Що таке інформаційна модель, і які бувають інформаційні структури

Як бути, якщо потрібно показати пристрій космічного корабля або молекули? Як бути, якщо потрібно побачити ще не побудований або давно зруйнований архітектурний ансамбль? Як бути, якщо потрібно випробувати роботу атомної електростанції в аварійному режимі? У цих і багатьох інших випадках люди використовують моделі.

Всі ви часто бачили матеріальні (інакше звані фізичними) моделі -- об'єкти, що копіюють деякі характеристики іншого об'єкта. Однак модель може бути й інформаційної. У цьому випадку ми не створюємо спрощене подобу реального об'єкта, а описуємо цей об'єкт тим або іншим способом. Наприклад, якщо описати які нас цікавлять властивості у вигляді математичних формул, вийде математична модель. Вирішуючи завдання на уроці фізики, ви працюєте з інформ аціонной моделлю явища; користуючись картою на уроці географії або в поході, ви працюєте з інформаційною моделлю ділянки земної поверхні; розповідаючи знайомим, як пройти до вас додому - знову ж таки, працюєте з інформаційною моделлю (створюєте її). Взагалі всі наші знання про реальний світі - це безліч інформаційних моделей.

Отже, модель - це деякий спрощений замінник реального об'єкту або системи. Модель відтворює тільки необхідні в конкретній ситуації характеристики оригіналу.

При складанні інформаційної моделі потрібно не тільки вибрати ознаки об'єкта, які в неї будуть включені, але й вирішити як буде організована інформація в пам'яті комп'ютера. Адже щоб даними можна було скористатися, вони не повинні бути "повалені в купу", їх необхідно якимось чином впорядкувати.

Відомі три основні структури31, що визначають організацію даних і зв'язків між німі.Одна з них зручна при описі систем об'єктів, в яких можна виділити "головні" і "підлеглі". Її називають деревом32. На верхньому рівні такої структури знаходиться один об'єкт (його називають коренем). На наступному (другому) рівні - декілька об'єктів, що входять в об'єкт першого рівня або підкоряються йому. Кожному з об'єктів другого рівня підкоряється кілька об'єктів третього рівня і т.д. Об'єкти самого нижнього рівня називають листям. (Виходить, дерево росте ... вниз!) За допомогою такої структури можна, наприклад, описати армійський підрозділ: корінь - рота; на другому рівні - взводи цієї роти; третій рівень - відділення, що входять до відповідний взвод, нарешті, "листами" будуть окремі бійці. Маючи організовану в такий спосіб інформацію можна легко дізнатися не тільки відомості про конкретний військовослужбовців, але і про взвод і роту, в якій він служить, і навпаки, можна отримати інформацію не тільки про взвод, але і про кожного з бійців цього взводу.

Однак, далеко не завжди існує така однозначна підпорядкованість. Наприклад, якщо спробувати організувати в структуру дані про вчителів і класи, в яких вони викладають, вона виявиться складніше: кожен учитель працює з декількома класами, але і в кожному класі - кілька вчителів. Виходить вже не співвідношення "один до багатьох", а "багато до багатьох". Така структура з перехресними зв'язками одержала назву мережу.

На практиці (при використанні комп'ютера) найчастіше використовується третій різновид організації даних. Вона називається реляціонной33. Таке "страшна" назва - у добре всім відомого способу представлення інформації - у вигляді самих звичайних прямокутних таблиць, пов'язаних один з одним. Правда, не будь-яких. Є деякі обмеження:

Кожна рядок таблиці (її називають записом) описує один об'єкт.

Всі об'єкти в таблиці - однотипні (наприклад, одна таблиця буде описувати тільки підрозділу фірми, інша - тільки працівників, третя - виконувані работи34). Таблиця містить лише інформацію, безпосередньо пов'язану з її об'єктами.

Всі ознаки об'єктів (їх називають атрибутами) виділені в окремі стовпці - поля записів. Заголовки стовпців - імена полів.

В таблиці обов'язково повинен бути стовпець (або група стовпців), значення в якому будуть унікальними - неповторним, його називають первинним ключем.

Інформаційні структури, що містять взаємозалежні дані про реальні об'єкти і зберігаються у зовнішній пам'яті комп'ютера, називаються базами даних (БД). Природно, бази даних також можуть бути ієрархічними, мережними і реляційними. Реляційна база даних складається з одного або декількох файлів, кожен з яких відповідає одній табліце35.

Файл (від англ. file - папка для паперів, швидкозшивач) - набір даних (програма, текст, малюнок, звук і т. д.), що зберігається в зовнішній пам'яті як одне ціле і що позначається ім'ям. На пристроях зовнішньої пам'яті сучасних комп'ютерів можуть зберігатися тисячі файлів. Щоб було зручніше працювати, їх організують у ієрархічну структуру - дерево каталогів. "Корінь" дерева -- кореневої каталог36 - відповідає диску в цілому. У кореневому каталозі розміщується кілька каталогів, кожний з каталогів, у свою чергу, може містити ще кілька каталогів. У каталогах знаходяться файли. Хоча, в більшості випадків, не важливо, в якій каталог поміщати файл, для зручності намагаються зберігати разом файли одного призначення.

Сама по собі база даних - це сховище інформації. Адже нам треба мати можливість використовувати це сховище: поміщати туди, змінювати і, саме головне, знаходити потрібні відомості. Для цього є спеціальні програми -- системи управління базами даних (СУБД). Існує безліч їх різновидів: від спрощених, що дозволяють створювати "електронні картотеки ", до дуже складних, на основі яких будуються системи автоматизації великих організацій, коли десятки і навіть сотні людей одночасно працюють з величезними обсягами самих різних даних.

Отже, СУБД - це програмне забезпечення для створення і редагування баз даних, перегляду та пошуку інформації в них. Розглянемо ці операції трохи докладніше. Перш за все, можна створити нову базу даних. При цьому, в першу чергу, нам необхідно вибрати характеристики об'єктів, які будуть до неї включені. Назви цих характеристик стануть іменами полів. Потім слід визначити тип кожного поля.

Ви пам'ятаєте, що вся інформація в комп'ютері представляється з допомогою двійкових кодів. Один і той же набір нулів і одиниць може відповідати і кількістю, і символу, і фрагментом малюнка. Наприклад, якщо в пам'яті ЕОМ зберігається код "01011010", це може бути число "90", літера "Z", елемент зображення або ще що-небудь. Але обробляти-то ці дані потрібно по-різному! Ось тут і приходить на допомогу тип даних. Він визначає:

подання в пам'яті (в тому числі, скільки байт пам'яті дані будуть займати);

можливі значення та

допустимі дії над ними.

Ось тепер прийшов час запустити СУБД і сформувати задуману структуру (вказавши імена всіх полів, їх типи, а при необхідності - й інші їхні характеристики). Далі по черзі заносимо відомості про кожен об'єкт - ця робота хоч і не занадто складна, але довга і потребує уваги. Нарешті, розробляємо "макети висновку" (що визначають, як інформація буде представлена на екрані і при друці) - і база даних готова. Природно, і потім, в процесі роботи, ми зможемо додавати нові записи, а також видаляти і редагувати старі.

Що ж можна робити з готовою БД? Зазвичай, система управління базами даних дозволяє:

виводити інформацію на дисплей та принтер;

знаходити дані певних об'єктів за різними ознаками (в тому числі, за умовами: =,,, =);

сортувати - Розставляти в порядку зростання або зменшення будь-якого атрибуту і т. д.

При роботі з БД особлива роль належить пристроїв зовнішньої пам'яті. Від їх ємності, швидкості та надійності безпосередньо залежать характеристики всієї системи. Сучасні пристрої зовнішньої пам'яті використовують магнітний або оптичний принципи запису. У першому випадку кожному біту даних відповідає так чи інакше намагнічений ділянку поверхні диска з покриттям, подібним покриттю магнітофонних стрічок, у другому - ділянку диска, що відображає або розсіюючий світло.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (дискетах, флоппі-дисках) використовують диск із плівки з магнітним покриттям, укладений у пластмасовий корпус. Зараз використовуються, в основному, дискети діаметром 3,5 дюйма (89 мм) і ємністю 1,44 Мбайт. Гнучкі диски порівняно дешеві, дозволяють переносити інформацію з одного комп'ютера на інший, але працюють дуже повільно, і, до того ж, досить ненадійні.        

        

Дискета   

Захисний корпус.   

Фланець приводу диска.   

Захисна шторка.   

Отвір заборони запису.   

Отвір - ознака дискети високої щільності     

Основним пристроєм зовнішньої пам'яті сучасного персонального комп'ютера є накопичувач на жорстких дисках (його ще називають "вінчестером"). У ньому використовується один або декілька дисків на алюмінієвій основі, закріплених на осі приводу і поміщених в закрититий корпус.Неразборная конструкція, відсутність пилу і безпосереднього контакту головок з поверхнею диска дозволяють отримати дуже високу надійність і, швидкодія пристрою, а також суттєво підвищити щільність запису інформації. Зараз ємність жорстких дисків досягає десятків гігабайт і постійно зростає.

Магнітний принцип запису використовується і в деяких інших різновидах пристроїв пам'яті (Jazz, Zip та ін.)

Серед пристроїв, що використовують оптичну запис, найбільш відомий накопичувач на лазерних дисках (CD-ROM37). Надзвичайно висока надійність, велика ємність (в нині - 650 (700) Мбайт), низька вартість - безперечні його переваги. Недоліками ж є досить низька швидкодія і, головне, неможливість перезапісі38. Тому на лазерних дисках зберігають інформацію, яка не повинна змінюватися: словники, довідники, різні архіви.

Поступово впроваджується новий вид оптичних дисків - DVD39. На носії розміром зі звичайний компакт-диск стало можливим записати від 4,7 до 17 Гбайт інформації.

Примітки

Structura (лат.) - будова, розташування.

Інша назва - ієрархічна структура (грец. hierarchia -- священновластіе).

Relatio (лат.) - відношення, доповідь.

У структурі реляційної таблиці пов'язані один з одним, тому в даному прикладі можна легко визначити, скажімо, особливості роботи, що виконується конкретним працівником фірми.

У БД можуть входити ще допоміжні файли, що містять інформацію для прискорення деяких операцій.

Каталоги називають ще "папками", а іноді, на англійську манер, "директоріями" (Directory - адресна книга)

Compact Disk - Read OnlyMemory (англ.) - компакт-диск-постійна пам'ять (дослівно - "тільки для читання")

Зараз існують і компакт-диски з можливістю перезапису (CD-RW), однак кількість циклів перезапису у них у багато разів менше, ніж у магнітних. Крім того, процес перезапису - повільний.

Digital Versatile Disk (англ.) - універсальний цифровий диск.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://macedu.narod.ru