Шпаргалка Прикладная информатика (ГОС экзамен 2008 )
1 Представление информации в вычислительных системах
2 Архитектура вычислительной системы: назначение и основные функции логических блоков
Рисунок 1
Устройство Управления (УУ) – формирует и подаёт во все блоки ЭВМ сигналы управления. Опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов.
Арифметико-Логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Для ускорения выполнения операций в некоторых моделях ЭВМ к арифметическому устройству подключается математический сопроцессор.
Микропроцессорная память (МПП) – предназначена для кратковременного хранения информации, используемой в ближайшем такте работы ЭВМ.
Интерфейсная система – предназначена для сопряжения связи с другими устройствами.
Генератор тактовых импульсов – предназначен для генерации последовательности электрических импульсов, частота которых определяет частоту работы процессора.
Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Включает:
· Кодовая шина данных – предназначена для параллельной передачи всех разрядов машинного слова
· Кодовая шина адреса - предназначена для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки памяти
· Кодовая шина инструкций - предназначена для параллельной передачи всех разрядов управляющих слов (инструкций) во все блоки машины
· Шина питания – предназначена для подключения блоков компьютера к источнику питания
Системная шина обеспечивает 3 направления передачи информации:
· между микропроцессором и основной памятью
· между МП и портами ввода\вывода внешних устройств
· между основной памятью и портами ввода\вывода внешних устройств
Основная память – предназначена для хранения и оперативной передачи информации другим блокам машины.
· ПЗУ: ROM (Read Only Memory)
· ОЗУ: RAM (Random Access Memory) – для оперативной записи, хранения и считывания информации, участвующей в процессе
3 Внутренняя структура процессора: назначение и основные функции блоков
Рисунок 2
ЦП – совокупность УУ и АЛУ.
ЦП – функциональная часть вычислительной машины, предназначенная для непосредственного осуществления этим процессором процесса преобразования, обработки информации и управления этим преобразованием.
Устройство Управления (УУ) – формирует и подаёт во все блоки ЭВМ сигналы управления. Опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов.
Арифметико-Логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
Регистр Адреса (РА) – предназначен для хранения адреса ячейки основной памяти вплоть до завершения операций с этой ячейкой.
Указатель Стека (УкС) – это регистр, где хранится адрес вершины стека. \Стек – схема организации доступа к оперативной памяти, который реализует дисциплину FILO (First Input Last Output)\.
Счётчик Команд (СК) – элемент, реализующий принцип программного управления. Здесь находится адрес выполняемой в данный момент команды.
Регистр Команд (РК) – содержит тело выполняемой команды. Позволяет проанализировать код операции и дешифрировать его. После дешифрации вырабатывает управляющие сигналы.
Регистр Общего Назначения (РОН) – служит для временного хранения операндов и промежуточных результатов вычислений.
Индексные регистры (ИР) – служат для формирования адресов операндов при реализации циклических участков программ.
Регистр Признака Результата (РПР) – служит для хранения признака, характеризующего результат выполнения последней арифметической или логической операции.
Аккумулятор (АКК) – это регистр, на который возлагаются различные функции. Например, в него загружается один из операндов, хранится результат последнего вычисления. Поэтому АКК может быть в равной степени отнесён как к АЛУ, так и к УУ.
Буфер данных – компенсирует разницу в быстродействии ЗУ и устройств потребления и хранения информации (АЛУ и ОП).
Буфер адреса – передаются не операнды, а адреса.
4 Организации и принцип работы памяти
Виды памяти компьютера:
· Микропроцессорная память (МПП)
· Регистровая кэш-память
· Основная память (ОП)
o ПЗУ
o ОЗУ
· Внешняя память (ВЗУ)
Статическая память обладает более высоким быстродействием, чем динамическая. Статическая используется в МПП и буферной кэш-памяти.
В динамической памяти ячейки построены на основе полупроводников с накоплением зарядов (конденсаторы). Т.к. конденсатор со временем разряжается, он требует подпитки во избежание потери информации, поэтому называется динамической. Используется для построения оперативных запоминающих устройств.
Регистровая кэш-память является буфером между основной памятью и МПП. Позволяет увеличить скорость выполнения операций. Является высокоскоростной. Регистры кэш-памяти не доступны для пользователя (отсюда название, от англ. “cache” – недоступное, скрытое). В ней хранятся копии блоков данных тех областей основной памяти, к которой выполнялись последние обращения.
Рисунок 3
При матричной организации адрес ячейки, поступающий в регистр адреса, делится на 2 части – поступающие в регистр X и Y. Из этих регистров коды полуадресов поступают в дешифраторы X и Y, каждый из которых в соответствии с полученным адресом выбирает 1 из 1024 шин. По выбранным шинам подаются сигналы записи\считывания в ячейку памяти, находящуюся на пересечении этих шин. Далее информация поступает в регистр данных, связанный с кодовыми шинами данных. Управляющие сигналы, определяющие какую операцию необходимо выполнить, поступают по кодовой шине инструкций. Куб памяти содержит набор запоминающих элементов собственных ячеек памяти.
5 Периферийные устройства: состав и назначение, взаимосвязь с процессором
6 Режимы работы процессора и их организация
Режимы работы:
1. Однопрограммный
· Непосредственного доступа
· Косвенного доступа
2. Многопрограммный
· Пакетной обработки
· Режим разделения времени
a. Диалоговый
b. Реального времени
Однопрограммный (монопольный) – в данный момент времени используется одна программа.
Режим непосредственного доступа – это режим, когда все ресурсы компьютера передаются одному пользователю.
Режим косвенного доступа – представляет собой режим, когда пользователь не имеет непосредственного контакта с компьютером. Пользователь готовит задания и отдаёт их на обработку. Задачи запускаются в порядке очерёдности и, по мере готовности, результаты выдаются пользователю.
Многопрограммный (мультипрограммный, многозадачный) – необходимо разделения ресурсов компьютера.
Режим пакетной обработки – пользователь в этом режиме обращается к компьютеру 2 раза: для ввода данных и получения результата. Переход к решению следующей задачи происходит после окончательного завершения предыдущей.
Режим разделения времени – решается несколько задач, каждой из которых выделяются кванты времени, при этом условием прерывания текущей задачи служит либо истечение выделенного кванта времени, либо обращение к процессору какого-либо более приоритетного внешнего устройства.
Диалоговый режим – характерен для многопользовательских систем. В ходе решения задачи пользователь может корректировать процесс решения.
Режим реального времени – строго регламентировано время ответа системы на выдаваемые запросы.
7 Прерывания: основные виды и их предназначения
Прерывание – это приостановка выполнения в процессоре программы с целью выполнения другой более важной программы или процедуры.
Основой для управления процессом решения совокупности задач являются процедуры:
· Выбора очередной задачи или определения приоритета
· Сохранение информации о статусе задачи при её прерывании
· Устранение конфликтов между задачами
При этом процессор выполняет следующую последовательность действий:
1. Анализирует допустимость и приоритет прерываний
2. Запоминает в стековой памяти текущее состояние прерванной программы
3. Посылает источнику запроса на прерывание запрос о причине прерывания
4. Анализирует код запрошенного прерывания
5. Считывает из оперативной памяти и записывает в регистры МПП атрибуты векторов прерывания
6. Устанавливает в нулевое состояние флаги прерывания и трассировки
7. Выполняет программу прерывания
8. После обработки программы прерывания возвращает из стековой памяти параметры прерванной программы в регистры МПП и восстанавливает выполнение прерванной программы.
Классификация прерываний:
1. Пользовательские
· Прикладные – временно установленные пользователем прерывания при многопрограммном режиме работы МП для указания приоритета выполнения ПП.
2. Системные
· Внутренние
o Планируемые – это обычные процедуры, которые вызывает текущая программа для выполнения предусмотренной в ней стандартной подпрограммы.
a. Программы BIOS
b. Программы DOS
o Не планируемые
a. Технические – прерывания от схем контроля, которые возникают при появлении отказов и сбоев в аппаратуре компьютера.
b. Логические – прерывания при появлении ошибок в ходе выполнения программ (деление на 0, нарушение защиты памяти)
· Внешние
o Аппаратные – инициализируются при обращении к МП со стороны внешних устройств.
3. Справочные
· Псевдопрерывания – служат для запоминания важных приоритетных адресов, которые могут быть использованы в программах, в частности, при условных и безусловных передачах управления.
8 Параллельные и конвейерные вычисления
9 Классификация вычислительных систем и их сравнительная характеристика
Вычислительная система - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.
ВС:
· Многомашинные - Основной недостаток многомашинной ВС - недостаточно эффективно используется оборудование всего многомашинного комплекса. Достаточно в ВС в каждой ЭВМ выйти из строя по одному устройству (даже разных типов), как вся система становится неработоспособной.
· Многопроцессорные - Наличие единой ОС делает возможным автоматическое распределение ресурсов системы на различных этапах её работы. В результате достигается высокая ``живучесть'' ВС, позволяющая в случае отказа отдельных модулей перераспределить нагрузку между работоспособными, обеспечив тем самым выполнение наиболее важных для ВС функций. К недостаткам многопроцессорной ВС относятся трудности, возникающие при реализации общего поля ОП, ВЗУ, а также при разработке специальной ОС.
o Высокопараллельные
o Суперкомпьютеры
МПВС:
· Кластерные
· Потоковые
· Ассоциативные
Высокопараллельная ВС (MPP) содержит >128 процессоров. Характерной чертой архитектуры является наличие единственного УУ (процессора), распределяющего задания между подчинёнными ему процессорами. На центральном процессоре размещается ядро ОС (планировщик заданий), а на подчинённых процессорах – приложения.
Кластерные ВС.
Кластер – это группа взаимосвязанных вычислительных систем, работающих совместно и составляющих единый вычислительный ресурс.
В качестве узла кластера может выступать однопроцессорная ЭВМ или ВС.
Объединение позволяет:
· Значительно повысить производительность
· Обеспчить высокий уровень коэффициента готовности.
Потоковые ВС.
Последовательность выполнения команд определяется не центральным устройством управления (счётчиком команд), а другими способами:
· Команда выполняется, когда становятся доступны её операнды (механизм управления данными, или потоковый механизм)
· Команда выполняется, когда другим командам требуется результат её выполнения (управление по запросу)
10 Основные команды процессора
Команда пересылки MOV.
Это основная команда пересылки данных из памяти в регистр, из регистра в память или из регистра в регистр. Также может занести число, определённое программистом, в регистр или в память. Может записать сегментный регистр в память или в другой регистр. Также может загрузить сегментный регистр из памяти или из другого регистра. Однако не может загрузить сегментный регистр данными с непосредственным операндом. (Необходимо сначала записать в общий регистр, а затем уже – в сегментный).
Команда имеет 2 операнда: источник и результат. После выполнения изменяется только регистр-результат. Команда не меняет флагов состояния.
Команда замены XCHG.
Меняет местами содержимое 2ух ячеек. В качестве операндов не могут использоваться сегментные регистры. Команда заменяет 3 команды пересылки и не требует промежуточной ячейки.
Команда сложения ADD, ADC.
Осуществляет сложение двух операндов. Результат помещается на место первого из них. Команда ADC к сумме добавляет флаг переноса (0 или 1).
Команда вычитания SUB, SBB.
Аналогичны командам сложения. SBB вычитает ещё и флаг.
Команда сравнения CMP.
Сравнивает 2 числа, вычитая одно из другого. Она не записывает результат, но флаги состояния устанавливает в соответствии с результатом. Эта команда меняет только флаги.
Команда CMP AX, BX сравнивает содержимое регистра AX с BX путём вычитания AX-BX. После выполнения команды:
· Если AX=BX, то флаг нуля Z = 1, флаг переноса C = 0;
· Если AX<BX, то флаг нуля Z = 0, флаг переноса C = 1;
· Если AX>BX, то флаг нуля Z = 0, флаг переноса C = 0;
1 Мультимедийные технологии. Основные понятия, определения, эволюция. Применение мультимедиа в бизнесе
Системы мультимедиа активно внедряются в сферу бизнеса. Бизнес становится все более глобальным и международным, фактически, благодаря современным средствам коммуникации, исчезает значение офиса, т. к. сотрудники могут работать у себя дома, в автомобиле в кафе и где угодно. Главная задача, которую ставили перед собой создатели мультимедийных устройств – это привлечение к работе на ЭВМ пользователей, не являющихся специалистами по вычислительным системам. Мультимедиа-система состоит из двух частей: человека и машины. Мультимедийные технологии, позволяют объединить в компьютерных приложениях два и более типа данных – текст, графика, звук, голос, видео, анимация. С начала 90-х годов средства мультимедиа развивались и совершенствовались, к началу XXI века она стала основой новых продуктов и услуг, таких как электронные книги и газеты, новые технологии обучения, видеоконференции, средства графического дизайна, голосовой и видеопочты. Применение средств мультимедиа в компьютерных приложениях стало возможным благодаря прогрессу в разработке и производстве новых микропроцессоров и систем хранения данных.
Работа со звуком и видео и изображениями осуществляется при помощи специальных технических и аппаратных средств, которые называются средствами мультимедиа. Компьютер, снабженный такими средствами, называется мультимедийным.
Мультимедийный компьютер должен включать в себя следующие устройства:
· звуковую стерео плату;
· CD-ROM;
· звуковые стерео колонки;
· микрофон;
· видео карту.
2 Виды информации, обрабатываемые мультимедиа системами: числовая, символьная, логическая, аудиоинформация, графическая, семантическая, цвет, эмоции. Проблематика обработки каждого вида информации
Аудио и графическая-динамическая информации существуют только с учетом фактора времени. Если масштаб времени изменить, то информация искажается. Правильно воспринять ее можно, только если она находится в динамике. Для обработки ее приходится использовать специальные программные средства.
Статическая видео-информация представляет собой графики, чертежи, таблицы, диаграммы, которые относятся к так называемым штриховым рисункам. Кроме штриховых есть полутоновые рисунки, в которых форма предметов передается с помощью яркости или цвета.
Динамическая видеоинформация – это фильмы (слайд-фильмы, мультфильмы, видеофильмы). Этот вид информации отличается многокадровостью. В основе динамической видеоинформации лежит последовательное экспонирование на экране отдельных кадров вывода в соответствии со сценарием. Поэтому процесс обработки динамической видеоинформации часто называется редактированием сценариев. Динамическая видеоинформация используется либо для последовательной демонстрации кадров вывода (слайдов), либо для демонстрации движущихся изображений (что часто называется анимацией). При демонстрации слайд-фильмов каждый кадр должен находиться на экране столько времени, сколько необходимо для восприятия его человеком (примерно от 30 сек. до 1,5 мин., и более).
Анимационные фильмы демонстрируются так, чтобы отдельные кадры вывода зрительный аппарат человека зафиксировать не мог. Для этого они должны достаточно быстро сменять друг друга. Поскольку время демонстрации на экране каждого кадра вывода мало, каждый отдельный кадр сознанием человека не воспринимается. При частоте смены кадров 16 кадров в секунду незаметно даже мелькание при смене кадров. Стандарт кино – 24 кадра в секунду, телевидения (в Европе) – 25 кадров в секунду, в США – 30 кадров в секунду.
Знаковые системы, с помощью которых переносится смысл, это - текст, числа, речь, рисунок. Но при передаче смысла с помощью текста (речи) мы сталкиваемся с тем, что один и тот же текст может нести разный смысл. Это связано с имеющимися у людей моделями мира: если модель одна - то смысл 1, если другая - то смысл 2. Кроме того, смысл может меняться при наложении на текст интонации, за счет эмоций, мимики, при незначительных изменениях текста (например: “способный человек”, “очень способный человек”, “на все способный человек”). Для людей - не проблема уловить оттенки смысла. Но объяснить, как это делается, можно далеко не всегда.
Эмоции - это еще один вид информации, широко используемый в животном мире для характеристики отношения к происходящим событиям. Эмоции передаются не только (и не столько) словами, но и мимикой, и интонациями.
Цвет - тоже разновидность информации. Известно, что цвета делятся на теплые и холодные, возбуждающие и тормозящие. При правильном подборе цвета, с его помощью можно влиять на настроение работающего на ЭВМ.
3 Классификация устройств ввода, вывода, ввода-вывода мультимедийной информации. Состав, особенности, эволюция
К устройствам ввода информации относятся клавиатуры, устройства управления курсором, системы ввода с машиночитаемых документов, системы ввода штриховых кодов, сканеры, устройства ввода акустических сигналов, цифровые фото и видеокамеры, TV- устройства ввода.
Устройства управления курсором включают в себя световое перо, мышь, джойстик, кот, и др. Они используются для перемещения курсора по экрану и для отметки позиции, в которой находится курсор.
Машиночитаемые документы представляют собой лист бумаги, на который нейтральной краской наносится решетка. Нейтральная краска (например, желтая) не воспринимается электронными приборами. Черным цветом в определенных местах разметки можно нанести штрихи или символы специальной формы (например, стилизованные шрифты). Такие устройства используются для ввода почтовых индексов с конвертов. Разрабатывались устройства для ввода информации с перфокарт, на которые вручную наносились надписи. Для ЭВМ Минск- 32 было разработано специальное устройство - “Бланк”, которое применялось для переписи населения в СССР. В настоящее время для ввода машиночитаемых документов может использоваться сканер.
Устройства ввода акустических сигналов делятся на устройства ввода музыкальных произведений, звуковых эффектов и речи. Для ввода акустических сигналов любого типа необходимо, чтобы ЭВМ была оснащена звуковой картой. Для ввода звуковых эффектов и речи используются микрофон или магнитофон. Музыкальные произведения могут вводиться с магнитофона, через специальный интерфейс с MIDI -
устройств или с клавиатуры ЭВМ. Звуковые эффекты могут создаваться программным путем.
Цифровые фотокамеры своим появлением резко изменили технологию фотографии. Они используют для хранения изображения специальный магнитный носитель, на который изображение записывается в оцифрованном виде. Цифровой фотоаппарат позволяет перестраивать режимы фиксации изображения - можно настроиться на монохромную съемку (поскольку монохромный снимок занимает значительно меньше места на магнитном носителе, чем цветной, в этом режиме можно сделать наибольшее количество снимков без смены носителя). Можно настроить цифровую фотокамеру на фиксацию цветного изображения, при этом указывается количество цветов. Регулируется так же разрешающая способность аппарата, что существенно для увеличения сделанного снимка.
Цифровые видеокамеры отличаются от аналоговых. Аналоговая камера пишет изображение и звук на магнитную ленту. В цифровых видеокамерах запись ведется в цифровом виде.
Телевизионные (TV) устройства ввода - цифровые и аналоговые, различаются способами записи и воспроизведения. Подключаются к ЭВМ через дигитайзер, TV-тюнер (например, AVER Media TV Studio, MediaForte TV Vision). Использование таких устройств требует высокой производительности ЭВМ. При недостаточной производительности изображение движется неравномерно, скачками. Чтобы снизить требования к производительности, изображение уменьшают в размерах (вплоть до 1/8 экрана), сокращают количество цветов в изображении, снижают разрешающую способность. Такие видеоизображения часто используются в баннерах Интернет.
Сокращение объема изображения (а значит - и требований к производительности аппаратуры) достигается так же кодированием со сжатием. При этом облегчается хранение видеопродукции, и усложняется воспроизведение, так как для воспроизведения необходимо восстанавливать сжатое изображение. Восстановление может выполняться либо программным путем (с использованием микропроцессора ЭВМ), либо в специальном ускорителе (акселераторе) видео- или TV-карты.
Устройства вывода информации включают плоттеры, принтеры, электронные экраны и панели, системы аудиовывода, видеосистемы. При выводе графической информации может применяться вывод двумерного, или объемного (трехмерного) изображения. Для вывода объемного изображения находят применение специальные устройства и способы.
Плоттеры предназначены для вывода графической информации на твердый носитель (бумагу). Планшетный плоттер имеет линейку, по которой может перемещаться печатающий механизм. Перемещение линейки сдвигает печатающий механизм по вертикали, а перемещение механизма по линейке сдвигает его по горизонтали. Благодаря этому, можно установить печатающий механизм в любую точку планшета. На планшете крепится лист бумаги. Плоттер может воспроизводить на бумаге очень сложные штриховые изображения. Но работает плоттер очень медленно. Для управления плоттером разработаны специальные алгоритмические языки.
Принтеры - это внешние устройства ЭВМ, предназначенные для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде. Классификация принтеров может быть проведена по следующим критериям: по способу вывода, по принципу формирования изображения, по способу регистрации, и по принципу управления процессом печати.
Электронные экраны и панели предназначены для предъявления выводимой из ЭВМ информации большой аудитории. Простейший демонстрационный экран может быть сделан из поставленных друг на друга телевизоров (при образовании из телевизоров матрицы размером 8х8 выводимая из ЭВМ информация доступна для большой аудитории). Телевизионная матрица через блок сопряжения подключается к ЭВМ. Изображение на такую матрицу может выводится фреймами.
Видеосистемы предназначены для оперативного отображения информации, доведения ее до сведения пользователя (оператора ЭВМ). Обычно они состоят из двух частей: монитора и адаптера. Монитор служит для визуализации изображения, адаптер - для связи монитора с микропроцессорным комплектом.
Системы ввода-вывода включают в себя абонентские пункты (сочетание дисплея с клавиатурой и устройством сопряжения с ЭВМ), модемы, сенсорные дисплеи, аудио и видеомагнитофоны. Они служат как для ввода, так и для вывода информации.
Особое место среди них занимают сенсорные дисплеи. Сенсорный дисплей - это устройство, реагирующее на прикосновение. Необычным в нем является способ ввода информации - вместо мыши, джойстика или светового пера используется рука человека, которая изменяет емкость или индуктивность датчиков при перемещении руки по различным зонам экрана дисплея, и за счет этого позволяет определить, к какой части экрана прикоснулись. Для реализации такой системы в углах экрана обыкновенного дисплея устанавливаются емкостные или индуктивные датчики, соединенные с ЭВМ. Рука человека изменяет емкость (или индуктивность) по-разному в разных датчиках (их всего 4) в зависимости от места нахождения руки. ЭВМ это учитывает, и определяет, на какую зону экрана рука указывает.
Преобразователи информации включают в себя аналого- цифровые (АЦП), цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи, системы распознавания, преобразователи форматов (конвертеры), системы сжатия и восстановления, TV-преобразователи, и др.
Аналого-цифровые преобразователи необходимы для оцифровки аналоговых сигналов при их вводе в ЭВМ.
Способов оцифровки аналогового сигнала существует много.
Рассмотрим три из них.
1. АЦП, работающий по принципу измерения напряжения;
2. Времяимпульсное кодирование аналогового сигнала
(клиппирование);
3. Спектральный анализатор.
Цифро-аналоговые преобразователи используются в устройствах вывода информации для согласования дискретной и аналоговой аппаратуры. Простейшим цифро-аналоговым преобразователем является аналоговый сумматор.
Системы сжатия и восстановления необходимы в связи с тем, что звуковая и видеоинформация занимают очень большой объем. А файлы надо пересылать из одного устройства в другое достаточно быстро. Сжатая информация занимает меньший объем, но ее невозможно отобразить - требуется предварительное восстановление информации. Для ускорения восстановления на видео- и звуковых картах ставятся ускорители - это по сути специализированные процессоры, иногда - транспьютеры (т.е. микросхемы, содержащие
несколько процессорных элементов).
TV-преобразователи необходимы в связи с тем, что в телевидении используется только динамическая видеоинформация. Поскольку зрение человека обладает определенной инерционностью, передаваемое изображение не обязательно должно быть непрерывным, так же, как и в ЭВМ, оно может состоять из отдельных кадров, сменяющих друг друга не реже 16 раз в секунду (в телевизионном стандарте - 25 кадров в сек.). Воспринимается такое изображение, как непрерывное. Но поскольку телевизионное изображение для долгого хранения не предназначено, в телевизорах отсутствует видеопамять. Принимаемый сигнал направляется непосредственно на электронно- лучевую трубку, высвечивая необходимые точки экрана.
4 Классификация программного обеспечения систем мультимедиа: системное, профессиональное, функциональное программное обеспечение, преобразователи мультимедийной информации.
I. Системное ПО
1. Мультимедийные ОС – это ОС, предназначенные для работы с разными видами информации.
2. Мультимедиа-интерфейсы служат для облегчения процесса общения человека с ЭВМ.
o Графический
o Речевой
o Мимический
o Естественноязыковый (ЕЯ)
o Псевдо ЕЯ-интерфейс
3. Стандартное мультимедийное ПО ОС:
o Фонограф
o Универсальный проигрыватель
o Микшер
o Регулятор записи, громкости и баланса
o Презентационное ПО
II. Профессиональное ПО
· Настольные издательские системы
· Графические ПС
· Аудио ПС
· ПО видеомонтажа
· ПО для создания обучающих систем и тренажёров
· Компьютерный диктофон
· Программы-переводчики
· Системы психологического тестирования
III. Функциональное ПО
· Программные комплексы для конструирования шрифтов
· Архиваторы
· Распознающие системы
· ПО для создания гипертекстов
· Демонстрационные программы
· Тестирующие программы
· ПС для обеспечения безопасности
· Детекторы (определяют)
· Фаги (удаляют)
· Мониторы (наблюдают)
· Анализаторы
· Средства для идентификации работающего
IV. Преобразователи информации
· АЦП
· ЦАП
· Конвертеры
· Системы сжатия\восстановления
5 Обработка текста на ЭВМ. Способы вывода текста: скроллинг, кадры, анимация, звук. Способы работы с текстом: пассивный, интерактивный.
Текст – последовательное сочетание предложений и слов, которое образует законченное сообщение.
Формальная структура.
На форму оказывают влияние:
· Способ вывода текста:
o Скроллинг
o покадровый вывод
o анимация
o звук
· Способы работы с текстом
o Пассивный – допускается только чтение или восприятие анимации и звука
o Интерактивный – допускается возможность выбора вида выводимой информации
o Живое общение – выполняется с помощью клавиатуры и экрана
· Стиль оформления и его соответствие содержанию
· Компоновка текста
o Пропорциональность
o Уравновешенность
o Симметрия
Общие рекомендации по проектированию:
1. Цель – приносить пользу
2. Зоны. Информация различных типов должна быть размещена в разных зонах
3. Классы. Выводимую на экран информацию необходимо разбивать на классы, отводя каждому классу свою зону кадра:
· Заголовок (середина верхней строки)
· Область данных (средняя часть экрана)
· Область ввода (любая часть кадра)
· Область управления (любая часть кадра – наименее информативная)
· Область сообщений (любая часть кадра)
4. Цвета и изобразительные средства.
6 Стили оформления электронного текста. Компоновка текста на экране: пропорциональность, уравновешенность, симметрия. Геометрические способы определения зон экрана.
Стиль – это общность образной системы, выразительных средств и элементов оформления.
· Академический стиль – стиль научного отчёта и деловой стиль
· Газетный
· Художественный
· Телеграфный (короткие рубленые фразы)
· Рекламный (обязательные элементы – уникальное торговое предложение, слоган)
· Молодёжный (содержащий специфический сленг)
· Детский
Компоновка текста. Компоновка затрагивает такие понятия как информативность, уравновешенность, пропорциональность, гармония.
На компоновку влияют:
· Размер страницы и её ориентация
· Место размещения текста на странице, которое в свою очередь зависит от полей, длины строки, межстрочного интервала, количества строк на странице, размер шрифта и т.д.
Леонардо-да-Винчи разработал способ геометрического построения границ наиболее информативной зоны художественного полотна.
Существует ещё один способ разметки экрана. По вертикали и по горизонтали экран разбивается на 9 частей. 6/9 экрана информативны, 2/9 по горизонтали и 3/9 по вертикали отводится под поля.
Уравновешенность экрана – мысленно проверяется относительно его геометрического центра.
Симметричность – относительно вертикальной оси, проходящей через геометрический центр.
7 Обработка звука на ЭВМ. Аналоговый и цифровой сигналы. Характеристики оцифровки аналогового сигнала. Звуковая плата: состав, назначение и основные характеристики.
Существуют две технологии записи и воспроизведения звука: аналоговая и цифровая. Известные всем бытовые магнитофоны и проигрыватели долгоиграющих пластинок ориентированы на аналоговую технологию. Запись и воспроизведение звука в компьютере и проигрывателях CD (лазерных дисках) основаны на цифровой технологии.
Звук - набор волн, вызванных колебанием физических устройств (струн, мембран). Для того чтобы ввести звук в компьютер, его надо преобразовать в цифровой вид. При преобразовании звука измеряется поступающий сигнал с регулярными интервалами и ему присваиваются цифровые значения 1 или 0. Частота измерений называется скоростью выборки.
Для преобразования аналоговых данных в цифровые используется аналого-цифровой преобразователь АЦП (ADC Analog-to-Digital Converter). Для воспроизведения звука необходим цифро-аналоговый преобразователь ЦАП (DAC -- Digital-to-Analog Converter). Звуковые данные могут храниться в файлах следующих форматов:
- формат WAV -- звук, оцифрованный с помощью АЦП и записанный в виде файла с расширением .wav;
- формат MIDI (Music Instrument Digital Interface) — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. В отличие от WAV- файлов, которые хранят цифровое представление звуковых волн, MIDI-файлы хранят только описание звука
Звуковые платы, поддерживающие MIDI-формат, имеют встроенные синтезаторы.
При преобразовании звука в цифровой вид измеряется поступающий сигнал с регулярными интервалами и присваивает цифровые значения уровню звука 1 или 0. Частота измерений называется скоростью выборки.
Звук в компьютер можно ввести с микрофона или с любого аудиоустройства, например с магнитофона.
История звукозаписи, особенно компьютерной, свидетельствует о многоплановости влияния процессов совершенствования аудиотехнологий на культуру общества и отдельного индивида.
Благодаря деятельности организацие Moving Picture Experts Group
(MPEG) в
MPEG-2 представляет собой стандарт кодирования мультимедиа.
Технология MPEG Audio Layer III разработана в Германии Институтом Фраунгофера
совместно с Эрлангенским университетом при поддержке фирмы Thomson в
В настоящее время идет доработка стандарта МР4 и ряда других форматов, обладающих еще более высокими показателями качества воспроизведения и записи звука.
8 Разновидности компьютерной графики: пиксельная, векторная, штриховая, контурная, фрактальная, когнитивная. Псевдографика.
Векторная графика представляет изображение как набор примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.
Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).
Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.
Растровая графика (Raster drawing)
Точечная или растровая графика исторически стала применяться гораздо раньше векторной. К ней можно отнести художественные изображения мозаичного типа: смальта, мозаика и даже вышивка. Таким образом, к растровой графике относят изображения, полученные из мельчайших отдельных элементов, каждый из которых неделим и характеризуется постоянством тона на всем своем протяжении. Такие элементы принято называть пикселами. Каждый пиксел формально независим от соседних, т. е. может иметь различные характеристики: яркость, цветовой тон, насыщенность цвета и прочее.
достоинства
1. Простота и легкость оцифровки изображений.
2. Удобство вывода на монитор и распечатки
3. Реалистичность изображения.
4. Возможность получения тонких живописных эффектов, таких как туман, тонкие цветовые переходы и т.д.
недостатки
1. Необходимость точных установок параметров до начала создания гра фического изображения. Следует задать количество точек, размер изображения и т.д
2.Большой информационный объем получаемого графического файла
3. Неизбежное появление искажений при трансформациях изображения.
Существуют также и полноцветные изображения True color, чаще всего работает в RGB-цветовом пространстве и использует 1 байт на каждый из 3-х основных цветовых компонентов (красная, зеленая и синяя), т. е. общая глубина цвета равна 24 битам или 3 байтам. При таком представлении количество различных цветовых оттенков превышает 16 миллионов.
Наиболее распространенные форматы: GIF, JPEG, BMP.
Формат Acrobat reader: PDF
Форматы Photoshop: PSD,EPS,DCS.
Контурная графика (Line Art)
В контурной графике вы создаете изображение в виде его контура и деталей. Комиксы - хороший материал для этого типа изображений, т.к. у вас всегда есть точный контур, с которым вы можете работать. Тем не менее, любое изображение можно представить, просто обозначив его границы. Существует много символов, которые можно применять для этой формы ascii арта. Вот наиболее очевидные из них:
/ \ | - _ + ( ) < > , . ~ ^ " V X T Y I l L : ` ' ! j J 7
Начните с того, чтобы обозначить площадь рисунка, пока не прорабатывая его в деталях. Для этого, пройдитесь по периметру изображения и создайте контур, используя следующие "базовые" ascii символы:
/ \ | - _ ( )
Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.
Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, к изображениям вне этих классов, фракталы применимы слабо.
Когнитивная графика — это совокупность приемов и методов образного представления условий задачи, которое позволяет либо сразу увидеть решение, либо получить подсказку для его нахождения.
Методы когнитивной графики используются в искусственном интеллекте в системах, способных превращать текстовые описания задач в их образные представления, и при генерации текстовых описаний картин, возникающих во входных и выходных блоках интеллектуальных систем, а также в человеко-машинных системах, предназначенных для решения сложных, плохо формализуемых задач.
Три основных задачи когнитивной компьютерной графики:
1. создание таких моделей представления знаний, в которых была бы возможность однообразными средствами представлять как объекты, характерные для логического мышления, так и образы-картины, с которыми оперирует образное мышление,
2. визуализация тех человеческих знаний, для которых пока невозможно подобрать текстовые описания,
3. поиск путей перехода от наблюдаемых образов-картин к формулировке некоторой гипотезы о тех механизмах и процессах, которые скрыты за динамикой наблюдаемых картин.
Псевдогра́фика — общее название символов, которые предназначены не для записи текста на каком-либо языке, а для графического оформления интерфейса пользователя — например, для рисования рамочек и таблиц.
Псевдографика широко используется программами текстового режима (т.н. консольными). В системах с графическим интерфейсом псевдографика практически не используется, поскольку в этом случае рисовать линии и рамочки возможно с помощью графических API; кроме того, рисовать рамки псевдографикой можно использовать только со шрифтами фиксированной ширины, а прочие применения псевдографики не слишком широки.
Кодовые страницы для DOS обычно содержат следующий набор псевдографики, заимствованный из встроенных шрифтов EGA, VGA и других дисплейных адаптеров:
В VGA использование для псевдографики именно кодовых позиций 0xB0—0xDF является обязательным при использовании режимов с шириной символа в 9 точек.
В Юникоде имеется более обширный набор псевдографических символов:
Box Drawing (2500—257F) & Block Elements (2580—259F)
9 Инструментальные средства пиксельной, векторной и контурной графики. Применение и принципы работы.
В настоящее время создано множество пакетов иллюстративной графики, которые содержат простые в применении, развитые и мощные инструментальные средства матричной, векторной и контурной графики, предназначенной как для подготовки материалов для презентаций, для печати, так и для создания Web - страниц и их размещения в Интернете.
Adobe Photoshop 6.0 - графический редактор, с помощью которого можно выполнять все стандартные функции, необходимые для работы с графикой: маскировка, закрашивание, обрезание, изменение параметров изображения или его участков, построение и редактирование векторных контуров. Имеет мощные цветовые настройки, возможности преобразования палитр, средства экспорта-импорта изображений. Отличительная особенность этого редактора в этих стандартных опциях – тщательная проработка, мощь и отлаженность любого инструмента. Adobe Photoshop дает очень широкие и даже избыточные возможности для обычных пользователей, а также отвечает всем потребностям профессионалов в проработке мельчайших деталей и созданииуникальных творений. Photoshop имеет систему plugins от различныхфирм. (Plugins - это добавочные фильтры, которые можно подключать к программе. Среди них есть простейшие эффекты преобразования изображения, и мощнейшие программные пакеты типа Kai Power). В Adobe Photoshop 6.0 реализован принцип использования слоев. Все изображение строится из набора отдельных слоев-картинок, имеющих прозрачные и закрашенные участки. Удобный диспетчер слоев позволяет создавать, удалять, копировать, комбинировать, регулировать прозрачность и порядок расположения слоев. Таким образом художник получает возможность экспериментировать со своим изображением возвращаясь к старым вариантам и подбирая оптимальные настройки различных параметров. Встроенный ImageReady содержит инструменты для полного цикла работ с Web-графикой (от эскиза до генерации HTML-страниц), в том числе - Web-оптимизатор, снимающий с плеч дизайнеров громадную проблему оптимизации графики для сети. Имеются средства для создания анимации.
PhotoFinish 4 (Adobe) задумывался как “облегченный PhotoShop” с более низкими ценой и системными требованиями, но вместе с тем с поддержкой наиболее употребительных функций. Имеется даже его русская версия. Главная сильная сторона этого продукта — удобные инструменты для рисования, близкие к тем, которые используются в векторных пакетах. В комплект поставки входит также около 25 фильтров и 50 спецэффектов. Предусмотрена работа со слоями. Регулируется нажим при рисовании. Можно подключать фильтры и плагины Photoshop. Великолепные средства исправления отсканированных картинок за один проход. Устраняется муар, оптимально подбирается резкость, яркость и контарстность, удаляется “грязь”.
Image Composer (Microsoft) - интерфейс программы очень похож на Picture Publisher. Один из компонентов Image Composer многим хорошо известен. Это MS Gif Animator, один из лучших в своем классе. По своим возможностям MS Image Composer занимает промежуточное положение между продуктами типа PhotoFinish с одной стороны, и PhotoShop с другой. Поддерживаются плагины PhotoShop и PhotoStyler. Читает и сохраняет графику в 15 форматах (BMP; PCX, в том числе многостраничный; PSD; TIFF, в том числе компрессованный по JPEG и LZW методам; GIF; JPEG; PNG; DIB; RLE; WMF; EMF). Реализует возможность конверсии CMYK/RGB. Имеет многоуровневый откат. Позволяет работать с графическими планшетами, чувствительными к нажатию. Поддерживает устройства фотоввода (сканеры, цифровые фотоаппараты). Хорошо интегрирован с MS Office, MS Publisher и FrontPage. Помимо объектов (спрайтов), поддерживаются и слои. Очень удобные инструменты цветокоррекции. Гибкая регулировка компрессии TIFF и JPEG, что позволяет получить очень компактное изображение практически без потери качества.
20/20 2.1 - графический редактор, предназначенный для замены Paint. Главное преимущество этой программы — ее бесплатность и то, что системные требования совпадают с минимальными требованиями Windows. При этом по своим возможностям 20/20 заметно превосходит многие платные пакеты. Редактор имеет чрезвычайно удобные инструменты для рисования, выполненные на уровне векторных пакетов. Большое количество примитивов: кривые Безье, полигоны, окружности/эллипсы, дуги. Можно накладывать различные текстуры и заливки, можно их редактировать или импортировать готовые. В общей сложности имеется 30 фильтров и спецэффектов. Возможности наложения текста на графику у данного пакета на уровне дорогих профессиональных продуктов. Это шейперы (оборка текста вокруг кривой или контура изображения), автоперенос, кернинг и трекинг (в ручном режиме), не говоря уже о повороте текста на произвольный угол. Буквы можно заливать, накладывать на них всевозможные текстуры.
Поддерживаются форматы PCX, PCD, BMP, TGA, TIFF, GIF, JPEG, DXF, ICO. Редактор может быть полезен для решения многих задач, которые возникают при обработке Web графики. Среди недостатков хотелось бы отметить отсутствие возможности конвертации CMYK/RGB. Это сужает сферу применения данной программы. Программу не стоит применять для обработки картинок, которые надо вставлять в документы, предназначенные для печати.
Macromedia Flash 5.0 - типичный графический редактор, ориентированный на векторную и контурную графику. Фирма ориентирует это программное средство на разработку Web - сайтов, на использование анимации в Интернет. Flash можно использовать как для создания целого Web - сайта, так и для отдельных компонентов, образующих Web - страницу, и для подготовки презентаций (в том числе - интерактивных), и для создания иллюстраций при подготовке рукописи к печати. Помимо графических редакторов для работы с графикой необходимы и другие программы, в частности – позволяющие организовывать хранение, просмотр и поиск графических файлов в библиотеках. Эти функции выполняются с помощью вьюверов (просмотрщиков).
Все графические вьюверы можно разделить на три типа: 1 тип: примитивные. Имеют только область просмотра и меню (и/или полоску инструментов). Чтобы открыть файл необходимо каждый раз входить в меню, активировать пункт “Открыть”, находить требуемый файл по его имени.
2 тип: вьюверы с боковой панелью браузера. Файлы открываются одним щелчком в списке файлов.
3 тип: вьювер с возможностью предварительного просмотра картинок в виде их маленьких копий (thumbnails). Наиболее сложный для программиста и удобный для пользователя вариант. Этот тип просмотрщиков можно разделить еще на две категории: программы создающие thumbnails каждый раз при считывании каталога и программы создающие thumbnails один раз а потом хранящие их в базе данных на диске.
Одним из наиболее распространенных просмотрщиков является пакет ACDSee. Как графический просмотрщик ACDSee очень удобен, так как имеет способность быстро расшифровывать и показывать изображения. Одно из главных его достоинств - создание уменьшенных копий картинок на лету. Когда Вы открываете каталог, программа сразу начинает показывать все картинки, расположенные в нем и делает это в фоновом режиме, абсолютно не мешая остальным процессам. Включение опции Tools->Options->Thumbnails->Enable Thumbnail cashing позволяет использовать сохраненные на диске базы изображений для быстрого вывода картинок предпросмотра. Выполнение же других операций с графикой, таких, как копирование, обрезание, смена форматов, просмотр полномасштабного изображения в ней не удобны. Программа позволяет работать с форматами: BMP, DCX, GIF, IFF, JPEG, PCD, PCX, PIC, PNG, PSD, TGA, TIFF, WMF, ICO, CUR.
10 Форматы графических файлов. Их возможности, достоинства, недостатки
GIF (Graphics Interchange Format) был разработан в 1987 году фирмой CompuServe для передачи матричных изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован, были добавлены поддержка прозрачности и анимации. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы). Метод сжатия LZW (Lempel-Ziv-Welch) разработан в 1978 году Лемпелом и Зивом и доработан позднее в США. Сжимает данные путем поиска одинаковых последовательностей (они называются фразы) во всем файле. Выявленные последовательности сохраняются в таблице, им присваиваются более короткие маркеры (ключи). Так, если в изображении имеются наборы из розового, оранжевого и зеленого пикселов, повторяющиеся 50 раз, LZW выявляет это, присваивает данному набору отдельное число (например, 7) и затем сохраняет эти данные 50 раз в виде числа 7. Метод LZW лучше действует на участках однородных, свободных от шума цветов. GIF позволяет записывать изображение "через строчку" (Interlaced), благодаря чему, имея только часть файла (например, во время загрузки Web - сайта из Интернет), можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Это достигается за счет записи, а затем подгрузки, сначала 1, 5, 10 и т.д. строчек пикселов и растягивания данных между ними, вторым проходом следуют 2, 6, 11 строчки, в результате чего разрешение изображения в интернетовском браузере увеличивается. Таким образом, задолго до окончания загрузки файла пользователь может понять, что находится внутри, и решить, стоит ли ждать, когда файл прорисуется весь. Чересстрочная запись незначительно увеличивает размер файла, но это оправдывается приобретаемым новым свойством. В GIF’e можно назначить один или более цветов прозрачными, они станут невидимыми в интернетовских браузерах и некоторых других программах. Прозрачность обеспечивается за счет дополнительного Alpha-канала, сохраняемого вместе с файлом. Кроме того файл GIF может содержать не одну, а несколько матричных картинок, которые браузеры могут u1087 подгружать одну за другой с указанной в файле частотой. Так достигается иллюзия движения (GIF- анимация).
Основное ограничение формата GIF состоит в том, что цветное изображение может быть записано только в режиме 256 цветов.
Строго говоря JPEG’ом называется не формат (Joint Photographic Experts Group), а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в LZW, а на разнице между пикселами. Кодирование данных происходит в несколько этапов с потерей информации.
Используя JPEG можно получить файл в 1-500 раз меньше, чем в формате ВМР. Формат JPEG аппаратно независим, полностью поддерживается на РС и Macintosh, однако он относительно нов и не понимается старыми программами (до 1995 года). JPEG не поддерживает индексированные палитры цветов. Первоначально в спецификациях формата не было и CMYK. Существуют подформаты JPEG: JPEG Baseline Optimized разработан специально для Интернета, все основные браузеры его поддерживают. Baseline Optimized - файлы несколько лучше сжимаются, но не читаются некоторыми программами. Progressive JPEG так же разработан специально для Сети, его файлы меньше стандартных, но чуть больше Baseline Optimized. Главная особенность Progressive JPEG в поддержке аналога чересстрочного вывода.
JPEG’ом лучше сжимаются матричные картинки фотографического качества, чем логотипы или схемы - в них больше полутоновых переходов, среди однотонных заливок же появляются нежелательные помехи. Лучше сжимаются, и с меньшими потерями, большие изображения для Web, или изображения с высоким печатным разрешением (200-300 и более dpi), так как в каждом квадрате 8х8 пикселов переходы получаются более мягкие, за счет того, что их (квадратов) в таких файлах больше. Нежелательно сохранять с JPEG- сжатием любые изображения, где важны все нюансы цветопередачи (репродукции), так как во время сжатия происходит отбрасывание цветовой информации. В JPEG’е следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое пересохранение приводит ко все новым потерям (отбрасыванию) данных и превращению исходного изображения в бесформенные пятна.
PNG (Portable Network Graphics) - разработанный относительно недавно формат для Сети, призванный заменить собой устаревший GIF. Использует сжатие без потерь Deflate, сходное с LZW (именно из-за патентования в 1995-м году алгоритма LZW возник PNG). Сжатые индексированные файлы PNG, как правило, меньше аналогичных GIF'ов, RGB PNG меньше соответствующего файла в форматеTIFF. Глубина цвета в файлах PNG может быть любой, вплоть до 48 бит. Используется двумерный interlacing (не только строк, но и столбцов), который, так же, как и в GIF'е, слегка увеличивает размер файла. В отличие от GIF'а, где прозрачность либо есть, либо нет, PNG поддерживает также полупрозрачные пикселы (то есть в диапазоне прозрачности от 0 до 99%) за счет Альфа-канала с 256 градациями серого. В файл формата PNG записывается информация о гамма-коррекции. Гамма представляет собой некое число, характеризующее зависимость яркости свечения экрана вашего монитора от напряжения на электродах кинескопа. Это число, считанное из файла, позволяет ввести поправку яркости при отображении. Нужно оно для того, чтобы картинка, созданная на Мас’е, выглядела одинаково и на РС и на других ЭВМ. Таким образом эта особенность помогает реализации основной идеи WWW - одинакового отображения информации независимо от аппаратуры пользователя. PNG поддерживается в Microsoft Internet Explorer начиная с версии 4 для Windows, и с версии 4.5 на Макинтош. Netscape добавила поддержку PNG для своего браузера в версиях, начиная с 4.0.4 для обеих платформ.
TIFF (Tagged Image File Format) - аппаратно независимый формат, на сегодняшний день, является одним из самых распространенных и надежных, его поддерживают практически все программы на РС и Macintosh так или иначе связанные с графикой. TIFF является лучшим выбором при импорте растровой графики в векторные программы и издательские системы. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей от монохромной до RGB, CMYK и дополнительных цветов Pantone. TIFF может сохранять обтравочные контуры, Альфа-каналы, другие дополнительные данные. TIFF имеет две разновидности: для Macintosh и РС. Это связано с тем, что процессоры Motorola читают и записывают числа слева направо, а процессоры Intel - наоборот. Современные программы могут без проблем использовать оба варианта формата. В формате TIFF может быть использована LZW-компрессия.
PDF (Portable Document Format) - предложен фирмой Adobe как независимый от платформы формат для создания электронной документации, презентаций, передачи верстки и графики через сети. PDF-файлы создаются путем конвертации из PostScript-файлов. Photoshop и Illustrator могут создавать одностраничные файлы PDF. Многостраничные PDF могут создавать InDesign, FreeHand 7-9, PDFWriter, Acrobat Distiller и некоторые другие программы. PDF первоначально проектировался как компактный формат электронной документации. Поэтому все данные в нем могут сжиматься, причем к разного типа информации применяются разные, наиболее подходящие для них типы сжатия: JPEG, RLE, ZIP. Программы Adobe Acrobat позволяют расставлять гиперссылки, заполняемые поля, включать в файл PDF видео и звук, выполнять другие действия. Файл PDF может быть оптимизирован. Из него удаляются повторяющиеся элементы, устанавливается постраничный порядок загрузки страниц через web: сначала - текст, потом графика, наконец шрифты. Когда повторяющихся элементов нет, файл после оптимизации, как правило, несколько увеличивается.
BMP (Windows Device Independent Bitmap) – родной формат Windows. Он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением этой операционной системы. Применяется для хранения матричных изображений, предназначенных для использования в Windows и, по сути, больше ни на что не пригоден. Способен хранить как индексированный (до 256 цветов), так и 24- битный RGB - цвет. Возможно применение сжатия по принципу RLE, но делать это не рекомендуется, так как очень многие программы таких файлов (они могут иметь расширение .rle) не понимают. Существует разновидность формата ВМР для операционной системы OS/2. Использование BMP не для нужд Windows является распространенной ошибкой новичков. Использовать BMP нельзя ни в web, ни для печати, ни для простого переноса и хранения информации.
Формат SWF (читается, “свифф”) имеет расширение .swf являетсявекторным форматом (точнее - форматом флаш-фильма), изготовленного пакетом Macromedia Flash и предназначенного для демонстрации через Интернет.
Формат FLA так же является форматом флаш-фильма, изготовленного пакетом Macromedia Flash, но в отличие от .swf , это файл рабочий. В нем хранится множество дополнительной информации, необходимой для создания фильма или графического изображения: настройки редактора, сведения о уже созданных, но еще не помещенных в сцену объектах, комментарии в тексте флаш-скрипта, исходные варианты звука, и др. Все эти данные не должны пропадать после окончания сеанса работы до завершения всей работы над фильмом, поэтому они сохраняются в файле этого формата.
11. Цвет в компьютерной графике. Природа цвета. Цветовые модели: RGB, SMYK, HSB.
Само понятие цвета тесно связано с тем, как человек воспринимает свет; можно сказать, что цвет зарождается в глазу.
Характеристики цвета:
Цветовой тон – ярковыраженность красного(R) , зелёного(G) или синего(В) –это основная цветовая характеристика.
Насыщенность – степень разбеленности, степень осветления цветового фона.
Светлота - интенсивность (мощность) цвета.
RGB Три основных цвета являются отдельными цветами, излучаемыми тремя люминофорами. Это следовательно высокоточный прибор; тот же самый цвет будет определен как два различных набора чисел на двух различных мониторах. Эти три параметра имеют количества красного, зеленого и синего света, чтобы излучать, обычно в амплитуде от 0 до 1. RGB пространство цвета широко используется в компьютерной графике и поддерживается большинством графических систем. Оно предназначено для использования в ситуациях, где создание различных цветов более важно, чем переносимость или точность воспроизведения.
CMYK Система цветов CMYK была широко известна задолго до того, как компьютеры стали использоваться для создания графических изображений. Она состоит из трех основных печатных цветов Cyan, Magenta, Yelow, blacK (голубой, малиновый, желтый, черный). CMYK применяется для типографической печати. Все файлы, предназначенные для вывода в типографии, должны быть конвертированы в CMYK. Этот процесс называется цветоделением.
Система HSB имеет перед другими системами важное преимущество: она больше соответствует природе цвета, хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Многие оттенки можно быстро и удобно получить в HSB, конвертировав затем в RGB или CMYK, доработав в последнем случае, если цвет был искажен.
12. Анимация. Способы создания. Применение. Анимационные редакторы.
Анимация- движение рисованных объектов.
Существует Gif анимация – состоящая из пиксельных изображений.
И flash анимация – состоящая из векторных изображений.
Анимация применяется в мультимедийных презентациях, рекламных баннерах, в кнопках различных программ и сайтов, даже в аватарках на различных форумах, сайтах и во многом другом.
Gif анимацию можно легко создать из уже готовых кадров путем их соединения в единый файл. Для этого есть много программ аниматоров, вот несколько из них Atani, ImageReady, Longtion GIF Animator и т.д. При GIF-анимации набор кадров изображения воспроизводится в порядке, определенном пользователем. Для Web-страницы можно создать различные анимационные эффекты: сделать так, чтобы текст или графика перемещались, постепенно исчезали или появлялись, либо изменялись другим способом. Для подготовки анимации в программе ImageReady необходимо создать множество кадров изображения с помощью палитры Animation (Анимация). Затем можно редактировать отдельные слои каждого кадра с помощью палитры Layers (Слои), причем у каждого кадра будет собственная уникальная совокупность установок на палитре Layers. И наконец, надо сохранить последовательность кадров в виде одного GIF-файла — теперь анимация готова для просмотра в интерактивном режиме.
Flash - это технология web-мультипликации и создания интерактивного контента от компании Macromedia, получившая широкое распространение. Технология Flash применяется при создании анимаций, заставок, web-игр и интерактивных элементов сайта. Элементы сайта, построенные с использованием технологии Flash-анимации, делают более удобной навигацию, а также привлекают внимание посетителей. Файлы в формате Flash чрезвычайно компактны, однако создание их весьма трудоемко и требует опыта одновременно в программировании и web-дизайне. Во Flash можно управлять объектами, изменяя их параметры, загружать дополнительные модули, обмениваться данными со скриптами. В отличии от Gif анимации для просмотра Flash нужна специальная программа Flash плагин. Самый популярный редактор для Flash анимации Macromedia Flash MX.
Проектирование автоматизированных информационных систем (АИС)
Методы проектирования АИС
Методы проектирования ИС можно классифицировать по степени использования средств автоматизации, типовых проектных ре¬шений, адаптивности к предполагаемым изменениям.
Так, по степени автоматизации методы проектирования разделяются на:
· ручное, при котором проектирование компонентов ИС осуществляется без использования специальных инструментальных программных средств, а программирование — на алгоритмических языках;
· компьютерное, при котором производится генерация или конфигурирование (настройка) проектных решений на основе использования специальных инструментальных программных средств.
По степени использования типовых проектных решений различают следующие методы проектирования:
· оригинальное (индивидуальное), когда проектные решения разрабатываются «с нуля» в соответствии с требованиями к АИС. Характеризуется тем, что все виды проектных работ ориентированы на создание индивидуальных для каждого объекта проектов, которые в максимальной степени отражают все его особенности;
· типовое, предполагающее конфигурирование ИС из готовых типовых проектных решений (программных модулей). Выполняется на основе опыта, полученного при разработке индивидуальных проектов. Типовые проекты, как обобщение опыта для некоторых групп организационно-экономических систем или видов работ, в каждом конкретном случае связаны со множеством специфических особенностей и различаются по степени охвата функций управления, выполняемым работам и разрабатываемой проектной документации.
По степени адаптивности проектных решений выделяют методы:
· реконструкции, когда адаптация проектных решений выполняется путем переработки соответствующих компонентов (перепрограммирования программных модулей);
· параметризации, когда проектные решения настраиваются (генерируются) в соответствии с изменяемыми параметрами;
· реструктуризации модели, когда изменяется модель проблемной области, на основе которой автоматически заново генерируются проектные решения.
Сочетание различных признаков классификации методов обусловливает характер используемых технологий проектирования ИС, среди которых выделяют два основных класса: каноническую и индустриальную технологии. Индустриальная технология проектирования, в свою очередь, разбивается на два подкласса: автоматизированное (использование CASE-технологий) и типовое (параметрически-ориентированное или модельно-ориентированное) проектирование. Использование индустриальных технологий не исключает использования в отдельных случаях канонических.
Каноническое проектирование ИС
В основе канонического проектирования лежит каскадная модель жизненного цикла ИС.
Процесс каскадного проектирования в жизненном цикле ИС в соответствии с применяемым в нашей стране ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания» делится на следующие семь стадий:
1) исследование и обоснование создания системы;
2) разработка технического задания;
3) создание эскизного проекта;
4) техническое проектирование;
5) рабочее проектирование;
6) ввод в действие;
7) функционирование, сопровождение, модернизация.
В зависимости от сложности объекта автоматизации и набора задач, требующих решения при создании конкретной ИС, стадии и этапы работ могут иметь различную трудоемкость. Допускается объединять последовательные этапы и даже исключать некоторые из них на любой стадии проекта. Допускается также начинать выполнение работ следующей стадии до окончания предыдущей.
Стадии и этапы создания ИС, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ:
Стадия 1. Формирование требований к ИС. На начальной стадии проектирования выделяют следующие этапы работ:
· обследование объекта и обоснование необходимости создания ИС;
· формирование требований пользователей к ИС;
· оформление отчета о выполненной работе и тактико-технического задания на разработку.
Стадия 2. Разработка концепции ИС.
· изучение объекта автоматизации;
· проведение необходимых научно-исследовательских работ;
· разработка вариантов концепции ИС, удовлетворяющих требованиям пользователей;
· оформление отчета и утверждение концепции.
Стадия 3. Техническое задание.
разработка и утверждение технического задания на создание ИС.
Стадия 4. Эскизный проект.
· разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям;
· разработка эскизной документации на ИС и ее части.
Стадия 5. Технический проект.
· разработка проектных решений по системе и ее частям;
· разработка документации на ИС и ее части;
· разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий;
· разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.
Стадия 6. Рабочая документация.
· разработка рабочей документации на ИС и ее части;
· разработка и адаптация программ.
Стадия 7. Ввод в действие.
· подготовка объекта автоматизации;
· подготовка персонала;
· комплектация ИС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);
· строительно-монтажные работы;
· пусконаладочные работы;
· проведение предварительных испытаний;
· проведение опытной эксплуатации;
· проведение приемочных испытаний.
Стадия 8. Сопровождение ИС.
· выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами;
· послегарантийное обслуживание.
Типовое проектирование ИС
Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов (подсистем, комплексов задач, программных модулей и т.д.). Для реализации выделенных компонентов выбираются имеющиеся на рынке типовые проектные решения, которые настраиваются на особенности конкретного предприятия.
Типовое проектное решение (ТПР) - это тиражируемое (пригодное к многократному использованию) проектное решение.
Принятая классификация ТПР основана на уровне декомпозиции системы. Выделяются следующие классы ТПР:
· элементные ТПР - типовые решения по задаче или по отдельному виду обеспечения задачи (информационному, программному, техническому, математическому, организационному);
· подсистемные ТПР - в качестве элементов типизации выступают отдельные подсистемы, разработанные с учетом функциональной полноты и минимизации внешних информационных связей;
· объектные ТПР - типовые отраслевые проекты, которые включают полный набор функциональных и обеспечивающих подсистем ИС.
Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование.
Параметрически-ориентированное проектирование включает следующие этапы: определение критериев оценки пригодности пакетов прикладных программ (ППП) для решения поставленных задач, анализ и оценка доступных ППП по сформулированным критериям, выбор и закупка наиболее подходящего пакета, настройка параметров (доработка) закупленного ППП.
Критерии оценки ППП делятся на следующие группы:
· назначение и возможности пакета;
· отличительные признаки и свойства пакета;
· требования к техническим и программным средствам;
· документация пакета;
· факторы финансового порядка;
· особенности установки пакета;
· особенности эксплуатации пакета;
· помощь поставщика по внедрению и поддержанию пакета;
· оценка качества пакета и опыт его использования;
· перспективы развития пакета.
Модельно-ориентированное проектирование заключается в адаптации состава и характеристик типовой ИС в соответствии с моделью объекта автоматизации.
Технология проектирования в этом случае должна обеспечивать единые средства для работы как с моделью типовой ИС, так и с моделью конкретного предприятия.
Типовая ИС в специальной базе метаинформации - репозитории - содержит модель объекта автоматизации, на основе которой осуществляется конфигурирование ПО. Таким образом, модельно-ориентированное проектирование ИС предполагает, прежде всего, построение модели объекта автоматизации с использованием специального программного инструментария. Возможно также создание системы на базе типовой модели ИС из репозитория, который поставляется вместе с программным продуктом и расширяется по мере накопления опыта проектирования ИС для различных отраслей и типов производства.
Реализация типового проекта предусматривает выполнение следующих операций:
· установку глобальных параметров системы;
· задание структуры объекта автоматизации;
· определение структуры основных данных;
· задание перечня реализуемых функций и процессов;
· описание интерфейсов;
· описание отчетов;
· настройку авторизации доступа;
№2 Анализ предметной области АИС.
Проект разработки АИС для любой предметной области и любого предприятия следует рассматривать как крупные инвестиции, которые должны окупиться за счет повышения эффективности деятельности, поэтому сначала необходимо определить какие именно функциональные области и какие типы производства нужно охватить, т. е. провести анализ предметной области АИС. В свою очередь, для эффективного анализа предметной области необходимо:
1) разработать стратегию комплексной автоматизации;
2) провести анализ деятельности предприятия;
3) рассмотреть вопросы реорганизации деятельности.
Рассмотрим каждый из пунктов подробнее. Понятие стратегии автоматизации основывается на базовых принципах автоматизации предприятия, которая включает в себя следующие компоненты:
• цели — области деятельности предприятия и последовательность, в которой они будут автоматизированы
• способ автоматизации - по участкам, направлениям, комплексная автоматизация;
• долгосрочная техническая политика - комплекс внутренних стандартов, поддерживаемых на предприятии
• ограничения;
• процедура управления изменениями плана.
Стратегия автоматизации в первую очередь должна соответствовать приоритетам и стратегии (задачам) бизнеса и определять пути достижения этого соответствия. Стратегический план автоматизации составляется с учетом:
• среднего периода между сменой технологий основного производства;
• среднего времени жизни выпускаемых предприятием продуктов и их модификаций;
• анонсированных долгосрочных планов поставщиков технических решений в плане их развития;
• сроков амортизации используемых систем;
• стратегического плана развития предприятия, включая планы слияния и разделения, изменения численности и номенклатуры выпускаемой продукции;
• планируемых изменений функций персонала.
Автоматизация — один из способов достижения стратегических бизнес-целей, а не процесс, развивающийся по своим внутренним законам. Во главе стратегии автоматизации должна лежать стратегия бизнеса предприятия: миссия предприятия, направления и модель бизнеса. Таким образом, стратегия автоматизации представляет собой план, согласованный по срокам и целям со стратегией организации.
Второй важной особенностью автоматизации является степень соответствия приоритетов автоматизации стратегии бизнеса, т. е. достижению поставленных целей, к которым можно отнести:
• снижение стоимости продукции;
• увеличение количества или ассортимента;
• сокращение цикла: разработка новых товаров и услуг, выход на рынок;
• переход от производства «на склад» к производству «подконкретного заказчика» с учетом индивидуальных требований и т. д.
Стратегические цели, бизнеса с учетом ограничений (финансовых, временных и технологических) конвертируются в стратегический план автоматизации предприятия.
Автоматизация предприятия является инвестиционной деятельностью и к ней применимы все подходы оценки эффективности инвестиций.
К основным ограничениям, которые необходимо учитывать при выборе стратегии автоматизации, относятся: финансовые; временные; ограничения, связанные с влиянием человеческого фактора; технические.
Кроме рассмотренных выше ограничений, существуют типичные проблемы, возникающие при разработке стратегии автоматизации и, как правило, связанные со следующими факторами:
• состоянием рынка информационных технологий;
• определением эффективности инвестиций в информационные технологии;
• необходимостью реорганизации деятельности предприятия при внедрении информационных технологий.
Под анализом деятельности предприятия понимается сбор и представление информации о деятельности предприятия в формализованном виде, пригодном для принятия решения о разработке определенного класса АИС. В зависимости от выбранной стратегии автоматизации предприятия технологии сбора и представления информации могут быть различными. Итоговое представление информации на этапе анализа деятельности играет одну из ключевых ролей во всей дальнейшей работе.
Реорганизация деятельности преследует, как правило, цель повышения эффективности деятельности предприятия в целом и может предусматривать применение методологий BSP, TQM или BPR.
Методология BSP определяется как «подход, помогающий предприятию определить план создания информационных систем, удовлетворяющих его ближайшим и перспективным информационным потребностям». Информация является одним из основных ресурсов и должна планироваться в масштабах всего предприятия, АИС должна проектироваться независимо от текущего состояния и структуры предприятия.
Подход TQM (Total Quality Management) успешно применялся при реорганизации предприятий еще в середине XX в. В основе подхода лежит очевидная концепция управления качеством выпускаемой продукции. Качество должно быть направлено на удовлетворение текущих и будущих потребностей потребителя как самого важного звена производственной линии. Достижение соответствующего уровня качества требует постоянного совершенствования производственных процессов.
BPR (Business Process Reengineering) — реинжиниринг бизнес-процессов — определяется как фундаментальное переосмысление и радикальное перепланирование бизнес-процессов компаний, имеющее целью резкое улучшение показателей их деятельности, таких как затраты, качество, сервис и скорость.
3 Системы автоматизированного проектирования АИС
За последнее десятилетие сформировалось новое направление в проектировании информационных систем — автоматизированное проектирование с помощью CASE-средств. Термин CASE (Computer Aided System/Software Engineering) первоначально относился только к автоматизации разработки программного обеспечения; сейчас он охватывает процесс разработки сложных АИС в целом.
Изначально CASE-технологии развивались с целью преодоления недостатков структурной методологии проектирования (сложности понимания, высокой трудоемкости и стоимости использования, трудности внесения изменений в проектные спецификации и т. д.) за счет автоматизации и интеграции поддерживающих средств.
CASE-технологии не существуют сами по себе, не являются самостоятельными. Они автоматизируют и оптимизируют использование соответствующей методологии, дают возможность повысить эффективность ее применения.
Другими словами, CASE-технологии представляют собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем программного обеспечения, поддержанную комплексом взаимосвязанных средств автоматизации, которые позволяют в наглядной форме моделировать •предметную область, анализировать эту модель на всех стадиях .разработки и сопровождения АИС и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей.
Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования АИС — от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный Цикл АИС. Наибольшая потребность в использовании CASE-систем испытывается на начальных этапах разработки — на этапах анализа и спецификации требований к АИС. Допущенные здесь ошибки практически фатальны, их цена значительно превышает цену ошибок поздних этапов разработки.
Основные задачи CASE-средств состоят в том, чтобы отделить начальные этапы (анализ и проектирование) от последующих и не обременять разработчиков деталями среды разработки и функционирования системы.
В большинстве современных CASE-систем применяются методологии структурного и/или объектно-ориентированного анализа и проектирования, основанные на использовании наглядных диаграмм, графов, таблиц и схем.
При грамотном применении CASE-инструментария достигается значительный рост производительности труда, составляющий (по оценкам зарубежных фирм пользователей CASE-технологий) от 100 до 600 % в зависимости от объема, сложности работ и опыта работы с CASE.
В основе большинства CASE-средств лежат четыре главных понятия: методология, метод, нотация, средства.
Методология определяет руководящие указания для оценки и выбора решений при проектировании и разработке АИС, этапы работы, их последовательность, правила распределения и назначения методов.
Методы — процедуры генерации компонентов и их описаний.
Нотации предназначены для описания общей структуры системы, элементов данных, этапов обработки, могут включать графы, диаграммы, таблицы, блок-схемы, формальные и естественные языки.
Средства — инструментарий для поддержки и усиления методов; поддерживает работу пользователей при создании и редактировании проекта в интерактивном режиме, помогает организовать проект в виде иерархии уровней абстракции, осуществляет проверки соответствия компонентов.
Типы CASE-средств:
• средства анализа (Upper CASE); среди специалистов называются средствами компьютерного планирования. С помощью этих CASE-средств строят модель, отражающую всю существующую специфику. Она направлена на понимание общего и частного механизмов функционирования, имеющихся возможностей, ресурсов, целей проекта в соответствии с назначением фирмы. Эти средства позволяют проводить анализ различных сценариев, накапливая информацию для принятия оптимальных решений;
• средства анализа и проектирования (Middle CASE); считаются средствами поддержки этапов анализа требований и проектирования спецификаций и структуры АИС. Основной результат использования среднего CASE-средства состоит в значительном упрощении проектирования системы, так как проектирование превращается в итеративный процесс работы с требованиями к АИС. Кроме того, средние CASE-средства обеспечивают быстрое документирование требований;
• средства разработки ПО (Lower); поддерживают системы разработки программного обеспечения АИС. Содержат системные словари и графические средства, исключающие необходимость разработки физических спецификаций — имеются системные спецификации, которые непосредственно переводятся в программные коды разрабатываемой системы (при этом автоматически генерируется до 80 % кодов).
Примеры: JAM, SHvenrun, Uniface.
№4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННОГО ЯДРА АИС НА ОСНОВЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ
Для понимания принципов построения систем управления базами данных напомним ряд известных определений.
База данных — это набор структурированной информации, предназначенной для совместного употребления несколькими пользователями одновременно. Отдельные элементы данных связаны между собой логически. Структурированность означает, что данные имеют некоторую логическую структуру, некоторую схему, модель, которая связывает между собой отдельные данные. БД предполагает наличие некоторого программного обеспечения, позволяющего пользователю работать с ней.
Система управления базами данных (СУБД) позволяет создавать БД, модифицировать в них данные, разрабатывать пользовательские приложения без учета физического представления данных.
Прикладные программы относятся к категории приложений.
Банк данных — обычно БД или несколько БД, связанных между собой логически.
Модель данных — описание принципов, на основе которых построена БД. При разработке БД используют инструментальные программные средства СУБД.
Известно, что к числу основных функций СУБД принято относить следующие.
Непосредственное управление данными во внешней памяти. Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для повышения скорости доступа к данным в некоторых случаях (индексирование).
Управление буферами оперативной памяти. СУБД обычно работают с БД значительного размера (много больше доступного объема оперативной памяти). Если при обращении к любому элементу данных производится обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом, даже если операционная система производит общесистемную буферизацию (как в случае ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части БД. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.
Управление транзакциями. Транзакция — это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.
Журнализация и восстановление БД после сбоев. Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимают то, что СУБД в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматривают два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев являются аварийное завершение работы СУБД (по причине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) или аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной. Первую ситуацию можно рассматривать как особый вид мягкого аппаратного сбоя; при возникновении последней требуется ликвидировать последствия только одной транзакции.
В любом случае для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией. Другими словами, поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.
Журнал — это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью (иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД.
Поддержка языков БД. Для работы с БД используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД (начиная от ее создания) и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с БД. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык Structured Query Language (SQL).
Логически в современной реляционной СУБД выделяют внутреннюю часть — ядро СУБД (часто его называют Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит. В некоторых системах эти части выделяются явно, в других — нет, но логически такое разделение можно провести во всех СУБД.
Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, выделяют такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Функции этих компонентов взаимосвязаны, и для обеспечения корректной работы СУБД все компоненты должны взаимодействовать по тщательно продуманным и проверенным протоколам. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым в программах, производимых компилятором SQL (или в подсистеме поддержки выполнения таких программ), и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры «клиент — сервер» ядро является основной составляющей серверной части системы.
Архитектурные решения баз данных
Архитектура БД на основе разделяемых файлов. Применяется для создания локальных сетей на основе файлового сервера. На каждом из персональных компьютеров запускается приложение, использующее общие файлы, которые находятся на файловом сервере. В результате можно быстро и дешево запустить однопользовательское приложение в многопользовательском режиме.
Архитектура «хост—терминал». Применяется на рабочем месте пользователя (на терминале); производит только физическое отображение и ввод информации. Вся логика приложений и все данные хранятся на центральном компьютере (хосте).
Архитектура «клиент—сервер». Предусматривает наличие двух типов программ: программы-клиента (активная) и программы-сервера (пассивная).
Архитектура с использованием сервера приложений. В случае, если клиентское приложение достаточно велико, то часть его целесообразно выполнять на сервере, особенно при использовании изменяющихся параметров (размер налога и т. п.). Суть реализации сервера приложений заключается в разбиении приложения на две части — собственно клиента и сервера данного приложения. Сервер приложений может быть один для нескольких приложений. В отличие от рассмотренных выше архитектурных решений, здесь наличествуют три типа взаимодействующих компонентов — сервер БД, приложение (клиент) и сервер приложений.
№5. Средства автоматизированного проектирования структур баз данных
Остановимся теперь на особенностях CASE-средств, применяемых для проектирования структур БД, как программно-информационного ядра АИС. Следует отметить, что многие из этих продуктов предназначены не только для проектирования БД, но и для решения других задач, таких, как моделирование потоков данных или бизнес-процессов, функциональное моделирование, прототипирование приложений, их документирование, управление проектами и т. д.
ER/Studio фирмы Embarcadero Technologies по своему назначению сходен с ErWin представляет собой специализированное средство проектирования данных и не содержит в своем составе инструментов для объектно-ориентированного моделирования или моделирования бизнес-процессов. Список поддерживаемых СУБД у этого продукта достаточно широк и включает все наиболее популярные серверные и настольные СУБД. В отличие от ErWin, последняя версия ER/Studio поддерживает новые типы данных SQL Server 7. Кроме того, ER/Studio является СОМ-сервером, т. е. пригоден для использования в других приложениях с возможностью просмотра и редактирования моделей данных, а также для создания других решений на его основе.
System Architect 20Q1 фирмы Popkin Software представляет собой универсальное CASE-средство, позволяющее осуществить не только проектирование данных, но и структурное моделирование. Средство создания ER-диаграмм является одной из составных частей этого продукта.
System Architect 2001 поддерживает СУБД практически всех ведущих производителей, включая Oracle (Oracle 8), Sybase, DB2, SQL Server, IBM (AS400, DB2), Informix, Sybase, Access, dBASE, Paradox и др. В процессе логического моделирования позволяет проверять модель на соответствие правилам проектирования БД.
Все компоненты System Architect позволяют документировать процесс работы над проектом, включая техническое задание, план тестирования и др.
Visible Analyst фирмы Visible Systems Corporation — весьма популярный продукт; широко известны также ранее производимые компанией CASE-средства EasyER и EasyCASE — предшественники Visible Analyst.
Продукт выпускается в трех модификациях. Первая — Visible Analyst DB Engineer, включает средства проектирования данных; Visible Analyst Standard, кроме проектирования БД, позволяет осуществлять структурное моделирование; третья модификация — Visible Analyst Corporate, помимо указанных выше функций, осуществляет также объектно-ориентированное моделирование.
Visible Analyst поддерживает довольно широкий спектр СУБД с точки зрения генерации серверного кода, включая Oracle 7, Sybase SQL Server (System 10 и 4.x); Informix, DB2, Ingres.
Visio Enterprise фирмы Microsoft. Продукт под названием Visio, приобретенный в январе
Visio Enterprise позволяет производить прямое и обратное проектирование БД, преобразовывать логическую модель в физическую.
Общие характеристики CASE-средств. В результате анализа функциональных возможностей вышеперечисленных продуктов можно сделать вывод о том, что несмотря на некоторую специфику и различные сферы применения, все они характеризуются рядом одних и тех же функций, к которым относятся :
• создание логических моделей, не зависящих от СУБД, и генерации физических моделей на их основе;
• поддержка нескольких типов СУБД, включая не только серверные, но и настольные;
• поддержка специфических особенностей тех или иных СУБД ведущих производителей (генерация триггеров, управление физическим хранением данных);
• реализация обратного проектирования на основе либо имеющейся базы данных, либо имеющегося DDL-скрипта;
• генерация отчетов и проектной документации на основе созданной модели;
• сохранение модели в репозитарии, который во многих случаях может быть разделяемым;
• поддержка генерации кода для одного или несколькихсредств разработки или языков программирования.
6 Язык структурных запросов SQL
Стандарт и
реализация языка SQL. Увеличение
объемов информации, необходимость хранения огромных массивов
данных и их обработки привели к тому, что возникла потребность в создании
стандартного языка БД, который мог бы использоваться в многочисленных
компьютерных системах различных видов (на персональном компьютере, сетевой рабочей
станции, универсальной ЭВМ и т. д.). Таким языком стал язык SQL (Structured Query Language). В настоящее
время он получил очень широкое распространение и фактически превратился в
стандартный язык реляционных БД. В
Однако использование любых стандартов наряду с очевидными преимуществами, порождает определенные недостатки. Прежде всего, стандарты направляют в определенное русло развитие соответствующей индустрии; в случае языка SQL наличие твердых основополагающих принципов приводит, в конечном счете, к совместимости его различных реализаций и способствует как повышению переносимости программного обеспечения и БД в целом, так и универсальности работы администраторов БД. С другой стороны, стандарты ограничивают гибкость и функциональные возможности конкретной реализации. Под реализацией языка SQL понимается программный продукт SQL соответствующего производителя. Для расширения функциональных возможностей добавляют к стандартному языку SQL различные расширения. Следует отметить, что стандарты требуют от любой законченной реализации языка SQL наличия определенных характеристик и в общих чертах отражают основные тенденции, которые не только приводят к совместимости между всеми конкурирующими реализациями, но и способствуют повышению значимости программистов SQL и пользователей реляционных БД на современном рынке программного обеспечения.
В настоящее время язык SQL поддерживают десятки СУБД различных типов, разработанных для самых разнообразных вычислительных платформ.
Язык SQL ориентирован на операции с данными, представленными в виде логически взаимосвязанных совокупностей таблиц-отношений. Важнейшая особенность его структур — ориентация на конечный результат обработки данных, а не на процедуру этой обработки. Язык SQL сам определяет, где находятся данные, индексы и даже то, какие наиболее эффективные последовательности операций следует использовать для получения результата, а потому указывать эти детали в запросе к БД не требуется.
Формы языка SQL. Структурированный язык запросов SQL реализуется в следующих формах:
• интерактивной;
• статической;
• динамической;
• встроенной.
Интерактивный SQL позволяет конечному пользователю в интерактивном режиме выполнять SQL-операторы. Все СУБД предоставляют инструментальные средства для работы с БД в интерактивном режиме. Например, СУБД Oracle включает утилиту SQL*Plus, позволяющую в строчном режиме выполнять большинство SQL-операторов.
Статический SQL может реализовываться как встроенный SQL или модульный SQL. Операторы статического SQL определены уже в момент компиляции программы.
Динамический SQL позволяет формировать операторы SQL во время выполнения программы.
Встроенный SQL позволяет включать операторы SQL в код программы на другом языке программирования (например, C++).
Типы данных SQL. Данные, хранящиеся в столбцах таблиц SQL-ориентированной БД, являются типизированными, т. е. представляют собой значения одного из типов данных, предопределенных в языке SQL или определяемых пользователями путем применения соответствующих средств языка. Для этого при определении таблицы каждому ее столбцу назначается некоторый тип данных (или домен), и в дальнейшем СУБД должна следить, чтобы в каждом столбце каждой строки каждой таблицы присутствовали только допустимые значения.
Группы операторов SQL. Язык SQL определяет:
• операторы языка, называемые иногда командами языка SQL;
• типы данных;
• набор встроенных функций.
По своему логическому назначению операторы языка SQL часто разбиваются на следующие группы [23]:
• язык определения данных DDL (Data Definition Language);
• язык манипулирования данными DML (Data Manipulation Language).
№7 Создание объектов баз данных
Таблица — основной объект для хранения информации в реляционной БД. Она состоит из содержащих данные строк и столбцов, занимает в БД физическое пространство и может быть постоянной или временной.
Поле, также называемое в реляционной БД столбцом, является частью таблицы, за которой закреплен определенный тип данных. Каждая таблица БД должна содержать хотя бы один столбец. Строка данных — это запись в таблице БД, она включает поля, содержащие данные из одной записи таблицы.
Главное в команде создания таблицы — определение имени таблицы и описание набора имен полей, которые указываются в соответствующем порядке. Кроме того, этой командой оговариваются типы данных и размеры полей таблицы.
Представления, или просмотры (VIEW) представляют собой временные производные (иначе — виртуальные) таблицы и являются объектами БД, информация в которых не хранится постоянно, а формируется динамически при обращении к ним. Обычные таблицы — это базовые таблицы, т. е. такие, которые содержат данные и постоянно находятся на устройстве хранения информации. Представление не существует само по себе, а определяется только в терминах одной или нескольких таблиц. Применение представлений позволяет разработчику БД обеспечить каждому пользователю или группе пользователей наиболее подходящие способы работы с данными, в целях удобства и безопасности. Содержимое представлений выбирается из других таблиц с помощью запроса, причем изменение значений в таблицах данных приводит к изменению в представлении. Представление — фактически тот же запрос, который выполняется всякий раз с какой-либо командой. Результат выполнения запроса в любой момент времени становится содержанием представления. У пользователя создается впечатление, что он работает с настоящей, реально существующей таблицей.
Хранимые процедуры представляют собой группы связанных между собой операторов SQL, предусмотренных для облегчения работы программиста. Хранимые процедуры — это набор команд, состоящий из одного или нескольких операторов SQL или функций и сохраняемый в БД в откомпилированном виде.
Функции пользователя. Функции пользователя представляют собой самостоятельные объекты БД, такие, например, как хранимые процедуры. Функция пользователя располагается в определенной БД и доступна только в ее контексте.
Индексы представляют собой структуру, позволяющую выполнять ускоренный доступ к строкам таблицы на основе значений одного или более ее столбцов. Наличие индекса существенно повышает скорость выполнения некоторых запросов и сокращает время поиска необходимых данных за счет физического или логического их упорядочивания. Индекс — это набор ссылок, упорядоченных по определенному столбцу таблицы, который в данном случае называется индексированным столбцом. Хотя индекс и связан с конкретным столбцом (или столбцами) таблицы, все же он является самостоятельным объектом БД.
Ограничения целостности — механизм обеспечения автоматического контроля соответствия данных установленным условиям (или ограничениям). Ограничения целостности имеют приоритет над триггерами, правилами и значениями по умолчанию. К ограничениям целостности относятся: ограничение на значение NULL, проверочные ограничения, ограничение уникальности (уникальный ключ), ограничение первичного ключа и ограничение внешнего ключа. Последние три ограничения тесно связаны с понятием ключей.
Умолчание — самостоятельный объект БД, представляющий значение, которое будет присвоено элементу таблицы при вставке строки, если в команде вставки явно не указано значение для этого столбца.
Умолчание может быть связано с определенным столбцом таблицы, с несколькими столбцами или со всеми столбцами таблиц БД, имеющими заданный пользователем тип данных.
№8. Доступ к БД. Стандартные системы доступа к базам данных
Существует несколько способов доступа к данным из средств разработки и клиентских приложений. Подавляющее большинство систем управления БД содержит в своем составе библиотеки, предоставляющие специальный прикладной программный интерфейс (Application Programming Interface — API) для доступа к данным этой СУБД. Обычно такой интерфейс представляет собой набор функций, вызываемых из клиентского приложения. В случае настольных СУБД эти функции обеспечивают чтение/запись файлов БД, а в случае серверных СУБД инициируют передачу запросов серверу БД и получение от сервера результатов выполнения запросов или кодов ошибок, интерпретируемых клиентским приложением. Библиотеки, содержащие API для доступа к данным серверной СУБД, обычно входят в состав ее клиентского программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах, где функционируют клиентские приложения.
Использование клиентского API является наиболее очевидным (и нередко самым эффективным с точки зрения производительности) способом манипуляции данными в приложении. Однако в этом случае созданное приложение сможет использовать данные только СУБД этого производителя, и замена ее на другую (например, с целью расширения хранилища данных или перехода в архитектуру «клиент — сервер») повлечет за собой переписывание значительной части кода клиентского приложения — клиентские API и объектные модели не подчиняются никаким стандартам и различны для разных СУБД.
Другой способ манипуляции данными в приложении базируется на применении универсальных механизмов доступа к данным. Указанный механизм обычно реализован в виде библиотек и дополнительных модулей, называемых драйверами или провайдерами. Библиотеки содержат некий стандартный набор функций или классов, укомплектованный согласно той или иной спецификации. Дополнительные модули, специфичные для различных СУБД, реализуют непосредственное обращение к функциям клиентского API конкретных СУБД.
Ниже приведены наиболее популярные среди универсальных механизмов доступа к данным:
· Borland Database Engine (BDE);
· Open Database Connectivity (ODBC);
·
ActiveX Data Objects
(
Универсальные механизмы ODBC, OLE DB и ADO фирмы Microsoft представляют собой по существу промышленные стандарты. BDE фирмы Borland так и не стал промышленным стандартом, однако до недавнего времени применялся довольно широко, так как до выхода Delphi 5 был практически единственным универсальным механизмом доступа к данным, поддерживаемым средствами разработки Borland на уровне компонентов и классов.
Технология BDE
Borland Database Engine (BDE) —
универсальный механизм доступа к данным, применяемый в средствах
разработки фирмы Borland (а именно —
BDE создан на основе библиотеки Paradox Engine, предназначенной для Borland Pascal и Borland C++. Приложения, разработанные с помощью последних, обеспечивали доступ к таблицам СУБД Paradox. После создания Paradox Engine компания Borland разработала несколько библиотек-драйверов под общим названием SQL Links. Эти библиотеки расширили функциональность BDE, позволив применять имевшийся в Paradox Engine набор функций для доступа к данным dBase, ODBC-источников, а также наиболее популярных серверных СУБД. Позже к этому набору были добавлены библиотеки для доступа к Access и FoxPro.
Механизм ODBC
Open Database Connectivity (ODBC) — широко распространенный программный интерфейс фирмы Microsoft, удовлетворяющий стандартам ANSI и ISO для интерфейсов обращений к БД (Call Level Interface — CLI). Для доступа к данным конкретной СУБД с помощью ODBC, кроме собственно клиентской части этой СУБД, нужен ODBC Administrator (приложение, позволяющее определить, какие источники данных доступны для данного компьютера с помощью ODBC, и описать новые источники данных) и ODBC-драйвер для доступа к этой СУБД. ODBC-драйвер представляет собой динамически загружаемую библиотеку (DLL), которую клиентское приложение может загрузить в свое адресное пространство и использовать для доступа к источнику данных. Для каждой используемой СУБД нужен собственный ODBC-драйвер, так как ODBC-драйверы используют разные функции клиентских API для различных СУБД.
ODBC позволяет манипулировать данными любой СУБД (и даже данными, не имеющими прямого отношения к БД, например данными в файлах электронных таблиц или в текстовых файлах), если для них имеется ODBC-драйвер. Для манипуляции данными используют как непосредственные вызовы ODBC API, так и другие универсальные механизмы доступа к данным, например OLE DB, ADO, BDE, реализующие стандартные функции или классы на основе вызовов ODBC API в драйверах или провайдерах, специально предназначенных для работы с любыми ODBC-источниками.
Технология Microsoft ActiveX Data Objects (ADO)
Объект ADO Connection применяется для установки связи с источником данных и представляет единственную сессию. Он предусматривает изменение параметров соединения с БД, а также начало или завершение транзакции.
Объект Error используется для получения сведений об ошибках, возникающих в процессе выполнения.
Объект Command представляет собой команду, которую выполняем в источнике данных. Команда может содержать SQL-предложение или вызов хранимой процедуры.
Объект Recordset — это набор записей, полученных из источника данных; может использоваться для добавления, удаления, изменения, просмотра записей.
Объект Field — это колонка в наборе данных, представленных объектом Recordset. Используется для получения значений конкретного поля, его модификации, извлечения метаданных, таких как имя колонки и тип данных.
Объект Record представляет одну запись внутри объекта Recordset и может быть использован для работы с гетерогенными и иерархическими данными.
Объект Stream представляет двоичные данные, связанные с объектом Record.
9 Клиенты удаленного доступа и построение запросов к СУБД
Те программы, которые раньше назывались локальными, сейчас входят в число одноуровневых приложений, так как обработка данных в них ведется в единственном месте. Клиент-серверные приложения стали делится на двухуровневые.
Технология клиент—сервер. Клиент—сервер — это модель взаимодействия компьютеров в сети, так как они, в общем, равноправны. Часть компьютеров в сети владеет и распоряжается информационно-вычислительными ресурсами (такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных); другая часть имеет возможность обращаться к этим службам, пользуясь услугами первых. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им воспользоваться — клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются БД, то речь идет о сервере баз данных, назначение которого — обслуживать запросы клиентов, связанные с обработкой данных; если ресурс — это файловая система, то говорят о файловом сервере, или файл-сервере, и т. д.
В сети один и тот же компьютер может выполнять и роль клиента, и роль сервера. Например, в АИС, включающей персональные компьютеры, большую ЭВМ и мини-компьютер под управлением UNIX, последний может выступать как в качестве сервера БД, обслуживая запросы от клиентов — персональных компьютеров, так и в качестве клиента, направляя запросы большой ЭВМ.
В информационной сети клиент—сервер, клиенту предоставлен широкий спектр приложений и инструментов разработки, которые ориентированы на максимальное использование вычислительных возможностей клиентских рабочих мест, используя ресурсы сервера в основном для хранения и обмена документами, а также для выхода во внешнюю среду. Для программных систем с разделением на клиентскую и серверную части, применение данной архитектуры позволяет надежнее защитить серверную часть приложений, при этом предоставляя возможность приложениям либо непосредственно адресоваться к другим серверным приложениям, либо маршрутизировать запросы к ним. Средством (инструментарием) для реализации клиентских модулей для ОС Windows в данном случае является, как правило, Delphi.
При частом обращении клиента к серверу снижают производительность работы сети, кроме того, приходится решать вопросы информационной безопасности, так как приложения и данные распределены между различными клиентами. Распределенный характер построения системы обусловливает сложность ее настройки и сопровождения.
Модели клиент—сервер. Первоначально СУБД имели централизованную архитектуру. Это значит, что СУБД и прикладные программы для работы с БД функционировали на центральном компьютере (большая ЭВМ или мини-компьютер).
Там же располагались БД. К центральному компьютеру подключались терминалы, выступавшие в качестве рабочих мест пользователей. Все процессы, связанные с обработкой данных (ввод, формирование, оптимизация и выполнение запросов, обмен с устройствами внешней памяти и т. д.), выполнялись на центральном компьютере, что обусловливало жесткие требования к его производительности.
Особенности СУБД первого поколения напрямую связаны с архитектурой систем больших ЭВМ и мини-компьютеров и адекватно отражают все их преимущества и недостатки. Рассмотрим теперь современное состояние многопользовательских СУБД, для которых архитектура клиент—сервер является фактическим стандартом.
Основной принцип технологии клиент—сервер заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы различной природы. Первая группа — это функции ввода и отображения данных. Вторая группа объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (например, для банковской системы — открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т. д.). К третьей группе относятся фундаментальные функции хранения и управления информационными ресурсами (БД, файловыми системами и т. д.). Наконец, функции четвертой группы — это служебные функции (играют роль связок между функциями первых трех групп).
В соответствии с вышесказанным в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:
• компонент представления, реализующий функции первой группы;
• прикладной компонент, поддерживающий функции второй группы;
• компонент доступа к информационным ресурсам, поддер живающий функции третьей группы, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).
Различия в реализациях технологии клиент—сервер определяются четырьмя факторами. Во-первых, тем, в какие виды программного обеспечения интегрированы каждый из этих компонентов. Во-вторых, тем, какие механизмы программного обеспечения используются для реализации функций всех трех групп. В-третьих, как логические компоненты распределяются между компьютерами в сети. В-четвертых, какие механизмы используются для связи компонентов между собой.
Выделяются четыре подхода, реализованные в моделях:
• модель файлового сервера (File Server — FS);
• модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access — RDA);
• модель севера базы данных (DataBase Server — DBS);
• модель сервера приложений (Application Server — AS).
FS-модель является базовой для локальных сетей персональных компьютеров. Не так давно она была очень популярна среди отечественных разработчиков в средах FoxPRO, Clipper, Clarion, Paradox и т. д. Суть модели невероятно проста: один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет услуги по обработке файлов другим компьютерам. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы (например, Novell NetWare) и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (т. е. к файлам). На других компьютерах сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент (рис. 4.11). Протокол обмена представляет собой набор низкоуровневых вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.
|
Клиент |
Запрос |
Сервер |
||||
|
Компонент представления |
Прикладной компонент |
Компонент доступа к ресурсам |
||||
|
Файл |
||||||
Рис. 4.11. Модель файлового сервера
RDA-модель (более технологичная) существенно отличается от FS-модели характером компонента доступа к информационным ресурсам. Это, как правило, SQL-сервер. В RDA-модели, коды компонента представления и прикладного компонента cof вмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Он поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (языка SQL, если речь идет о БД), либо вызовами функций специальной библиотеки (если имеется соответствующий интерфейс прикладного программирования — API).
Клиент направляет запросы к информационным ресурсам (например, к БД) по сети удаленному компьютеру. На нем функционирует ядро СУБД, которое обрабатывает запросы и возвращает клиенту результат, оформленный как блок данных (рис. 4.12).
|
Клиент |
SQL запрос |
Сервер баз данных |
|||
|
Компонент представления |
Прикладной компонент |
Компонент доступа к ресурсам |
|||
|
Данные |
|||||
Рис. 4.12. Модель доступа к удаленным данным
При этом инициатором манипуляций с данными выступают программы, выполняющиеся на компьютерах-клиентах, в то время как ядру СУБД отводится пассивная роль — обслуживание запросов и обработка данных.
Основное достоинство RDA-модели — унификация интерфейса клиент—сервер в виде языка SQL. Действительно, взаимодействие прикладного компонента с ядром СУБД невозможно без стандартизованного средства общения, таким средством и является язык SQL
Тем не менее, необходимо отметить недостатки RDA-модели. Во-первых, взаимодействие клиента и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDA-модели практически невозможно из-за совмещения в одной программе различных по своей природе функций (функции представления и прикладные).
DBS-модель реализована в некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase, Oracle); в настоящее время приобретает все большую популярность. Ее основу составляет механизм хранимых процедур — средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре БД, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. Язык, на котором разрабатываются хранимые процедуры, представляет собой процедурное расширение языка запросов SQL и уникален для каждой конкретной СУБД.
В DBS-модели (рис. 4.13) компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД.
|
Клиент |
Вызов |
Сервер |
|||||
|
Компонент представления |
Прикладной компонент SQL -*- |
Компонент доступа _^_ к ресурсам |
|||||
|
Ответ |
|||||||
Рис. 4.13. Модель сервера базы данных
Там же выполняется компонент доступа к данным, т. е. ядро СУБД. Среди достоинств DBS-модели следует отметить: возможность централизованного администрирования прикладных функций и снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур); возможность разделения процедуры между несколькими приложениями; экономию ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры. К недостаткам модели относят ограниченность средств написания хранимых процедур, которые представляют собой разнообразные процедурные расши,-рения SQL, не выдерживающие сравнения по изобразительным средствам и функциональным возможностям с языками третьего поколения, такими как С или Pascal. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД, в большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования разработанных хранимых процедур.
10. Разработка клиентского программного обеспечения
Классификация средств разработки приложений
Любое средство разработки, претендующее на универсальность, может работать с любой БД — достаточно поддержки применения в нем сторонних библиотек и наличия у этой БД набора клиентских интерфейсов (API) для платформы, на которой должны функционировать созданные приложения.
Раньше во многих приложениях, использующих БД, функции клиентского API вызывались с помощью кода, написанного на одном из языков программирования, чаще всего на С. А сейчас стало ясно, что трудозатраты по написанию подобного кода существенно сократятся, если собрать в библиотеки наиболее типичные фрагменты кода и наиболее часто встречающиеся элементы пользовательского интерфейса. Далее, надо оформить эти библиотеки в виде отдельного продукта и добавить к нему среду разработки и утилиты проектирования пользовательских форм для просмотра и редактирования данных, а также отчетов. Именно так и появились первые средства разработки, ориентированнаные на конкретные СУБД, такие, например, как Oracle*Forms(предшественник нынешнего Oracle Forms Developer).Современный рынок широко представляет продукты этого класса и сегодня: почти все производители серверных СУБД » производят и средства разработки приложений. Причем современные версии этих средств разработки поддерживают доступ к СУБД других производителей как минимум с помощью одного из универсальных механизмов доступа к данным (ODBC, OLE DB, BDE). Однако доступ к «своей» СУБД обычно осуществляется максимально эффективным способом, т. е. с помощью клиентских API, объектов, содержащихся в библиотеках клиентской части серверных СУБД, специальных классов для доступа к данным этой СУБД либо за счет реализации драйверов для универсальных механизмов доступа к данным, способной учитывать специфические особенности данной СУБД.
Большинство настольных СУБД, поддерживают доступ к серверным СУБД с помощью универсальных механизмов доступа к данным, что позволяет условно отнести их и к категории средств разработки.
Появились универсальные средства разработки приложений, не имеющих прямого отношения к БД. К ним относятся Borland Pascal, Borland C++, Microsoft QuickC. При использовании библиотеки сторонних производителей эти средства позволяют обращаться к функциям клиентских API, а с развитием универсальных механизмов доступа к данным (например, ODBC) — и к функциям API библиотек. С помощью этих средств разработки создавались также среды настольных СУБД dBase, FoxBase или псевдокомпиляторы для языков семейства xBase (Clipper).
Borland Delphi. Автоматизация самых разнообразных сфер человеческой деятельности накладывает определенные требования к создаваемым АИС. У разработчиков была цель, чтобы интерфейс приложений для пользователя был максимально простым, интуитивно понятным, и в то же время соответствующим определенным стандартам, так, чтобы пользователь легко мог освоить очередное приложение. Созданное приложение в среде Delphi должно иметь в своем составе:
«меню», «Файл»,«Редактирование», «Сервис», «Справка» и «горячие» клавиши быстрого доступа; инструментальную панель, содержащую кнопки, дублирующие наиболее часто используемые пункты меню; полосы прокрутки, группы радиокнопок, списки, выключатели, строки редактирования и другие интерфейсные элементы.
11. Основные элементы клиентских программ доступа к базам данных
К основным элементам клиентских программ доступа к БД относится интерфейс пользователя (с элементами управления), справочная система, инсталляционный пакет, действия и связанные с ними компоненты, файлы и устройства ввода-вывода и т. д. Рассмотрим некоторые из них на примере MS Windows.
Элементы управления. Суть пользовательского интерфейса составляют элементы управления. Всеми программами нужно управлять более или менее единообразно, поэтому в составе ОС имеется набор типовых кнопок, редактирующих элементов, списков выбора и т. п., перечень этот постоянно пополняется; содержатся они в библиотеке ComCtl32.dll..
В Палитре компонентов имеется два элемента (компонента) управления, обеспечивающих создание многостраничных блокнотов — TTabControl и TPageControl. Переключение между страницами осуществляется с помощью закладок. Закладки могут выглядеть как «настоящие» в бумажном блокноте, а могут быть похожи на стандартные кнопки Windows. Кстати, сама Палитра компонентов Delphi является примером использования такого элемента управления. Механизмы работы отдельных страниц у каждого компонента свои.
Панель состояния предназначена для отображения справочной информации различного рода. Панель состояния инкапсулирована в компоненте TStatusBar. Обычно панель состояния размещается в нижней части окна. Поэтому при переносе на форму свойство Align всегда имеет значение alBottom. Панель состояния можно разделить на произвольное число самостоятельных частей. Каждая часть описывается объектом TStatusPanel.
Выпадающий список (расширенный комбинированный список TComboBoxEx) знаком пользователям со времен Windows 95 (например, список всех элементов оболочки Shell: папки My Computer, My Documents и т. п.). Соответствующий элемент управления появился в библиотеке ComCtl32 несколько позже, а в компонент он превратился только в Delphi 7.
Визуальные стили, интегрированные в Windows XP, управляют внешним видом и поведением элементов управления. При этом визуальный стиль использует настройки параметров пользовательского интерфейса, заданные текущей темой. Для управления темами визуального стиля операционная система использует менеджер тем.
Визуальный стиль позволяет настраивать внешний вид элементов управления в целом и его составных частей. Правила и методы рисования сохраняются в файле с расширением mst, который входит в состав визуального стиля.
Совместно с Windows XP поставляется только один визуальный стиль.
Визуальные стили в Delphi. По умолчанию среда разработки Delphi предлагает к использованию два стиля:
• Standard — приложение использует системную библиотеку ComCtl32.dll версии 5;
Windows XP — приложение использует системную библио теку ComCtl32.dll версии 6 и единственный стандартный визуальный стиль Windows XP
Эти стили применимы только к элементам управления, размещенным на панелях инструментов (TActionToolBar), созданных в компоненте TActionManager. Также есть возможность создания собственного стиля, но для этого на основе базовых классов элементов управления требуется создать собственные классы с нужным разработчику поведением и внешним видом.
Компоненты настройки цветовой палитры. Вид пользовательского интерфейса приложения можно изменить более простым способом: в составе Палитры компонентов Delphi 7 есть специализированные компоненты (на странице Additional), позволяющие настраивать цветовую палитру всех возможных деталей пользовательского интерфейса одновременно.
Все они представляют собой контейнер, содержащий цвета для раскраски различных деталей элементов управления. Разработчику необходимо лишь настроить эту цветовую палитру и по мере необходимости подключать к пользовательскому интерфейсу приложения. Для этого снова используется компонент TActionManager.
Списки и коллекции. Практически любое приложение должно выполнять ряд стандартных операций по обработке данных, в частности: загрузку данных при открытии приложения, представление данных в удобном виде для использования внутри приложения, сохранение данных при завершении работы. Перечисленные действия необходимы и приложениям баз данных, и играм, и научным программам.
В принципе хранение и использование наборов значений можно обеспечить с помощью хорошо всем известных массивов. Однако их прямое использование требует от разработчика дополнительных усилий. Ведь при реализации программной логики необходимо добавлять в массив новые элементы, изменять существующие и удалять ненужные. Кроме этого, часто бывает необходимо найти элемент массива по значению. Все эти операции стандартны и повторяются для наборов любых типов данных.
Для решения перечисленных задач в Delphi доступны для использования специальные классы. Помимо хранения наборов значений в них реализованы свойства, позволяющие контролировать состояние списка и методы, обеспечивающие редактирование списка и поиск в нем отдельных элементов.
Список строк. Строковый тип данных широко используется программистами. Во-первых, многие данные действительно необходимо представлять с помощью этого типа. Во-вторых, множество функций преобразования типов позволяет представлять числовые типы в виде строк, избегая тем самым проблем с несовместимостью типов. Класс TStrings является базовым классом, который обеспечивает потомков основными свойствами и методами, позволяющими создавать работоспособные списки строк. Его прямым предком является класс TPersistent.
Класс TStrings реализует все вспомогательные свойства и методы, которые обеспечивают управление списком. При этом методы, непосредственно добавляющие и удаляющие элементы списка, не реализованы и объявлены как абстрактные.
12 Эксплуатация АИС
Ввод в действие
- Подготовка объекта автоматизации к вводу ИС в действие (организационная подготовка, Подготовка персонала;
- Комплектация ИС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
- Строительно-монтажные работы
- Пуско-наладочные работы
- Проведение предварительных испытаний оформление акта о приемке ИС в опытную эксплуатацию);
- Проведение опытной эксплуатации (проведение и анализ результатов опытной эксплуатации ИС; доработка (при необходимости) программного обеспечения ИС; оформление акта о завершении опытной эксплуатации);
- Проведение приемочных испытаний (; оформление акта о приемке ИС в постоянную эксплуатацию).
Сопровождение ИС
- Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами (устранение недостатков, выявленных при эксплуатации ИС в течение установленных гарантийных сроков, внесение необходимых изменений в документацию на ИС); Послегарантийное обслуживание
№13 Этапы и виды технологических процессов обработки информации
Технологический процесс преобразования информации
Технологический процесс (ТП) обработки информации представляет собой комплекс взаимосвязанных операций по преобразованию информации в соответствии с поставленной целью с момента ее возникновения (входа в систему) до момента потребления пользователями. Сложность и многообразие вариантов ТП обусловливают необходимость их деления на этапы и операции.
Этапы ТП — это его укрупненные части: относительно самостоятельные, характеризующиеся логической законченностью, пространственной или временной обособленностью. Этапы делятся на технологические операции, различаются их составом и последовательностью выполнения. ТП принято делить на первичный, подготовительный и основной этапы. На первичном этапе обеспечиваются сбор первичной информации, ее регистрация и передача на обработку. На подготовительном этапе осуществляется перенос первичной информации на машинные носители для автоматизации ее последующего ввода в технические средства. Реализация основного этапа позволяет выполнять обработку информации и получать необходимые результаты.
На всех этапах выполняется максимум операций для достижения достоверности и полноты преобразования информации. Технологическая операция — это взаимосвязанная совокупность действий, выполняемых над информацией на одном рабочем месте в процессе ее преобразования для достижения общей цели ТП. При этом объектами особого внимания являются время преобразования и качество результатной информации. По содержанию и последовательности преобразования информации различают следующие технологические операции: сбор и регистрация информации, ее передача, прием, запись на машинные носители, арифметическая и логическая обработка, получение результатной информации, выпуск выходных документов, передача их пользователям.
По степени механизации и автоматизации операции бывают ручные (выписка первичного документа), механизированные — с использованием технических средств, но преимущественно выполняемые человеком (регистрация на пишущей машинке), автоматизированные — в большей степени выполняются техническими средствами, но предполагается и участие человека (запись данных на магнитные носители с помощью средств, в которых автоматизирован контроль), автоматические — без участия человека (передача информации по линиям связи).
По роли в ТП различают рабочие и контрольные операции. Рабочие обеспечивают получение конечного результата, а контрольные — надежность рабочих.
Технологический процесс преобразования информации в общем случае включает в себя такие процедуры (стадии), как получение, сбор и регистрация информации, передача, хранение, обработка, выдача обработанной (результатной) информации, принятие решения для выработки управляющих воздействий.
Информация, полученная после анализа состояния объекта управления и внешней (по отношению к системе управления) среды и зафиксированная на носителе для дальнейшего преобразования, превращается в данные, а результирующие данные в момент их использования (при выработке решения) снова становятся информацией. Поэтому ТП преобразования информации без первой и последней стадий, названных выше, обычно называют технологическим процессом обработки данных, а систему, реализующую указанный процесс, — системой обработки данных.
Обработка информации представляет собой переработку информации определенного типа (текстовой, звуковой, графической и др.) и преобразование ее в информацию другого определенного типа. Так, принято различать обработку текстовой информации, изображений (графики, фото, видео и мультипликация), звуковой информации (речь, музыка, другие звуковые сигналы). Однако, использование современных информационных технологий обеспечивает комплексное представление и одновременную обработку информации любого вида (текст, графика, аудио-, видео-, мультипликация), ее преобразование и вывод в текстовом, видео-, аудио- и мультипликационном формате.
Информационная технология обработки данных
Информационная технология обработки данных предназначена для решения хорошо структурированных задач, для которых имеются необходимые входные данные и известны алгоритмы и другие стандартные процедуры их обработки. Эта технология применяется на уровне операционной (исполнительской) деятельности персонала невысокой квалификации, где решаются следующие задачи:
• обработка данных об операциях, производимых фирмой;
• создание периодических контрольных отчетов о состоянии дел в фирме;
• получение ответов на всевозможные текущие запросы и оформление их в виде бумажных документов или отчетов.
Основные компоненты информационной технологии обработки данных:
Сбор данных. По мере того как фирма производит продукцию или услуги, каждое ее действие сопровождается соответствующими записями данных. Обычно действия фирмы, затрагивающие внешнее окружение, выделяются особо как операции, производимые фирмой.
Обработка данных. Для создания из поступающих данных информации, отражающей деятельность фирмы, используются следующие типовые операции:
• классификация или группировка
• сортировка, с помощью которой упорядочивается последовательность записей;
• вычисления, включающие арифметические и логические операции.
• укрупнение или агрегирование, служащее для уменьшения количества данных и реализуемое в форме расчетов итоговых или средних значений.
Хранение данных. Многие данные на уровне операционной деятельности необходимо сохранять для последующего использования либо здесь же, либо на другом уровне. Для их хранения создаются базы данных.
Создание отчетов (документов). В информационной технологии обработки данных необходимо создавать документы для руководства и работников фирмы, а также для внешних партнеров. При этом документы создаются как в связи с проведенной фирмой операцией, так и периодически в конце каждого месяца, квартала или года.
14. Организация сбора, размещения, хранения, накопления, преобразования и передачи данных в АИС
Процессы в АИС, компоненты и структуры
Для того чтобы получить представление об организации сбора, размещения, хранения, накопления, преобразования и передачи данных в АИС, рассмотрим графическое представление ТП, протекающего в автоматизированной системе (рис. 5.6).
На каждом экономическом объекте сбор и регистрация информации происходят по-разному. Наиболее сложна эта процедура в автоматизированных управленческих процессах промышленных предприятий, где производятся сбор и регистрация первичной учетной информации. Не менее сложна эта процедура и в финансовых органах, где происходит оформление движения денежных ресурсов.
При сборе и регистрации особое значение придается достоверности первичной информации, её полноте и своевременности. На предприятиях это происходит при приеме готовой продукции, получении и отпуска материалов, в банках — при выполнении финансово-кредитных операций. В процессе сбора фактической информации производятся измерение, подсчет, взвешивание материальных объектов, подсчет денежных купюр, получение временных и количественных характеристик работы отдельных исполнителей.
Передача информации осуществляется: с помощью курьера; пересылки по почте; доставки транспортными средствами; дистанционной передачи по каналам связи и с помощью других средств коммуникаций.
Сейчас в основном вся информация передается дистанционно, что ускоряет процесс получения информации. Дистанционно может передаваться как первичная информация с мест ее возникновения, так и результатная в обратном направлении. В этом случае результатная информация фиксируется различными устройствами: дисплеями, табло, печатающими устройствами. Поступление информации по каналам связи в центр обработки в основном осуществляется двумя способами: на машинном носителе или непосредственно вводом в ЭВМ с помощью специальных программных и аппаратных средств.
Дистанционная передача информации с помощью современных коммуникационных средств постоянно развивается и совершенствуется. Особое значение этот способ передачи информации имеет в многоуровневых межотраслевых системах, где применение дистанционной передачи значительно ускоряет прохождение информации с одного уровня управления на другой и сокращает общее время обработки данных.
Машинное кодирование — процедура машинного представления (записи) информации на машинных носителях в кодах, принятых в ПЭВМ. Такое кодирование информации производится путем переноса данных первичных документов на магнитные диски, информация с которых затем вводится в ПЭВМ для обработки.
Запись информации на машинные носители осуществляется на ПЭВМ как самостоятельная процедура или как результат обработки.
Хранение и накопление информации вызвано многократным ее использованием, применением условно-постоянной, справочной и других видов информации, необходимостью комплектации первичных данных до их обработки. Хранение и накопление информации осуществляется в информационных базах, на машинных носителях в виде информационных массивов, где данные располагаются по установленному в процессе проектирования порядку.
Кроме того, существуют так называемые очень большие базы данных. В то время как в 1980-е гг. к этой категории относили базы данных объема, измеряемого в лучшем случае сотнями гигабайтов, в 1990-е гг. речь шла уже о десятках и сотнях терабайтов.
Информационные ресурсы такого объема уже накоплены в хранилищах данных ряда крупных корпораций. Данными терабайтового объема оперируют системы хранения и обработки результатов спутниковой цифровой фотосъемки поверхности Земли. Вскоре к категории систем очень больших баз данных можно будет отнести ряд электронных библиотек, поддерживающих крупные коллекции цифровых аудио- и видеоданных, изображений, полнотекстовых информационных ресурсов, детализированные цифровые модели Земли и др.
С хранением и накоплением непосредственно связан поиск данных, т. е. выборка нужных данных из хранимой информации, включая поиск информации, подлежащей корректировке или замене. Процедура поиска информации выполняется автоматически на основе составленного пользователем или ПЭВМ запроса на нужную информацию.
Обработка информации производится на ПЭВМ, как правило, децентрализованно, в местах возникновения первичной информации, где организуются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной управленческой службы (отдела матермально-технического снабжения и сбыта, отдела главного технолога, конструкторского отдела, бухгалтерии, планового отдела и т. п.). Обработка, однако, может производиться не только автономно, но и в вычислительных сетях с использованием набора ПЭВМ программных средств и информационных массивов для решения функциональных задач.
В ходе решения задач на ЭВМ в соответствии с машинной программой формируются результатные сводки, которые печатаются машиной на бумаге или отображаются на экране.
Печать сводок может сопровождаться процедурой тиражирования, если документ с результатной информацией необходимо предоставить нескольким пользователям.
15. Методы и средства сбора и передачи данных
Операции сбора и регистрации данных осуществляются с помощью различных методов и средств, таких как: механизированный; автоматизированный; автоматический.
Механизированный — сбор и регистрация информации осуществляются непосредственно человеком с использованием простейших приборов (весы, счетчики, мерная тара, приборы учета времени и т. д.).
Автоматизированный предполагает использование машиночитаемых документов, регистрирующих автоматов, универсальных систем сбора и регистрации, обеспечивающих совмещение операций формирования первичных документов и получения машинных носителей.
Автоматический используется в основном при обработке данных в режиме реального времени. Информация с датчиков, учитывающих ход производства — выпуск продукции, затраты сырья, простои оборудования и т. д. — поступает непосредственно в ЭВМ.
Технические средства передачи данных включают:
• аппаратуру передачи данных (АПД), которая соединяет средства обработки и подготовки данных с телеграфными, телефонными и широкополосными каналами связи;
• устройства сопряжения ЭВМ с АПД, которые управляют обменом информации — мультиплексоры передачи данных.
Запись и передача информации по каналам связи в ЭВМ имеют следующие преимущества:
• упрощается процесс формирования и контроля инфор мации;
• соблюдается принцип однократной регистрации информа ции в первичном документе и машинном носителе;
• обеспечивается высокая достоверность информации, по ступающей в ЭВМ.
Дистанционная передача данных, основанная на использовании каналов связи, представляет собой передачу данных в виде электрических сигналов, которые могут быть непрерывными во времени и дискретными, т. е. носить прерывный во времени характер. Наиболее широко используются телеграфные и телефонные каналы связи. Электрические сигналы, передаваемые по телеграфному каналу связи являются дискретными, а по телефонному — непрерывными.
В зависимости от направлений, по которым пересылается информация, различают каналы связи'.
• симплексный (передача идет только в одном направлении);
• полудуплексный (в каждый момент времени производится либо передача, либо прием информации);
• дуплексный (передача и прием информации осуществля ются одновременно в двух встречных направлениях).
Каналы характеризуются скоростью передачи данных, достоверностью, надежностью передачи.
Скорость передачи определяется количеством информации, передаваемой в единицу времени, и измеряется в бодах (бод = = 1 бит/с). Различают:
• телеграфные каналы низкоскоростные — У= 50—200 бод;
• телефонные среднескоростные — V- 200—2400 бод;
• широкополосные высокоскоростные — V= 4800 бод и более.
При выборе наилучшего способа передачи информации учитываются объемные и временные параметры доставки, требования к качеству передаваемой информации, трудовые и стоимостные затраты на передачу информации.
Ввод информации, с помощью клавиатуры очень трудоемок. В последнее время наметились тенденции применения деловой графики — одного из основных видов информации, что требует оперативности ввода информации в ЭВМ и предоставления пользователям возможности формирования гибридных документов и БД, объединяющих графику с текстом. Все эти функции в ПЭВМ выполняют сканирующие устройства, которые реализуют оптический ввод информации и преобразование ее в цифровую форму с последующей обработкой.
Для ПЭВМ IBM PC разработана система PC Image/Graphix, предназначенная для сканирования различных документов и их передачи по коммуникациям. Сканирующие устройства на базе ПЭВМ применяются не только для ввода текстовой и графической информации, но и в системах контроля, обработки писем, выполнения различных учетных функций.
16. Обеспечение достоверности информации в процессе хранения и обработки
Резервное копирование — один из самых надежных способов сохранить данные от потери или порчи и обеспечить достоверность информации в процессе хранения. Процесс резервного копирования также делается в профилактических целях для увеличения производительности БД — это достигается за счет того, что в момент копирования происходит считывание последних версий всех записей, старые же версии в копию никогда не попадают. Отметим, что одного лишь резервного копирования недостаточно — надо иногда проверять восстанавливаемость БД из резервной копии.
Для минимизации потери данных и восстановления утерянных данных необходимо иметь стратегию резервного копирования. Потеря данных может быть связана с ошибками в аппаратном или программном обеспечении или:
• при случайном или злоумышленном использовании опера тора DELETE;
• при случайном или злоумышленном использовании опера тора UPDATE — например, без использования WHERE оператора вместе с оператором UPDATE (все записи будут обновлены вместо одной строки определенной таблицы);
• с деструктивными вирусами;
• при стихийном бедствии, таком как пожар, наводнение и т. д.;
• с воровством.
Частота резервирования данных зависит от количества данных, которые можно потерять, и величины активности базы данных. Когда резервируется пользовательская БД, рассматриваются следующие факты и рекомендации:
• резервировать БД чаще, если система работает в окруже нии OLTP;
• резервировать данные реже, если система имеет маленькую активность или используется для принятия решений;
• запланировать резервное копирование, когда SQL Server бездействует или сильно обновлен;
• автоматизировать процесс, используя Database Maintenance Plan Wizard.
Восстановление данных.
Изменить модель восстановления БД можно в любое время, но нужно планировать модель восстановления при создании БД.
Сервер SQL имеет три модели восстановления БД; каждая из них сохраняет данные в момент ошибки сервера, различие только в том, как SQL Server восстанавливает данные, как хранит и сколько требуется затрат производительности в момент ошибки диска.
Full Recovery Model — Модель полного восстановления. Её следует использовать, когда необходимо полное восстановление с поврежденного носителя. Эта модель использует копию БД и всей информации журнала для восстановления БД.
Bulk Logged-модель восстановления. Подобно полной модели восстановления, Bulk Logged-модель использует одновременно зарезервированную БД и журнал для воссоздания БД, при этом требуется гораздо меньшее пространство журнала для следующих операций: CREATE INDEX, операции массовой загрузки, SELECT INTO, WRITETEXT и UPDATETEXT. Журнал записывает только факт происшествия операции без записи детальной информации.
Для сохранения изменения целых массовых операций загрузки сохраняется только окончательный результат множественных операций.
Простая модель восстановления применяется для небольших БД и в тех базах, где изменения происходят редко. Эта модель использует полную или дифференцированную копию БД и восстановление ограничено только восстановлением БД на момент последнего резервного копирования. Все изменения, внесенные после резервного копирования, теряются и требуют повторного создания. Главное преимущество этой модели — меньший размер носителя и простота внедрения этой модели.
Резервирование
При выполнении резервирования сначала следует создать файлы для резервного копирования (постоянные или временные), для хранения резервных данных. Созданный заранее файл для резервирования данных и используемый для операций резервирования называется «устройством резервирования».
Для повторного использования файлов резервных копий, которые были созданы для автоматизации задач резервирования БД, необходимо создать постоянные устройства резервирования (например, с помощью SQL Server Enterprise Manager или с помощью выполнения встроенной системной процедуры).
Создание файлов резервирования на непостоянных устройствах. Создание постоянных устройств резервирования предпочтительнее, но с помощью оператора BACKUP DATABASE можно создать временные файлы резервирования без указания определенного устройства резервирования (если нет необходимости в регулярном использовании резервных файлов) Так, если выполняется только единственное резервирование БД, которое не повторится в будущем, или происходит тестирование операции резервирования с целью дальнейшей автоматизации, то целесообразно создавать временный файл резервирования.
При создании временного файла необходимо указать тип носителя (диск, ленточный носитель или именованный канал), полный путь и имя файла.
Использование нескольких файлов резервирования для хранения резервных копий. Сервер SQL может производить запись в несколько резервных файлов одновременно (параллельно). При этом данные распределяются между всеми файлами, которые используются при создании резервной копии. Эти файлы хранят набор разделенных данных.
Рекомендуется резервировать на несколько ленточных носителей или дисковых контроллеров, чтобы уменьшить общее время на резервирование БД (резервирование на один ленточный носитель занимает 4 часа, добавление второго носителя уменьшает время резервирования до 2 часов).
Резервирование на ленточное устройство. Ленточный носитель — это удобное средство для резервирования в силу своей дешевизны, большого объема памяти и наличия средств защиты данных. При резервировании на ленточный носитель SQL Server записывает информацию о резервировании на ленточную этикетку, которая включает имя БД, время, дату, тип резервирования.
Сервер SQL использует стандарт формата резервирования Microsoft Tape Format для записи резервирования на ленту. В результате данные SQL Server могут сосуществовать на одном носителе с другими наборами резервирования или наборами резервирования, созданными другими клиентами. Например, SQL Server и MS Windows 2000 могут хранить свои резервные копии на одном ленточном носителе.
17. Экспортирование структур баз данных
При работе с АИС часто возникают задачи, для решения которых необходимо производить перенос данных между БД. Существуют две формы переноса данных:
• экспортирование — процесс, при котором данные переда ются внешнему источнику;
импортирование — процесс, при котором данные извлека ются из внешнего источника.
В зависимости от поставленных целей процесс экспортирования данных может быть как по запросу, или по расписанию.
Экспортирование данных требуется в следующих случаях:
• перевод БД на другой физический носитель или сервер;
• создание копии БД;
• архивирование БД;
• перенос данных между разными информационными систе мами;
• перенос данных от унаследованных систем. Необходимость переноса БД на другой физический носитель
или сервер возникает, например, в случае модернизации аппаратного обеспечения АИС, перехода на другую версию программного обеспечения или переезда организации, работающей с АИС.
Создание копии БД (репликация) — один из способов разгрузки основного сервера АИС. В этом случае часть функций АИС, связанных с чтением данных, может выполняться на копии основной БД. Если в АИС большое число пользователей, то это позволяет ускорить работу с данными.
Архивирование БД — обязательная периодическая процедура, помогающая избежать или, по крайней мере, уменьшить ущерб от утраты данных в результате программных и аппаратных сбоев, ошибок или злого умысла пользователей.
Преобразование данных при экспортировании.
Экспорт данных зависит от характеристик источника и получателя данных, их соответствия друг другу, возникает потребность преобразования данных.
Существуют нижеследующие виды преобразований данных.
Переименование. Объекты данных (таблицы, поля и т. п.) источника получают имена в соответствии с организацией данных получателя.
Реструктуризация. Общая предметная область в БД-источнике и БД-получателе может быть разделена на таблицы и поля разными способами. В этом случае переносимые данные должны быть реструктуризированы. При этом одна таблица может состоять из нескольких таблиц или, наоборот, несколько таблиц объединяется в одну. То же самое касается и полей — в соответствии со структурой БД-получателя экспортируемые поля могут объединяться или разделяться.
Агрегирование. БД-получатель предусматривает не просто импорт данных, а получение некоторого сводного или итогового отчета. Для этого данные преобразуются агрегирующими запросами. Например, в офис фирмы передаются не таблицы с записями обо всех продажах, а итоговый отчет, агрегированный по датам и типам товаров.
Кодирование и декодирование Если БД-источник и БД-получатель используют разные системы кодирования атрибутов данных или в одной из них атрибут кодируется, а в другой — нет, то при экспортировании с помощью декодирования и кодирования данные изменяются так, чтобы они соответствовали системе кодирования атрибутов в БД-Получателе.
Конвертирование. В случае использования разных форматов для хранения соответствующих атрибутов (числовых, текстовых или логических) в процессе экспортирования данные необходимо конвертировать — привести к формату атрибута в БД-получателе.
Согласование. При экспортировании данных необходимо обеспечить их согласование с данными, хранимыми в БД-получателе. В разных БД могут использоваться разные способы отображения одной и той же информации. Например, какой-то параметр оценивается по пяти- или десятибалльной системе; расстояние измеряется в метрах, километрах и т. П
Проверка. В БД могут использоваться разные ограничения на допустимость значений полей, поэтому экспортируемые данные должны проверяться и соответственно преобразовываться. При этом записи, не прошедшие проверку, могут помечаться в служебных полях или сохраняться в специальных таблицах, что позволит в дальнейшем подвергнуть их анализу и корректировке.
Таким образом, преобразование данных при экспортировании может являться большой сложной задачей. Алгоритм выполнения экспорта с преобразованиями реализуется в виде последовательности запросов. Такая последовательность называется скриптом (сценарием).
18. Восстановление информации в базах данных
Постоянный рост объемов информации увеличивает риск потери данных. Это происходит из-за постоянно увеличивающейся плотности записи данных на цифровых носителях, некорректной работы пользователей и операционных систем, аппаратных сбоев оборудования, перебоев в питании, вирусных атак, случаев саботажа и обстоятельств непреодолимой силы, таких как пожары, наводнения и т. п.
Данные и информацию восстанавливают в случаях, когда происходят следующие сбои:
• логические ошибки (ошибки структуры файловой системы);
• ошибки чтения служебной информации (устройство рабо тает исправно, но не может корректно функционировать, так как не знает своих параметров);
• выход из строя платы электроники;
• выход из строя коммутатора или головок чтения/записи;
• неисправность или заклинивание электродвигателя;
• физическое разрушение магнитного слоя на поверхности магнитных пластин.
Восстанавливают данные как с простейших носителей информации (flash-диски и карты памяти, дискеты и т. п.), так и с серверов и RAID-массивов [14] любого уровня (RAID О, RAID 1, RAID 5) и любого объема (от нескольких гигабайт до десятков терабайт).
Восстановление RAID. RAID — Redundant Array of Inexpensive [or Independent] Disks — избыточный массив независимых (недорогих, дешевых) дисков.
По сути своей RAID — это система хранения данных, организованная с помощью нескольких одинаковых дисков, запись данных на которые производится определенными частями; т. е. данные разбиваются на части (блоки) и пишутся на параллельно соединенные диски (рис. 5.10) [14].
Количество и размер блоков, а также метод их записи зависит от способа организации RAID-массива (его уровня). Также RAID-массивы различаются по степени надежности.
Изначально RAID-массивы задумывались, как системы хранения данных с избыточным запасом надежности от потери данных. Однако и эти супернадежные системы не застрахованы от сбоев и ошибок. Наиболее распространенные сбои — это ошибки работы файловой системы, пользователей и системных адми нистраторов, аппаратные сбои контроллеров RAID-массивов и перебои в питании.
Восстановление RAID-массивов. Высокая степень подготовки и богатейший опыт позволяют восстанавливать RAID-массивы, организованные при использовании таких файловых систем, как Novell Netware, Unix, Linux, MacOs и др.
При восстановлении данных с RAID-массивов любого уровня и объема работают исключительно с копиями данных. Для этого производится посекторное копирование каждого из дисков массива.
|
Рис. 5.11. Блоки RAID-массива 0-го уровня |
Данные в RAID 0-массиве разбиваются на блоки, и каждый блок записывается на последующий диск, как показано на рис. 5.11.
В результате приобретаются заметные преимущества: скорость чтения/записи сильно увеличивается за счет того, что операции чтения/записи производятся посредством нескольких каналов/дисков. За счет передачи данных с помощью многоканальных контроллеров, где на каждый из каналов контроллера приходится отдельный диск, достигается максимальная производительность при передаче данных. Тем более, что вычисление контрольной суммы не используется.
Восстановление RAID 1-массивов. RAID-массив 1-го уровня требует параллельного соединения как минимум двух дисков. Данные в RAID 1 разбиваются на блоки, и каждый блок записывается на зеркально соединенные диски (рис. 5.12). На каждую пару зеркально соединенных дисков одновременно возможна одна операция записи или две операции чтения данных.
При этом используется 100%-ная избыточность данных, т. е. при отказе одного из дисков в зеркале нужно только заменить диск и скопировать данные с зеркала на него, операция rebuild не требуется. В ходе процесса восстановления вычисление контрольной суммы не производится.
Недостатком технологии является то, что типичные функции RAID выполняются программным путем, загружая при этом процессор и систему и снижая пропускную способность при высокой нагрузке. Поэтому рекомендуется использовать аппаратный RAID. Также при использовании программного RAID 1-го уровня может не поддерживаться функция горячей замены дисков (hot swap).
Восстановление с помощью резервной копии. Для полного восстановления БД необходимо выполнить следующую последовательность действий.
1. По возможности выполнить резервное копирование теку щего журнала транзакций; это позволит полностью восстановить базу данных на момент аварии.
2. Восстановить наиболее свежую полную резервную копию без полного восстановления БД.
3. Если есть дифференциальная резервная копия, следует восстановить наиболее свежую без полного восстановления БД.
4. Восстановить все резервные копии журналов транзакций по порядку, начиная с последней полной резервной копии (или дифференциальной копии, если таковые имеются) без восста новления БД.
5. Восстановить резервную копию файла журнала, которая создана в п. 1, и выполнить полное восстановление БД.
Если нельзя выполнить резервное копирование журнала, то нужно выполнить полное восстановление БД. При этом можно восстановить БД только на состояние, совпадающее с окончанием последней резервной копии журнала транзакций.