53 ПОСТРЕЛЯЦИОННАЯ, МНОГОМЕРНАЯ И ОБЪЕКТНО–ОРИЕНТИРОВАННАЯ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ
Постреляционная модель данных – это расширенная версия реляционной модели данных. Данная модель позволяет устранить ограничение неделимости данных, хранящихся в записях таблиц, поэтому хранение данных в постреляционной модели по сравнению с реляционной моделью является более эффективным.
Достоинство постреляционной модели представления данных заключается в том, что она дает возможность представления совокупности связанных реляционных таблиц посредством одной постреляционной таблицы, что обеспечивает высокую наглядность представления информации и эффективность ее обработки.
Недостаток постреляционной модели данных – сложность решения проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых данных.
Постреляционными СУБД являются системы uniVers, Budda и Dasdb. В 1993 г. была опубликована статья Э. Кодда, в которой были сформулированы 12 основных требований к системам класса OLAP (OnLine A nalytical Processing – оперативная аналитическая обработка). Основные из описанных принципов были связаны с возможностями концептуального представления и обработки многомерных данных. С этого момента начал расти интерес к многомерным моделям представления данных.
Многомерные СУБД – это узкоспециализированные СУБД, используемые для интерактивной аналитической обработки информации. Многомерная организация данных характеризуется более высокой наглядностью и информативностью по сравнению с реляционной моделью.
Основной недостаток многомерной модели данных – громоздкость для решения простейших задач обычной оперативной обработки информации.
Системы на основе многомерных моделей данных – Essbase фирмы "Arbor Software", Oracle Express Server фирмы "Oracle" и др.
При использовании объектно–ориентированной модели представления данных появляется возможность идентификации отдельных записей базы. Между записями базы данных и функциями их обработки вводятся определенные взаимосвязи с помощью механизмов, похожих на соответствующие средства в объектно–ориентированных языках программирования.
Достоинства объектно–ориентированной модели данных:
1) возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объектов;
2) возможность идентификации отдельной записи базы данных и определения функции ее обработки.
Недостатки объектно–ориентированной модели данных:
1) трудность в понимании ее функционирования непрофессиональным пользователем;
2) неудобство обработки данных;
3) низкая скорость выполнения запросов. Объектно–ориентированными СУБД являются системы POET фирмы "POET Software", Versant фирмы "Versant Technologies" и др.
54 КЛАССИФИКАЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ
В связи с тем что под определение СУБД может попасть любой программный продукт, способный поддерживать процессы проектирования, администрирования и использования БД, была разработана классификация СУБД по видам программ:
1) полнофункциональные СУБД – наиболее многочисленные и мощные по своим возможностям программы. К распространенным полнофункциональным СУБД относятся Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Clarion Database Developer и др.;
2) серверы баз данных. Используются для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ, например программы Microsoft SQL Server, NetWare SQL фирмы "Novell";
3) клиенты баз данных. Включают в себя различные программы (полнофункциональные СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т.д.). Можно обеспечить большую производительность вычислительной сети, если клиентская и серверная части базы данных будут произведены одной фирмой, однако данное условие не является обязательным;
4) средства разработки программ работы с базами данных применяются для разработки таких программных продуктов, как клиентские программы, серверы БД и их отдельные приложения, а также пользовательские приложения. Средствами разработки пользовательских приложений являются системы программирования, библиотеки программ для различных языков программирования, пакеты автоматизации разработок. Наиболее распространенными средствами разработки пользовательских приложений являются инструментальные средства Delphi фирмы "Borland", Visual Basic фирмы "Microsoft". СУБД по характеру использования подразделяются на персональные и многопользовательские. Чаще всего информационные системы построены на основе архитектуры клиент–сервер. В состав этой архитектуры входят вычислительная сеть и распределенная база данных. Распределенная база данных включает в себя многопользовательскую базу данных, находящуюся на компьютере–сервере, и персональные базы данных, находящиеся на рабочих станциях. Сервер базы данных обеспечивает выполнение основного объема обработки данных.
Персональные СУБД применяются при проектировании персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними. Помимо этого, персональные СУБД или разработанные с их помощью приложения могут использоваться как клиентская часть многопользовательской СУБД. Персональными СУБД являются системы Visual FoxPro, Paradox, Access.
В составе многопользовательских СУБД выделяют сервер БД и клиентскую часть. Многопользовательские СУБД (например, Oracle и Informix) могут работать с различными типами ЭВМ и операционными системами различных фирм–производителей.
55 ЯЗЫКИ ДОСТУПА К БАЗАМ ДАННЫХ
Языки доступа к базам данных обеспечивают доступ пользователей и программ к хранящейся в базе данных информации. Выделяют два типа языков доступа к базам данных:
1) язык описания данных – высокоуровневый язык, предназначенный для описания логической структуры данных;
2) язык манипулирования данными – язык, представляющий собой совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам. Наиболее распространенными языками доступа являются два стандартизированных языка: QBE (Query by Example) – язык запросов по образцу и SQL (Structured Query Language) – структурированный язык запросов. SQL сочетает в себе свойства языков обоих типов, а QBE характеризуется свойствами языка манипулирования данными.
Язык QBE возник на основе реляционного исчисления с переменными–доменами. Этот язык позволяет формировать сложные запросы к базе данных с помощью заполнения предлагаемой системой управления базой данных запросной формы. Каждая из реляционных СУБД имеет свой вариант языка QBE.
Достоинства подобного способа задания запросов к БД:
1) высокая наглядность;
2) не требуется указания алгоритма выполнения операции.
Структурированный язык запросов SQL возник на основе реляционного исчисления с переменными кортежами. Разработано несколько стандартов данного языка, наиболее известными из которых являются SQL–89 и SQL–92. Язык SQL используется для выполнения операций над таблицами и данными, содержащимися в этих таблицах, и некоторых сопутствующих операций. SQL не используется как отдельный язык, чаще всего он является частью встроенного языка программирования СУБД (например, FoxPro СУБД Visual FoxPro, ObjectPAL СУБД Paradox, Visual Basic for Applications СУБД Access).
По той причине, что язык SQL ориентирован только на доступ к данным, его включают в состав средств разработки программ и называют встроенным SQL. Существуют два основных метода использования встроенного SQL:
1) статическое использование языка SQL характеризуется тем, что в текст программы помещены вызовы функций языка SQL, которые жестко включаются в выполняемый модуль после компиляции. Изменения в вызываемых функциях могут быть на уровне отдельных параметров вызовов с помощью переменных языка программирования;
2) динамическое использование языка характеризуется динамическим построением вызовов SQL – функций и интерпретацией этих вызовов в ходе выполнения программы. Динамический метод обычно применяется в тех случаях, когда в приложении вид SQL – вызо–ва заранее не известен, и он строится в диалоге с пользователем.
56 БАЗЫ ДАННЫХ В ИНТЕРНЕТЕ
В основе публикации баз данных во всемирной сети Интернет лежит простое размещение информации из баз данных на Web – страницах Сети.
Публикация баз данных в Интернете позволяет решить следующие задачи:
1) задачу организации взаимосвязи систем управления базами данных, работающих на различных платформах;
2) задачу построения информационных систем в сети Интернет на основе многоуровневой архитектуры БД;
3) задачу построения локальных интранет–сетей на основе технологии публикации баз данных в Интернете;
4) задачу использования в Интернете информации из существующих локальных сетевых баз данных;
5) задачу применения баз данных для упорядочивания информации, представленной в Интернете;
6) задачу использования обозревателя Web в качестве доступной клиентской программы для доступа к базам данных в Интернете. Для публикации баз данных на Web – страницах применяются два основных способа формирования Web – страниц:
1) статическая публикация Web – страниц, содержащих информацию из баз данных. Web– страницы создаются и хранятся на Web – сер–вере до поступления запроса пользователя на их получение (в виде файлов на жестком диске в формате Web – документа). Этот способ применяется при публикации информации, которая редко обновляется в базе данных. Основные достоинства такой организации публикации БД в Интернете заключаются в ускорении доступа к Web – документам, содержащим информацию из БД, и уменьшении нагрузки на сервер при обработке клиентских запросов;
2) динамическая публикация Web – страниц, содержащих информацию из БД. Web –страни–цы создаются при поступлении запроса пользователя на сервер. Сервер передает запрос на генерацию таких страниц программе – расширению сервера, которая формирует требуемый документ, и затем сервер отсылает готовые Web – страницы обратно обозревателю. Этот способ формирования Web – страниц применяется в том случае, если содержимое БД часто обновляется, например в режиме реального времени. Таким способом публикуется информация из БД для Интернет–магазинов и информационных систем. Динамические страницы формируются с помощью различных средств и технологий, например ASP (Active Server Page– активная серверная страница), PHP (Personal Home Page tools – средства персональных домашних страниц). Среди программных средств, позволяющих получить информацию из Интернета, выделилась категория Web – приложений (Интернет–приложений). Web –приложения – это набор Web – страниц, сценариев и других программных средств, расположенных на одном или нескольких компьютерах и предназначенных для выполнения прикладной задачи. Web –приложения, публикующие базы данных в Интернете, выделены в отдельный класс Web – приложений.
57 ВОЗНИКНОВЕНИЕ СЕТИ ИНТЕРНЕТ
В 1962 г. Д. Ликлайдером была опубликована серия заметок, в которых обсуждалась концепция "Галактической сети" ("Galactic Network"). Суть данной концепции заключалась в том, что в недалеком будущем будет создана глобальная сеть взаимосвязанных компьютеров, с помощью которой каждый сможет быстро получать доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере.
Можно сказать, что эта идея положила начало развитию сети Интернет. В 1962 г. Ликлайдер стал первым руководителем исследовательского компьютерного проекта экспериментальной сети передачи пакетов в Управлении перспективных исследований и разработок Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA).
В 1966 г. Л. Роберте начал работать в DARPA над концепцией компьютерной сети, и вскоре появился план ARPANET. Тогда же были разработаны основные протоколы передачи данных в сети – TCP/IP. Много государственных и частных организаций захотели использовать сеть ARPANET с целью ежедневной передачи данных, поэтому в 1975 г. ARPANET превратилась из экспериментальной в рабочую сеть.
В 1983 г. был разработан и официально внедрен первый стандарт для протоколов TCP/IP, вошедший в Military Standards (MIL STD).
Для облегчения перехода на новые стандарты DARPA обратилась с предложением к руководителям фирмы "Berkley Software Design" о внедрении протоколов TCP/IP в Berkeley (BSD) UNIX.
Вскоре протокол TCP/IP был переработан в обычный (общедоступный) стандарт, и термин Internet вошел во всеобщее употребление.
В 1983 г. из ARPANET выделилась MILNET которая стала относиться к Defense Data Network (DDN) министерства обороны США.
С этого момента термин Internet стали использовать для обозначения единой сети: MILNET плюс ARPANET.
В 1991 г. сеть ARPANET прекратила свое существование. Однако сеть Internet существует и развивается, ее размеры намного превышают первоначальные.
Историю сети Интернет можно условно разделить на несколько этапов:
1) 1945-1960 гг. Теоретические работы по интерактивному взаимодействию человека с машиной, появление первых интерактивных устройств и вычислительных машин;
2) 1961 – 1970 гг. Разработка технических принципов коммутации пакетов, ввод в действие ARPANET;
3) 1971-1980 гг. Расширение количества узлов ARPANET до нескольких десятков, проведение специальных кабельных линий, соединяющих некоторые узлы, начало функционирования электронной почты;
4) 1981-1990 гг. Принятие протокола TCP/ IP, разделение на ARPANET и MILNET, ввод системы "доменных" имен – Domain Name System (DNS);
5) 1991-2005 гг. Новейшая история развития глобальной сети Internet.
58 ПОНЯТИЕ ИНТЕРНЕТА. УПРАВЛЕНИЕ ИНТЕРНЕТОМ. СПОСОБЫ ДОСТУПА В ИНТЕРНЕТ
В качестве наиболее общего определения понятия "Интернет" можно привести следующее определение, взятое из книги "Doctor Bob\'s Guide to Offline Internet Access" в переводе В. Д. Федорова:
"Internet – бурно разросшаяся совокупность компьютерных сетей, опутывающих земной шар, связывающих правительственные, военные, образовательные и коммерческие институты, а также отдельных граждан, с широким выбором компьютерных услуг, ресурсов, информации. Комплекс сетевых соглашений и общедоступных инструментов Сети разработан с целью создания одной большой сети, в которой компьютеры, соединенные воедино, взаимодействуют, имея множество различных программных и аппаратных платформ".
Интернет является организацией с полностью добровольным участием.
Интернет управляется сообществом представителей от пользователей сети, которое называется ISOC (Internet Society).
Основная цель ISOC заключается в развитии процесса глобального обмена информацией через сеть Интернет.
ISOC в свою очередь избирает комитет, члены которого отвечают за техническую политику, поддержку и управление Интернетом.
Данный комитет представляет собой группу приглашенных добровольцев, называемую IAB ( Совет по архитектуре Internet).
В его составе выделяют две группы специалистов, занимающихся непосредственно техническими разработками:
1) IRTF (Internet Research Task Force) – группа исследователей, занимающихся перспективами развития семейства протоколов TCP/IP;
2) IETF (Internet Engineering Task Force) – оперативное инженерное подразделение Интернета. Данное подразделение собирается заочно, по Сети, однако при обсуждении сложных проблем происходит очная встреча.
За пользование услугами сети Интернет каждый пользователь платит индивидуально. Доступ пользователей в сеть Интернет может быть осуществлен с помощью сеансового и постоянного подключения. При сеансовом подключении пользователь не подключен к Сети постоянно, он соединяется с ней через телефонную линию лишь на короткое время. Оплата при этом производится за каждый час работы в Интернете. Выделяют три вида сеансового доступа:
1) коммутируемый доступ по телефонной линии (dial–up);
2) доступ через сеть GPRS;
3) асинхронное подключение через спутник.
При постоянном подключении компьютер все время подключен к каналу доступа в Интернет, а пользователем оплачивается только трафик (объем принятых компьютером данных). Выделяют следующие виды постоянного доступа:
1) асинхронный доступ по телефонной линии (ADSL);
2) синхронный доступ по выделенному каналу;
3) подключение через локальную сеть дома или района.
59 ОСНОВНЫЕ ПРОТОКОЛЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ
Сеть Интернет отличается от других глобальных сетей своими протоколами TCP/IP. Термин TCP/IP характеризует все, что связано с протоколами взаимодействия между компьютерами в Internet. Это понятие охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. TCP/IP является технологией межсетевого взаимодействия, технологией Internet.
Протокол TCP/IP получил свое название от названия двух коммуникационных протоколов (или протоколов связи):
1) Transmission Control Protocol (TCP);
2) Internet Protocol (IP).
Сеть Internet часто называют TCP/IP – сетью, так как эти два протокола являются наиболее важными.
В сети Internet действует модель взаимодействия открытых систем (OSI). Согласно данной модели в сети выделяются 7 уровней взаимодействия между компьютерами. Каждому уровню взаимодействия соответствует определенный набор протоколов, т.е. правил взаимодействия между ниже–и вышестоящими уровнями:
1) протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Internet используются практически все известные в настоящее время способы связи (от простого провода (витая пара) до беспроводного доступа в Сеть);
2) протокол логического уровня занимается управлением передачи информации по каналу. К протоколам логического уровня для телефонных линий относятся протоколы SLIP (Serial Line Interface Protocol) и PPP (Point to Point Protocol). Для связи по кабелю локальной сети используются пакетные драйверы плат ЛВС;
3) протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между устройствами в разных сетях, т.е. занимаются маршрутизацией пакетов в сети. К протоколам сетевого уровня принадлежат IP (Internet Protocol) и ARP (Address Resolution Protocol);
4) протоколы транспортного уровня управляют передачей данных из одной программы в другую. К протоколам транспортного уровня принадлежат TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol);