Основой любой базы данных является реализованная в ней модель данных, представляющая собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и существующие между ними связи.
Базовыми моделями представления данных являются иерархическая, сетевая и реляционная.
Иерархическая модель данных представляет информационные отображения объектов реального мира – сущности и их связи в виде ориентированного графа или дерева. К основным понятиям иерархической структуры относятся уровень, элемент или узел и связь. Узел - это совокупность атрибутов, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и так далее уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.
К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.
Сетевая модель организации данных является расширением иерархической модели. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь только одного предка - в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков.
3. Понятие реляционной базы данных
Понятие реляционной модели данных (от английского relation - отношение) связано с разработками Е. Кодда. Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата реляционной алгебры и реляционного исчисления для обработки данных.
Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:
o каждый элемент таблицы — один элемент данных;
o все столбцы в таблице однородные, то есть, все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный или другой) и длину;
o каждый столбец имеет уникальное имя;
o одинаковые строки в таблице отсутствуют;
o порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям а столбцы - атрибутам отношений, доменам, полям.
Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы или ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.
В реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД. Первое требование называется требованием целостности сущностей, которое состоит в том, что любой кортеж любого отношения должен быть отличим от любого другого кортежа этого отношения, то есть любое отношение должно содержать первичный ключ.
Второе требование называется требованием целостности по ссылкам и состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа в отношении, на которое ведет ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным.
II. Компьютерные сети
1. Состав и структура системы телеобработки данных
Под телеобработкой понимается обработка данных (прием данных от источника, их преобразование вычислительными средствами и выдача результатов потребителю), передаваемых по каналам связи. Различают системную и сетевую телеобработку.
Системная телеобработка основана на принципе централизованной обработки данных, когда удаленным пользователям, как правило, не имеющим своих вычислительных ресурсов, обеспечивается доступ к ресурсам одной высокопроизводительной ЭВМ (мэинфрейма) или вычислительной системы по каналам связи.
Сетевая телеобработка основана на принципе распределенной обработки данных, реализуемой совокупностью ЭВМ, объединенных в сеть и взаимодействующих между собой с помощью каналов связи и специального сетевого оборудования.
Реализация системной телеобработки информации осуществляется на основе использования систем телеобработки данных (СТОД).
Система телеобработки данных представляет собой совокупность технических и программных средств, обеспечивающих одновременный и независимый удаленный доступ большого количества абонентов (пользователей, объектов управления) к централизованным информационно-вычислительным ресурсам.
Структурная схема типовой системы телеобработки данных приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Структура системы телеобработки данных
Технические средства СТОД, как правило, включают в себя:
универсальную ЭВМ (ПЭВМ, вычислительный комплекс или систему);
устройства сопряжения (УС) ЭВМ с аппаратурой передачи данных (АПД);
аппаратуру передачи данных с линиями связи, образующими в совокупности каналы связи (КС);
абонентские пункты (АП).
2. Понятие компьютерной сети
Компьютеры — важная часть сегодняшнего мира, а компьютерные сети серьезно облегчают нашу жизнь, ускоряя работу и делая отдых более интересным. Благодаря этой книге вы узнаете, как устроены и работают компьютерные сети, научитесь проектировать и создавать их, освоите работу с наиболее популярными сетевыми приложениями.
Практически сразу после появления ЭВМ возник вопрос о налаживании взаимодействия компьютеров друг с другом, чтобы более эффективно обрабатывать информацию, использовать программные и аппаратные ресурсы. Появились и первые сети, в то время объединявшие только большие ЭВМ в крупных компьютерных центрах. Однако настоящий "сетевой бум" начался после появления персональных компьютеров, быстро ставших доступными широкому кругу пользователей — сначала на работе, а затем и дома. Компьютеры стали объединять в локальные сети, а локальные сети — соединять друг с другом, подключать к региональным и глобальным сетям. В результате за последние пятнадцать–двадцать лет сотни миллионов компьютеров в мире были объединены в сети, и более миллиарда пользователей получили возможность взаимодействовать друг с другом.
Сегодня можно с уверенностью сказать, что компьютерные сети стали неотъемлемой частью нашей жизни, а область их применения охватывает буквально все сферы человеческой деятельности.
3. Виды серверов
Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях, — серверы. Серверы обычно относят к микроЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.
Сервер — выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный сервер часто называют сервером приложений.
Серверы в сети часто специализируются. Специализированные серверы используются для устранения наиболее "узких" мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и др.
Файл-сервер (File Server) используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до 1 Тбайта.
Архивационный.сервер (сервер резервного копирования, Storage Express System) служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами емкостью до 5 Гбайт; обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации от серверов и рабочих станций по сценарию, заданному администратором сети (естественно, с составлением каталога архива).
Факс-сервер (Net SatisFaxion) — выделенная рабочая станция для организации эффективной многоадресной факсимильной связи с несколькими факсмодемными платами, со специальной защитой информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, с системой хранения электронных факсов. Почтовый сервер (Mail Server) — то же, что и факс-сервер, но для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.
Сервер печати (Print Server, Net Port) предназначен для эффективного использования системных принтеров.
Сервер телеконференций имеет систему автоматической обработки видеоизображений и др.
4. Устройства, функционирующие в компьютерной сети
Существует шесть основных видов продуктов межсетевого обмена. Каждый продукт межсетевого обмена разрешает организацию связи между частными сетями на различных уровнях. При этом почти каждый такой продукт функционирует на самостоятельном уровне, определяемом эталонной моделью OSI.
Повторители
Повторитель – аппаратное устройство, функционирующее на физическом уровне эталонной модели OSI и обеспечивающее соединение двух сегментов одной и той же компьютерной сети.
Повторители реализуют одну из самых простых форм межсетевого обмена. Они просто регенерируют, или повторяют, пакеты данных между кабельными сегментами.
Концентраторы
В компьютерных сетях используются концентраторы двух типов, обозначаемые английскими терминами hub и concentrator. На практике эти термины используются как равноправные и соответствующие понятию "монтажный центр". Концентраторы, обозначаемые термином "concentrator", отличаются от концентраторов, обозначаемых термином " hub", несколько более широкими возможностями.
Все модели концентраторов выполняют функции монтажных узлов, обеспечивая соединение отдельных сетевых устройств и сегментов.
Концентраторы бывают активные, пассивные и интеллектуальные.
Мосты
Термином "мост" принято обозначать средства, предназначенные для передачи пакетов данных из одной сети в другую. С функциональной точки зрения, мосты относятся ко второму (канальному) уровню эталонной модели OSI. Мосты позволяют программам и протоколам, работающим на более высоких уровнях, рассматривать объединение нескольких сетей как одно целое. Наряду с передачей данных, мосты могут также выполнять их фильтрацию.
Маршрутизаторы
Маршрутизаторы работают на следующем уровне модели OSI – сетевом. Они осуществляют логическое соединение между отдельными сетями, использующими один и тот же протокол. Таким образом, маршрутизаторы являются протоколозависимыми устройствами и должны поддерживать отдельные протоколы маршрутизации
Шлюзы
В наиболее общем понимании термин "шлюз" может относиться к любому аппаратному обеспечению или программному пакету, которые предназначены для объединения двух разнородных систем. В таком понимании, шлюз может рассматриваться как коммуникационный сервер или сервер доступа.
"Многоуровневость" работы шлюзов отличает их от повторителей, мостов и маршрутизаторов, которые работают лишь на одном из иерархических уровней (физическом, канальном или сетевом) и не выполняют никакого преобразования данных.
Коммутаторы
Коммутатором называется устройство, предназначенное для перенаправления входной информации на один из выходов. Например, на входе коммутатора могут поступать пакеты данных, а выход может быть подключен к шине Ethernet: такой коммутатор будет называться коммутатором Ethernet.
Коммутатор должен располагать средствами организации необходимых соединений, а также средствами преобразования входной информации в корректный выходной формат.
5. Корпоративные компьютерные сети – Интранет