в базе данных информации, под манипулированием

данными –

действия, совершаемые над данными в базе данных. Эти три

аспекта отражают основные процедуры процесса накопления данных (хра-

нение, актуализация и извлечение).

Переход после этапа логического проектирования базы данных к

этапу создания физической модели базы данных, реализуемой и исполь-

зуемой на компьютере, осуществляется с помощью совокупности про-

грамм, позволяющих создать во внешней памяти компьютера базу данных

и обеспечить возможность работы

с данными. Эти программы называют

системами управления базами данных (СУБД). Они служат для поддержа-

ния базы данных в актуальном состоянии и обеспечивают эффективный

доступ пользователей к данным с учетом принятой политики разграниче-

ния прав доступа.

Подавляющая часть имеющихся на рынке программного обеспече-

ния СУБД относится к системам общего назначения и

не ориентированны

на какие-либо предметные области. Применение СУБД в качестве инстру-

ментального средства для создания автоматизированных информационных

систем позволяет существенно сократить сроки разработки и уменьшить

финансовые затраты.

Современные СУБД общего назначения представляют собой слож-

ные программные комплексы, обеспечивающие выполнение всех необхо-

димых функций, связанных с созданием и эксплуатацией базы данных

ин-

формационной системы. Следует отметить, что конкретные СУБД под-

держивают конкретные модели баз данных (реляционную, сетевую и др.).

В течение более десятка лет общепризнанным лидером в области по-

строения промышленных баз данных является корпорация Oracle. На

рынке баз данных в целом (включая реляционные, иерархические и сете-

вые базы данных) Oracle занимает первое

место с результатом 33,8% рын-

ка. Ближайший конкурент - IBM - со всеми своими многочисленными

СУБД - DB2, IMS и др. - имеет 30,1 % рынка. Рынок реляционных баз дан-

ных распределен следующим образом: Oracle - 42,1 %, IBM - 29,2% и др.

На рынке реляционных баз данных на платформе UNIX Oracle имеет

66,2%, IBM - 14,4%.

Флагманский продукт корпорации - СУБД

Oracle - удовлетворяет всем

требованиям, предъявляемым при построении промышленных информа-

ционных систем. Ядром СУБД является сервер базы данных, который по-

ставляется в одном из четырех вариантов в зависимости от масштаба ин-

формационной системы, в рамках которой предполагается его примене-

ние.

Для проектов информационных систем крупного и среднего масшта-

ба корпорация Oracle предлагает корпоративную редакцию сервера - Ora-

cle Database Enterprise Edition, устанавливаемую на кластерах, мэйнфрей-

мах и суперкомпьютерах под управлением Unix.

Oracle Database Standard Edition включает практически всю функ-

циональность СУБД Oracle, необходимую для создания промышленных

баз данных. СУБД может использоваться как сервер масштаба рабочей

группы и как центральный сервер БД в

небольшой организации.

Версия Oracle9i Personal Edition поддерживает работу пользователя

на базе персонального компьютера и позволяет достичь полной совмести-

мости с другими СУБД семейства Oracle.

Версия Oracle9i Lite ориентирована на поддержку мобильной работы

пользователей. В состав продукта входит все необходимое для разработки,

внедрения и управления приложениями для мобильных устройств на всех

популярных операционных системах: Palm OS, Symbian EPOC, Microsoft

Windows CE, и Microsoft Windows 95/98/NT/2000. Ядром Oracle9i Lite яв-

ляется реляционная база данных, специально спроектированная для рабо-

ты на мобильных устройствах, в которой полностью реализованы меха-

низм транзакций, ссылочной

целостности и спецификации языка SQL.

В целом СУБД Oracle обеспечивает прозрачность распределенных

баз данных

и сетевого окружения. Пользователи СУБД могут рассматри-

вать физически распределенную на несколько узлов сети базу данных как

одну локальную базу; при этом обращение к удаленным данным осущест-

вляется так же, как и к локальным. В СУБД Oracle в рамках одного SQL-

запроса можно запрашивать данные из нескольких БД. Таблицы, участ-

вующие в сложной

операции соединения при выборке данных в процессе

выполнения запроса, могут располагаться в базах данных различных узлов

сети. Используемые методы оптимизации позволяют минимизировать об-

мен данными в сети во время выполнения распределенных запросов.

Открытая архитектура СУБД Oracle позволяет использовать в одной

среде разнородные источники данных, включая базы данных СУБД Oracle,

базы данных, функционирующие

под управлением СУБД других произво-

дителей, различного рода приложения (таким образом, поддерживается ра-

бота в

гетерогенной среде данных).

Помимо СУБД Oracle на рынке Web-серверов баз данных широкой

популярностью пользуется СУБД Microsoft SQL Server 2000.

Наиболее известными СУБД, используемыми на персональных компьюте-

рах, являются: Access 2000, Borland InterBase 6.x, Oracle 9i Personal Edition,

Visual FoxPro 7.0 и др.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Проведите сравнительный анализ возможностей электронных таблиц

и СУБД.

Укажите основные особенности эволюции языков программирова-

ния.

В чем особенности объектно-ориентированного программирования?

Определите содержательный смысл термина “база данных”.

Опишите особенности различных структур баз данных.

Какую роль играет связывание таблиц применительно к базам дан-

ных?

Какими возможными путями база данных может быть передана дру-

гому пользователю?

Какую роль играют индексные файлы?

Определите основные функциональные возможности СУБД.

10.

Укажите основные разновидности запросов при работе с базами дан-

ных.

11.

Каково назначение языка SQL?

12.

Укажите особенности и опасности применения языка Java.

13.

Определите преимущества языков высокого уровня по сравнению с

машинно-зависимыми языками.

14.

Объясните причины популярности языка С.

15.

Опишите основные концепции развития языков программирования.

16.

Приведите классификацию языков программирования.

17.

Определите типовой состав среды программирования.

18.

Укажите потенциальные преимущества языка Assembler перед язы-

ками высокого уровня.

19.

Определите основные критерии сравнения сред программирования.

20.

Укажите особенности RAD-сред.

21.

Охарактеризуйте основные требования, предъявляемые к модулям

при разработке программ.

22.

Укажите основное назначения языков программирования.

23.

Определите особенности оптимизирующих компиляторов.

5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ И

ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

5.1. Назначение и состав инструментальных

средств программирования и проектирования программного

обеспечения

В основе решения любой задачи на компьютере используется соот-

ветствующая программа, представляющая, в общем случае, формализо-

ванное описание взаимосвязанной последовательности операций, выпол-

няемых различными устройствами компьютера. В последние годы широ-

кое распространение получил термин “программное средство” (программ-

ное приложение или просто приложение). В целом под

программным

средством

принято понимать программу или другое формализованное

описание, обеспечивающее автоматизацию решения на компьютере зада-

чи пользователя, как автономно, так и с помощью каких-либо программ-

но-инструментальных средств. Множество видов программно-

инструментальных средств может быть представлено различными языка-

ми программирования с соответствующими трансляторами, языковыми

средствами для формирования запросов и выполнения других операций

базами данных, средствами настройки электронных таблиц и др.

Программа представляет собой упорядоченную последовательность

команд (инструкций), необходимых для управления компьютером при

решении определенной задачи. В последние годы, как среди пользовате-

лей, так и программистов более широко используется термин

приложе-

ние

, означающий программную реализацию решения задачи на компью-

тере.

Развитие вычислительной техники сопровождалось разработкой сис-

темного и прикладного программного обеспечения. Существенную роль

при этом выполняют

инструментальные средства программирования,

представляющие собой программные продукты для реализации (поддерж-

ки) технологии программирования и в целом ориентированные на автома-

тизацию процессов разработки и реализации информационных систем.

Инструментарий технологии программирования включает в себя:

• средства разработки приложений (программ), состоящие из сис-

тем программирования и языков программирования;

• CASE-системы (Computer–Aided System Engineering).

С учетом ориентации языков на конкретные классы (клоны, семейст-

ва) компьютеров они подразделяются на машинно-зависимые и машинно-

независимые языки программирования.

Использование

машинно-зависимых языков предполагает знание

особенностей реализации технических решений, реализованных в кон-

кретных компьютерах. К этой группе языков в первую очередь относятся

машинные языки, являющиеся внутренними языками конкретных процес-

соров, не требующими каких-либо преобразований перед их исполнением.

Команды машинных языков представляют собой многоразрядные кодовые

комбинации в двоичной системе счисления (определенной машинной ко-

манде соответствует конкретный код из 0 и 1), непосредственно подавае-

мые на шину процессора при их выполнении. Программирование на ма-

шинных языках отличается высокой трудоемкостью, поэтому оно приме-

нялось на ЭВМ первого поколения ввиду отсутствия других языков про-

граммирования. К машинно-зависимым языкам относятся также языки

программирования семейства

ассемблеров. Каждая команда языка ас-

семблера фактически представляет машинную команду в виде условных,

символьных обозначений, называемых мнемониками. В основном, назва-

ние команды ассемблера представляет собой сокращенное обозначение на

английском языке операции, реализуемой этой команды. До непосредст-

венного выполнения на компьютере написанная на языке ассемблер про-

грамма с помощью специальной программы-транслятора

должна быть

преобразована в программу в машинных кодах. Поскольку процессоры

различных моделей имеют отличающие наборы команд, то, соответст-

венно, отличаются и их языки ассемблеры. Следовательно, написанная

на языке ассемблер программа будет работоспособна только на процессо-

рах определенных моделей.

Языки семейства ассемблеров относятся к языкам низкого уровня,

для которых характерны возможности создания

эффективных и компакт-

ных программ, поскольку программист имеет непосредственный доступ к

аппаратным ресурсам компьютера (процессору, основной и внешней па-

мяти, контроллерам и др.). В настоящее время ассемблер, как правило,

используют при написании небольших системных приложений, драйверов

(программ, управляющих взаимодействием внешних устройств с процес-

сором и с ОЗУ), отдельных процедур обработки

данных и др. Как и для

других языков программирования, для ассемблеров написан ряд библио-

тек, в которых реализованы процедуры различных видов обработки дан-

ных, что способствует ускорению процесса разработки программ. Многие

языки программирования высокого уровня позволяют вставлять в разраба-

тываемые на их основе программы отдельные модули, написанные на язы-

ке

ассемблер.

Машинно-независимые языки программирования или, по-

другому, - языки высокого уровня не требуют от программистов при на-

писании программ знания особенностей организации конкретных компью-

теров, на которых эти программы будут выполняться. Основной целью

создания языков высокого уровня явилась необходимость обеспечения

программистов производительным инструментарием технологии програм-

мирования, допускающим выполнение подготовленных программ на ком-

пьютерах с различными наборами машинных команд. Языки высоко уров-

ня позволяют описывать решение задачи в достаточно легко воспринимае-

мом (программистами) виде с использованием мощных команд, большин-

ство из которых впоследствии реализуется десятками или сотнями машин-

ных команд. При

этом преобразование команд языка высокого уровня в

соответствующие последовательности машинных команд осуществляется

транслятором в автоматическом режиме без непосредственного участия

программиста.

Однако следует отметить, что по мере развития процессоров в их

наборах машинных команд появляются новые команды, которые в более

ранних моделях процессоров выполнялись длинными последовательно-

стями машинных команд. Таким образом,

потенциальную основу повы-

шения производительности технологий программирования обеспечивают

как языки программирования высокого уровня, так и мощные машинные

команды современных моделей процессоров.

В целом языки программирования позволяют кардинальным образом

повысить производительность программиста по сравнению с написанием

программ на языке ассемблер. Однако оттранслированные с языка высо-

кого уровня на уровень машинных команд программы

имеют, как прави-

ло, в несколько раз больший объем, чем аналогичные программы, изна-

чально написанные на языке ассемблер. Кроме того, в силу избыточности

сгенерированного машинного кода оттранслированные программы рабо-

тают в несколько раз медленнее.

Системы программирования (например, Delphi) включают в себя:

конкретный язык программирования, транслятор, библиотеки стандарт-

ных программ, редактор связей, отладчик, средства оптимизации сгене-

рированного кода программ, средства управления создаваемым проектом,

различного рода техническую документацию. Основное назначение систем

программирования – повышение эффективности разработки и отладки

программ.

Общая схема получения исполняемого кода программы из исходной

программы, написанной на

языке высокого уровня, приведена на рисунке

5.1.

Текст

исходной

ог

аммы

Трансля-

ция

Редакти-

рование

св

зей

Загру-

зочный

мо

ду

ль

Рис. 5.1. Обобщенная схема обработки исходной программы

100

Подготовка исходного текста программы может осуществляться как

с использованием встроенных в системы программирования редакторов,

так и на основе автономных распространенных редакторов.

Язык программирования служит основой для написания текста про-

граммы, реализующей определенный алгоритм обработки данных. Для

получения искомого результата текст исходной программы должен быть

преобразован (оттранслирован) в исполняемую программу (загрузочный

модуль), представленную непосредственно в машинных кодах.

В основе работы программ

трансляторов используются два подхо-

да: интерпретация команд (операторов) и компиляция программ в целом.

Интерпретатор осуществляет трансляцию очередного оператора из

текста выполняемой программы в последовательность машинных команд и

сразу же выполняет их. Переход к выполнению (трансляции) следующего

оператора исходной программы реализуется только при успешном выпол-

нении предыдущего оператора. В целом для интерпретаторов характерны

следующие особенности:

 при многократном включении конкретного оператора в про-

грамму каждое его выполнение требует заново реализации операции

трансляции в машинные команды, что приводит к значительному замед-

лению выполнения программы;

 программа интерпретатор в течение всего времени выполнения

исходной программы должна находиться в ОЗУ и, следовательно, она

уменьшает доступный системе объем оперативной памяти;

 интерпретаторы поддерживают диалоговый режим работы, что

способствует разработке и отладке программ, благодаря возможности опе-

ративного внесения изменений в конкретный выполняемый оператор.

Примером реализации интерпретатора является инструментарий

языка Basic (однако есть версии, например Quick Basic, позволяющие соз-

давать исполняемые модули).

Компилятор обрабатывает текст исходной программы полностью.

При этом, как правило, обработка выполняется за несколько проходов.

При первом проходе компилятор проверяет корректность синтаксиса язы-

ковых конструкций отдельных операторов независимо друг от друга, при

втором подходе проверяется корректность синтаксических взаимосвязей

между операторами, и только затем осуществляется преобразование в ма-

шинные команды.

В ряде

случаев дополнительно используют средства оптимизации

кода программ –

оптимизирующие трансляторы, которые после завер-

шения компиляции осуществляют оптимизацию полученного объектного

модуля. В частности, при оптимизации кода выполняется поиск команд,

которые не выполняются ни при каких условиях, и их удаление. Оптими-

зация, как правило, позволяет повысить производительность исполняемо-