Реферат: Методические рекомендации и задания для лабораторных работ по дисциплине «Вычислительные системы»

Методические рекомендации и задания для лабораторных работ

по дисциплине «Вычислительные системы».

Кафедра Информационных технологий в экономике.

Автор доцент Л.Л.Ткачев.

1. Введение.

В настоящеевремя широкое распространение получила технология параллельных базданных. Эта технология обеспечивает множеству процессоров доступ к единственной базе данных, чтопозволяет также достичь более высокого уровня пропускной способноститранзакций,

поддерживать большеечисло одновременно работающих пользователей и ускорить выполнение сложных запросов.

Существуют три различныхтипа архитектуры, которыеподдерживают параллельные базы данных:

Симметричнаямногопроцессорная архитектура с общей памятью (

Shared Memory SMP Architecture). Эта архитектура поддерживает единую базу данных, работающую намногопроцессорном сервере под управлением одной операционной системы. Увеличениепроизводительности таких систем обеспечивается наращиванием числа процессоров, устройств оперативнойи внешней памяти.

Архитектура с общими(разделяемыми) дисками (Shared DiskArchitecture). Эта архитектура поддерживает единую базу данных приработе с несколькими компьютерами, объединенными в кластер (обычно такие компьютеры называются узлами кластера), каждый из которых работаетпод управлением своей копии операционной системы. В таких системах все узлы разделяют доступ кобщим дискам, на которыхсобственно и располагается единая база данных. Производительность таких систем можетувеличиваться как путем наращивания числа процессоров и объемов оперативной памяти в каждомузле кластера, так и посредствомувеличения количества самих узлов.

Архитектура безразделения ресурсов (Shared NothingArchitecture). Как и в архитектуре с общими дисками, в этойархитектуре поддерживается единый образ базы данных при работе с несколькими компьютерами, работающими под управлением своих копий операционнойсистемы. Однако в этой архитектуре каждый узел системы имеет собственную оперативную память исобственные диски, которые не разделяютсямежду отдельными узлами системы.

Практически в такихсистемах разделяется только общий коммуникационный канал между узлами системы. В случае кластерной организации несколько компьютеров или узловкластера работают с единой базойданных.

Параллельные базыданных находят широкое применение в системах обработки транзакций в режиме on-line,системах поддержки принятия решений и часто используются при работе с критическиважными для работы предприятий и организаций приложениями, которые эксплуатируются по 24 часа в сутки.

Базы данных занимают лидирующее положение в областиинформационных технологий, они становятся неотъемлемой частью жизнисовременного человека. Развитие систем управления этими процессами идет по путиинтеграции в единое целое, и огромным шагом к этому является использованиестандарта обработки информации с помощью структурированного языка запросов SQL.В настоящее время акцент делается на использование сетевых информационныхтехнологий, базирующихся на архитектуре клиент/сервер.

Понятие БД можно применить к любой связанной между собойинформации, хранимой и организованной особым способом — как правило, в видетаблиц. При этом возникает необходимостьвыполнения следующих операций с БД:

1. добавление новойинформации в существующие файлы БД

2. добавление новых пустыхфайлов в БД

3. изменение(модификация) информации в существующих файлах БД.

4. поиск информации поБД

5. удаление информациииз существующих файлов БД

6. удаление файлов изБД

Компьютерная информационная система представляет собойпрограммный комплекс, задачи которого состоят в поддержке надежного хранения БДв компьютере, выполнении преобразования информации и соответствующихвычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемогоинтерфейса. Объемы вводимой и хранимой информации довольно велики, а сами БДимеют достаточно сложную структуру.

Основным назначением БД в первую очередь является быстрыйпоиск содержащейся в ней информации.

Существует большое количество программ, которые предназначеныдля организации информации, помещения ее в таблицы и манипуляции с нею, такиепрограммы получили название СУБД. Основная особенность СУБД — это наличиесредств для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний ихструктуры.

К функциям СУБД относят следующие:

управление данными непосредственно в БД — функция, обеспечивающая хранениеданных, непосредственно входящих в БД, и служебной информации, обеспечивающейработу СУБД;

управление данными в памяти компьютера — функция, связанная в первуюочередь с тем, что СУБД работают с БД большого размера. В целях ускоренияработы СУБД используется буферизация данных в оперативной памяти компьютера.При этом пользователь СУБД использует только необходимую для его конкретнойзадачи часть БД, а при необходимости получает новую «порцию» данных;

управление транзакциями — функция СУБД, которая производитряд операций над БД, как единым целым. Как правило, такие операции производятсяв памяти компьютера. В первую очередьтранзакции необходимы для поддержания логической целостности БД вмногопользовательских системах. Если транзакция (манипуляция над данными)успешно выполняется, то СУБД вносит соответствующие изменения в БД. В обратномслучае ни одно из сделанных изменений не влияет на состояние БД;

управление изменениями БД протоколирование — функция, связанная с надежностьюхранения данных, то есть возможностью СУБД восстанавливать состояние БД ваварийных ситуациях, например, при случайном выключении питания или сбоеносителя информации. Очевидно, что для восстановления БД нужно располагатьдополнительной информацией, по которой и осуществляется восстановление. С этойцелью ведется протокол изменений БД, в который перед манипуляциями с данными делается соответствующая запись. Длявосстановления БД после сбоя СУБД используется протокол и архивная копияБД — полная копия БД к моменту началазаполнения протокола.

Современные СУБД основываются на использовании моделей данных (МД), позволяющих описыватьобъекты предметных областей и взаимосвязи между ними. Существуют три основныеМД и их комбинации, на которых основываются СУБД: реляционная модель данных (РМД), сетевая модель данных (СМД), иерархическаямодель данных (ИМД).

Основное различие между этими моделями данных состоит в способах описания взаимодействий междуобъектами и атрибутами. Взаимосвязь выражает отношение между множествамиданных. Используются взаимосвязи «один кодному», «один ко многим» и «многие комногим». «Один к одному» — это взаимнооднозначное соответствие, которое устанавливается между одним объектом и одниматрибутом. Например, в определенный момент времени в одной ЭВМиспользуется один определенный процессор. Номеру выбранной ЭВМсоответствует номер выбранного процессора. «Один ко многим» — одно-многозначное соответствие, которое устанавливается между одним объектоми многими атрибутами. Например, один пользователь для решения различных задач использует различныеязыки программирования. «Многие ко многим» — это соответствие между многими объектами и многимиатрибутами. Например, на множество ЭВМ может одновременно работать множествопользователей. Взаимосвязи между объектами и атрибутами удобно представлятьв виде графов и гиперграфов.

Сетевые модели данных (СМД) базируются на табличных и графовыхпредставлениях: вершинам графа обычно сопоставляются некоторыеданные, которые представляютсятаблицами, а дугам — типы связей.

В СМД элементарные данные и отношениямежду ними представляются в видеориентированной сети (вершины — данные, дуги — отношения).

В БД с сетевой структурой данныхподдеревья могут иметь любое число корневых. Фактически сетевая БД состоит изнабора записей и множества связей между этими записями. Примерный переченьопераций для сетевых БД может быть следующим:

1.

найти запись по заданному признаку;

2.

перейти от предка к потомку по указанной связи;

3.

перейти от потомка к предку по некоторой связи;

4.

создать новую запись или удалить существующую;

5.

модифицировать заданную запись;

6.

включить в связь или исключить из связи;

7.

переставить в другую связь.

Иерархическая модель данных (ИМД)основана на понятии деревьев. Каждое дерево состоит из одного«корневого» и упорядоченного набора из нуля или более связанных с нимподдеревьев. Вершина дерева ставится в соответствие совокупности атрибутовданных, характеризующих некоторыйобъект. Целостность связи между ними поддерживается автоматически.

В таких БД поддерживаются следующиеоператоры манипулирования данными:

1.

найти дерево БД по заданному признаку;

2.

перейти от одного дерева к другому;

3.

перейти от записи внутри дерева или в порядке обходаиерархии (сверху вниз, слева направо);

4.

вставить новую запись в указанную позицию;

5.

удалить текущую запись.

Реляционные базы данных.

Реляционную модель можно представитькак особый метод рассмотрения данных, содержащий и собственно данные (в видетаблиц), и способы работы и манипуляции с ними (в виде связей). Реляционнаямодель предполагает три концептуальных элемента: структура, целостность иобработка данных. В этих элементах есть свои специальные понятия, на которыеследует обратить внимание.

Таблица рассматривается как непосредственное«хранилище» данных. Традиционно в реляционных системах таблицу называют отношением. Строку таблицы называют кортежем или записью, а столбец – атрибутом или полем. При этом атрибутыимеют уникальные (в пределах отношения) имена.

Основными операциями, с помощью которыхмодифицируется база данных, являются:включение, удаление и модификация. Эти операции применяются к кортежам.

Основное достоинство реляционногоподхода — его простота и доступность.Пользователи абстрагированы от физической структуры памяти. Это позволяет эксплуатировать БД беззнания методов и способов ее построения.

Как уже говорилось выше, в реляционноймодели данных есть возможность определения одного атрибута или ихмножества в качестве ключа отношения. Это свойство позволяет формировать запросы кбазе данных очень компактно, что делает реляционную модель очень простой для разработчика прикладногопрограммного обеспечения.

С другой стороны, вся информация, которая должнахраниться и использоваться представляется в табличной форме, что являетсяхарактерной чертой представления информации в реляционных базах данных, а вчастности, в их разновидности — табличных базах данных.

2.Общие положения.

Ниже изложены основные теоретические положения и приемы ихпрактической реализации приорганизации информационной базы данных в СУБД FOXPRO и

Excel на ПЭВМ типа IBM PC.

Сформулированыконтрольные задания для реализации студентом конкретной базы данных на основе информации, близкой ему по родудеятельности или интересов.

В процессе выполнениялабораторной работы студент должен по каждому контрольному заданию:

·

написать точную формулировку заданнойкоманды (или нескольких команд)управления, обеспечивающую получение от системы требуемой информации;

·

в произвольной форме описать ожидаемуюреакцию системы для своего варианта исходных данных. Описание реакции системы должно бытьточным, не дающим возможности неоднозначного его толкования. Например, в задании 2 требуется описатьструктуру созданной базы данных. Вкачестве ответа следует привести имена полей, их тип и длину. Объяснить смысл каждой из этиххарактеристик, обосновать заданиетипа и длины поля. (Пример базы данных приведен на Рис.1).

В задании 3 требуетсяпросмотреть все записи базы данных. При описании реакции системы следует полностью привести информацию изисходных данных с указанием имен полей, в которых эта информация записывается, затем требуется просмотреть записи,удовлетворяющие заданному условию. Это означает, что в команде управления нужно задать условие, имеющее смысл для введенных исходныхданных, например, «выдатьнаименование продукции с ценой менее 200 условных единиц за штуку», сформировать команду для этогоусловия, а при описании результатауказать либо номера записей, удовлетворяющих этому условию, либо датьконкретный перечень наименований продукции, удовлетворяющий заданному условию. Иными словами, описание реакции системы должно быть однозначным и исчерпывающим по смыслу.

Следует обратитьвнимание на то обстоятельство, что приводимые в каждом пункте задания подсказки типовиспользуемых команд дают лишьусловное, а не точное их написание. Точное написание команды — задача студента. Каждая команда пишетсяв отдельной строке, исполнение каждойкоманды на ЭВМ происходит после нажатия клавиши «ENTER».

Для облегченияпонимания студентом принципов организации информации в типовой системе управления базой данных (СУБД) при объяснении в качестве информационнойбазы рассматривается библиотечныйкаталог, смысл организации и назначение которого предельно ясно любому студенту.

Контрольные заданияориентированы на биржевую информацию,пример базы данных для которой приведен на рис.1.

Поняв из пояснительногораздела настоящих указаний принципы работы с библиотечным каталогом и биржевой информацией, студентсамостоятельно должен применитьзнания к созданию базы данных из другой информационной области знаний.

Дляэффективной работы с информацией в ПК разработаны специальные программныесредства, называемые системами управления базами данных - (СУБД), которые позволяют вводить, проверять, систематизировать иобрабатывать информационные данные,быстро находить нужную информацию и распечатывать в виде отчетов.

Система FoxPro- одна из широко распространенных СУБД,предназначенная для эффективной обработки больших баз данных, обладающая развитымисредствами программирования.

В последних версиях системы Windowsв рамках программного комплекса MicrosoftOfficeширокое распространениеполучили программные средства обработкиданных Accessи Excel.

Основные принципы работы с СУБД рассматриваются на примере FoxProв командном режиме, дающем наиболееясное понимание смысла выполняемых функций, и на примере Excelв режиме меню.

Подавляющее большинство современныхСУБД основано на реляционной модели представления данных, сущность которой заключается впредставлении данных в виде таблиц таким образом, что ко всем данным при их обработке пользователь имеетпрямой доступ, т.е. данные припостроении базы иерархически не структурированы.

В отличие от иерархических базреляционная база дает большую свободу пользователю как при создании, так и при работе с базой, но требует больших ресурсов ЭВМ.

Поля и записи.

Для ввода и вывода информации из СУБДпри ее создании необходимо определить поисковые ключевые признаки, позволяющиеопределять принадлежностьинформации к конкретному понятию. Такие ключевые поисковые признаки называются полями.Количество и виды полей определяются пользователем в зависимости от его представлений об информационном назначении создаваемойСУБД. Это важный момент, посколькувсякая дальнейшая работа с информацией возможна только в пределах понятий, заданныхсовокупностью полей.

Для пояснений сказанного рассмотримбиблиотечный каталог - этоинформационная база, позволяющая найти нужную книгу среди множества других. Как создать такуюбазу? Каковы ее ключевые признаки — поля? А это зависит от нашего воображения. Можно искать книгу по названию, можно по автору, можно по месту расположения на стеллажах и т.д.

Введем следующие поисковыепризнаки: фамилия автора, название, годиздания, номер стеллажа, номерячейки на стеллаже, имеется ли книга на месте или выдана, фамилия пользователя, датавозврата. Эти понятия и будутполями в нашей базе. В каждом поле содержатся конкретные данные — в полеавторов перечислены фамилии и т.д. Совокупность данных одного информационного сообщения по всем полям наз. записью. (в нашем случаезапись — это все данные об однойкниге.) При задании каждого полянужно указать его название латинскими буквами, максимальную длину данных в символах (длина поля) и тип данных(тип поля). Данные могут быть следующих типов — символьный (character),числовой(numeric), дата(date), логический(logical),примечание(memo).

Данные символьного типа это любая последовательностьсимволов.

Числовые данные могут быть двух видов: целые ивещественные.

Вещественные числа содержат дробнуючасть, отделяемую от целой десятичной точкой, для них задается точность представления.

Поле даты имеет всегда длину 8 символов.Дата задается в Европейском (Set DateGerman) — ЧЧ.ММ.ГГ, или американском (Set Date American) — ММ/ЧЧ/ГГ формате.

Данные логического типа имеют значенияда(yes) и нет(no). В математической логике они называютсясоответственно истина (True) и ложь (False).Эти понятия использует система, индицируя состояние логического поля буквами T и F. Длина логического поля равна 1. Для хранения большихфрагментов текста в базах данных предусмотрены поля типа примечаний.

Создание базы данных.

1.Запускается исполняемый файл foxprol.exe. После этогозапускается система FoxProи появляется командное окно для ввода команд.

2. Создание структуры базы данных — Create BD1 (BD1 – имя базы данных, в общем случае произвольное). Появляетсяэкран шаблон для ввода полей.

После задания последнего поля создание структуры базызавершается выходом на OK. Появляется запрос — Будете вводить данные — нажимая клавишу Y, переходим в режим вводаданных, в котором, собственно иосуществляется ввод информации.

Ввод информации в базуданных.

На экране появляется структура базы с именами полейзаданной длины. Теперь послеперехода на русский регистр вводятся данные. Переход с поля на поле клавишей Enter или стрелками, возврат к предыдущей записи — PgUp, к последующей -PgDn.

Для выхода из режима после ввода всех данных — Ctrl-End.

Выход из базы Quit. Вход всуществующую базу — Use BD1 (активизация БД).

Вывод информации.

Clearочистка экрана. Для вывода информациииспользуются команды Listи Display. Первая команда выводит на экран все записи, вторая только одну, на которой стоитуказатель записей, эта запись называетсятекущей. Понятие указателя записей очень важно не только при использовании команды Display, но и для ряда других команд. Для установки указателя записисуществуют специальные команды

GO TOP -перемещение указателя на первую запись

GO BOTTOM - на последнюю

5 Enter — на пятую запись

Если после этой команды дать команду Display — будет показана пятая запись

SKIP +2 — перемещение указателя на две записи вперед

SKIP -2 - на две записи назад

DISPLAY ALL -выдача всех записей поэкранно

GO 4 EnterDISPLAY REST -выдача записей, начиная с четвертой (текущей)

Выполнение команды LIST может бытьинициировано клавишей F3, а командыDISPLAY клавишей F8.

LIST AVT просмотр всех фамилий в поле авторов

LIST AVT,NAZV просмотр фамилий авторов и названий книг

LIST RECORD 2 просмотр второй записи

Чтобы командное окно не мешало просмотруего можно передвинуть нажав клавишиCTRL+F7 и изменить его размеры клавишами CTRL+F8 (можно использовать мышь)

LIST FOR GOD<1992 выводятся все полядля записей, удовлетворяющих условию

LIST NAZV FOR GOD<1992 выводитсятолько поле названий для книг, изданных до 1992 года

Условия могут быть сложными,использующими логические отношения NOT,AND,OR в этой же приоритетности они и исполняются, если используются одновременно в однойкоманде.

LIST FOR (STEL=112).AND.(VOZVR<D)

выдаютсякниги, расположенные на стеллаже 112 с просроченным возвратом. Здесь использованы числовоеполе стеллажа и поле даты.

При использовании логических операций сполями даты необходимо предварительно определить переменную типа даты следующим образом

D=CTOD('03.11.96') и затем уже работать с этойпеременной.

LIST AVT FOR (GOD>1990).OR.(NAL=’ЕСТЬ’)

Здесь использовано символьное поле, оно заключается вкавычки.

Логические условия заключаются в точки.

Символьная запись в кавычках должна быть задана точно теми жесимволами, которыми эта запись задана в базе. (ПК сравнивает коды символов, поэтому русские и латинскиебуквы одного написания для ПКразные символы, аналогично различаются строчные и прописные буквы.

LIST FOR POLZOV='Орлов'выдаются книги, выданные Орлову.

LIST AVT,NAZV FOR NAL='ЕСТЬ' выводятсяполя авторов и названий для книг,имеющихся в наличии.

Последовательный поиск записи поусловию осуществляется командойLOCATE.

LOCATE FOR STEL=114 выдается номер одной первой найденной записи. Просмотр найденной записиосуществляется командой DISPLAY.Следует обратить внимание, что действие команды начинается с перемещенияуказателя записи на первую запись и в процессе поиска указатель записиперемещается по базе данных. Посленахождения заданной записи указатель оказывается на этой записи. Таким образом, команда работаетс указателем записи самостоятельнои, задавая после нее другую какую-нибудь команду, нужно это учитывать. В частности,задавая для продолжения поиска команду CONTINUE, нужно понимать, что поиск продолжается с сохранениемзаданных условий от той записи, на которой остановился поиск. Если заданные условия ненайдены, то указатель записи оказывается в конце базы и команда DISPLAY информации не дает.

Если в процессе поиска необходимосменить условия, то, чтобы неначинать поиск с начала базы, если это не нужно, а база большая, следует использоватькоманду LOCATE REST FOR STEL=115 — поиск будет продолжен от текущей записи с новыми условиями. Поиск может осуществляться и по сочетанию нескольких условий:

LOCATE FOR STEL=114 .AND. NAL=’ЕСТЬ’, опять выдается только номер первой записи, удоалетворяющейэтому условию.

Если мы не располагаем точнойинформацией о поисковом признаке, т.е. не уверены абсолютно точно как записаны данные, то можно организовать приближенный поиск:

LIST AVT FOR LIKE ('Ka*',AVT)- будут выданы все фамилии авторов, начинающиеся на Ка.При этом, конечно, будет выдана и лишняя информация, но зато и нужная, которую при точном поиске обнаружить бы не удалось. В опции LIKEсимволы * и? могут употребляться влюбых сочетаниях. Можетиспользоваться также команда типа

BROWSE FIELD AVT FOR LIKE (‘Ka*’,AVT)

Корректировка данных.

Для изменения, дополнения или удалениязаписей используется режим APPEND.После этой команды система переходит в режим редактирования записей, при этомавтоматически в конец базы добавляется пустая запись, на которую и устанавливается указательзаписей. В эту пустую запись можно вводить новую дополнительную информацию. Дляперехода к предыдущим записям — PgUp. Перейдя к нужной записи можно ееотредактировать обычным образом.Для удаления записи ее нужно предварительно пометить. Пометка к удалению — команда CTRL+T. Упомеченной записи слева появляютсяметки в виде точек, однако запись при этом не удаляется. Восстановление помеченной к удалениюзаписи (отмена удаления) осуществляется повторной командой CTRL+T.

Удаление отмеченных записей производитсякомандой PACK после выхода изрежима редактирования. Выход из режима APPEND командой CTRL+END. Пометить запись дляудаления можно и не входя в режимAPPEND командой DELETE RECORD 3 — третья запись оказывается помеченной или простоDELETE, помечена текущая запись.

Завершение удаления командой PACK.

Снятие пометок к удалению — команда RECALL, безпараметров действует только натекущую запись.

Пример. RECALL ALL -снятие всех пометок.

USE BD1

GO 5 переход к пятойзаписи

SKIP-3 возврат ко второй записи

DELETE NEXT 3 пометка к удалению 2,3,4 записей

RECALL RECORD 4 снятие пометки с записи 4

PACK удаление записей с возвратомуказателя записей на первую запись.

В больших базах команда PACK работает медленно,поэтому используется редко. Чтобы помеченные записи не мешались, их делают невидимыми командой SET DELETED ON, вэтом случае запись будет появлятьсятолько при прямом обращении к ней (GO 20) -тогда эта помеченная запись проявится.

Задав последовательность команд

USE BD1

APPEND FROM BDD1

мы к открытой базе BD1 добавимсодержимое другой базы BDD1, конечно при этом все базы должны существовать и поля у них должны быть одинаковыми.

Не в режиме редактирования, а в командном,можно вставить новую запись междууже имеющимися. Для этого указатель записи устанавливается на нужную запись иона становится текущей. Для вставки после текущей записи используется команда INSERT BLANK,

для вставки перед текущей записью — команда INSERTBEFORE BLANK.

Изменение записей командой REPLACE

Командой REPLACE осуществляется модификация записей вбазе, т.е. замена одного понятиядругим, а не дописывание или изменение отдельных символов, как это делается в режиме APPEND.

Команда без параметров действует только на текущуюзапись.

Пример. 3 ENTER REPLACE NAL WITH 'ЕСТЬ'- установлена третья запись, и вполе наличие сделана запись о том, что книга возвращена.

REPLACE ALL GOD WITH 1880 — все записи вполе GOD заменяются на 1880.

REPLACE STEL WITH 222 FOR STEL=112 — все книги со стеллажа112 переставлены на стеллаж 222.Изменяются все записи, для которых номер стеллажа 112.

Практически только командой REPLACE в FoxPro можно изменять значения полей файла БД. В этомсмысле она эквивалентна знаку равенства в операции присваивания для переменных в алгоритмических языках.

Буквально фраза <поле> with <выражение> соответствует оператору присвоения <поле>=<выражение>.

Пример использования команды.

Бригаде дана премия 20% от выработки каждого, у коговыработка более 100р, а бригадируеще 500р. Нужно изменить поле выработки (VIR), т.е. начислить премию к зарплате.

У бригадира табельный номер 98.

USE BRIGADA

REPLACE VIR WITH VIR*1.2 FORVIR>100

REPLACE VIR WITH VIR+500 FORTAB=98

Можноввести специальное понятие вычисляемого поля по аналогии с тем, как это делается в электронныхтаблицах.

Пусть есть в базе поля COST(цена) иQUANT(количество), в этих поляхесть записи. Есть пустое поле COST_PART(цена партии).

Заполнить это пустое вычисляемое поле можно так

REPLACE ALL COST_PART WITHCOST*QUANT

<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal;mso-bid

еще рефераты

Еще работы по программированию, базе данных

Реферат по программированию, базе данных