PREDAVANJE
Logički modeli podaci.
Hijerarhijski, mrežni, relacijski modeli podataka.
Principi konstrukcije.
Prednosti i nedostaci
U procesu razvoja teorije sistema baza podataka, pojam "model podataka" imao je drugačije značenje. Za dublje razumijevanje suštine pojedinačnih koncepata, razmotrimo neke od karakteristika upotrebe ovog koncepta u kontekstu evolucije baza podataka.
11.1. O konceptu "modela podataka"
U početku je koncept modela podataka korišten kao sinonim za strukturu podataka u određenoj bazi podataka. Strukturna interpretacija bila je u potpunosti u skladu sa matematičkom definicijom koncepta modela kao skupa sa specificiranim odnosima na njemu. Ali treba napomenuti da predmet modeliranja u ovom slučaju nisu podaci općenito, već konkretna baza podataka. Razvoj novih arhitektonskih pristupa zasnovanih na idejama višeslojne DBMS arhitekture pokazao je da više nije dovoljno razmatrati prikaz pogleda određene baze podataka. Bilo je potrebno rješenje na meta-nivou koje bi omogućilo rad sa skupovima svih vrsta prihvatljivih reprezentacija baza podataka unutar datog DBMS-a ili, ekvivalentno, sa alatima koji se koriste za njihovo specificiranje. S tim u vezi, pojavila se potreba za terminom koji bi označavao alat, a ne rezultat simulacije, te bi tako odgovarao nizu različitih baza podataka određene klase. One. alat za modeliranje baze podataka treba da uključuje ne samo alate za strukturiranje podataka, već i alate za manipulaciju podacima. Stoga se model podataka u instrumentalnom smislu počeo shvaćati kao algebarski sistem – skup svih mogućih prihvatljivih tipova podataka, kao i relacija i operacija definiranih na njima. Kasnije je ovaj koncept počeo da uključuje i ograničenja integriteta koja se mogu nametnuti podacima. Kao rezultat toga, problem prikaza podataka u višerazinskim DBMS i sistemima distribuirane baze podataka podaci su se počeli posmatrati kao problem mapiranja za modele podataka.
Važno je naglasiti da je za programere i korisnike DBMS-a tačna definicija modela podataka implementiranog u njemu zapravo jezičko sredstvo za definiranje podataka i manipulaciju podacima. Stoga je neprikladno identificirati takav jezik sa šemom baze podataka (rezultat modeliranja) - specifičnom specifikacijom u ovom jeziku.
Od sredine 70-ih, pod uticajem tada predloženog koncepta apstraktnih tipova, sam koncept tipa podataka u programskim jezicima počeo se transformisati na takav način da se ne samo strukturna svojstva, već i elementi ponašanja. (promjene podataka) su počeli da se stavljaju u njega. To je u budućnosti poslužilo kao osnova za formiranje koncepta objekta na kojem se zasnivaju moderni objektni modeli.
S tim u vezi, predloženo je novi pristup u kojem se model podataka tretira kao sistem tipova. Ovaj pristup je pružio prirodne mogućnosti za integraciju baza podataka i programskih jezika, doprineo je formiranju pravca vezanog za stvaranje tzv. sistema programiranja baza podataka. Tretman modela podataka kao sistema tipova usklađen je ne samo sa postojećim široko korišćenim modelima, već i sa objektnim modelima koji dobijaju sve veći uticaj.
Dakle, model podataka je model logički nivo dizajn baze podataka. Može se posmatrati kao kombinacija tri komponente(slajd 2):
1. Strukturna komponenta, tj. skup pravila po kojima se može izgraditi baza podataka.
2. Kontrolna komponenta koja određuje tipove dozvoljenih operacija sa podacima (ovo uključuje operacije za ažuriranje i preuzimanje podataka, kao i operacije za promjenu strukture baze podataka).
3. Podrška za skup (opcionalnih) ograničenja integriteta podataka kako bi se osiguralo da su korišteni podaci ispravni.
Sa stanovišta strukturne komponente, modeli se razlikuju na osnovu zapisa. U modelu zasnovanom na zapisima, struktura podataka je kombinacija nekoliko tipova fic zapisa formatirani format. Svaki tip zapisa definira fiksni broj polja, od kojih svako ima fiksni ravna dužina.
Postoje tri glavna tipa logičkih modela podataka zasnovanih na zapisima ( slajd 3):
- relacijski model podataka ( relacioni model podataka);
- model mrežnih podataka;
- hijerarhijski model podataka ( hijerarhijski model podataka).
Hijerarhijski i mrežni modeli podataka stvoreni su skoro deset godina ranije od relacionog modela podataka, stoga njihov odnos sa konceptimatradicionalno rukovanje datotekama je očiglednije.
11.2. Relacioni model podataka
Relacioni model podataka zasniva se na konceptu matematičke relacije. U relacionom modelu, podaci i odnosi su predstavljeni kao tabele, svaka sa nekoliko kolona sa jedinstvenim imenima. Na slajdu ( slajd 4 ) pokazuje primjer relacijske sheme , koji sadrži informacije o odsjecima univerziteta i osoblju. Na primjer, iz tabele "Sastav osoblja" jasno je da je zaposlenik Ivanov I.I. radi na poziciji šefa odjeljenja 22, koja se prema podacima iz tabele „Struktura“ nalazi u zgradi A, u prostoriji 322. Ovdje je bitno napomenuti da su između odnosa „Kadrovici“ i „Struktura“ postoji sljedeća veza: zaposlenik radi na odeljenju. Međutim, ne postoji eksplicitna veza između ova dva odnosa: njegovo postojanje se može uočiti samo ako se zna da atribut Caf u odnosu na "Osoblje" je ekvivalentan atributu Caf u odnosu na "Strukturu".
Treba napomenuti da je u relacionom modelu podataka jedini uslovKljuč je da baza podataka izgleda kao kolekcija tabela sa tačke gledišta korisnika. Međutim, ova percepcija se odnosi samo na logičkostruktura baze podataka, tj. na eksterni i konceptualni nivo arhitekture ANSI / SPARC ture ... Ne odnosi se na fizičku strukturu baze podataka, većToraya se može implementirati korištenjem različitih struktura za skladištenje.
Na slajdovima ( slajdovi 5, 6 ) predstavljen je relacijski model podataka za SbA "zaposleni-projekti-detalji-dobavljači".
11.3. Mrežni podatkovni model
V mrežni model podaci su predstavljeni kao zbirke zapisi, i linkovi u obrascu setovi. Za razliku od relacionog modela, veze su ovdje eksplicitno modelirane skupovima, koji se implementiraju pomoću pokazivača ( slajd 5 ). Mrežni model se može predstaviti kao graf sa zapisima u obliku čvorovi graf i skupove u obliku njegovog rebra. Na slajdu je prikazan primjer mrežni dijagram za iste skupove podataka prikazane u relacionom modelu.
Najpopularniji mrežni DBMS je sistem IDMS / R od Computer Associates.
Na slajdovima ( slajdovi 8, 9 ) prikazane su varijante modela mrežnih podataka za SbA "zaposleni-projekti-detalji-dobavljači".
11.4. Hijerarhijski model podataka
Hijerarhijski model je ograničeni podtip mrežnog modela. Takođe predstavlja podatke kao zbirke zapisi, i veze - kako setovi. Međutim, u hijerarhijskom modelu, čvor može imati samo jednog roditelja. Hijerarhijski model se može predstaviti kao graf stabla sa unosima u obliku čvorova (također tzv. segmenti) i skupovi u obliku ivica ( slajd 6 ). Slajd prikazuje primjer hijerarhijske šeme za iste skupove podataka prikazane u prethodnim modelima.
Najčešći hijerarhijski DBMS je sistem IBM Corporation IMS iako posjeduje i neke druge nehijerarhijske karakteristike.
Na slajdovima ( slajdovi 11, 12 ) prikazane su varijante hijerarhijskog modela podataka za SbA "zaposleni-projekti-dijelovi-dobavljači".
11.5. Prednosti i mane modela
Modeli podataka zasnovani na zapisima (logički) se koriste za definisanje ukupne strukture baze podataka i opisa na visokom nivou njene implementacije. Njihov glavni nedostatak je to što ne pružaju adekvatna sredstva za eksplicitno ukazivanje na ograničenja podataka. Istovremeno u objektni modeli podataka, ne postoje načini za ukazivanje na njihovu logičku strukturu, ali dajući korisniku mogućnost da specificira ograničenja za podatke, omogućavaju da se bolje predstavi semantička suština pohranjenih informacija.
Najmodernije komercijalni sistemi je baziran na relacionom modelu, dok su najraniji sistemi baza podataka bili zasnovani na mrežnom ili hijerarhijskom modelu. Kada koristite posljednja dva modela, korisnik mora znati fizička organizacija bazu podataka kojoj mora pristupiti. Kada se radi sa relacionim modelom, nezavisnost podataka je obezbeđena u mnogo većoj meri. Stoga, ako je deklarativni pristup usvojen u relacionim sistemima za obradu informacija u bazi podataka (tj. oni ukazuju na, koja vrsta podatke treba izdvojiti), zatim u mrežnim i hijerarhijskim sistemima - navigacijski pristup (tj. ukazuju, kako treba ih ukloniti).
Umrežavanje i hijerarhijske strukture uglavnom su fokusirane na osiguravanje da se veze između podataka pohranjuju zajedno sa samim podacima. Takvo objedinjavanje je ostvareno, na primjer, agregacijom podataka (izgradnjom složenih konceptualnih struktura i podataka) ili uvođenjem referentnog aparata koji fiksira semantičke veze direktno u zapisu podataka.
Tabelarni oblik predstavljanja informacija je najčešći i razumljiviji. Osim toga, takvi semantički složeniji oblici kao što su stabla i mreže, uvođenjem neke redundancije, mogu se svesti na tabelarne. Istovremeno, veze između podataka će također biti predstavljene u obliku dvodimenzionalnih tabela.
Relacioni pristup, koji se zasniva na principu razdvajanja podataka i odnosa, obezbeđuje, s jedne strane, nezavisnost podataka, as druge, jednostavnije načine implementacije skladištenja i ažuriranja.
Višedimenzionalni modeli, čije su se komercijalne implementacije pojavile početkom 90-ih za podršku OLAP tehnologije predstavljaju proširenje modela univerzalnih odnosa sa novim operativnim sposobnostima koje pružaju, posebno, funkcije agregacije podataka neophodne za OLAP. Dakle, multidimenzionalni modeli su posebna vrsta relacije modeli.
11.6. Sistemi dokumentovanja i integracija modela
Gore navedene odredbe su razvijene i zaista se dobro koriste za baze podataka strukturirane informacije... Međutim, danas je jedan od najvažnijih problema osigurati integraciju heterogenih informacionih resursa, a posebno polustrukturiranih podataka. Potreba za njegovim rješavanjem povezana je sa željom da se sistemi baza podataka u potpunosti integrišu u okruženje Web tehnologija. Istovremeno, više nije dovoljno jednostavno omogućiti pristup bazi podataka na tradicionalan način „ispod” HTML obrazaca. Potrebna je integracija na nivou modela. I u ovom slučaju, problem semantičke interoperabilnosti informacionih resursa svodi se na zadatak razvoja alata i tehnologija koje omogućavaju eksplicitnu specifikaciju metapodataka za polustrukturirane resurse podataka na osnovu tradicionalnih tehnologija modeliranja iz oblasti baza podataka.
Upravo na postizanje ovog cilja usmjeren je intenzivan razvoj. Www -konzorcijum XML jezik i njegovu infrastrukturu (u stvari, novi model podataka za ovo okruženje), objektni model dokumenta i druge alate za koje se može očekivati da će uskoro postati okosnica tehnologija upravljanja informacionim resursima. Ovaj pravac je povezan s drugim globalni problem- organizacija distribuiranih heterogenih informacionih sistema zasnovanih na izgradnji repozitorija metapodataka (ovaj koncept u klasičnim radovima na projektovanju baza podataka odgovara konceptu rečnika podataka), pružajući mogućnost semantičke identifikacije resursa, a samim tim i mogućnost njihovog svrsishodnog ponovo koristiti.
Za predstavljanje matematičkog znanja u matematičkoj logici, oni koriste logičke formalizme - propozicioni račun i račun predikata. Ovi formalizmi imaju jasnu formalnu semantiku i za njih su razvijeni mehanizmi zaključivanja. Stoga je predikatski račun bio prvi logički jezik koji je korišten za formalno opisivanje predmetnih područja povezanih s rješavanjem primijenjenih problema.
Logički modeli Reprezentacije znanja ostvaruju se pomoću predikatske logike.
Predikat je funkcija koja uzima dvije vrijednosti (true ili false) i dizajnirana je da izrazi svojstva objekata ili odnosa između njih. Poziva se izraz koji potvrđuje ili poriče postojanje bilo kojeg svojstva objekta izgovor. Konstante služe za imenovanje objekata predmetne oblasti. Logičke rečenice ili izjave atomske formule. Tumačenje predikata je skup svih važećih vezivanja varijabli sa konstantama. Vezivanje je stalna zamjena varijabli umjesto varijabli. Predikat se smatra valjanim ako je istinit u svim mogućim interpretacijama. Kaže se da iskaz logički proizlazi iz datih premisa ako je istinit kad god su premise tačne.
Opisi predmetnih oblasti napravljeni na logičkim jezicima se nazivaju logičkih modela .
DAJTE (MIHAEL, VLADIMIR, KNJIGA);
($ x) (ELEMENT (x, DOGAĐAJ-DAJ)? IZVOR (x, MAJKOL)? ADRESA? (x, VLADIMIR) OBJEKAT (x, KNJIGA).
Evo dva načina da zabilježite jednu činjenicu: "Mihail je dao knjigu Vladimiru."
Zaključivanje se izvodi pomoću silogizma (ako A slijedi B, a B slijedi C, onda A slijedi C).
V opšti slučaj logički modeli su zasnovani na konceptu formalna teorija dato od četvorice:
S =
gdje je B prebrojiv skup osnovni znakovi (abeceda) teorija S;
F - podskup izrazi teorije S je pozvao teorijske formule(pod izrazima podrazumijevamo konačne nizove osnovnih simbola teorije S);
A je namjenski skup formula tzv aksiome teorije S, odnosno skup apriornih formula;
R je konačan skup relacija (r 1, ..., r n) između formula, tzv pravila povlačenja.
Prednost logičkih modela predstavljanja znanja leži u mogućnosti direktnog programiranja mehanizma za izlaz sintaktički ispravnih iskaza. Primjer takvog mehanizma je, posebno, postupak povlačenja zasnovan na metodi rješavanja.
Hajde da pokažemo metodu rezolucija.
Metoda koristi nekoliko koncepata i teorema.
Koncept tautologije, logična formula, čija će vrijednost biti "tačna" za sve vrijednosti atoma uključenih u njih. Da li je označeno sa ?, čita se kao "univerzalno važeće" ili "uvijek istinito".
Teorema 1. A? B ako i samo ako? A B.
Teorema 2. A1, A2, ..., An? B ako i samo kada? (A1? A2? A3?…? An) P.
Simbol? čita kao "tačno" ili "može se zaključiti."
Metoda se zasniva na dokazu tautologije
? (X? A)?(Y? ? A)? (X? Y) .
Teoreme 1 i 2 nam dozvoljavaju da ovo pravilo zapišemo u sljedećem obliku:
(X? A), (Y? ? A) ? (X? Y),
što daje osnovu za tvrdnju: iz premisa i može se zaključiti.
U procesu zaključivanja pomoću pravila rezolucije izvode se sljedeći koraci.
1. Operacije ekvivalencije i implikacije su eliminirane:
2. Operacija negacije se kreće unutar formula koristeći de Morganove zakone:
3. Logičke formule se svode na disjunktivni: .
Pravilo rezolucije sadrži vezu klauzula na lijevoj strani, stoga je dovođenje premisa korištenih za dokaz u formu koja je spoj klauzula neophodan korak u gotovo svakom algoritmu koji implementira logičko zaključivanje zasnovano na metodi rezolucije. Metoda rezolucije se lako programira, što je jedna od njenih najvažnijih prednosti.
Pretpostavimo da trebate dokazati da ako su relacije i istinite, onda možete izvesti formulu. Da biste to učinili, slijedite ove korake.
1.Svođenje parcela u disjunktivni oblik:
, , .
2. Konstruisanje poricanja zaključka o kojem se treba zaključiti. Rezultirajuća konjunkcija je važeća kada su i istovremeno tačne.
3. Primjena pravila rezolucije:
(kontradikcija ili "prazna klauzula").
Dakle, pod pretpostavkom da je izvedeni zaključak lažan, dobijamo kontradikciju, dakle, izvedeni zaključak je tačan, tj. , izvodi se iz početnih premisa.
Bilo je to pravilo rezolucije koje je poslužilo kao osnova za stvaranje jezika logičko programiranje PROLOG. U stvari, PROLOG tumač jezika nezavisno implementira izlaz sličan onom gore opisanom, formirajući odgovor na pitanje korisnika upućeno bazi znanja.
U logici predikata, da bi se primijenilo pravilo rezolucije, potrebno je izvršiti složenije objedinjavanje logičkih formula kako bi se one svele na sistem klauzula. To je zbog prisutnosti dodatnih elemenata sintakse, uglavnom kvantifikatora, varijabli, predikata i funkcija.
Algoritam za objedinjavanje predikatnih logičkih formula uključuje sljedeće korake.
Nakon dovršetka svih koraka opisanog algoritma objedinjavanja, može se primijeniti pravilo rezolucije. Obično se u ovom slučaju provodi dedukcija izvedenog zaključka, a algoritam dedukcije se može ukratko opisati na sljedeći način: R iz aksioma teorije Th, konstruisana je negacija R i dodaje se na Th, čime se dobija nova teorija Th1. Nakon svođenja aksioma teorije na sistem klauzula, moguće je konstruisati konjunkciju i aksiome teorije Th. U ovom slučaju moguće je izvesti klauzule – posljedice iz početnih klauzula. Ako R može se izvesti iz aksioma teorije Th, onda je u procesu dedukcije moguće dobiti određenu klauzulu Q koja se sastoji od jednog slova i suprotnog klauzula. Ova kontradikcija to sugerira R izvedeno iz aksioma Th. Uopšteno govoreći, postoji mnogo strategija dokazivanja, a mi smo razmotrili samo jednu od mogućih – odozgo prema dolje.
Primjer: Predstavimo sljedeći tekst pomoću logike predikata:
„Ako student zna dobro programirati, onda može postati specijalista u oblasti primijenjenih računarskih nauka.“
"Ako je student dobro položio ispit iz informacionog sistema, onda može dobro programirati."
Predstavimo ovaj tekst pomoću predikatske logike prvog reda. Hajde da uvedemo notaciju: X- varijabla koja označava učenika; uredu- konstanta koja odgovara nivou vještina; R(NS)- predikat koji izražava mogućnost subjekta X postati specijalista za primijenjene informatike; Q(X, u redu)- predikat koji označava vještinu subjekta X program sa ocjenom uredu; R(X, u redu)- predikat koji specificira odnos učenika X sa ispitnim ocjenama iz informacionih sistema.
Sada napravimo puno dobro oblikovanih formula:
Q (X, dobro).
R(X, dobro)Q(X, dobro).
Dopunimo dobijenu teoriju jednom konkretnom činjenicom
R(ivanov, dobro).
Hajde da izvedemo zaključak koristeći pravilo rezolucije da odredimo da li je formula R(ivanov) posledica gornje teorije. Drugim rečima, da li je iz ove teorije moguće izvesti činjenicu da će student Ivanov postati specijalista primenjenih računarskih nauka ako dobro položi ispit iz informacionih sistema?
Dokaz
1. Transformirajmo početne formule teorije kako bismo ih doveli u disjunktivni oblik:
(X, dobro) R (X);
(X, dobro) (X, dobro);
R(ivanov, UREDU).
2. Dodajmo postojećim aksiomima negaciju izvedenog zaključka
(ivanov).
3. Konstruiramo veznik klauzula
(X, dobro) R (X)? ? P(ivanov, dobro)? ? Q(ivanov, dobro), zamena varijable X po konstanti ivanov.
Rezultat primjene pravila rezolucije se zove rezoluciju... U ovom slučaju, rezolvent je (ivanov).
4. Konstruirajte spoj klauzula koristeći rezolventu dobivenu u koraku 3:
(X, dobro) (X, dobro) (ivanov, dobro) (ivanov, dobro).
5. Napišimo konjunkciju rezultirajuće rezolvente sa posljednjom klauzulom teorije:
(ivanov, dobro) (ivanov, dobro)(kontradikcija).
Dakle, činjenica R(ivanov) izvesti iz aksioma ove teorije.
Da bi se odredio redoslijed primjene aksioma u procesu zaključivanja, postoje sljedeća heuristička pravila:
- U prvom koraku zaključivanja koristi se poricanje zaključka.
- U svakom sljedećem koraku derivacije sudjeluje rezolvent dobijen u prethodnom koraku.
Međutim, uz pomoć pravila koja definišu sintaksu jezika, nemoguće je utvrditi istinitost ili netačnost ove ili one izjave. Ovo se odnosi na sve jezike. Izjava može biti sintaktički ispravna, ali se može pokazati potpuno besmislenom. Visok stepen uniformnosti takođe povlači još jedan nedostatak. logičkih modela- složenost upotrebe u dokazu heuristika koje odražavaju specifičnosti konkretnog predmetnog problema. Ostali nedostaci formalnih sistema uključuju njihovu monotoniju, nedostatak sredstava za strukturiranje elemenata koji se koriste i neprihvatljivost kontradikcija. Dalji razvoj baze znanja išle su putem rada u oblasti induktivne logike, logike "zdravog razuma", logike vjere i drugih logičkih shema koje imaju malo zajedničkog sa klasičnom matematičkom logikom.
Logički modeli
Logički modeli koriste jezik predikatskog računa. Prvi predikat odgovara ime veze , a termin argumenti - objekata ... Svi logički izrazi koji se koriste u logici predikata imaju vrijednosti istinito ili lažno.
Primjer: razmotrite izraz Džon je specijalista za informacione tehnologije... Ovaj izraz se može predstaviti na sljedeći način: je (John, stručnjak za informacione tehnologije)... Neka bude NS - objekat ( John) koji je specijalista za informacione tehnologije. Tada se koristi sljedeća notacija: je ( NS, stručnjak za informacione tehnologije).
Izraz: Smith radi za IBM kao specijalista može se predstaviti kao predikat sa tri argumenta: radovi (Smith, IBM, specijalista).
Prilikom rada sa logičkim modelima potrebno je poštovati sljedeća pravila:
1. Redoslijed argumenata uvijek treba biti specificiran u skladu sa tumačenjem predikata prihvaćenim u datoj predmetnoj oblasti. Programer odlučuje o fiksnom redoslijedu argumenata i poštuje ga od početka do kraja.
2. Predikat može imati proizvoljan broj argumentima.
3. Pojedinačni iskazi, koji se sastoje od predikata i pridruženih argumenata, mogu se kombinirati u složene iskaze korištenjem logičkih spojeva: I (KRAJ,), ILI (ili,), NOT (ne, ~), → - implikacija koja se koristi za formuliranje pravila u obliku : AKO…, ONDA…
Pogledajmo nekoliko primjera:
1 ) Ime predikata - je.
Je (Smith, IT specijalista) ∩ čita (Smith, književnost).
Smith je IT stručnjak i čita literaturu.
2 ) Ime predikata - izvještaji.
Izvještava (Smith, John) → vodi (John, Smith).
Ako Smith odgovara Johnu, tada John vodi Smitha.
3 ) Ime predikata - napisao.
Objavio (Smith, program) ∩ NE radi (program) -> otklanjanje grešaka (kovač, program, veče) ILI prijenos (program, programer, sljedeći dan).
IF Smith je napisao program I ona ne radi, ONDA Smith bi trebao večeras otkloniti greške u programu. ILI prenesite programeru sljedećeg dana.
Promenljive se takođe mogu koristiti kao argumenti u izjavama. U ovom slučaju, za rad sa varijablama, uvodi se koncept kvantifikator .
Postoje dvije vrste kvantifikatora:
1 ... Kvantifikator univerzalnosti.
2. Kvantifikator postojanja.
(x ) znači da sve vrijednosti varijable u zagradama koje se odnose na određeno područje moraju biti istinite.
(x ) znači da samo neke od vrijednosti x istina.
I mogu biti dio jedno drugog.
Primjeri:
1 . (x ) (IT specijalista ( X )→programer(X)).
Svi IT profesionalci su programeri.
2 . (x ) (IT specijalista ( X )→dobri programeri(X )).
Neki IT profesionalci su dobri programeri.
3 . (x ) (y ) (zaposlenik ( X ) → menadžer ( Y , X )).
Svaki zaposleni ima vođu.
4 . (Y ) (X ) (zaposlenik ( X ) → menadžer ( Y , X )).
Postoji određena osoba koja je zadužena za sve.
Pitanja:
1 ... Šta je vještačka inteligencija?
2 ... Šta je ekspertski sistem?
3 ... Faze razvoja sistema veštačke inteligencije.
4 ... Kompetencija ES, u poređenju sa sistemom ljudske inteligencije i AI sistema;
5 ... Koja je razlika između logičkih i heurističkih modela?
Predavanje 11.
Reprezentacija znanja.
Mrežni semantički modeli... Ovi modeli su zasnovani na konceptu mreža , vrhovi , lukovi ... Postoje mreže: jednostavne i hijerarhijske, gdje su vrhovi neki koncepti, entiteti, objekti, događaji, procesi ili fenomeni. Odnos između ovih entiteta izražen je lukovima. Koncepti su obično apstraktni ili specifičnih objekata, a odnosi su kao odnosi ovo je , Ima dio , pripada , voli . Jednostavne mreže Dont Have unutrašnja struktura, au hijerarhijskim mrežama, neki vrhovi imaju unutrašnju strukturu.
Karakteristična karakteristika semantičkih mreža je obavezno prisustvo tri vrste odnosa:
1 ... klasa-element klase;
2 ... vrijednost imovine;
3 ... primjer elementa klase.
U hijerarhijskim semantičkim mrežama, mreže su podijeljene na podmreže (prostor) i odnosi se uspostavljaju ne samo između čvorova, već i između prostora.
Svemirsko drvo.
Za prostor P 6 svi vrhovi prostora su vidljivi, leže u prostoru predaka P 4, P 2, P 0 a ostali su nevidljivi. Odnos "vidljivosti" omogućava grupisanje prostora u redosledu različitih "perspektiva".
Razmotrite pravila ili konvencije grafička slika hijerarhijske mreže:
1. vrhovi i lukovi koji leže u istom prostoru ograničeni su pravom linijom ili poligonom;
2. luk pripada prostoru u kojem se nalazi njegovo ime;
3. svemir P i prikazan unutar prostora P j , smatra se potomkom (interni nivo), tj. od P i "Očigledno" P j . P i može se posmatrati kao "super vrh" koji leži u P j .
Problem pronalaženja rješenja u bazi znanja tipa semantičke mreže svodi se na problem pronalaženja fragmenta mreže koji odgovara određenoj podmreži koja odgovara datoj mreži.
Glavna prednost mrežnih semantičkih modela je u skladu sa savremenim idejama o organizaciji dugotrajno pamćenje osoba.
Nedostatak modela je teškoća pronalaženja zaključaka u semantičkoj mreži.
Modeli okvira.
Želja za razvojem pogleda koji kombinuju prednosti različitih modela dovela je do pojave okvirnih pogleda.
okvir ( engleski. Okvir – lešina ili okvir ) Je struktura znanja dizajnirana da predstavlja neku standardnu situaciju ili apstraktnu sliku.
Sljedeće informacije su povezane sa svakim okvirom:
1 ... kako koristiti okvir;
2 ... koji su očekivani rezultati izvođenja okvira;
3 ... šta učiniti ako očekivanja nisu ispunjena.
Gornji nivoi okvira su fiksni i predstavljaju entitete ili istinite situacije koje su opisane datim okvirom. Niže nivoe predstavljaju slotovi koji se pune informacijama kada se okvir pozove. Slotovi su prazne vrijednosti nekih atributa.
Okvir se također naziva formalizirani model za prikazivanje slike ili situacije.
Struktura okvira se može predstaviti na sljedeći način:
NAZIV OKVIRA:
(ime 1. slota: vrijednost 1. slota),
(naziv 2. slota: 2. vrijednost slota),
…………………………………………
(N-ti naziv slota: N-ta vrijednost slota),
Okvirni sistemi se obično predstavljaju u obliku informacija mreža za pretragu, koji se koristi kada se predloženi okvir ne može uskladiti sa određenom situacijom, tj. kada se slotovima ne mogu dodijeliti vrijednosti koje zadovoljavaju uvjete povezane s tim slotovima.
V slične situacije web se koristi za pronalaženje i predlaganje drugog okvira.
Najvažnije svojstvo teorije okvira je pozajmljeno iz teorije semantičkih mreža. I u okvirima i u semantičkim mrežama, nasljeđivanje se događa preko A-Vrsta = this. AKO slot ukazuje na okvir višeg hijerarhijskog nivoa, odakle nije eksplicitno naslijeđen, tj. vrijednosti sličnih slotova se prenose.
Mreža okvira.
Ovdje koncept „učenik“ nasljeđuje svojstvo okvira „dijete“ i „osoba“, koji su na višem nivou. Zatim na pitanje: "Da li učenici vole slatkiše?" trebalo bi da odgovorite sa „Da“ (pošto deca imaju ovo svojstvo). Nasljeđivanje svojstva može biti djelomično, jer se starost učenika ne nasljeđuje iz podređenog okvira jer je eksplicitno specificirana u svom vlastitom okviru.
Glavna prednost okvira je sposobnost da odražava konceptualnu osnovu organizacije ljudske memorije, kao i njena fleksibilnost i vidljivost.
Modeli proizvodnje.
U tradicionalnom programiranju, ako i - th komanda nije naredba grananja, onda je slijedi i + 1- th command. Ova metoda programiranja je pogodna u slučajevima kada sekvenca obrade malo zavisi od znanja koje se obrađuje.
Inače, program je bolje posmatrati kao kolekciju nezavisnih modula, vođen uzorkom ... Takav program u svakom koraku tokom analize uzoraka određuje koji je modul pogodan za rukovanje datom situacijom. Modul vođen uzorkom je prikladan za rješavanje ove situacije. Modul vođen uzorkom sastoji se od mehanizma za ispitivanje i modificiranje jedne ili više struktura. Svaki takav modul implementira određenu pravilo proizvodnje ... Kontrolne funkcije obavlja tumač. U smislu predstavljanja znanja, pristup koji koristi module vođene uzorkom karakteriziraju sljedeće karakteristike:
1. odvajanje trajnog znanja pohranjenog u bazi znanja i privremenog znanja iz radne memorije;
2. strukturna nezavisnost modula;
3. odvajanje kontrolne šeme od modula koji nose znanje o problemskom području.
Ovo vam omogućava da razmotrite i implementirate različite šeme upravljanja, olakšava modifikaciju sistema i znanja.
Glavne komponente ES.
Glavne komponente informacione tehnologije koje se koriste u ekspertskom sistemu su (slika 1): korisnički interfejs, baza znanja, tumač, modul za kreiranje sistema.
Rice. 1... Glavne komponente ekspertnih sistema informacionih tehnologija.
Korisnički interfejs.
Menadžer (specijalista) koristi interfejs za unos informacija i komandi u ekspertski sistem i primanje izlaznih informacija iz njega. Naredbe uključuju parametre koji usmjeravaju obradu znanja. Informacije se obično daju u obliku vrijednosti dodijeljenih određenim varijablama. Menadžer može koristiti četiri metode unos informacije: meniji, komande, prirodni jezik i sopstveni interfejs. Tehnologija ekspertnih sistema omogućava mogućnost primanja kvaliteta slobodan dan informacije, ne samo rješenje, već i potrebna objašnjenja. Postoje dvije vrste objašnjenja:
Ø objašnjenja na zahtjev. Korisnik u svakom trenutku može tražiti objašnjenje svojih postupaka od ekspertskog sistema;
Ø objašnjenje dobijenog rješenja problema. Nakon prijema odluke, korisnik može zatražiti objašnjenje kako je do iste došlo. Sistem mora objasniti svaki korak svog razmišljanja koji vodi do rješenja problema.
Iako tehnologija rada sa ekspertskim sistemom nije jednostavna, korisnički interfejs ovih sistema je prijateljski nastrojen i obično ne izaziva poteškoće u dijalogu.
Baza znanja.
Sadrži činjenice koje opisuju problematičnu oblast, kao i logički odnos ovih činjenica. Central place u bazi znanja pripada pravilima. Pravilo definira šta treba učiniti u datoj specifičnoj situaciji, a sastoji se od dva dijela: uvjeta koji se može ispuniti ili ne i radnje koju treba izvršiti ako je uvjet ispunjen. Sva pravila koja se koriste u obliku ekspertskog sistema sistem pravila , koji čak i za relativno jednostavan sistem može sadržavati nekoliko hiljada pravila. Sve vrste znanja, u zavisnosti od specifičnosti predmetne oblasti i kvalifikacija projektanta (inženjera znanja), sa različitim stepenom adekvatnosti, mogu se prikazati pomoću jednog ili više semantičkih modela. Najčešći modeli uključuju logičke, proizvodne, okvirne i semantičke mreže.
Tumač.
Ovo je dio ekspertnog sistema koji obrađuje znanje (razmišljanje) u bazi znanja određenim redoslijedom. Tehnologija tumača se svodi na sekvencijalno razmatranje skupa pravila (pravilo po pravilo). Ako je uslov sadržan u pravilu ispunjen, poduzima se određena radnja, a korisniku se nudi opcija da riješi svoj problem.
Osim toga, u mnogim ekspertnim sistemima uvode se dodatni blokovi: baza podataka, blok proračuna, blok za unos podataka i ispravak. Blok proračuna je neophodan u situacijama vezanim za donošenje menadžerskih odluka. U ovom slučaju važnu ulogu ima baza podataka koja sadrži planske, fizičke, proračunske, izvještajne i druge konstantne ili operativne pokazatelje. Blok za unos i ispravku podataka služi da se blagovremeno i blagovremeno odražavaju aktuelne promene u bazi.
Modul za kreiranje sistema.
Služi za stvaranje skupa (hijerarhije) pravila. Postoje dva pristupa koja se mogu koristiti kao osnova za modul kreiranja sistema: upotreba algoritamskih programskih jezika i upotreba ljuski ekspertnih sistema. Jezici su posebno dizajnirani da predstavljaju bazu znanja Lisp i Prolog iako se može koristiti bilo koji poznati algoritamski jezik.
Shell ekspertnih sistema je gotova softversko okruženje, koji se može prilagoditi za rješavanje određenog problema stvaranjem odgovarajuće baze znanja. U većini slučajeva, korištenje omotača vam omogućava da kreirate ekspertni sistemi brže i lakše u odnosu na programiranje.
Pitanja:
1 . Istaknuta karakteristika semantičke mreže?
2 ... Koja je zajednička karakteristika modela okvira?
3 ... Zajednička karakteristika proizvodnih modela?
4 ... Navedite glavne komponente ES-a?
5 ... Koja je razlika između baze znanja i baze podataka?
Predavanje 12.
Lokalne i globalne računarske mreže, telekomunikacije.
Računarske mreže... Kada su dva ili više računara fizički povezani, računarsku mrežu ... Općenito, za stvaranje računalnih mreža potreban vam je poseban Hardver – mrežni hardver i specijalni softver - mrežni softver.
Namjena svih vrsta računarskih mreža određena je dvijema funkcijama:
Ø odredba dijeljenje hardverski i softverski resursi mreže;
Ø odredba dijeljenje na resurse podataka.
Za prenos podataka, računari koriste širok spektar fizičkih kanala, koji se obično nazivaju prenosni medij .
Ako na mreži postoji poseban računar namenjen za deljenje od strane učesnika mreže, on se zove server datoteka .
Pozivaju se grupe zaposlenih koji rade na jednom projektu unutar lokalne mreže radne grupe ... Nekoliko radnih grupa može raditi unutar jedne lokalne mreže. Članovi tima mogu imati različita prava za pristup zajedničkim mrežnim resursima. Skup tehnika za podelu i ograničavanje prava učesnika u računarskoj mreži naziva se mrežna politika ... Upravljanje mrežnim politikama se zove mrežna administracija ... Poziva se osoba koja rukovodi organizacijom rada učesnika lokalne računarske mreže sistem administrator .
Osnovne karakteristike i klasifikacija računarskih mreža.
Prema teritorijalnoj rasprostranjenosti mreže mogu biti lokalne, globalne i regionalne.
Ø Lokalno mreža (LAN - lokalna Područna mreža) - mreža unutar preduzeća, ustanove, jedne organizacije.
Ø Regionalni mreža (MAN - Metropolitan Area Network) - mreža unutar grada ili regije.
Ø Globalno mreža (WAN - Wide Area Network) - mreža na teritoriji države ili grupe država.
Po brzini prenosa informacija Računarske mreže se dijele na:
Ø mreže male brzine - do 10 Mbps;
Ø mreže srednje brzine - do 100 Mbps;
Ø mreže velike brzine - preko 100 Mbps.
By vrsta prenosnog medija mreže se dijele na:
Ø ožičen (na koaksijalni kabl, upredena parica, optičko vlakno);
Ø bežični sa prijenosom informacija putem radio kanala ili u infracrvenom opsegu.
By način organizovanja interakcije računara mreže se dijele na peer-to-peer i sa namenski server (hijerarhijske mreže).
Peer-to-peer mreže. Svi računari su jednaki. Svako na mreži može pristupiti podacima pohranjenim na bilo kojem računaru.
Dostojanstvo- jednostavnost instalacije i rada.
Mana- teško je riješiti probleme informacione sigurnosti.
Ovaj način organizacije se koristi za mreže sa malim brojem računara i gde pitanje zaštite podataka nije kritično.
Hijerarhijska mreža. Tokom instalacije, jedan ili više njih su unaprijed dodijeljeni serveri - računari koji kontrolišu razmjenu podataka i alokaciju mrežnih resursa. Server Je trajno spremište zajedničkih resursa. Poziva se svaki računar koji ima pristup uslugama servera klijent mreže ili radna stanica ... Sam server može biti i klijent servera višeg nivoa. Serveri su obično računari visokih performansi, moguće sa nekoliko paralelnih procesora, čvrstih diskova veliki kapacitet i mrežnu karticu velike brzine.
Dostojanstvo- omogućava vam da kreirate najstabilniju mrežnu strukturu i efikasnije raspoređujete resurse i pružate više visoki nivo zaštita podataka.
nedostatke:
Ø Potreba za dodatnim OS za server.
Ø Više visoka složenost instalacija i modernizacija mreže.
Ø Potreba da se dodijeli poseban računar kao server.
By serverska tehnologija razlikuju mreže sa arhitekturom server datoteka i arhitektura klijent-server .
File Server... Većina programa i podataka pohranjena je na serveru. Na zahtjev korisnika, njemu se šalju potrebni program i podaci. Obrada informacija se vrši na radnoj stanici.
Klijent-server... Skladištenje i obrada podataka vrši se na serveru, koji također kontrolira pristup resursima i podacima. Radna stanica prima samo rezultate upita.
Glavne karakteristike mreža.
Brzina prijenosa preko komunikacijskog kanala mjeri se brojem bitova informacija koje se prenose u jedinici vremena - sekundi. Jedinica mjerenja je bit u sekundi.
Uobičajena jedinica mjere za brzinu je baud ... Baud je broj promjena u stanju prijenosnog medija u sekundi. Pošto svaka promjena stanja može odgovarati nekoliko bitova podataka, onda stvarna brzina bitovi u sekundi mogu premašiti brzinu prijenosa.
Propusnost komunikacijskog kanala... Jedinica mjerenja propusnosti komunikacijskog kanala je znak u sekundi.
Pouzdanost prenosa informacija se procjenjuje kao omjer broja pogrešno prenesenih znakova i ukupnog broja prenesenih znakova. Jedinica pouzdanosti: broj grešaka po znaku - greške / znak... Ovaj indikator bi trebao biti unutar 10 -6 -10-7 grešaka / znak, tj. jedna greška na milion prenetih znakova ili deset miliona prenetih karaktera je dozvoljena.
Pouzdanost komunikacijskih kanala komunikacioni sistem je određen ili udjelom vremena neprekidnog rada u ukupnom radnom vremenu, ili prosječnim vremenom neprekidnog rada. Jedinica mjere za pouzdanost je sat. Najmanje nekoliko hiljada sati.
Vrijeme odziva mreže- vrijeme koje softver i mrežni uređaji utroše na pripremu za prijenos informacija ovaj kanal... Vrijeme odziva mreže mjeri se u milisekundama.
Količina informacija koja se prenosi preko mreže naziva se saobraćaja .
Topologija mreže.
Fizički LAN medij... Fizički medij omogućava prijenos informacija između pretplatnika računarske mreže.
Fizički medij za prenos LAN-a predstavljaju tri vrste kablova: upredeni par žica, koaksijalni kabl, optički kabl.
Twisted pair sastoji se od dvije izolirane žice upletene zajedno. Uvrtanje žica smanjuje uticaj spoljašnjih elektromagnetnih polja na prenete signale. Najjednostavnija opcija upredenog para je telefonski kabl.
Prednost upredenog para je njegova niska cijena. Nedostatak upredenih para je slaba otpornost na buku i mala brzina prijenos informacija - 0,25-1 Mbps.
Koaksijalni kabl ima veću mehaničku čvrstoću, otpornost na buku i pruža brzinu prijenosa informacija do 10-50 Mbps... Za industrijsku upotrebu proizvode se dvije vrste koaksijalnih kablova: debeli ("10 mm ) i tanki ("4 mm ). Deblji kabel je izdržljiviji i prenosi signale željene amplitude veća udaljenost nego tanak. U isto vrijeme, tanki kabel je mnogo jeftiniji.
Optički kabl- idealan medij za prenos. Na njega ne utječu elektromagnetna polja i praktički nema samog zračenja. Potonje svojstvo omogućava njegovu upotrebu u mrežama koje zahtijevaju povećanu tajnost informacija.
Brzina prenosa informacija preko optičkog kabla veća od 50 Mbps... U poređenju sa prethodnim tipovima prenosnog medija, skuplji je i tehnološki manje napredan u radu.
Osnovne LAN topologije.
Računarske mašine, koji su dio LAN-a, mogu se na najsumičniji način locirati na teritoriji na kojoj se stvara računarska mreža.
LAN topologija Je prosječna geometrijska shema veza mrežnih čvorova. U topologiji mreže koristi se nekoliko specijalizovanih termina:
Ø Čvor - svaki uređaj direktno povezan na prenosni medij mreže;
Ø Ogranak mreže - put koji povezuje dva susjedna čvora;
Ø Kraj čvor - čvor koji se nalazi na kraju samo jedne grane;
Ø Srednji čvor - čvor koji se nalazi na krajevima više od jedne grane;
Ø Susedni čvorovi - čvorovi povezani najmanje, na jedan način koji ne sadrži druge čvorove.
Topologije računarskih mreža mogu biti veoma različite, ali samo tri su tipične za LAN mreže: prsten, magistrala, zvezda.
Topologija prstena omogućava povezivanje mrežnih čvorova sa zatvorenom krivom - kablom za prenosni medij. Izlaz jednog hosta je povezan sa ulazom drugog. Informacije o prstenu se prenose od čvora do čvora. Svaki međučvor između predajnika i prijemnika prenosi poslanu poruku. Prijemni čvor prepoznaje i prima samo poruke upućene njemu.
Prstenasta topologija je idealna za mreže koje zauzimaju relativno malo prostora. Nema centralno čvorište, što povećava pouzdanost mreže. As bilo koje vrste kablova se koriste za prenosni medij ... Ali dosljedna disciplina servisiranja čvorova takve mreže smanjuje njenu učinkovitost, a kvar jednog od čvorova narušava integritet.
Topologija sabirnice- jedan od najjednostavnijih. Povezuje se sa upotrebom kao prenosni medij koaksijalni kabl ... Podaci iz prijenosnog mrežnog čvora se propagiraju duž magistrale u oba smjera. Međučvorovi ne emituju dolazne poruke. Informacije stižu u sve čvorove, ali samo onaj na koji je upućena poruka prima. Servisna disciplina je paralelna.
Brzi LAN. Mrežu je lako rasti, konfigurirati i prilagoditi razni sistemi... Mreža je otporna na moguće kvarove pojedinih čvorova, ali ima kratku dužinu i ne dozvoljava korištenje Razne vrste kablova unutar iste mreže. Na krajevima mreže instalirani su posebni uređaji - terminatori .
Topologija zvijezda zasniva se na konceptu centralne lokacije tzv čvorište na koje su povezani periferni čvorovi. Svaki periferni čvor ima svoju zasebnu komunikacijsku liniju sa centralnim čvorom. Sve informacije se prenose kroz centralno čvorište, koje prenosi, prebacuje i usmjerava tokove informacija u mreži.
Topologija zvijezda uvelike pojednostavljuje međusobnu interakciju LAN čvorova i omogućava korištenje jednostavnijih mrežnih adaptera. U isto vrijeme, performanse LAN-a sa topologijom zvijezde u potpunosti zavise od centralne lokacije.
U stvarnim računarskim mrežama mogu se koristiti složenije topologije, koje u nekim slučajevima predstavljaju kombinacije razmatranih. Izbor određene topologije određen je područjem primjene mreže, geografskom lokacijom njenih čvorova i dimenzijom mreže u cjelini. Na primjer:
Mrežna topologija... Karakterizira ga šema povezivanja čvorova, u kojoj su fizičke komunikacijske linije instalirane sa svim brojem stojeći kompjuteri:
U mreži sa mesh topologijom direktno su povezani samo oni računari između kojih postoji intenzivna razmjena podataka, a za razmjenu podataka između računara koji nisu povezani direktnim vezama koriste se tranzitni prijenosi putem međučvorovi... Mrežna topologija omogućava povezivanje veliki broj računara i tipičan je, po pravilu, za globalne mreže. Prednosti ove topologije su njena otpornost na kvarove i preopterećenja, jer postoji nekoliko načina da se zaobiđu pojedinačni čvorovi.
Mješovita topologija... U takvim mrežama moguće je razlikovati pojedinačne podmreže sa tipičnom topologijom - zvijezdom, prstenom ili zajedničkom magistralom, koje su za velike mreže povezane proizvoljno.
Mrežne arhitekture.
Prenosni medij je zajednički resurs za sve čvorove na mreži. Da biste mogli pristupiti ovom resursu sa hosta, potrebni su posebni mehanizmi - metode pristupa. Metoda pristupa medijima - metoda koja osigurava ispunjenje skupa pravila prema kojima mrežni čvorovi dobijaju pristup resursu.
Pristup markerom... Računar-pretplatnik od centralnog računara mreže prima token-signal za pravo obavljanja prijenosa na određeno vrijeme, nakon čega se token prenosi drugom pretplatniku.
At kompetitivni pristupni metod pretplatnik započinje prijenos podataka ako pronađe neaktivnu liniju.
Ethernet mreža... Šema prijenosa podataka je konkurentna, mrežni elementi se mogu povezati koristeći topologiju magistrale ili zvijezde pomoću upredenih parica, koaksijalnih i optičkih kablova. Glavna prednost je performanse od 10 do 100 Mbps.
Mreža tokena Prsten... Token Access Scheme. Fizički je dizajniran kao zvijezda, ali se ponaša kao prsten. Podaci se prenose uzastopno od stanice do stanice, ali stalno prolaze kroz centralno čvorište. Koriste se upredeni parovi i optičkih kablova. Brzina prijenosa 4 ili 16 Mbps.
ARCnet... Šema pristupa markeru može raditi i sa sabirnicom i sa zvjezdanom topologijom. Kompatibilan sa upredenim paricama, koaksijalnim i optičkim kablovima. Brzina prijenosa 2.5 Mbps.
Otvorite model povezivanja sistema.
Osnovni zadatak koji se rješava prilikom kreiranja računarskih mreža je osiguranje kompatibilnosti opreme u pogledu električnih i mehaničkih karakteristika i kompatibilnost informatičke podrške (programa i podataka) u pogledu sistema kodiranja i formata podataka. Rješenje ovog problema pripada oblasti standardizacije i zasniva se na modelu tzv OSI (model interakcije otvorenih sistema - Model Otvorite sistem interkonekcije). OSI model je kreiran na osnovu tehničkih prijedloga Međunarodne organizacije za standarde (ISO).
Prema OSI modelu, arhitekturu računarskih mreža treba razmatrati na različitim nivoima (ukupan broj nivoa je do sedam). Najviši nivo je primijenjeno , na ovom nivou korisnik stupa u interakciju sa računarskim sistemom. Najniži nivo je fizički , omogućava razmjenu signala između uređaja. Do razmjene podataka u komunikacionim sistemima dolazi premeštanjem sa gornjeg nivoa na donji, zatim transportom i na kraju obrnutom reprodukcijom na računaru klijenta kao rezultatom prelaska sa donjeg nivoa na viši.
Da bi se osigurala neophodna kompatibilnost na svakom od sedam mogućih nivoa arhitekture računarske mreže, postoje posebni standardi (pravila) tzv. protokoli ... Oni određuju prirodu hardverske interakcije mrežnih komponenti ( hardverski protokoli ) i prirodu interakcije programa i podataka ( softverski protokoli ). Fizički, funkcije podrške protokolu obavljaju hardverski uređaji ( interfejsi ) i softver ( programi podrške protokolu ). Programi koji podržavaju protokole nazivaju se i protokoli.
Slojevi OSI modela
| № | Nivo | Funkcije koje obavlja nivo |
| Primijenjeno | Uz pomoć posebnih aplikacija korisnik kreira dokument (poruku, sliku itd.). | |
| Predstavnik | Operativni sistem računara beleži gde se kreirani podaci nalaze (u RAM-u, u datoteci na hard disku itd.) i konvertuje ih iz internog formata računara u format prenosa | |
| Sjednica | Interagira s lokalnim ili globalna mreža... Protokoli ovog sloja provjeravaju prava korisnika. | |
| Transport | Dokument se pretvara u formu u kojoj treba da prenosi podatke u korišćenoj mreži. Na primjer, može se izrezati u male vrećice standardne veličine. | |
| Mreža | Određuje rutu kretanja podataka u mreži. Tako, na primjer, ako su na nivou transporta podaci "isječeni" u pakete, onda na nivou mreže svaki paket mora dobiti adresu na koju mora biti isporučen bez obzira na druge pakete. | |
| Kanal (priključci) | Modulira signale koji kruže na fizičkom sloju u skladu sa podacima primljenim od mrežnog sloja, pruža kontrolu toka podataka u obliku okvira, otkriva greške u prijenosu i implementira algoritam za oporavak informacija. | |
| Fizički | Pravi prijenos podataka. Nema dokumenata, nema paketa, čak ni bajtova - samo bitovi, odnosno elementarne jedinice reprezentacije podataka. Sredstva fizički sloj lezi van kompjutera. V lokalne mreže to je oprema same mreže. Za daljinsku komunikaciju pomoću telefonskih modema, to su telefonske linije, komutatorska oprema telefonske centrale itd. |
mrežni hardver.
1 . Mrežne kartice (adapteri ) Da li su kontroleri uključeni u slotove za proširenje matična ploča kompjuter dizajniran da prenosi signale u mrežu i prima signale iz mreže.
2 . Terminatori - ovo su otpornici nominalne vrijednosti 50 Ohm koji proizvode slabljenje signala na krajevima mrežnog segmenta.
3 . Koncentratori (Hub) - ovo je centralnih uređaja kablovski sistem ili mreža fizičke topologije "zvijezda", koja, kada primi paket na jedan od svojih portova, prosljeđuje ga svim ostalim. Razlikujte aktivna i pasivna čvorišta. Aktivan koncentratori pojačavaju primljene signale i prenose ih. Pasivno koncentratori prolaze signal kroz sebe bez da ga pojačavaju ili vraćaju.
4 . Ponavljači (Repeater) - mrežni uređaj, pojačava i preoblikuje oblik dolaznog analognog signala mreže na udaljenosti od drugog segmenta. Repetitor radi na električnom nivou za povezivanje dva segmenta. Ponavljači ne prepoznaju mrežne adrese i stoga se ne može koristiti za smanjenje prometa.
5 . Prekidači (Prekidač) - softverski upravljani centralni uređaji kablovskog sistema, koji smanjuju mrežni promet zbog činjenice da se dolazni paket analizira kako bi se saznala adresa primaoca i, shodno tome, prenosi samo njemu.
6 . Ruteri (Router) – standardni uređaji mreže koje funkcionišu na nivou mreže, i omogućava vam da prosleđujete i usmeravate pakete iz jedne mreže u drugu, kao i da filtrirate emitovane poruke.
7 . Mostovi (Most) - mrežni uređaj koji povezuje dva odvojena segmenta mreže, ograničena njihovom fizičkom dužinom, i prenosi promet između njih. Mostovi takođe pojačavaju i pretvaraju signale za druge tipove kablova. Ovo vam omogućava da se proširite maksimalna veličina mreže, a da pritom ne krše ograničenja na maksimalna dužina kabl, broj povezanih uređaja ili broj repetitora po segmentu mreže. Most može povezati mreže različitih topologija, ali rade pod kontrolom iste vrste mrežnih operativnih sistema.
8 . Gateways (Gateway) - softverski i hardverski sistemi koji povezuju heterogene mreže ili mrežne uređaje. Gateway vam omogućava da riješite problem razlika u protokolima ili sistemima adresiranja. Oni rade na slojevima sesije, prezentacije i aplikacije OSI modela.
9 . Multiplekseri Jesu uređaji centralna kancelarija podržava nekoliko stotina digitalnih pretplatničke linije... Multiplekseri šalju i primaju pretplatničke podatke preko telefonskih linija, koncentrišući sav promet na jedan kanal velike brzine za prijenos na Internet ili mrežu kompanije.
10 . Zaštitni zidovi (firewall, firewall) je softver i / ili hardversku barijeru između dvije mreže, koja dozvoljava uspostavljanje samo ovlaštenih interkonekcija. Većina njih se zasniva na diferencijaciji pristupa, prema kojoj je subjektu (korisniku, programu, procesu ili mrežnom paketu) dozvoljen pristup objektu (datoteci ili mrežnom čvoru) nakon predstavljanja nekog jedinstvenog elementa koji je svojstven samo ovom subjektu. U većini slučajeva, ovaj element je lozinka. U drugim slučajevima, takav jedinstveni element su mikroprocesorske kartice, biometrijske karakteristike korisnika itd. Za mrežni paket takav element su adrese ili zastavice u zaglavlju paketa, kao i neki drugi parametri.
Telekomunikaciona tehnologija.
Sa evolucijom računarskih sistema, formirali su se sledeći tipovi arhitekture računarskih mreža:
Ø peer-to-peer arhitektura;
Ø klasična arhitektura "klijent-server";
Ø Arhitektura klijent-server zasnovana na Web tehnologiji.
Sa peer-to-peer arhitekturom, Sl. 1 sve resurse računarski sistem, uključujući informacije, koncentrisani su u centralnom računaru, koji se naziva i glavni računar ( glavni okvir- centralni kompjuterski blok). Kao glavno sredstvo pristupa informacionih resursa korišćeni alfanumerički terminali istog tipa, kablom povezani sa centralnim računarom. Ovo nije zahtijevalo ništa posebne akcije na strani korisnika za postavljanje i konfiguraciju softvera.
Rice. 1... Peer-to-peer arhitektura računarskih mreža.
Očistite peer-to-peer nedostatke i razvoj alata dovelo je do pojave računarskih sistema sa klijent-server arhitekturom. Posebnost ove klase sistema je decentralizacija arhitekture autonomnih računarskih sistema i njihova integracija u globalne računarske mreže. Stvaranje ove klase sistema povezuje se sa pojavom personalnih računara, koji su preuzeli neke od funkcija centralnih računara. Kao rezultat, postalo je moguće kreirati globalne i lokalne računarske mreže koje objedinjuju personalne računare (klijente ili radne stanice) koji koriste resurse i računare (servere) koji obezbeđuju određene resurse za opšta upotreba... Na sl. 2 prikazuje tipičnu arhitekturu klijent-server, međutim, postoji nekoliko modela koji se razlikuju u distribuciji softverskih komponenti između računara na mreži.
Rice. 2... Tipična klijent-server arhitektura.
Bilo koji softverska aplikacija može se predstaviti kao struktura od tri komponente:
Ø komponenta prezentacije koja implementira interfejs sa korisnikom;
Ø komponenta aplikacije koja osigurava implementaciju aplikativnih funkcija;
Ø komponenta pristupa informacionim resursima, ili menadžer resursa koji vrši akumulaciju informacija i upravljanje podacima.
Na osnovu distribucije navedenih komponenti između radne stanice i mrežnog servera, razlikuju se sljedeći modeli arhitekture klijent-server:
Ø model pristupa udaljenim podacima;
Ø model servera za upravljanje podacima;
Ø složen model servera;
Ø troslojna arhitektura klijent-server.
Model daljinskog pristupa podacima sl. 3, u kojem se samo podaci nalaze na serveru, ima sljedeće karakteristike:
Rice. 3... Model daljinskog pristupa podacima.
Ø niska produktivnost, jer se sve informacije obrađuju na radnim stanicama;
Ø smanjenje ukupnog kursa prilikom prenosa velikih količina informacija za obradu sa servera na radne stanice.
Kada koristite model servera za upravljanje podacima na sl. 4 pored samih informacija, server sadrži menadžer informacionih resursa (na primjer, sistem upravljanja bazom podataka). Komponenta prezentacije i komponenta aplikacije se kombinuju i izvode na klijentskom računaru koji podržava i funkcije unosa i prikaza podataka i čisto aplikativne funkcije. Pristup informacijskim resursima obezbjeđuju ili operatori posebnog jezika (na primjer, SQL u slučaju korištenja baze podataka), ili pozivima specijaliziranih funkcija. softverske biblioteke... Zahtjevi za informacijskim resursima se usmjeravaju preko mreže do upravitelja resursa (na primjer, server baze podataka), koji obrađuje zahtjeve i vraća blokove podataka klijentu. Najznačajnije karakteristike ovog modela:
Rice. 4... Model servera za upravljanje podacima.
Ø smanjenje količine informacija koje se prenose preko mreže, od odabira potrebnih informacije vrši se na serveru, a ne na radnim stanicama;
Ø objedinjavanje i širok spektar alata za kreiranje aplikacija;
Ø nedostatak jasne razlike između komponente prezentacije i komponente aplikacije, što otežava poboljšanje računarskog sistema.
Model servera za upravljanje podacima je preporučljivo koristiti u slučaju obrade umjerenih količina informacija koje se ne povećavaju tokom vremena. Štaviše, složenost primijenjene komponente trebala bi biti niska.
Rice. 5... Složen model servera.
Kompleksni model servera sl. 5 je konstruisan pod pretpostavkom da je proces koji se izvodi na klijentskom računaru ograničen na funkcije prezentacije, a stvarne funkcije aplikacije i funkcije pristupa podacima obavlja server.
Prednosti kompleksnog modela servera:
Ø visoke performanse;
Ø centralizovana administracija;
Ø ušteda mrežnih resursa.
Složeni model servera je optimalan za velike mreže fokusirane na obradu velikih i sve većih količina informacija.
Arhitektura klijent-server u kojoj se komponenta aplikacije nalazi na radnoj stanici sa komponentom za prezentaciju (model udaljenog pristupa podacima i server za upravljanje podacima) ili na serveru sa upraviteljem resursa i podataka (kompleksni serverski model) naziva se dvoslojna arhitektura .
Uz značajnu komplikaciju i povećanje intenziteta resursa komponente aplikacije, za nju se može dodijeliti poseban server, nazvan server aplikacije. U ovom slučaju, govori se o troslojnoj arhitekturi klijent-server na Sl. 6. Prva veza je klijentski računar, druga je aplikacijski server, a treća je server za upravljanje podacima. U okviru aplikacijskog servera može se implementirati nekoliko aplikativnih funkcija, od kojih je svaka osmišljena kao zaseban servis koji svim programima pruža određene usluge. Može postojati nekoliko servera aplikacija, svaki od njih je fokusiran na pružanje određenog skupa usluga.
Rice. 6... Troslojna arhitektura klijent-server.
Najslikovitije moderne tendencije telekomunikacione tehnologije su se manifestovale na Internetu. Web-bazirana arhitektura klijent-server prikazana je na Sl. 7.
Rice. 7... Web-bazirana arhitektura klijent-server.
U skladu sa Web tehnologijom, na serveru se nalaze tzv. Web dokumenti, koji se prikazuju i interpretiraju navigacijskim programom (Web pretraživač, Web pretraživač) koji radi na radnoj stanici. Logično, web dokument je hipermedijski dokument koji povezuje različite web stranice zajedno. Za razliku od papirne web stranice, na nju se može povezati kompjuterski programi i sadrže veze do drugih objekata. U Web tehnologiji postoji sistem hiperveza koji uključuje veze ka sljedećim objektima.
Prijenos sa servera na radna stanica dokumente i druge objekte, na zahtev navigatora, obezbeđuje program koji radi na serveru koji se zove Web server. Kada Web pretraživač treba da preuzme dokumente ili druge objekte sa Web servera, on šalje zahtev serveru. Sa dovoljnim pravima pristupa uspostavlja se logička veza između servera i navigatora. Server zatim obrađuje zahtjev, šalje rezultate obrade web pretraživaču i prekida uspostavljena veza... Dakle, web server djeluje kao informacijsko čvorište koje dostavlja informacije iz različitih izvora, a zatim ih u uniformnom obliku pruža korisniku.
Internet je uspješna zbirka kompjuterskih mreža koje se protežu širom svijeta, povezujući vladine, vojne, obrazovne i komercijalne institucije, kao i pojedinačne građane.
Poput mnogih sjajnih ideja, "mreža mreža" je nastala iz projekta koji je bio namijenjen za potpuno različite svrhe: ARPAnet, koji je razvijen i kreiran 1969. godine za Agenciju za napredna istraživanja (ARPA) Ministarstva odbrane SAD-a. ARPAnet je bila mreža obrazovnih institucija, vojnih i vojnih izvođača; stvoren je da pomogne istraživačima u razmjeni informacija i (što je bila jedna od glavnih svrha) da proučava problem održavanja komunikacije u slučaju nuklearnog napada.
U ARPAnet modelu, uvijek postoji veza između izvornog i odredišnog računara. Sama mreža se smatra nepouzdanom; bilo koji njegov segment može nestati u bilo kom trenutku (nakon bombardovanja ili kao rezultat kvara kabla). Mreža je izgrađena tako da je potreba za informacijama sa klijentskih računara bila minimalna. Da bi poslao poruku preko mreže, računar je jednostavno morao staviti podatke u omotnicu nazvanu "Internet Protocol (IP) paket" i ispravno "adresirati" te pakete. Računari koji međusobno komuniciraju (a ne samo sama mreža) također su bili odgovorni za osiguranje prijenosa podataka. Osnovni princip je bio da svaki računar na mreži može komunicirati kao čvor sa bilo kojim drugim računarom sa širokim spektrom računarskih usluga, resursa, informacija. Skup ugovora o umrežavanju i javno dostupnih alata "mreža mreža" dizajnirani su da kreiraju jedan velika mreža u kojoj kompjuteri, povezani zajedno, komuniciraju, imaju mnogo različitih softverskih i hardverskih platformi.
Trenutno, pravac razvoja Interneta uglavnom određuje "Internet Society", odnosno ISOC (Internet Society). ISOC je volonterska organizacija posvećena globalnoj promociji razmjena informacija putem interneta. Ona imenuje Odbor za arhitekturu interneta (IAB), koji je odgovoran za tehničko usmjeravanje i orijentaciju Interneta (uglavnom Internet standardizacija i adresiranje). Korisnici interneta izražavaju svoja mišljenja na sastancima Radne grupe za internet inženjering (IETF). IETF je još jedno javno tijelo koje se redovno sastaje kako bi razgovaralo o tekućim tehničkim i organizacionim pitanjima na Internetu.
Finansijska osnova interneta je da svako plaća za svoj dio. Pojedinci iz pojedinačnih mreža se okupljaju i odlučuju kako da se povežu i kako da finansiraju ove interkonekcije. Obrazovna ustanova ili poslovni subjekt plaća povezivanje na regionalnu mrežu, koja zauzvrat plaća pristup internetu nacionalnom provajderu. Dakle, svako povezivanje na internet neko plaća.
Pitanja:
1. Navedite funkcije svih vrsta računarskih mreža.
2. Navedite karakteristike i klasifikaciju računarskih mreža.
3. Vrste fizičkih medija za prijenos.
4. Navedite LAN topologije.
5. Navedite vrste mrežne opreme.
6. Navedite arhitekturu i modele telekomunikacijskih tehnologija.
DB i DBMS koncepti.
Baza podataka je skup strukturiranih podataka pohranjenih u memoriji računarskog sistema i koji prikazuje stanje objekata i njihove međusobne odnose u predmetnoj oblasti koja se razmatra.
Logička struktura podataka pohranjenih u bazi podataka naziva se model prezentacije podataka. Glavni modeli prezentacije podataka (modeli podataka) uključuju hijerarhijski, mrežni, relacijski.
Sistem za upravljanje bazom podataka (DBMS) je kompleks jezičkih i softverskih alata dizajniranih za kreiranje, održavanje i dijeljenje baza podataka od strane mnogih korisnika. Tipično, DBMS se razlikuje po korištenom modelu podataka. Dakle, DBMS zasnovani na upotrebi relacionog modela podataka nazivaju se relacionim DBMS.
Rječnik podataka je podsistem baze podataka dizajniran za centralizirano skladištenje informacija o strukturama podataka, međusobnim odnosima datoteka baze podataka, tipovima podataka i formatima njihove prezentacije, podacima koji pripadaju korisnicima, sigurnosnim i kontrolnim kodovima itd.
Informacioni sistemi zasnovani na korišćenju baza podataka obično rade u arhitekturi klijent-server. U ovom slučaju, baza podataka se nalazi na serverskom računaru i dijeli se.
Server određenog resursa u računarskoj mreži je računar (program) koji upravlja ovim resursom, a klijent je računar (program) koji koristi ovaj resurs. Kao resurs računarske mreže, na primjer, mogu djelovati baze podataka, datoteke, usluge štampanja i poštanske usluge.
Prednost organizovanja informacionog sistema na klijent-server arhitekturi je uspešna kombinacija centralizovanog skladištenja, održavanja i kolektivnog pristupa opštim korporativnim informacijama sa individualnim radom korisnika.
Prema osnovnom principu klijent-server arhitekture, podaci se obrađuju samo na serveru. Korisnik ili aplikacija generira upite koji dolaze na poslužitelj baze podataka u obliku SQL naredbi. Server baze podataka omogućava pretragu i pronalaženje potrebnih podataka, koji se zatim prenose na računar korisnika. Prednost ovog pristupa u odnosu na prethodne je znatno manja količina prenetih podataka.
Razlikuju se sljedeće vrste DBMS-a:
* DBMS sa svim funkcijama;
* serveri baze podataka;
* alati za razvoj programa za rad sa bazom podataka.
Po prirodi upotrebe, DBMS se dijele na višekorisničke (industrijske) i lokalne (osobne).
Industrijski, DBMS predstavljaju softversku osnovu za razvoj automatizovani sistemi upravljanje velikim privrednim objektima. Industrijski DBMS mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:
* mogućnost organizovanja džointa paralelni rad mnogo korisnika;
* skalabilnost;
* prenosivost na različite hardverske i softverske platforme;
* stabilnost u odnosu na kvarove različitih vrsta, uključujući prisustvo višeslojnog sistema rezervnih kopija pohranjenih informacija;
* osiguranje sigurnosti pohranjenih podataka i naprednog strukturiranog sistema pristupa njima.
Personal DBMS je softver namenjen rešavanju problema lokalnog korisnika ili male grupe korisnika i namenjen za korišćenje na personalnom računaru. Ovo objašnjava njihovo drugo ime - desktop. Definišuće karakteristike desktop sistema su:
* relativna jednostavnost upotrebe, koja vam omogućava da kreirate funkcionalne korisničke aplikacije na njihovoj osnovi;
* relativno ograničeni zahtjevi za hardverskim resursima.
Prema korištenom modelu podataka, DBMS-ovi se dijele na hijerarhijske, mrežne, relacijske, objektno orijentisane, itd. Neki DBMS mogu istovremeno podržavati nekoliko modela podataka.
Za rad s podacima pohranjenim u bazi podataka koriste se sljedeće vrste jezika:
* jezik opisa podataka - neproceduralni jezik visokog nivoa
deklarativni tip, dizajniran da opiše logički
strukture podataka;
* jezik za manipulaciju podacima - skup konstrukcija koje obezbeđuju osnovne operacije za rad sa podacima: unos, modifikacija i preuzimanje podataka na zahtev.
Imenovani jezici mogu se razlikovati u različitim DBMS-ima. Najrasprostranjenija su dva standardizirana jezika: QBE - jezik upita po modelu i SQL - strukturirani jezik upita. QBE uglavnom ima svojstva jezika za manipulaciju podacima, SQL kombinuje svojstva oba tipa jezika.
DBMS implementira sljedeće glavne funkcije nizak nivo:
* upravljanje podacima u eksternoj memoriji;
* upravljanje RAM baferima;
* upravljanje transakcijama;
* vođenje dnevnika promjena u bazi podataka;
* osiguranje integriteta i sigurnosti baze podataka.
Implementacija funkcije upravljanja podacima u vanjskoj memoriji osigurava organizaciju upravljanja resursima u OS fajl sistemu.
Potreba za baferovanjem podataka je zbog činjenice da je količina RAM-a manja od količine eksterne memorije. Baferi su područja RAM-a dizajnirana da ubrzaju razmjenu između vanjskih i RAM... Baferi privremeno pohranjuju fragmente baze podataka iz kojih bi se podaci trebali koristiti prilikom pristupa DBMS-u ili se planiraju zapisati u bazu podataka nakon obrade.
Transakcioni mehanizam se koristi u DBMS-u za održavanje integriteta podataka u bazi podataka. Transakcija je određeni nedjeljiv niz operacija nad podacima baze podataka, koji DBMS prati od početka do kraja. Ako iz bilo kojeg razloga (kvarovi i kvarovi na hardveru, greške u softveru, uključujući i aplikaciju) transakcija ostane nepotpuna, tada se poništava.
Postoje tri glavna svojstva svojstvena transakcijama:
* atomičnost (sve operacije uključene u transakciju se izvršavaju ili nijedna);
* serijalabilnost (nema međusobnog uticaja transakcija koje se izvršavaju u isto vreme);
* trajnost (čak ni pad sistema ne dovodi do gubitka rezultata izvršene transakcije).
Primjer transakcije je operacija prijenosa novca s jednog računa na drugi bankarski sistem... Prvo se novac podiže sa jednog računa, a zatim se dopisuje na drugi račun. Ako barem jedna od radnji nije uspješna, rezultat operacije će biti netačan i ravnoteža operacije će biti poremećena.
Evidentiranje promjena vrši DBMS kako bi se osigurala pouzdanost skladištenja podataka u bazi podataka u prisustvu hardverskih i softverskih kvarova.
Osiguranje integriteta baze podataka je neophodan uslov za uspješno funkcionisanje baze podataka, posebno kada se koristi na mreži. Integritet baze podataka je svojstvo baze podataka, što znači da sadrži potpune, dosljedne i adekvatno odražavaju informacije o predmetnoj oblasti. Integralno stanje baze podataka opisuje se korištenjem ograničenja integriteta u obliku uvjeta koje moraju ispuniti podaci pohranjeni u bazi podataka.
Sigurnost se u DBMS-u postiže enkripcijom podataka, zaštitom lozinkom, podrškom za nivoe pristupa bazi podataka i njenim pojedinačnim elementima (tabele, obrasci, izvještaji itd.).
Faze kreiranja baze podataka.
Dizajniranje baza podataka informacionih sistema je prilično naporan zadatak. Izvodi se na osnovu formalizacije strukture i procesa predmetne oblasti, informacije o kojima bi trebalo da budu pohranjene u bazi podataka. Razlikovati idejni i shematski-strukturni dizajn.
Konceptualni dizajn IS DB je u velikoj mjeri heuristički proces. Adekvatnost infološkog modela predmetnog područja izgrađenog u njegovim okvirima provjerava se empirijski, u procesu funkcionisanja IS.
Navedimo faze idejnog dizajna:
1. Proučavanje predmetne oblasti radi formiranja opšte predstave o njoj;
2. Alokacija i analiza funkcija i zadataka razvijenog IS-a;
3. Određivanje glavnih objekata-entiteta predmetne oblasti
i odnos između njih;
4. Formalizovana prezentacija predmetne oblasti.
Prilikom dizajniranja sheme relacijske baze podataka, mogu se razlikovati sljedeće procedure:
1. Određivanje liste tabela i relacija između njih;
2. Određivanje liste polja, tipova polja, ključnih polja svake tabele (šema tabele), uspostavljanje veza između tabela preko stranih ključeva;
3. Uspostavljanje indeksiranja za polja u tabelama;
4. Izrada lista (rečnika) za polja sa nabrojanim
podaci;
5. Postavljanje ograničenja integriteta za tabele i relacije;
6. Normalizacija tabela, korekcija liste tabela i linkova.
Relacijske baze podataka.
Relaciona baza podaci su skup međusobno povezanih tabela, od kojih svaka sadrži informacije o objektima određenog tipa. Svaki red tabele sadrži podatke o jednom objektu (na primer, automobil, računar, kupac), a kolone tabele sadrže razne karakteristike ovih objekata - atributi (na primjer, broj motora, marka procesora, telefonski brojevi kompanija ili kupaca).
Redovi u tabeli se nazivaju zapisi. Svi zapisi tabele imaju istu strukturu – sastoje se od polja (elemenata podataka), u kojima se pohranjuju atributi objekta (slika 1). Svako polje zapisa sadrži jednu karakteristiku objekta i predstavlja dati tip podataka (na primjer, tekstualni niz, broj, datum). Primarni ključ se koristi za identifikaciju zapisa. Primarni ključ je skup polja tablice čija kombinacija vrijednosti jedinstveno identificira svaki zapis u tablici.
Primarni ključ
Svaka tabela baze podataka može imati primarni ključ. Primarni ključ je polje ili skup polja koja jedinstveno (jedinstveno) identificiraju zapis. Primarni ključ bi trebao biti minimalno dovoljan: ne bi trebao sadržavati polja čije uklanjanje iz primarnog ključa neće utjecati na njegovu jedinstvenost.
Podaci tabele "Učitelj"
Samo “Tab. br.“, vrijednosti ostalih polja se mogu ponoviti unutar ove tabele.
Sekundarni ključ
Sekundarni ključevi su primarni mehanizam za organiziranje odnosa između tabela i održavanje integriteta i konzistentnosti informacija u bazi podataka.
Sekundarno je polje tabele koje može sadržati samo vrednosti koje se nalaze u polju ključa druge tabele na koju upućuje sekundarni ključ. Sekundarni ključ povezuje dvije tabele.
Odnosi podređenosti mogu postojati između dvije ili više tablica baze podataka. Odnosi podređenosti određuju da za svaki zapis glavne tablice (glavni, koji se također naziva i roditelj) može postojati jedan ili više zapisa u podređenoj tablici (detalj, koji se također naziva i podređena tablica).
Postoje tri tipa odnosa između tabela baze podataka:
- "jedan prema više"
- "jedan na jedan"
- "mnogo-na-mnogo"
Odnos jedan-na-jedan nastaje kada se jedan zapis u nadređenoj tablici podudara sa jednim zapisom u podređenoj tablici.
Odnos više-prema-mnogo se javlja kada:
a) zapisi u nadređenoj tabeli mogu odgovarati više od jednog zapisa u podređenoj tabeli;
b) zapisi u podređenoj tabeli mogu odgovarati više od jednog zapisa u nadređenoj tabeli.
Odnos jedan prema više nastaje kada više zapisa u podređenoj tablici može odgovarati istom zapisu u nadređenoj tablici.
Fizički i logički modeli baza podataka
Logički model podataka... Na sljedećem, nižem nivou je logički model podataka domene. Logički model opisuje koncepte predmetne oblasti, njihov odnos, kao i ograničenja podataka koja nameće predmetna oblast. Primjeri pojmova su "zaposlenik", "odjel", "projekat", "plata". Primjeri odnosa između pojmova - "zaposlenik je naveden u tačno jednom odjelu", "zaposlenik može izvoditi više projekata", "više zaposlenih može raditi na jednom projektu". Primjeri ograničenja su „starost zaposlenika nije manja od 16 i ne više od 60 godina“.
Logički model podataka je početni prototip za buduću bazu podataka. Logički model je izgrađen u smislu informacijskih jedinica, ali bez pozivanja na određeni DBMS... Štaviše, logički model podataka ne mora biti izražen pomoću tačnog relacijski modeli podataka. Glavni alat za razvoj logičkog modela podataka u trenutno su različite opcije ER dijagrami (Entitet-odnos , dijagrami entitet-odnos ). Isti ER model može se transformirati i u relacijski model podataka i u model podataka za hijerarhijske i mrežne DBMS-ove, ili u postrelacijski model podataka. Međutim, pošto mi razmatramo samo relacioni DBMS, onda možemo pretpostaviti da je logički model podataka za nas formulisan u terminima relacionog modela podataka.
Odluke donesene na prethodnom nivou, prilikom razvoja modela domene, definišu neke granice unutar kojih se može razviti logički model podataka, ali unutar ovih granica je moguće uzeti različita rješenja... Na primjer, model domene knjigovodstvo skladišta sadrži pojmove "skladište", "faktura", "roba". Prilikom razvoja odgovarajućeg relacionog modela, ovi termini se moraju koristiti, ali Različiti putevi Ovdje ima dosta implementacije - možete kreirati jedan odnos u kojem će "magacin", "faktura", "roba" biti prisutni kao atributi, ili možete kreirati tri odvojena odnosa, po jednu za svaki koncept.
Kada se razvija logički model podataka, postavljaju se pitanja: da li su odnosi dobro osmišljeni? Da li ispravno odražavaju model domene, a time i samu domenu?
Fizički model podaci... Na još nižem nivou je fizički model podataka. Fizički model podataka opisuje podatke pomoću specifičnog DBMS-a. Pretpostavićemo da je fizički model podataka implementiran pomoću precizno relacijski DBMS, iako, kao što je gore spomenuto, ovo nije obavezno. Odnosi razvijeni u fazi formiranja logičkog modela podataka se pretvaraju u tabele, atributi postaju kolone tabela, za ključni atributi kreiraju se jedinstveni indeksi, domeni se transformišu u tipove podataka prihvaćene u određenom DBMS-u.
Ograničenja u logičkom modelu podataka implementiraju se različitim DBMS alatima, na primjer, korištenjem indeksa, deklarativnih ograničenja integriteta, okidača, pohranjenih procedura. U ovom slučaju, opet, odluke donesene na nivou logičkog modeliranja definiraju neke granice unutar kojih se može razviti fizički model podataka. Isto tako, različite odluke se mogu donositi unutar ovih granica. Na primjer, odnosi sadržani u logičkom modelu podataka moraju se konvertirati u tablice, ali za svaku tablicu možete dodatno deklarirati razni indeksi koji povećavaju brzinu pristupa podacima. Mnogo zavisi od konkretnog DBMS-a.
Prilikom dizajniranja fizičkog modela podataka, postavljaju se pitanja: Da li su tabele dobro dizajnirane? Da li su indeksi ispravno odabrani? Koliko programski kod u obliku okidača i uskladištenih procedura treba da budu dizajnirane za održavanje integriteta podataka?
U procesu kreiranja baze podataka može se izdvojiti nekoliko faza, u svakoj od kojih se konkretizuje i dorađuje struktura projektovane baze podataka.
1) Izrada konceptualnog modela baze podataka.
Proces kreiranja konceptualnog modela više se odnosi na projektovanje celokupnog informacionog sistema, čiji je jedan od delova baza podataka. U ovoj fazi se vrši analiza zadataka koji se rješavaju u određenoj predmetnoj oblasti, opisuju se objekti predmetne oblasti i odnos ovih objekata. Konceptualni model može sadržavati i opis procesa koji se dešavaju sa objektima predmetne oblasti, što omogućava da se u potpunosti uzmu u obzir sve nijanse funkcionisanja informacionog sistema koji se razvija. Prilikom izrade idejnog modela ne uzimaju se u obzir karakteristike implementacije pojedinih dijelova informacionog sistema i ne razmatraju se pitanja povećanja efikasnosti obrade informacija.
2) Kreiranje logičkog modela baze podataka.
Logički model baze podataka rezultat je transformacije konceptualnog modela, u kojem informacijski objekti postaju glavni objekti. Potonji su entiteti - objekti ili događaji, informacije o kojima se moraju pohraniti u bazi podataka. Entitete karakterizira skup određenih svojstava zvanih atributi. Logički model odražava logičke odnose između entiteta, bez obzira na to kako će podaci biti pohranjeni. Logički model baze podataka je univerzalan, jer ni na koji način nije povezan sa specifičnom implementacijom baze podataka. Imena entiteta i atributa u logičkom modelu mogu biti ista kao imena koja se koriste u stvarnom životu.
Dijagram entitet-odnos (ER-dijagram) se koristi za opisivanje šeme baze podataka na razini logičkog dizajna. Postoje različite opcije za dijagrame entitet-odnos. Metode za prikazivanje elemenata ER dijagrama počele su se zvati notacije. Na njima su isti elementi grafički prikazani na različite načine. Poznata notacija Martin, notacija IDEF1X, itd. Osim toga, različiti softverski alati koji implementiraju istu notaciju mogu se razlikovati po svojim mogućnostima. Sve varijante dijagrama entitet-odnos zasnovane su na jednoj ideji - crtež je uvijek jasniji od opisa teksta. Svi takvi dijagrami koriste grafički prikaz. entiteta predmetno područje, njihova svojstva ( atributi), i odnos između entiteta.
3) Kreiranje fizičkog modela baze podataka.
Fizički model je mapiranje logičkog modela primijenjenog na određeni DBMS. Nekoliko različitih fizičkih modela može odgovarati istom modelu logičke baze podataka, odražavajući karakteristike implementacije specifičnog DBMS-a. U fizičkom modelu važno je opisati sve informacije o fizičkim objektima baze podataka – tabelama, kolonama, indeksima, procedurama itd.
Savremeni alati za projektovanje fizičkog modela baze podataka omogućavaju da se na osnovu kreiranog modela formiraju potrebni recepti (naredbe, upiti) za odabrani sistem upravljanja bazom podataka. Na osnovu primljenih instrukcija, DBMS formira fizičku strukturu baze podataka namijenjenu za pohranjivanje stvarnih informacija.
Razmotrite proces dizajniranja baze podataka informacionog sistema dizajniranog za skladištenje i održavanje informacija o prostorijama univerziteta: učionicama, laboratorijama, pomoćnim prostorijama.
1) Kreiranje konceptualnog modela baze podataka
Bilo koju sobu karakteriziraju sljedeći parametri: informacije o zgradi u kojoj se soba nalazi; broj sobe; sprat na kojem se nalazi; kratak opis lokacije prostorija u zgradi; dimenzije prostorije (širina, dužina i visina plafona u metrima).
Treba imati na umu da su za publiku važni parametri kao što su broj mjesta za slušaoce i broj ploča; laboratorije se odlikuju brojem laboratorijskih klupa i maksimalnom potrošnjom električne energije laboratorijske opreme; pomoćne prostorije treba da sadrže opis namjene prostorija.
Osim toga, sve prostorije mogu biti okarakterisane dodatnim fakultativnim detaljima, na primjer, prezime i inicijali osobe zadužene za zaštitu od požara; kontakt telefon osobe odgovorne za zaštitu od požara; učestalost zakazanih pregleda i provjera tehničkog stanja prostorija; vrsta sistema ventilacije i klimatizacije itd.
Broj opcionih detalja prostorija nije konačan skup i može se povećati tokom rada informacionog sistema.
Dozvoljeno je da svaku prostoriju koristi više fakultetskih odjela. Istovremeno, informacioni sistem treba da vodi računa o tome da struktura univerzitetskih odsjeka ima hijerarhijski oblik, kada su neki odjeli dio drugih.
2) Kreiranje logičkog modela baze podataka
Odaberimo glavne informacijske objekte, informacije o kojima će biti pohranjene u bazi podataka, atribute ovih objekata i odnos između objekata. Logički model predstavljamo u obliku dijagrama entitet-relacija u IDEF1X notaciji (slika 1).
Rice. 1. Logički model baze podataka
3) Kreiranje fizičkog modela baze podataka
Nakon što smo odabrali Oracle DBMS kao cilj, transformiramo logički model u fizički (slika 2).
Rice. 2. Fizički model baze podataka
