Базы данных. Введение

Базы данных. Введение

Основные понятия

Информационная система - это аппаратные и программные средства, предназначенные для того, чтобы своевременно обеспечить пользователей нужной информацией.
Базы данных - это специальным образом организованная совокупность данных о некоторой предметной области, хранящаяся во внешней базе компьютера.
Система управления базами данных - это программные средства, которые позволяют выполнять все необходимые операции с базой данных.

Типы информационных систем:

• локальная база данных;
• удаленные базы данных.

Транзакции

Транзакция - это группа операций, которая представляет собой одно законченное действие. Транзакция должна быть выполнена целиком или не выполнена вовсе.

Таблицы

Поля таблицы - столбцы таблицы. Записи таблицы - строки.

Каждое поле имеет свой тип:

• целые числа;
• вещественные числа;
• денежные суммы;
• логические значения;
• текстовые данные;
• время, дата;
• произвольные двоичные данные.

Ключ - это поле или комбинация полей, однозначно определяющие запись. Ключ обладает свойством уникальности, несократимости.

Первый ключ - основной ключ. Простой ключ - ключ, состоящий из одного поля. Ключевое поле - соответствующее поле таблицы. Составной ключ - ключ, который состоит из нескольких полей. Суррогатный ключ - это дополнительное числовое поле, которое используется как ключ таблицы.

Индексы

• линейный поиск;
• двоичный поиск.

Индекс - вспомогательная таблица, которая служит для ускорения поиска в основной таблице.

Простейший индекс - таблица, в которой хранится значение интересующего нас поля основной таблицы и список номеров записей, где такое значение встречается.

Целостность базы данных

Целостность БД - свойство, которое означает, что база содержит полную и непротиворечивую информацию, удовлетворяет всем заданным ограничениям.

Многотабличные базы данных

Для того, чтобы избежать дублирования, данные в БД обычно разбивают на несколько взаимосвязанных таблиц.

Внешний ключ - это неключевое поле таблицы, связанное с первичным ключом другой таблицы.

Ссылочная целостность

Ссылочная целостность - правильность связей между таблицами.
Типы связей:

• "один ко многим";
• "один к одному";
• "многие ко многим".

Реляционная модель данных

Реляционная база данных - это БД, которая основана на реляционной модели, т.е. представляет собой набор отношений.

Реляционная база данных - это БД, которую можно представить в виде набора таблиц.

Нормализация

Нормализация - это изменение структуры БД, которая устраняет избыточность и предотвращает возможные нарушения целостности. 

Работа с таблицей 

Работа с готовой таблицей 

Сортировка - это расстановка данных в определенном порядке.

Фильтр - условие для отбора записей.

Создание таблиц

Для создания таблицы можно использовать мастер или режим дизайна (конструктор).

Связь между таблицами

Связывать можно только поля таблиц, которые имеют одинаковый тип.

Запросы

Запрос - это обращение с СУБД для отбора записей или выполнения других операций с данными.

Параметры - это данные, которые пользователь вводит при выполнении запроса.

Вычисляемое поле содержит данные, которые не хранятся в БД, а вычисляются по формулам в момент выполнения запроса.

В запросах можно применять групповые операции: вычислять сумму, произведение, среднее значение, минимум или максимум для группы записей.

Формы

Форма - это диалоговое окно для управления БД.

Макрос - это подпрограмма для автоматизации действий пользователя.

Отчеты

Отчет - это документ, предназначенный для вывода данных на печать.

Источник данных для отчета - это таблица или запрос.

В отчетах можно использовать несколько уровней группировки.

Нереляционные базы данных

Проблемы реляционных БД:

• плохо работают с данными меняющейся структуры;
• плохо масштабируют.

Большинство нереляционных БД относится к типу "ключ - значение" и могут хранить произвольные данные, связанные с ключом.

Большие разреженные таблицы - хранилища типа "ключ - значение", где каждый элемент может иметь два ключа - ключ строки и ключ столбца.

Достоинство нереляционных БД - хорошо масштабируются.

Недостатки:

• не поддерживают связь между данными;
• нет стандарта;
• основной вид запросов - поиск значения по ключу.

Другие службы интернета. Электронная коммерция.

План содержания параграфов

Общение в реальном времени

Онлайн  (англ. on-line - на линии), или "в реальном времени" означает, что все участники в момент обмена информацией находятся за компьютерами.

Чаты (англ. chat - болтовня) позволяют группе людей "разговаривать", которые как бы находятся в одной комнате.

Для личного общения используют программы для мгновенного обмена сообщениями(мессенджеры)

Skype, популярная бесплатная программа для общения, использует технологию VoIP (англ. Voice over Internet Protocol - передача голоса через интернет-протокол).

Протокол VoIP, по которому работает Skype, закрыт, следовательно, все данные многократно шифруются.

Информационные системы

Информационные системы, состоящие из базы данных и программного обеспечения для поиска информации, в Интернете позволяют быстро находить нужную в данный момент информацию. 

Электронная коммерция

Электронная коммерция (англ. e-commerce) - это покупка и продажа товаров и услуг с помощью электронных систем, например через Интернет.

Развитие электронной коммерции в Интернете началось в 1994г., в 1995г. был создан первый книжный интернет-магазин Amazon.

Электронная коммерция включает в себя:

• исследование рынка;
• обмен данными и документами в эл.виде;
• денежные операции в эл.форме;
• продажу товаров, услуг и информаций;
• поддержку покупателей после продажи.

Интернет-магазины

Интернет-магазины - веб-сайты, которые рекламируют товары или услуги, принимают заказы на покупку, предлагают варианты отплаты и получения заказа.

Крупнейший интернет-аукцион - eBay.

Электронные платежные системы

Электронные платежные системы - системы расчетов электронными деньгами.

Электронный кошелек - кошелек, который пополняется с помощью специальных карт оплаты или через терминалы.

Код протекции - это некоторое число, которое должен ввести получатель для получения перевода на свой счет.

SAAS : "за" и "против"

SAAS

SaaS (Software as a Service) - это модель использования бизнес-приложений в формате интернет-сервисов. 

SaaS приложения работают на сервере SaaS-провайдера, а пользователи получают к ним доступ через интернет-браузер. Пользователь не покупает SaaS-приложение, а арендует его - платит за его использование некоторую сумму в месяц. Таким образом достигается экономический эффект, который считается одним из главных преимуществ SaaS.

SaaS провайдер заботится о работоспособности приложения, осуществляет техническую поддержку пользователей, самостоятельно устанавливает обновления. Таким образом, пользователь меньше думает о технической стороне вопроса, а сосредотачивается на своих бизнес-целях. 

Преимущества SAAS :

• более низкая стоимость владения;
• более короткие сроки внедрения;
• низкий порог входа (можно быстро и бесплатно протестировать);
• задачи по поддержке и обновлению системы полностью ложатся на плечи SaaS-провайдера;
• полная мобильность пользователя, ограниченная лишь "интернет-покрытием";
• поддержка географически распределенных компаний и удаленных сотрудников;
• низкие требования к мощности компьютера пользователя;
• кроссплатформенность.

Недостатки SAAS :

• Ограниченное применение. Концепция SaaS применима далеко не для всех функциональных классов систем. Поскольку основная экономия ресурсов SaaS-провайдера достигается за счёт масштаба, SaaS-модели неэффективны для систем, требующих глубокой индивидуализации (адаптации под каждого заказчика), а также инновационных и узкоспециализированных решений.
• Недоверие со стороны клиентов. Заказчики опасаются применять SaaS из-за соображений безопасности и возможной утечки информации со стороны поставщика SaaS-услуг. Вопросы, связанные с безопасностью, ограничивают использование SaaS-модели в критически важных системах, в которых обрабатывается конфиденциальная информация. С другой стороны, ответственность за утечку информации со стороны разработчика обычно регламентируется соответствующими договорами и вероятность такой утечки может быть ниже чем при использовании собственных внутренних систем. Отчасти этому способствует недоступность программно-аппаратного комплекса, на котором развёрнута система, сотрудникам компании-заказчика.
• Постоянное подключение к Интернету. Для компаний, имеющих тарифицируемый трафик, стоимостные преимущества использования арендованного ПО могут быть сведены на нет. Частичным решением здесь является то, что некоторые SaaS-продукты имеют модули для автономной работы.

Системное программное обеспечение

Операционное обеспечение(ОС) - это комплекс программ, обеспечивающих согласованную работу всех узлов компьютера, а также удобный интерфейс (способ обмена данными) между пользователем и прикладными программными, с одной стороны, и аппаратными средствами компьютера - с другой.

Операционная система обеспечивает:

• взаимодействие пользователя и аппаратных средств;
• обмен данными между прикладными программами и устройствами компьютера ;
• работу файловой системы (хранение данных в виде файлов и каталогов) ;
•  запуск и выполнение прикладных программ;

•  обработку ошибок, контроль за работой оборудования;

• распределение ресурсов компьютера (времени работы процессора, памяти, внешних устройств) между несколькими одновременно работающими программами.

Операционные системы бывают однозадачными и многозадачными.

Многопользовательский режим - это режим, при котором с большим компьютером было связано несколько терминалов.

В состав операционной системы:

• начальных загрузчик;

•  система управления памятью; 

• система управления задачами; 

•  система ввода и вывода;  

• командный процессор; 

• утилиты.

Операционные системы для ПК - Windows, macOS, Linux.
Операционные системы для мобильных устройств - Google Android, Symbian, Windows Phone, BlackBerry, Apple.

Драйверы - это программы специального типа, которые находятся в оперативной памяти и обеспечивают обмен данными между ядром ОС и внешними устройствами компьютера, а также контроллерами.
Утилиты решают вспомогательные задачи, расширяя возможности ОС.
Файловая система - это порядок размещения, хранения и именования данных на носителе информации.

Выбор конфигурации компьютера

Вариант 5

Домашний компьютер, предназначенный для работы с документами, обработки фотографий, создания фонограмм и выхода  в Интернет через выделенную линию связи. Сумма - 25 000 руб.

• материнская плата Socket-1155 ASUSTeK 2xPCI-E+GbLAN SATA 2DDR-III - 2760 руб
• процессор Socket-1155 Intel Core i3-2100, 3.1 ГГц - 4390 руб
• корпус компьютера с блоком питания мощностью 350 Вт - 1310 руб
• модули оперативной памяти объемом 2 Гб - 850 руб 
• жесткий диск объемом 500 Гб - 3100 руб
• видео карта с объемом видеопамяти 512 Мб - 1270 руб
• звуковая карта - 960 руб
• звуковые колонки 5.1 (5 колонок + сабвуфер) - 2920 руб
• сетевая карта 10/100/1000 Мбит/с - 570 руб
• привод CD-RW/DVD-RW - 970 руб
• монитор LCD, диагональ 19 дюймов - 3600 руб 
• мышь оптическая - 200 руб
• клавиатура - 180 руб 

Общая сумма - 23 080 руб.

Игровой компьютер

https://technopoint.ru/product/d15eb97e779d3361/materinskaa-plata-msi-h110m-pro-vd-sale/
https://technopoint.ru/product/aefb8488af913330/videokarta-gigabyte-geforce-gtx-1050-wf2-oc-gv-n1050wf2oc-2gd-sale/
https://technopoint.ru/product/fa6e9e7392893361/kuler-dla-processora-deepcool-gammaxx-200t-sale/
https://technopoint.ru/product/46221dd81f2b3330/operativnaa-pamat-kingston-hyperx-fury-black-hx426c16fb28-8-gb-sale/
https://technopoint.ru/product/d4eb77890c953330/250-gb-ssd-nakopitel-samsung-860-evo-mz-76e250bw-sale/
https://technopoint.ru/product/5edfe0305a803361/klaviatura-a4tech-bloody-b314-sale/
https://technopoint.ru/product/a52a47da36473330/mys-provodnaa-razer-deathadder-elite-skt-t1-cernyj-sale/
https://technopoint.ru/product/e1e6b9b1b3e63361/nausniki-a4tech-bloody-g501-cernyj-sale/
https://technopoint.ru/product/2d902c576f3630b1/vnutrennaa-zvukovaa-karta-asus-xonar-dgx-sale/
https://technopoint.ru/product/2ab07227af9b3330/processor-intel-core-i3-7100-box-sale/
https://technopoint.ru/product/402b8f8f37c33120/korpus-zalman-t4-cernyj-sale/
https://technopoint.ru/product/b7184907daec3330/315-monitor-asus-rog-strix-xg32vq-sale/

Магистрально-модульная организация компьютера

Компьютер - электронно вычислительная машина(ЭВМ).

Виды ПК:

• настольный ПК(состоит из системного блока и подключенных к нему внешних устройств);
• переносной компьютер(весь минимально необходимый набор устройств собран в одном корпусе, по вычислительным возможностям практически не уступает настольным ПК);
• планшетный компьютер(для ввода данных нажимают стилусом или пальцем на сенсорный экран).

Взаимодействие устройств

Шина(или магистраль) - это группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера.

Виды шин: 

• шина данных, по которой передаются данные;
• шина адреса, определяющая, куда именно передается информация;
• шина управления, которая организует процесс обмена.

Протокол шины - правила для успешного обмена данными , которые должны соблюдать все устройства.

Контроллер - это электронная схема для управления внешними устройством и простейшей предварительной обработки данных.

Микроконтроллер - контроллер, собранный в виде отдельной микросхемы.

Магистрально-модульная архитектура - архитектура, которую можно легко расширять за счет подключения к шине новых устройств.

Драйвер - программа, которая управляет обменом данными между этим устройством и процессором.

Обмен данными с внешними устройствами

Режимы обмена данными между центральным процессором и внешними устройствами:

• программно управляемый ввод/вывод(достоинством является простота и отсутствие дополнительного оборудования, недостатками - большие потери времени);
• обмен с устройствами по прерываниям(более сложен, но значительно эффективнее - процессор не тратит время на ожидание);
• прямой доступ к памяти(процессор не производит обмен,а только подготавливает его, программируя контроллер ПДП).

ТАБЛИЦА О РЕЖИМАХ ВВОДА/ВЫВОДА

Устройство компьютера

Принципы устройства компьютера 

Принципы устройства компьютера : 

• состав основных компонентов вычислительной техники;
• принцип двоичного кодирования;
• принцип адресности памяти;
• принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти;
• принцип хранимой программы;
• принцип программного управления.

Архитектура фон Неймана

Джон фон Нейман (1903-1957) - венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Наиболее известен как человек, с именем которого связывают архитектуру большинства современных компьютеров (так называемая архитектура фон Неймана), применение теории операторов к квантовой механике (алгебра фон Неймана), а также как участник Манхэттенского проекта и как создатель теории игр и концепции клеточных автоматов.

Подробнее об архитектуре Джона фон Неймана

Архитектура компьютера - это общие принципы построения конкретного семейства компьютеров(PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, ...).

К архитектуре компьютера относят:

• принципы построение команд и их кодирование;
• форматы данных и особенности их машинного представления;
• алгоритм выполнения команд программы;
• способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• возможности изменения конфигурации оборудования.

К архитектуре НЕ относят особенности конкретного компьютера: набор микросхем, тип жесткого диска и др.

Принцип двоичного кодирование: 

Все данные хранятся в двоичном коде

Принцип адресности памяти:

• оперативная память состоит из отдельных битов;
• группы соседних битов объединяются в ячейки;
• каждая ячейка имеет свой адрес(номер);
• нумерация ячеек начинается с нуля;
• за один раз можно записать или прочитать только целую ячейку.
• размеры ячеек: у первых ЭВМ - 36, 48, 60 битов, сейчас - 8 битов

Память с произвольным доступом

RAM = Random Access Memory(чтение данных их ячеек и запись в них в произвольном порядке).

• ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (оперативная память).
• ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.

ROM = Read Only Memory(содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера; запись запрещена).

Иерархическая организация памяти

Требования к памяти:

• большой объем;
• высокая скорость доступа.

Эти требования противоречивы!

• использование несколько уровней памяти: внутренняя память(небольшой объем, высокое быстродействие), внешняя память(большой объем, низкое быстродействие).

Принцип хранимой программы

 

Код программы хранится в ПЗУ или во внешней памяти и загружается в ОЗУ для решения задач.

Программа хранится в единой памяти вместе с данными.

Принцип программного управления

• программа - это набор команд;
• команды выполняются процессором автоматически в определенном порядке;

Счетчик адреса команд - это регистр процессора, в котором хранится адрес следующей команды.

IP (Instruction Pointer) в процессорах Intel.

Основной алгоритм работы процессора:

1. Выбрать команду;
2. Записать в счетчик команд адрес следующей программы;
3. Выполнить команду;
4. Перейти к пункту №1.

Начальный адрес может заносится:

• вручную(в первых ЭВМ);
• из ПЗУ, аппаратно(тестирование, потом передача управления загрузчику операционной системы).

Хранение и передача информации

Тестирование

"Хранение и передача информации"

1. Носитель - это материальная среда, используемый для хранения и передачи информации.
2. Носитель, имеющий более массовое потребление - это флэш-карта и бумага.
3. В 1876 году изобрел телефон Александр Белл.
4. Теорию информации создал К.Шеннон.
5. Избыточность кода - частичная потеря информации при передаче. 
6. В компьютерных сетях используются такие средства связи, как жесткий диск.
7. Вместимость - это плотность хранения данных.  
8. Бумага появилась в Китае. 
9.  Теория связи возникла в (?)
10. Винчестер компьютера - пакет магнитных дисков, надетых на общую ось.

КАЛЬКУЛЯТОР СИСТЕМ СЧИСЛЕНИЯ ;З

Двоичная система счисления

Все есть число.

История

   Современная двоичная система была полностью описана Лейбницом в XVII веке. в системе счисления Лейбница были использованы цифры 0 и 1 , как в современной двоичной системе. Как человек, увлекающейся китайской культурой, Лейбниц знал о книге Перемен и заметил, что гексаграммы соответствуют двоичным числам от 0 до 111111. Он восхищался тем, что это отображение является свидетельством крупных китайских достижений в философской математике того времени.

    В 1854 английский математик Джордж Буль опубликовал знаковую работу, описывающую алгебраические системы применительно к логике, которая в настоящее время известна как Булева алгебра или алгебра логики. Его логическому исчислению было суждено сыграть важную роль в разработке современных цифровых электронных схемах.

(Клод Шеннон)

    В 1937 Клод Шеннон представил к защите кандидатскую диссертацию Символической анализ релейных и переключательных схем в MIT, в которой булева алгебра и двоичная арифметика были использованы применительно к электронным реле и переключателям. На диссертации Шеннона по существу основана вся современная цифровая техника.

    В ноябре 1937 Джордж Штибиц, впоследствии работавший в Bell Labs, создал на базе реле компьютер "Model K" (от англ. "Kitchen", кухня, где производилась сборка), который выполнял двоичное сложение. В конце 1938 Bell Labs развернула исследовательскую программу во главе со Штибицом. Созданный под его руководством компьютер, завершенный 8 января 1940, умел выполнять операции с комплексными числами. Во время демонстрации на конференции в Дармутском колледже 11 сентября 1940 Штибиц продемонстрировал возможность посылки команд удалённому калькулятору комплексных чисел по телефонной линии с использованием телетайпа. Это была первая попытка использования удалённой вычислительной машины посредством телефонной линии. Среди участников конференции, бывших свидетелями демонстрации, были Джон фон Нейман, Джон Мокли и Норберт Винер, впоследствии писавшие об этом в своих мемуарах.

                                                                              (Дармутский колледж)

ТАБЛИЦА СИСТЕМ СЧИСЛЕНИЯ

Представление чисел в компьютере

Главные правила представления данных в компьютере

Правило №1: данные (и программы) в памяти компьютера хранятся в двоичном виде, т. е. в виде цепочек единиц и нулей.

Правило №2: представление данных в компьютере дискретно.

Правило №3: множество представимых в памяти компьютера величин ограничено и бесконечно.

Правило №4: в памяти компьютера числа хранятся в двоичной системе счисления.

Представление чисел

Числа бывают целые и вещественные

Подробнее о целых и вещественных числах ;З

В математике целые числа имеют десятичное представление, представлены множеством дискретных, неограниченно бесконечных чисел.

В компьютере(в информатике) целые числа имеют двоичное представление, представлены множеством дискретных, конечных и ограниченных чисел.

В математике вещественные числа имеют десятичное представление и представлены в виде множества бесконечных , непрерывных и не ограниченных чисел.

В компьютере(в информатике) вещественные числа имеют двоичное представление, представлены в виде множества дискретных, конечных и ограниченных чисел.

Представление целых  чисел в компьютере

Целые числа представлены со знаком(положительные и отрицательные) в диапазоне: 

[-2^N, 2^N-1 -1] .

Целые числа представлены без знака(положительные) в диапазоне:

[0, 2^N] .

Имеют формат с фиксированной запятой.

Представление вещественных чисел в компьютере

M*2^P

P - двоичный целый порядок

M - двоичная мантисса

Диапазон ограничен максимальными значениями М и Р

Имеют формат с плавающей запятой.

Измерение информации

Измерение информации. Содержательный подход

Измеряется количество информации в сообщении об исходе некоторого события.

Равновероятные исходы: никакой результат не имеет преимущества перед другими.

2^i=N

N - неопределенность знаний - количество возможных исходов события (вариантов сообщений);

i битов  - количество информации в сообщении об одном исходе события.

Частный случай: два равновероятных результата события.
N=2 i=1 бит

1 бит - количество информации в сообщении об одном из двух равновероятных результатов некоторого события

Формула Хартли: i=log2N

Представление и кодирование информации

Письменность и кодирование информации

Под словом "кодирование" понимают процесс представления информации, удобный для ее хранения и/или передачи.

Цели кодирования: 

•  Засекречивание информации
•  Быстрый способ записи
•  Передача техническим каналам связи
•  Выполнение математических вычислений

Виды кодирования:
 Шифрование (алгоритмы криптографии);
 Стенография (один знак - слово или сочетание букв);
 Телеграфный код (Код Морзе: неравномерный, троичный код. Код Бодо: равномерный,              двоичный код);
 Системы счисления (для человека: десятичная с.с.. для компьютера: двоичная с.с..).

Подробнее о кодировании информации ;3