Лекция_Основы_ИТ_Тема_3_Сети_БД_2025

1. Основы информационных технологий

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЮРИДИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Основы информационных технологий
Тема 3
Технические средства и программное обеспечение ЭВМ
Вычислительные комплексы и сети, Базы данных
лекция
Доцент кафедры Чешейко С.И.

2. Структура лекции

Вычислительные комплексы и сети
-
Вычислительные комплексы и сети.
- Локальные сети.
- Структура вычислительных сетей.
- Виды топологии сети.
- Глобальная сеть.
- Сетевые протоколы.
- Доменные имена.
- Основные сервисы глобальной сети.
- Облачные вычисления.
Базы данных, СУБД
- Базы данных.
- Типы баз данных.
- Структура базы данных.
- Требования к базам данных.
- Реляционные модели данных.
- Типы отношений.
- Нормализация отношений.
- Системы управления базами данных (СУБД), основные функции СУБД.
- Архитектуры распределенной обработки данных

3. Вычислительные комплексы и сети

Компьтерные сети
Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов
связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
Компьютерные сети, называемые также сетями передачи данных, появились в конце 1960-х гг., и являются
результатом развития компьютерных и телекоммуникационных технологий.
Главной целью объединения вычислительных устройств в сеть является удаленный доступ к разделяемым ресурсам.
Пользователи компьютеров, подключенных к сети, или приложения, выполняемые на этих компьютерах, получают
возможность доступа к разнообразным ресурсам других компьютеров сети, находящихся на расстоянии.
На компьютеры, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, устанавливаются программные
модули, которые постоянно находятся в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от других компьютеров.
Такие модули называются программными серверами, так как их главная задача обслуживать запросы на доступ к
ресурсам своего компьютера
На компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других компьютеров, также станавливаются
программные модули, которые вырабатывают запросы на доступ к удаленным ресурсам и передают их по сети на
нужный компьютер. Такие модули называют программными клиентами
Понятия «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но и самих
компьютеров и вычислительных устройств (в терминах интернет-технологий называют конечными узлами или
хостами), подключенных к сети. Один и тот же компьютер может одновременно играть роли и сервера, и клиента

4. Вычислительные комплексы и сети

Назначение и основные характеристики сетей
Компьютерные сети предназначены:
• быстрого обмена данными
• совместного использования ресурсов (сканеров, модемов, принтеров и т. д.)
• совместного использования программного обеспечения и баз данных
• совместной работы пользователей над некоторым заданием и проектом
• удаленного управления компьютерами
Характеристики компьютерной сети
Скорость передачи данных – это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть.
Определяется как отношение объема переданных данных за промежуток времени на продолжительность
этого промежутка. Базовой единицей измерения скорости передачи данных является бит в секунду (бит/с,
б/с, bps от англ. bits per second). Используются двоичные приставки кило, мега, гига, тера.
Пропускная способность – это максимально возможная скорость передачи данных по каналу связи.
Пропускная способность зависит от качеств и характеристик физической среды передачи данных и
используемой технологии передачи данных.
Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков
к общему числу переданных знаков.
Надежность каналов связи коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного
состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы.
Время реакции сети – время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на
подготовку к передаче информации по данному каналу.
Объем информации, передаваемой по сети, называется трафиком.

5. Вычислительные комплексы и сети

Классификация сетей
По территориальному признаку
Глобальные сети (WAN — Wide Area Network) объединяют компьютеры, находящиеся на больших расстояниях друг
от друга: в различных городах, в разных странах и на разных континентах. Глобальные сети могут объединять как
отдельные компьютеры, так локальные и региональные сети. Первая, самая большая и популярная глобальная сеть –
это Интернет. На текущее время, количество пользователей сети Интернет достигнет 4 млрд, а согласно данным
компании Netcraft в сети Интернет работает более 1 млрд сайтов.
Региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network) предназначены для обслуживания территории крупного
города или региона.
Локальные сети (LAN — Local Area Network) это сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории
(обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему,
принадлежащую одной организации. Исторически первыми появились глобальные сети, а уже после них локальные.
По иерархической организации
Различают одноранговые и с выделенным сервером. Если в локальной сети нет отдельно выделенного сервера, а на
всех компьютерах установлена операционная система, совмещающая функции клиента и сервера, то такая сеть
называется одноранговой. В сети с выделенным сервером один или более компьютеров с установленной на них
серверной операционной системой и серверными программными модулями занимаются исключительно
обслуживанием запросов других компьютеров
По среде передачи данных
Различают проводные и беспроводные сети передачи данных.

6. Вычислительные комплексы и сети

Каналы передачи данных и аппаратура передачи данных
Линия связи (или канал связи) – это путь между двумя конечными узлами сети, который состоит из физической среды
для передачи электрических информационных сигналов и аппаратуры линий связи.
Аппаратура линий связи
В состав линии связи входит аппаратура приема-передачи данных и промежуточная аппаратура.
Аппаратура приема-передачи данных в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры к линиям
связи и отвечает за передачу информации в физическую среду и прием из нее сигналов нужной формы, мощности и
частоты. Примерами аппаратуры передачи данных могут служить сетевой адаптер и модем.
Сетевой адаптер (сетевая карта, сетевая интерфейсная карта, NIC – Network Interface Card) – аппаратный
модуль, подключаемый к вычислительному устройству и предназначенный для соединения этого устройства
с сетью.
Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) – устройство, выполняющее преобразование цифровых сигналов
(потоков бит) в аналоговую форму, для передачи их по каналам связи аналогового типа (например,
телефонным линиям связи), а также преобразование принимаемых аналоговых сигналов в цифровую форму
для обработки их вычислительным устройством
Промежуточная аппаратура используется на линиях связи большой протяженности и предназначена для улучшения
качества сигнала и создания постоянного канала связи между двумя абонентами сети. К промежуточной аппаратуре
относятся усилители, повышающие мощность сигнала, регенераторы, повышающие мощность и восстанавливающие
форму импульсных сигналов, мультиплексоры, образующие из нескольких отдельных потоков данных общий поток,
который передается по одному физическому каналу данных, демультиплексоры, разделяющие суммарный поток на
несколько составляющих его потоков данных, и др.

7. Вычислительные комплексы и сети

Топология компьютерных сетей
На скорость передачи данных в сети, на надежность обслуживания запросов клиентов, на устойчивость
сети к отказам оборудования, на стоимость создания и эксплуатации сети значительное влияние оказывает
ее топология.
Под топологией компьютерной сети понимается способ соединения ее отдельных компонентов
(компьютеров, серверов, принтеров и т.д.). Различают следующие основные топологии:
Полносвязная - соответствует сети, в которой каждый компьютер
непосредственно связан со всеми остальными) Из-за большого количества
связей между узлами данный вариант является самым надежным, но в тоже
время громоздким и неэффективным;
Ячеистая - образуется из полносвязной путем удаления некоторых линий
связей Такая топология допускает соединение большого числа компьютеров и
характерна, как правило, для крупных сетей. В таких сетях могут
использоваться как индивидуальные линии (каналы) связи между
компьютерами, так и разделяемые, когда одна линия связи попеременно
используется несколькими компьютерами;

8. Вычислительные комплексы и сети

Топология компьютерных сетей
• Кольцевая - компьютеры объединяются между собой круговой связью,
а данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. На
каждом из компьютеров должно быть два коммуникационных порта:
для связи с предыдущим компьютером и со следующим. В таких сетях
необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из
строя или отключения одного компьютера не прерывался канал связи
между остальными
• Общая шина - все компьютеры подключаются к общему центральному
элементу, в качестве которого выступает кабель или радиосреда
Передаваемая информация распространяется по общей шине и доступна
одновременно всем присоединенным к ней компьютерам, поэтому
задача каждого компьютера – проверить кому адресовано сообщение.
Недостатком такой топологии является зависимость скорости передачи
данных от количества подключенных узлов: чем больше компьютеров и
других узлов, тем ниже скорость передачи данных. Кроме этого, в случае
повреждения центрального кабеля полностью парализуется вся сеть.

9. Вычислительные комплексы и сети

Топология компьютерных сетей
• Звездообразная («звезда») - каждый компьютер подключается при помощи
отдельного кабеля к общему центральному устройству, в функции которого
входит направление передаваемой компьютером информации одному или
всем остальным компьютерам сети. В качестве такого центрального
устройства чаще всего используется специальное сетевое оборудование:
концентратор, коммутатор или маршрутизатор, однако может использоваться
и универсальный компьютер с установленным специальным программным
обеспечением и достаточным количеством коммуникационных портов
• Древовидная (иерархическая звезда) - если сеть строится с помощью
иерархического соединения центральных устройств нескольких сетей
звездообразной топологии, то образуется топология дерево или
иерархическая звезда В настоящее время данная топология является самой
распространенной как в локальных, так и в глобальных сетях.
• Смешанная – топология построения крупных сетей, которая объединяет
отдельные подсети, имеющие разные типовые топологии

10. Вычислительные комплексы и сети

Сетевое ПО
К сетевому программному обеспечению относятся:
• сетевые службы,
• сетевые операционные системы
• сетевые приложения
Сетевые службы включают в себя клиентскую и серверную части. Обе части, либо только одна из них,
могут быть встроенными в операционную систему или существовать в виде отдельных программных
продуктов. Например, сетевая файловая служба и служба печати обычно встраиваются в операционную
систему, а веб-сервер и веб-браузер устанавливаются как отдельные приложения.
Сетевые операционные системы - операционные системы, которые кроме управления локальными
ресурсами компьютера предоставляют пользователям и приложениям возможность эффективного и
удобного доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети. Сегодня
практически все операционные системы являются сетевыми. Особое место занимают специальные
варианты сетевых операционных систем, предназначенные для работы в роли серверов и называемые
серверными операционными системами.
Сетевые приложения - приложения выполняемые на подключенном к сети компьютере, могут быть трех
типов:
‒ локальными приложениями
‒ централизованными сетевыми приложениями
‒ распределенными сетевыми приложениями

11. Вычислительные комплексы и сети

Стеки протоколов и модель OSI
Сетевой протокол - совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена
информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами или программными
приложениями. С помощью сетевых протоколов происходит обмен информацией между разными
устройствами сети.
Сетевые протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Например, для доступа к
веб-сайтам в любой программе-браузере реализован протокол HTTP, а для подключения к сети и
физической передачи и приему данных сетевой Ethernet-адаптер реализует протокол Ethernet.
Стеком протоколов называется иерархически организованный набор протоколов, достаточный для
организации взаимодействия узлов в сети. Слово «стек» (от англ. stack – стопка) подразумевает, что
каждый следующий уровень протоколов работает поверх предыдущего. Самый распространенный стек
на сегодняшний день - TCP/IP (стек Интернета).
В начале 1980-х гг. несколько международных организаций, в число которых входили Международная
организация по стандартизации ISO (International Organization for Standartization) и Международный
союз электросвязи ITU, разработали сетевую модель OSI, объясняющую как должна работать сеть.
Модель OSI является теоретической и ее назначение состоит в обобщенном представлении средств
сетевого взаимодействия. Модель OSI определяет уровни взаимодействия систем в сетях, стандартные
названия этих уровней и функции, которые должен выполнять каждый уровень.
В модели OSI функции для организации взаимодействия устройств компьютерной сети делятся на семь
уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.
Модель OSI не описывает конкретные наборы протоколов.

12. Вычислительные комплексы и сети

Стек TCP/IP
TCP/IP — стек протоколов, на которой работает сеть Интернет
Модель TCP/IP помогает понять принцип работы и взаимодействия узлов в сети Интернет. Ее название
включает в себя два основных протокола, на которых построен интернет. TCP/IP расшифровывается как
Transmission Control Protocol/Internet Protocol, или протокол управления передачей (данных)/интернетпротокол. Любая операционная система обязательно включает программную реализацию этого стека в
своем комплекте поставки.
Название стека протоколов TCP/IP образовано из аббревиатур двух его основных протоколов: протокола
управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и межсетевого протокола IP (Internet Protocol).
Стек протоколов TCP/IP имеет 4 уровня: прикладной, транспортный, сетевой, уровень сетевых
интерфейсов.
За все время применения в компьютерных сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил
большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие распространённые
протоколы:
‒ как протокол передачи гипертекста HTTP (HyperText Transfer Protocol) и его расширение HTTPS
(HyperText Transfer Protocol Secure), поддерживающее шифрование;
‒ протокол передачи файлов FTP (File Transfer Protocol);
‒ простой протокол передачи электронной почты SMTP (Simple Mail Transfer Protocol);
‒ протоколы для извлечения электронной почты с сервера POP3 и IMAP
‒ протокол синхронизации времени по компьютерной сети SNTP (Simple Network Time Protocol), а также
многие другие.

13. Вычислительные комплексы и сети

Стек TCP/IP в модели OSI

14. Вычислительные комплексы и сети

Служба трансляции имен Интернета
В сети Интернет символьные и цифровые адреса применяются одновременно. Между доменным
именем и IP-адресом, относящимся к одному и тому же сетевому узлу, нет никакой функциональной
зависимости. Компьютеры, имена которых относятся к одному и тому же домену, могут иметь
абсолютно независимые друг от друга IP-адреса. В процессе передачи данных доменный адрес
преобразуется в IP-адрес.
Установлением соответствия между символьными именами и цифровыми адресами занимается служба
DNS – система доменных имен (Domain Name System). В сети выделяются специальные компьютеры,
называемые серверами имен или DNS-серверами, на которых хранятся таблицы соответствия друг другу
доменного имени и IP-адреса.
Таким образом, DNS представляет собой, с одной стороны, распределенную между серверами имен
базу данных, а с другой – протокол прикладного уровня, организующий взаимодействие между
компьютерами и серверами имен для выполнения операций преобразования. Обычно DNS используется
другими протоколами прикладного уровня, такими как HTTP, FTP и SMTP, для получения IP-адресов
вместо вводимых пользователем символьных адресов. Например, пользователь вводит в адресной
строке браузера адрес веб-страницы www.mail.ru Для того чтобы сформировать http-запрос к вебсерверу, на котором находится указанный ресурс, браузер вначале с помощью протокола DNS получает
IP-адрес этого сервера по доменному имени из URL-адреса www.mail.ru После этого устанавливается
соединение с веб-сервером.

15. Вычислительные комплексы и сети

Служба трансляции имен Интернета. Cхема работы

16. Вычислительные комплексы и сети

Основные сервисы глобальной сети
К основным сервисам Интернета на сегодняшний день можно отнести следующие сервисы:
• электронная почта (e-mail);
• сервис поиска и просмотра гипертекстовых документов (www — worldwideweb (web), Всемирная
паутина;
• сервис передачи файлов (FTP);
• телеконференции и группы новостей (usenet) — электронные газеты и доски объявлений;
• разговор по Интернету (IRC);
• сервис удаленного доступа к компьютерам (Telnet).
Самым популярным ресурсом Интернета является всемирная паутина или WWW, которая представляет
собой огромное количество (свыше миллиарда) мультимедийных документов, отличительной
особенностью которых является возможность ссылаться друг на друга.
Для реализации каждого вида услуг необходимы собственные протоколы данных, свои серверы для
хранения информации в сети, и особые программы представления информации. Таким образом,
сервисы различаются:
• по типу предоставляемой информации;
• используемому протоколу;
• программному обеспечению, обслуживающему сервис.
Чтобы сервис осуществлялся вне зависимости от особенностей программного обеспечения, необходимо
четкое соблюдение протоколов всеми участниками сетевого обмена.

17. Вычислительные комплексы и сети

Облачные вычисления
Под облачными технологиями (или облачными вычислениями от англ. cloud computing) понимают
технологии распределенной обработки данных, в которой компьютерные ресурсы и мощности
предоставляются пользователю как интернет-сервис. Облачные вычисления представляют собой
результат эволюции и объединения множества различных технологий, которые изменили
организационный подход к построению информационной инфраструктуры предприятия.
Облачные сервисы подразделяются на программные сервисы и сервисы инфраструктуры. В настоящее
время сложилось три модели использования сервисов облачных вычислений:
1. Infrastructure as a Service (IaaS) – инфраструктура как сервис. IaaS предлагает доступ к
низкоуровневым ресурсам: хранилищам данных, вычислительным устройствам и памяти. Примерами
являются хранилища Amazon S3, SQL Azure, вычисления Amazon EC2, Elastichosts.
2. Platform as a Service (PaaS) – платформа как сервис. Платформа – это прикладной программный
интерфейс, обеспечивающий приложению возможность работы в условиях «облака». Приложение
работает под управлением специализированной операционной системы, предоставляемой
поставщиком облачных вычислений. IaaS может только гарантировать определенное количество
процессоров или объем памяти, а все остальное должно делать размещаемое пользователем
приложение. Примеры: Force.com, Google App Engine, Microsoft Azure (Platform).
3. Software as a Service (SaaS) – приложение как сервис. Представляет собой модель развертывания
программного обеспечения на основе Web, благодаря чему оно полностью доступно через веб-браузер
без установки дополнительного ПО. Примеры: Google Apps, MS Office 365, Apple iCloud.

18. Вычислительные комплексы и сети

Облачные вычисления

19. Базы данных

Базы данных. Основные понятия
Базовые идеи современных информационных технологий базируются на концепции баз данных. основой
информационных технологий являются данные, которые должны быть организованы в базы данных в
целях адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных
потребностей пользователей.
Одним из важнейших понятий в теории баз данных является понятие информации. Под информацией
понимаются любые сведения о каком-либо событии, процессе, объекте.
Данные — это информация, представленная в определенном виде, позволяющем автоматизировать ее
сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством. Для компьютерных
технологий данные — это информация в дискретном, фиксированном виде, удобная для хранения,
обработки на ЭВМ, а также для передачи по каналам связи.
База данных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений
в рассматриваемой предметной области, или иначе БД — это совокупность взаимосвязанных данных при
такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для
одного или нескольких приложений в определенной предметной области. БД состоит из множества
связанных сущностей.
Система управления базами данных (СУБД) — совокупность языковых и программных средств,
предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

20. Базы данных

Базы данных. Основные понятия
Автоматизированная информационная система (АИС или ИС) — это система, реализующая
автоматизированный сбор, обработку, манипулирование данными, функционирующая на основе ЭВМ и
других технических средств и включающая соответствующее программное обеспечение (ПО) и персонал.
Каждая ИС в зависимости от ее назначения имеет дело с той или иной частью реального мира, которую
принято называть предметной областью системы.
Банк данных является разновидностью ИС, — это система специальным образом организованных данных:
баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств,
предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого
использования данных.
Под задачами обработки данных обычно понимается специальный класс решаемых на ЭВМ задач,
связанных с видом, хранением, сортировкой, отбором по заданному условию и группировкой записей
однородной структуры.
Отдельные программы или комплекс программ, реализующие автоматизацию решения прикладных задач
обработки данных, называются приложениями. Приложения, созданные средствами СУБД, относят к
приложениям СУБД. Приложения, созданные вне среды СУБД с помощью систем программирования,
использующих средства доступа к БД, к примеру, Delphi или Visual Studio, называют внешними
приложениями.

21. Базы данных

Базы данных. Структура баз данных
Базы данных (БД), как правило, создается как общий ресурс всего предприятия, где данные являются
интегрированными и общими.
Организация данных во внутримашинной сфере имеет два уровня логический и физический.
Физическая организация данных определяет способ размещения данных непосредственно на машинном носителе. В
современных прикладных программных средствах этот уровень организации обеспечивается автоматически без
вмешательства пользователя. Пользователь, как правило, оперирует в прикладных программах и универсальных
программных средствах представлениями о логической организации данных.
Логическая организация данных на машинном носителе зависит от используемых программных средств организации и
ведения данных во внутримашинной сфере. Метод логической организации данных определяется
используемыми типом структур данных и видом модели, которая поддерживается программным средством.
Основные свойства БД.
• Целостность. В каждый момент времени существования БД сведения, содержащиеся в ней, должны быть
непротиворечивы. Целостность БД достигается вследствие введения ограничений целостности, в частности, к ним
относятся ограничения, связанные с нормализацией БД.
• Восстанавливаемость. Данное свойство предполагает возможность восстановления БД после сбоя системы или
отдельных видов порчи системы.
• Безопасность. Безопасность БД предполагает защиту данных от преднамеренного и непреднамеренного доступа,
модификации или разрушения. Применяется запрещение несанкционированного доступа, защита от копирования и
криптографическая защита.
• Эффективность. Свойство эффективности характеризуется: минимальное время реакции на запрос пользователя,
минимальные потребности в памяти, сочетание этих параметров.

22. Базы данных

Модели организации данных
Данные в базах данных организуются в соответствии с одной из моделей данных. С помощью модели
данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. Основой любой
БД является модель опганизации данных.
Модель данных – совокупность структур данных и операций по их обработке.
К классическим моделям представления данных относят
• иерархическую,
• сетевую
• объектно-ориентированную
• реляционную
Иерархическая и сетевая модели данных стали применяться в системах управления базами данных в начале
60-х годов. В начале 70-х годов была предложена реляционная модель данных. Эти три модели различаются
в основном способами представления взаимосвязей между объектами.

23. Базы данных

Модели организации данных
Иерархическая модель базы данных
Иерархические базы данных - самая ранняя модель представления сложной структуры данных.
Информация в иерархической базе организована по принципу древовидной структуры, в виде отношений
"предок-потомок". Каждая запись может иметь не более одной родительской записи и несколько
подчиненных. Связи записей реализуются в виде физических указателей с одной записи на другую.
Основной недостаток иерархической структуры базы данных - невозможность реализовать отношения
"многие-ко-многим", а также ситуации, когда запись имеет несколько предков. Иерархической базой
данных является Каталог папок Windows, с которым можно работать, запустив Проводник.
Иерархические БД были популярны, начиная с конца 1960-х годов, когда компания IBM представила свою
СУБД «Система управления информацией. Иерархическая схема состоит из типов записей и типов
«родитель-потомок»:
Запись — это набор значений полей.
Записи одного типа группируются в типы записей.
Отношения «родитель-потомок» — это отношения вида 1:N между двумя типами записей.
Иерархическая база данных данных состоит из нескольких иерархических схем.

24. Базы данных

Модели организации данных
Сетевая модель базы данных
Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического. В иерархических структурах
запись-потомок должна иметь в точности одного предка, в сетевой структуре данных потомок может иметь
любое число предков. СУБД на основе иерархической и сетевой модели не получили широкого
распространения на практике.
Иерархическая модель данных структурирует данные в виде древа записей, где есть один родительский
элемент и несколько дочерних. Сетевая модель позволяет иметь несколько предков и потомков,
формирующих решётчатую структуру.
Основной элемент сетевой модели данных — набор, который состоит из типа «запись-владелец», имени
набора и типа «запись-член». Запись подчинённого уровня («запись-член») может выполнять свою роль в
нескольких наборах. Соответственно, поддерживается концепция нескольких родительских элементов.
Запись старшего уровня («запись-владелец») также может быть «членом» или «владельцем» в других
наборах. Модель данных - это простая сеть, связи, типы пересечения записей (в IDMS они называются
junction records, то есть «перекрёстные записи). А также наборы, которые могут их объединять. Таким
образом, полная сеть представлена несколькими парными наборами.
Сетевая модель позволяет более естественно моделировать отношения между элементами. И хотя эта
модель широко применялась на практике, она так и не стала доминантной по двум основным причинам.
Во-первых, компания IBM решила не отказываться от иерархической модели в расширениях для своих
продуктов, таких как IMS и DL/I. Во-вторых, через некоторое время её сменила реляционная модель,
предлагавшая более высокоуровневый, декларативный интерфейс.

25. Базы данных

Модели организации данных
Реляционная модель. Наиболее распространенная модель в настоящее время. Эта модель
характеризуется простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и
возможностью использования аппарата реляционной алгебры для обработки данных. Реляционная
модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц, связанных между собой
определенными отношениями.
Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к повышенному интересу к новой реляционной
модели данных, впервые описанной доктором Коддом в 1970 году. Поначалу она представляла лишь
академический интерес. Сетевые базы данных продолжали оставаться важной технологией на протяжении
1970-х и в начале 1980-х годов, особенно в мини-компьютерных системах, переживавших пик
популярности. Однако в середине 1980-х годов начался взлет реляционной модели. В начале 1990-х годов
сетевые базы данных утратили популярность и сегодня не играют значительной роли на рынке баз данных.
Данные в таблицах должны удовлетворять следующим принципам:
• Значения атрибутов должны быть атомарными (каждое значение, содержащееся на пересечении строки
и столбца, должно быть не расчленяемым на несколько значений).
• Значения каждого атрибута должны принадлежать к одному и тому же типу.
• Каждая запись в таблице уникальна.
• Каждое поле имеет уникальное имя.
• Последовательность полей и записей в таблице не существенна.

26. Базы данных

Модели организации данных
Основными понятиями реляционных баз данных являются:
• тип данных (совпадает с понятием типа данных в языках программирования),
• домен (допустимое потенциальное, ограниченное подмножество значений данного типа),
• атрибут (представляют собой свойства, характеризующие сущность),
• кортеж (это набор именованных значений заданного типа),
• отношение (это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения)
• первичный ключ отношения (вероятный ключ, по значениям которого производится контроль
достоверности информации в отношении).

27. Базы данных

Модели организации данных
Объектная и объектно-ориентированная
Данные в таких базах представляют из себя объекты с определенными наборами свойств и методов и
поведения. Отношения данных объектов строятся на основе обобщения свойств и методов и поведения
различных объектов по отношению друг к другу.
Причиной появления систем объектно-ориентированных баз данных была потребность в более
адекватном представлении и моделировании сущностей реального мира, поскольку ООБД обеспечивают
гораздо более развитую модель данных, нежели традиционные — реляционные базы данных. Парадигма
ООБД основывается на ряде базовых понятий, таких как объект, идентифицируемость, класс,
наследование, перегрузка и отложенное связывание.
В объектно-ориентированной модели данных любая сущность реального мира представляется всего одним
понятием — объектом. С объектом ассоциируется состояние и поведение. Состояние объекта
определяется значениями его свойств — атрибутов. Значениями свойства могут являться примитивные
значения (такие, как строки или целые числа) и непримитивные объекты. Непримитивный объект, в свою
очередь, состоит из набора свойств. Следовательно, объекты можно рекурсивно определять в терминах
других объектов. Поведение объекта определяется с помощью методов, которые оперируют над
состоянием объекта.
У каждого объекта имеется определяемый системой уникальный идентификатор. Объекты, обладающие
одними и теми же свойствами и поведением, группируются в классы. Объект может быть экземпляром
только одного класса или нескольких классов.

28. Базы данных

Реляционные базы данных. Нормализация
Нормализация — это процесс организации данных в базе данных, включающий создание таблиц и
установление отношений между ними в соответствии с правилами, которые обеспечивают защиту данных
и делают базу данных более гибкой, устраняя избыточность и несогласованные зависимости.
Существует несколько правил нормализации баз данных. Каждое правило называется обычной формой.
Если наблюдается первое правило, база данных считается в "первой обычной форме". Если выполняются
первые три правила, база данных считается в третьей обычной форме. Хотя возможны и другие уровни
нормализации, третья обычная форма считается наивысшим уровнем, необходимым для большинства
приложений.
Первая нормальная форма (1NF) предполагает, что сохраняемые данные на пересечении строк и столбцов должны
представлять скалярное значение, а таблицы не должны содержать повторяющихся строк.
Вторая нормальная форма (2NF) предполагает, что каждый столбец, не являющийся ключом, должен зависеть от
первичного ключа.
Третья нормальная форма (3NF) предполагает, что каждый столбец, не являющийся ключом, должен зависеть только от
первичного ключа.
Нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF) является немного более строгой версией третьей нормальной формы.
Четвертая нормальная форма (4NF) применяется для устранения многозначных зависимостей (multivalued dependencies)
- таких зависимостей, где столбец с первичным ключом имеет связь один-ко-многим со столбцом, который не является
ключом. Эта нормальная форма устраняет некорректные отношения многие-ко-многим.
Пятая нормальная форма (5NF) разделяет таблицы на более малые таблицы для устранения избыточности данных.
Разбиение идет до тех пор, пока нельзя будет воссоздать оригинальную таблицу путем объединения малых таблиц.

29. СУБД

Определение, функции, состав
Система управления базами данных (СУБД) – это специализированное, прикладное программное
обеспечение, которое взаимодействует с конечными пользователями, прикладными программами и
самой базой данных для сбора и анализа и обработки данных. Чтобы управлять базами данных и
находить нужную информацию, запросы к ним пишут на специальных языках. Самый популярный из них
— SQL (от англ. Structured Query Language — «язык структурированных запросов»).
Основные функции СУБД:
● Создание баз данных, изменение, удаление и объединение их по определённым признакам.
● Хранение данных, в том числе больших массивов, в структурированном виде и нужном формате.
● Защита данных от взлома и нежелательных изменений при помощи распределённого доступа: когда
разным группам пользователей доступны разный объём и сегменты данных.
● Выгрузка и сортировка данных по заданным фильтрам при помощи SQL-запросов.
● Поддержка целостности баз данных, резервное копирование и восстановление после сбоёв.
Основные элементы СУБД и их функции:
● Ядро. Это основа всей системы, которая отвечает за хранение и обработку баз данных. В ядре
фиксируются все изменения: добавление, удаление или исправление целых баз и отдельных ячеек.
● Процессор, или компилятор. Обрабатывает запросы к базам данных на внутренних языках и SQL,
преобразуя их в нужные команды и передавая результаты.
● Программные средства, или утилиты. С их помощью пользователи вводят запросы, а администраторы
баз данных настраивают доступ и другие параметры.
● Базы данных. То, где хранятся данные в соответствии с выбраной моделью

30. СУБД

Язык управления SQL
SQL (Structured Query Language, или язык структурированных запросов) — это декларативный язык
программирования (язык запросов), который используют для создания, обработки и хранения данных в
реляционных БД. На чистом SQL нельзя написать программу — он предназначен только для
взаимодействия с базами данных: получения, добавления, изменения и удаления информации в них,
управления доступом и так далее. Ещё одно отличие реляционных БД от обычных таблиц — в них нельзя
вносить изменения напрямую. Для этого нужны СУБД, или системы управления базами данных. СУБД —
это посредник, который получает от пользователя команды, что сделать с базой данных, и выполняет их.
Все SQL-команды делятся на четыре вида:
• DDL (Data Definition Language, или язык описания данных). Их используют, чтобы создавать, изменять
и удалять целые таблицы.
• DML (Data Manipulation Language, или язык управления данными). Их применяют к содержимому
таблиц, чтобы создавать, изменять, удалять атрибуты и записи. Если нужно получить какую-то
информацию из базы данных, то пользуются именно DML-операторами.
• DCL (Data Control Language, или язык контроля данных). Они нужны, чтобы выдавать конкретным
пользователям доступ к базам данных и отзывать его.
• TCL (Transaction Control Language, или язык контроля транзакций). Позволяет управлять транзакциями.
Транзакция — это набор из нескольких команд, которые выполняются поочерёдно. Если одна из
команд внутри транзакции не срабатывает, то все уже совершённые действия отменяются. То есть
транзакция может быть совершена либо полностью, либо никак.

31. Распределенная обработка данных

CREATE TABLE
Распределенная обработка данных
Архитектура распределенной обработки данных
Отличительная особенность БД многоцелевое параллельное использование данных,
предопределяет наличие средств, обеспечивающих практически одновременный и независимый
доступ к одним и тем же данным. Причем сама база может быть размещена на одном или нескольких
компьютерах.
Почти все модели организации взаимодействия пользователя с базой данных, построены на основе
модели "клиент-сервер". Т.е. предполагается, что каждое такое приложение отличается способом
распределения функций ранее приведенных групп обработки данных между как минимум двумя
частями:
клиентской, которая отвечает за целевую обработку данных и организацию взаимодействия с
пользователем и серверной, которая обеспечивает хранение данных, обрабатывает запросы и
посылает результаты клиенту для специальной обработки. В общем случае предполагается, что эти
части приложения функционируют на отдельных компьютерах, т.е. к серверу БД с помощью сети
подключены компьютеры пользователей (клиенты).
Сервер – это программа, реализующая функции собственно СУБД: определение данных, запись-чтение
данных, поддержка схем внешнего, концептуального и внутреннего уровней, диспетчеризация и
оптимизация выполнения запросов, защита данных.
Клиент – это различные программы, написанные как пользователями, так и поставщиками СУБД,
внешние или «встроенные» по отношению к СУБД. Программа-клиент организована в виде
приложения, работающего «поверх» СУБД, и обращающегося для выполнения операций над данными
к компонентам СУБД .

32. Распределенная обработка данных

CREATE TABLE
Распределенная обработка данных
Базовые архитектуры распределенной обработки данных
Архитектура «файл-сервер»
Архитектура «выделенный сервер базы данных»
средства организации и управления базой
данных (в том числе и СУБД) целиком
располагаются на машине клиента, а база
данных, представляющая собой обычно набор
специализированных
структурированных
файлов, на машине-сервере. В этом случае
серверная компонента представлена даже не
средствами СУБД, а сетевыми составляющими
операционной системы, обеспечивающими
удаленный разделяемый доступ к файлам.
средства управления базой данных и база данных
размещены на машине-сервере. Взаимодействие
между клиентом и сервером происходит на уровне
команд языка манипулирования данными СУБД
(обычно SQL), которые обрабатываются СУБД на
машине-сервере.
Сервер
базы
данных
осуществляет поиск записей и анализирует их.
Записи, удовлетворяющие условиям, могут
накапливаться на сервере и после того, как запрос
будет целиком обработан передан клиенту

33. Распределенная обработка данных

CREATE TABLE
Распределенная обработка данных
Базовые архитектуры распределенной обработки данных
Архитектура «активный сервер баз данных»
Архитектура «сервер приложений»
Непротиворечивость бизнес-логики и изменения
базы данных контролируется на стороне
сервера. Для этого функции бизнес-логики
разделяются между клиентской и серверной
частью. Общие или критически значимые
функции оформляются в виде хранимых
процедур, включаемых в состав базы данных.
Кроме этого, вводится механизм отслеживания
событий БД – триггеров, также включаемых в
состав базы.
Дальнейшее снижение требований к ресурсам
клиента
достигается
за
счет
введения
промежуточного звена – сервера приложений, на
который
переносится
значительная
часть
программных компонентов управления данными и
большая часть бизнес-логики. При этом серверы
баз данных обеспечивают исключительно функции
СУБД по ведению и обслуживанию базы данных.

34. Практические задания

С использованием компьютера и глобальной сети отыскать информацию, проанализировать её и подготовить
сообщения (презентации) по следующим вопросам:
Компютерные сети
1. Компьютерная (вычислительная) сеть, определение, назначение. Понятия «клиент» и «сервер».
2. Основные характеристики вычислительной сети.
3. Линии связи, Аппаратура линий связи.
4. Классификация вычислительных сетей.
5. Топологии компьютерных сетей, принципы построения, преимущества и недостатки.
6. Сетевой протокол, стек протоколов, сетевая модель OSI. Стек протоколов TCP/IP.
7. Основные сервисы глобальной сети. Служба трансляции имен сети интернет.
8. Облачные технологии. Классификация и принципы работы.
Базы данных
1. Базы данных. Основные понятия. Основные свойства баз данных.
2. Модели организации данных в базах данных. Сущность моделей, преимущества и недостатки
3. Реляционная модель организации данных. Основные понятия. Нормализация данных.
4. СУБД. Определение, основные функции и элементы.
5. Язык SQL. Классификация и основные команды.
6. Распределенная обработка данных. Базовые архитектуры распределенной обработки данных