Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билет9
1ВОПРОС Принципы и характеристика объектно-ориент
2ВОПРОС Логическая организация баз данных, концептуальные модели баз данных. Основные функции и типовая организация СУБД
База данных (БД) представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области. Логическую структуру хранимых в базе данных называют моделью представления данных. К основным моделям представления данных (моделям данных) относятся следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная.
Система управления базами данных (СУБД) — это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели данных.
Логическая организация баз данных, концептуальные модели баз данных.
К числу классических относятся иерархическая, сетевая и реляционная модели данных. Кроме того, в последние годы появились и стали более активно внедряться на практике постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная модели данных.
Иерархическая модель.
В иерархической модели связи между данными можно описать с помощью упорядоченного графа (дерева). Упрощенное представление связей в модели показано на рисунке. Для описания структуры (схемы) иерархической БД на некотором языке программирования используется тип данных «дерево». Тип «дерево» схож с типами данных «структура» языков программирования ПЛ/1 и С и «запись» языка Паскаль. В них допускается вложенность типов, каждый из которых находится на некотором уровне. Тип «дерево» является составным. Он включает в себя подтипы («поддеревья»), каждый из которых, в свою очередь, является типом «дерево». Каждый из типов «дерево» состоит из одного «корневого» типа и упорядоченного набора (возможно, пустого) подчинённых типов. Каждый из элементарных типов, включенных в тип «дерево», является простым или составным типом «запись». Простая «запись» состоит из одного типа, например числового, а составная «запись» объединяет некоторую совокупность типов, например целое, строку символов и указатель (ссылку). Пример типа «дерево» как совокупности типов показан на рисунке.
Корневым называется тип, который имеет подчинённые типы и сам не является подтипом. Подчинённый тип (подтип) является потомком по отношению к типу, который выступает для него в роли предка (родителя). Потомки одного и того же типа являются близнецами по отношению друг к другу. В целом тип «дерево» представляет собой иерархически организованный набор типов «запись». Иерархическая БД представляет собой упорядоченную совокупность экземпляров данных типа «дерево» (деревьев), содержащих экземпляры типа «запись» (записи). Часто отношения родства между типами переносят на отношения между самими записями. Поля записей хранят собственно числовые или символьные значения, составляющие основное содержание БД. Обход всех элементов иерархической БД обычно производится сверху вниз и слева направо.
Сетевая модель.
Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа, обобщая тем самым иерархическую модель данных.
Для описания схемы сетевой БД используется две группы типов: «запись» и «связь». Тип «связь» определяется для двух типов «запись»: предка и потомка. Переменные типа «связь» являются экземплярами связей. Сетевая БД состоит из набора записей и набора соответствующих связей. На формирование связи особые ограничения не накладываются. Если в иерархических структурах запись-потомок могла иметь только одну запись-предка, то в сетевой модели данных запись-потомок может иметь произвольное число записей-предков.
Реляционная модель.
Отношение представляет собой множество элементов, называемых кортежами. Наглядной формой представления отношения является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица. Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая строка таблицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам таблицы соответствуют кортежи, а столбцам — атрибуты отношения. С помощью одной таблицы удобно описывать простейший вид связей между данными, а именно деление одного объекта (явления, сущности, системы и проч.), информация о котором хранится в таблице, на множество подобъектов, каждому из которых соответствует строка таблицы. При этом каждый из подобъектов имеет одинаковую структуру или свойства, описываемые соответствующими значениями полей записей. Например, таблица может содержать сведения о группе обучаемых, о каждом из которых известны следующие характеристики: фамилия, имя и отчество, пол, возраст и образование. Поскольку в рамках одной таблицы не удаётся описать более сложные логические структуры данных из предметной области, применяют связывание таблиц. Физическое размещение данных в реляционных базах на внешних носителях легко осуществляется с помощью обычных файлов.
Достоинство реляционной модели данных заключается в простоте, понятности и удобстве физической реализации на ЭВМ. Именно это для пользователя явилось основной причиной широкого использования модели. Проблемы эффективности обработки данных этого типа оказались технически вполне разрешимыми. Основными недостатками реляционной модели являются отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описания иерархических и сетевых связей.
Постреляционная модель.
Классическая реляционная модель предполагает неделимость данных, хранящихся в полях записей таблиц (это означает, что информация в таблице представляется в первой нормальной форме). Существует ряд случаев, когда это ограничение мешает эффективной реализации приложений.
Постреляционная модель данных представляет собой расширенную реляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных, хранящихся в записях таблиц. Постреляционная модель данных допускает многозначные поля – поля, значения которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается
Постреляционная модель поддерживает ассоциированные многозначные поля (множественные группы). Совокупность ассоциированных полей называется ассоциацией. При этом в строке первое значение одного столбца ассоциации соответствует первым значениям всех других столбцов ассоциации. Аналогичным образом связаны все вторые значения столбцов и т. д. На длину полей и количество полей в записях таблицы не накладывается требование постоянства. Это означает, что структура данных и таблиц имеют большую гибкость.
Поскольку постреляционная модель допускает хранение в таблицах ненормализованных данных, возникает проблема обеспечения целостности и непротиворечивости данных. Эта проблема решается включением в СУБД механизмов, подобных хранимым процедурам в клиент-серверных системах. Для описания функций контроля значений в полях имеется возможность создавать процедуры (коды конверсии и коды корреляции), автоматически вызываемые до или после обращения к данным. Коды корреляции выполняются сразу после чтения данных, перед их обработкой. Коды конверсии, наоборот, выполняются после обработки данных.
Достоинством постреляционной модели является возможность представления совокупности связанных реляционных таблиц одной постреляционной таблицей. Это обеспечивает высокую наглядность представления информации и повышение эффективности ее обработки. Недостатком постреляционной модели является сложность решения проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых данных.
Основные функции и типовая организация СУБД.
Организация типичной СУБД и состав её компонентов соответствует набору основных функций СУБД:
Логически в современной реляционной СУБД можно выделить наиболее 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, можно выделить 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 эти 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.
Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу. Основной проблемой реляционных СУБД является то, что языки этих систем (как правило, SQL) являются непроцедурными, т.е. в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурой, а лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия. Поэтому компилятор должен решить, каким образом выполнять оператор языка прежде, чем произвести программу. Применяются достаточно сложные методы оптимизации операторов. Результатом компиляции является выполняемая программа, представляемая в некоторых системах в машинных кодах, но чаще в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде. В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения, представляющей собой интерпретатор внутреннего языка.
3ВОПРОС Автоматическое и автоматизированное управление: основные понятия и определения. Классификация АСУ. Этапы построения автоматизированных систем.
Управление - целенаправленный перевод системы из одного состояния в другое желаемое.
Система управления – совокупность взаимодействующих компонентов: объекта управления и управляющих частей.
Структура – совокупность элементов и их связей. Простейшая структура приведена на рисунке. Структура системы управления может быть многоуровневой (структурой подчинения).
Объект управления (ОУ) – динамическая система любой природы, преобразующая ресурсы в продукты и находящаяся под действием управляющих и возмущающих воздействий.
Возмущающее воздействие – воздействие, выводящее систему в нежелательное состояние.
Решение (управляющее воздействие, управление) – воздействие, выбранное из множества возможных на основе поставленной цели и принятого критерия.
Критерий – оценка вариантов решений.
Цель – состояние, к которому стремится система.
Управляющая часть (УЧ) – часть системы, вырабатывающая решения и передающая их на объект управления.
Среда – метасистема, в которую рассматриваемая система управления входит составной частью.
Функционирование системы – работа системы в рамках заданной структуры.
Развитие системы – работа системы в условии острых противоречий, которые могут вызвать изменение структуры.
Рассмотрим подробнее объект управления (рис. 1.2) как систему преобразования ресурсов в продукты. Объект управления использует следующие виды общих ресурсов: материальные, трудовые, финансовые, оборудование.
При более подробном рассмотрении процессов в управляющей части возможно получить совокупность этапов (рис.1.3). Эта схема пригодна для ручного, автоматического и автоматизированного управления.
Хорошо известны системы автоматического управления, работающие без участия человека. В основе автоматического управления лежит управление отдельными объектами на базе заданных алгоритмов, реализуемое техническими средствами. Используется три принципа управления: разомкнутое, замкнутое (обратная связь), компенсация возмущений.
Автоматическая система управления - система управления, которая решает поставленные перед ней задачи полностью автономно, без участия человека в основном процессе управления. Функции человека сводятся к обеспечению работоспособности автоматической системы управления и различным видам контроля за ее функционированием.
По мере развития автоматического управления определились его основные направления: автоматическое регулирование (стабилизация), программное управление, следящие системы, экстремальное регулирование, поисковые системы, оптимальное управление, самонастраивающиеся системы.
Однако внедрение автоматических систем управления не позволило исключить человека из контура управления, а тенденции развития общественного производства, наоборот, усложнили функции, выполняемые им. Эти причины, а также появление ЭВМ способствовали бурному развитию автоматизированного управления, отличительными чертами которого являются автоматизация комплексов процессов или объектов, включение человека в контур управления, информационный и вероятностный подход к процессу управления, использование ЭВМ как основного технического средства, реализующего функции управления.
Схема, приведенная выше, позволяет точнее определить понятие «автоматизированная система» как систему, в которой хотя бы на одном этапе используются компьютеры и технические средства.
Автоматизированное управление базируется на теории информации, теории сложных систем, теории автоматического управления, теории принятия решений.
ГОСТ 34.003-90 дает такое понятие автоматизированной системы управления (АСУ): «АСУ – система «человек-машина», обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в которой сбор и обработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники».
Выделяют следующие виды автоматизированных систем: АСУТП – АСУ технологическими процессами; АСОУ – автоматизированные системы организационного управления; ИАСУ – интегрированные АСУ; ОАСУ - отраслевые АСУ; АСУП – АСУ предприятия; АСУО – АСУ объединения; ИПС - информационно-поисковые системы; ИСС – информационно-соответствующие системы; ИУС – информационно-управляющие системы.
В силу значительного разнообразия АСУ их целесообразно классифицировать. АСУ – понятие многогранное и потому имеет большое число признаков классификации. Рассмотрим три основные.
В последнее время появился новый класс систем – ИАСУ, объединяющий в одну систему АСУТП и АСОУ. Среди них выделяют ИАСУ гибкими автоматизированными заводами, называемые за рубежом компьютерными интегрированными производствами (CIM).
Стадии и этапы создания автоматизированной системы
1. анализ предметной области (выявление функциональных/нефункциональных требований, ТЗ)
2. проектирование системы (рабочий проект, технический проект, конструкторские решения)
3. реализация (воплощение в виде программного обеспечения)
4. тестирование (выявление ошибок, например нестыковка модулей)
5. ввод в действие системы
6. эксплуатация и сопровождение системы, поддержка жизнеспособности системы
7. снятие с эксплуатации.
Стадии и этапы – это одно и тоже, но в стандарте ISO 9001 называется стадиями.
Классификация АСУ существенным образом зависит от критериев классификации.
По виду используемой управляющим устройством информации различают разомкнутые и замкнутые АСУ: в разомкнутых системах отсутствует обратная связь между выходом объекта управления и входом управляющего устройства. В таких системах управляемая величина не контролируется. При наличии обратной связи объект управления и управляющее устройство образуют замкнутый контур, обеспечивающий автоматический контроль за состоянием объекта управления.
По характеру изменения задающего воздействия АСУ можно отнести к следующим видам:
- автоматической стабилизации, задающее воздействие в которых постоянно; эти системы предназначены для поддержания постоянства некоторого физического параметра (температуры, давления, скорости вращения и т.д.);
- программного управления, задающее воздействие в которых изменяется по какому–либо заранее известному закону (например, по определенной программе может осуществляться изменение скорости вращения электропривода, изменение температуры изделия при термической обработке и т.д.);
- следящие, задающее воздействие в которых изменяется по произвольному, заранее неизвестному закону (используются для управления параметрами объектов управления при изменении внешних условий).
В последние годы все большее значение приобретают адаптивные АСУ, характеризующиеся действием на объект управления каких–либо абсолютно неизвестных факторов. В результате возникает необходимость решения задачи управления в условиях неопределенности исходных данных для принятия решения об управляющих воздействиях. Эти системы могут приспосабливаться к изменениям внешней среды и самого объекта управления, а также улучшать свою работу по мере накопления опыта, т.е. информации о результатах управления.
В свою очередь адаптивные АСУ делятся на:
- оптимальные, которые обеспечивают автоматическое поддержание в объекте управления наивыгоднейшего режима;
- самонастраивающиеся, параметры объекта управления у которых не остаются неизменными, а преобразуются при изменении внешних условий;
- самоорганизующиеся, алгоритм работы у которых не остается неизменным, а совершенствуется при изменении параметров объекта управления и внешних условий;
- самообучающиеся, которые анализируют накопленный опыт управления объектом и на основании этого автоматически совершенствуют свою структуру и способ управления.
По характеру действия АСУ подразделяют на непрерывные и дискретного действия. В непрерывных АСУ при плавном изменении входного сигнала также плавно изменяется и выходной сигнал. В дискретных АСУ при плавном изменении входного сигнала выходной сигнал изменяется скачкообразно. Методы управления, основанные на применении цифровой техники, всегда приводят к дискретным АСУ.
По характеру изменения параметров сигналов АСУ можно разделить на линейные и нелинейные, стационарные и нестационарные. По количеству самих параметров АСУ являются одномерными или многомерными (многопараметрическими).
Необходимо отметить, что классификацию АСУ можно построить и на основе других критериев, например, можно классифицировать АСУ по физической сущности системы или ее основных звеньев, по мощности исполнительного устройства и т.д. Каждый из упомянутых способов классификации АСУ чаще всего является независимым от остальных. Это означает, что каждый из них можно представить как шкалу в многомерном фазовом пространстве, тогда конкретным АСУ в этом пространстве будут соответствовать точки или определенные области.