Студенты-Программеры

ИЗБЫТОЧНОСТЬ

Большая часть дисковых или ленточных библиотек, которые су­ществовали до использования средств управления базами данных, содержала большое количество повторяющейся информации. При запоминании многих элементов данных допускалась избыточность, так как на носители информации для различных целей записывались одни и те же данные и, кроме того, хранились различные варианты модификаций одних и тех же данных. База данных представляет воз­можность в значительной степени избавиться от такой избыточности.

Базу данных иногда определяют как неизбыточную совокупность эле­ментов данных; однако в действительности для уменьшения времени доступа к данным или упрощения способов адресации во многих ба­зах данных избыточность в незначительной степени присутствует. Некоторые записи повторяются для того, чтобы обеспечить возмож­ность восстановления данных при их случайной потере. Чтобы база данных была неизбыточной и удовлетворяла другим требованиям, при­ходится идти на компромисс. В этом случае говорят об управляемой, или минимальной, избыточности или о том, что хорошо разработан­ная база данных свободна от излишней избыточности.

Неуправляемая избыточность имеет несколько недостатков.

· хранение нескольких копий данных приводит к дополнитель­ным затратам.

· (что особенно серьезно) приходится выпол­нять многократные операции обновления для нескольких избыточных копий. Избыточность поэтому обходится значительно дороже в тех случаях, когда при обработке файлов обновляется большое количест­во информации или, что еще хуже, часто вводятся новые элементы или уничтожаются старые.

· вследствие того, что различные ко­пии данных могут соответствовать различным стадиям обновления, информация, выдаваемая системой, может быть противоречивой.

Если не использовать базы данных, то при обработке большого количества информация появится так много избыточных данных, что фактически станет невозможным сохранять их все на одном и том же уровне обновления. Очень часто пользователи обнаруживают явные противоречия в данных и поэтому испытывают недоверие к полученной от ЭВМ информации. Невозможность хранения избыточных данных на одинаковом уровне обновления является основным препятствием в обработке данных с помощью ЭВМ.

О независимости данных часто говорят как об одном из основных свойств базы данных. Под этим подразумевается независимость дан­ных и использующих их прикладных программ друг от друга в том смысле, что изменение одних не приводит к изменению других. В част­ности, прикладной программист изолирован от влияния изменений данных и их организации, а также от изменения характеристик фи­зических устройств, на которых они хранятся. В действительности же полностью независимыми данные бывают так же редко, как и полностью неизбыточными. Как мы увидим ниже, независимость данных опреде­ляется с различных точек зрения. Сведения, которыми должен распо­лагать программист для доступа к данным, различны для различных баз данных. Тем не менее, независимость данных — это одна из основ­ных причин использования систем управления базами данных.

ЛОГИЧЕСКАЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ ДАННЫХ

По мере накопления опыта использования первых систем управле­ния базами данных довольно скоро стало очевидным, что необходим дополнительный уровень независимости данных. Общая логическая структура данных, как правило, сложная, и по мере роста базы дан­ных она неизбежно изменяется. Поэтому важно обеспечить возмож­ность изменения общей логической структуры без изменения при этом использующих ее многочисленных прикладных программ. В некото­рых системах изменение общей логической структуры данных состав­ляет форму ее существования, т. е. эта структура находится в состоя­нии постоянного развития. Поэтому требуются два уровня независи­мости данных. Мы будем называть их логической и физической незави­симостью данных.

Логическая независимость данных означает, что общая логическая структура данных может быть изменена без изменения прикладных программ (изменение, конечно, не должно заключаться в удалении из базы данных таких элементов, которые используются прикладными программами).

Физическая независимость данных означает, что физическое располо­жение и организация данных могут изменяться, не вызывая при этом изменений ни общей логической структуры данных, ни прикладных программ.

На рис. 3.1 (этап 4) иллюстрируется идея логической и физичес­кой независимости данных. Большой прямоугольник в центре на рис. 3.1 (этап 4) пред­ставляет общую логическую структуру данных, иногда называемую глобальным логическим представлением данных. Это представление может сильно отличаться от физической структуры данных и от их представлений в конкретных прикладных программах. Программное обеспечение баз данных будет фактически получать представление данных прикладного программиста из общей логической структуры, а затем будет отображать общую логическую структуру в физическое представление данных.

1. Матричные ВС

2. Транспьютерные

3. протоколы ВС

1. В системах ОКМД заложен принцип один набор управления каналом. Применение к нескольким ЭП (элементарный процессор). Каждый процессор обрабатывает свои данные. Все процедуры должны работать синхронно и согласованию, сак как они работают по одним и тем же командам.

На ОКМД комплексах целесообразно решать следующие задачи:

1. множественность набора данных
2. одинаковость вычислительных операций выполняется под всякими наборами данных
3. Отсутствие непредсказуемости изменений в характере потоков данных
4. неразличимость в процес элементах с точки зрения обработки данных

Производительности системы согласуются с частотой поступления данных. В целом производительность системы может быть увеличена на несколько порядков ( в сравнении с производительностью одного процесса)

Области применения:

1. распределение ресурсов
2. сложные алгоритмы, фильтрации в работе радио – рацион станций
3. управление воздушным движением
4. сжатие информации
5. распознавание образов и обработки изображения
6. обработка метеоданных

Идея построения матричных систем

1. УУ формирует поток команд на все процессоры
2. каждый процессор связан с 4 соседними
3. на каждый процессор поступают свои данные

В различных системах используются

Solomon

32*32

1024

ILLIAC

2000

Матричные процессоры позволяют обеспечивать возможность наращивать количество процессоров. Это позволит достичь быстродействия 10 (в 10 степени) операций в секунду. Наличие единого УУ снижает надежность системы и ограничивает сферу применения.

Вывод:

Матричные системы обеспечивают решения узкого круга задач.

2.В настоящее время ведутся работы по созданию транспьютерных систем, для высокой и эффективной обработки информации. Транспьютерные ВС – это ансамбли элементарных транспьютеров. Они обеспечивают обработку данных типа МКМД. Все транспьютеры имеют одинаковую структуру и включают процессор, локальная память и локальный коммутатор.

В транспьютерной системе разрядность местной памяти каждого транспьютера наращивает разрядность системы пропорционально количеству транспьютера. Суммарная производительность системы прямопропорциональна количеству транспьютеров. Узкое место: пропускная способность минимальна. Система сложна к наращиванию.

Недостаток: ограниченный круг решения задач.

3. Особенности функциональности программ потоковых машин:

1. программа состоит на основе математических функций и алгебраичных понятий. Принцип подстановки характерен для традиционных машин отсутствия.

2. значение ф-ий однозначно определяется значением входного аргумента.

Процессор выполнения функций является взаимно независимым значит возможна правильная обработка.

3. соединение и синтез ф-ий выполняется просто

4. при обработке структурирования данных таких как списки, векторы и записи используются структурированные данные в качестве одного значения. При изменении структурированных данных новые данные модифицируются, то есть генерируют из предыдущих.

Данные перемещаются из команды в команду по мере выполнения программы.

Команды управляются данными. Считывается, что команда готова к выполнению, если данные присутствует на входной дуге. Выполнение команды приводит к исчезновению данных во входных дугах и появлению на выходных.

Отличительные особенности потоковых систем (от традиционных систем)

1. Операция с операндами можно выполнить независимо от других операций (параллельная работа)

2. Обмен данными между операциями четко определен

3. Управление осуществляется по средствам передачи данных, поэтому нет необходимости в управлении последовательностью

4. в программе, управления потоками данных нет понятия адреса в памяти, поэтому не надо управлять памятью, нет адреса.

Многомашинные ВК включают два или более ЭВМ, каждая из которых имеет свой процессор, память, внешнее периферийное устройство.

Цели организации многомашинных ВК:

1. повышение надежности работы комплекса
2. повышение достоверности обрабатываемой информации, то есть качество обработки.

В операционных системах для МВК должны быть дополнительные модули:

1. модули обеспечения обмена информацией между ЭВМ

2. модули взаимного контроля состояния

3.модули проведения обслуживания

4. модуль взаимодействия с оператором.

В современных ЭВМ предусматриваются следующие уровни комплексирования

СОЗУ –сверхоперативные запоминающие устройства

КПД – канал прямого доступа

КВВ – канал ввода/вывода

АКК – адаптер канал/канал

УУ – устройство управления ВЗУ

СК – селекторный канал

МК – мультиплексный канал

ОЗУ – оператор запоминающее устройство

Уровни:

1) Между процессорами ЭВМ для передачи коротких сообщений о характере завершения очередного этапа выполнения задачи, заданий. Информация о состоянии процессоров и управляющие информацией.

2) Между каналами ввода/вывода (КВВ) с помощью адаптера канал/канал (АКК). Для быстрой передачи больших объемов информации из ОП одной ЭВМ в ОП другой.

3) Информационный обмен через «почтовый ящик» в общедоступных ВЗУ. Многомашинный комплекс (ММК) объединяет несколько одинаковых или разных ЭВМ, каждый из которых работает под управлением своей ОС (операционной системы).

Различают 3 комплекса ММК:

1.слабосвязанный (косвенно связанный)

2.прямосвязанные

3.сателлитные

1. В этом комплексе связь осуществляется через ВЗУ. При трех и более ЭВМ связь осуществляется только на информационном уровне. Связь осуществляется по принципу «почтовый ящик».

Способы организации работы:

1.резервное ЭВМ выключено, но готово для работы

2.резервное ЭВМ в полной готовности,…

3. параллельные вычисления на машинах; для повышения надежности вычислений результаты сравниваются

2.прямосвязанные.

Существует три вида связей:

1. Через общее АЗУ

Связь через общее АЗУ гораздо сильнее чем через ВЗУ. Недостаток связи через общее АЗУ – при его выходе из строя нарушается работа всей системы.

2. Прямое управление, связь процессор/процессор

Связь через КПД улучшает динамику перехода от основной ЭВМ к резервной. Позволяет осуществить более полный контроль.

3.Связь через АКК

устраняет недостатки связи через АЗУ, позволяет вести обмен большими объемами данных.

Прямосвязанные комплексы повышают надежность и обеспечивают высокую достоверность

3. В сателлитных комплексах используются:

1.ЭВМ существенно отличающееся своими характеристиками;

2.Одна машина является главной, вторая подчиненной. Главная обеспечивает высокопроизводительную обработку информации, подчиненная организует обмен информацией между основной машиной и ВУ.

1. по граничным адресам

2. по ключам

3. по описателям

1. По граничным адресам

Для каждой программы указывается –

АН – адрес начала программы

АК – конечный адрес программы

При обращении к памяти схема сравнения осуществляется проверка: не выходит ли адрес за пределы выделенной области для данной программы. Если не выходит, то осуществляется обращение, если адрес будет за пределами выделенной области (меньше начала или больше конца), то осуществляется блокировка обращения

2. По ключам

Сущность метода заключается в следующем: вся память делится на страницы. В РССП – регистре слово состояния программы, для выполнения программы записывается ключ защиты. Свободные страницы памяти занимаются рабочей программой, и для каждой страницы указывается ключ защиты. Ключи защиты хранятся в ПКП – памяти ключей памяти. При обращении к ОП проверяется соответствие ключа защиты программы и ключа защиты страницы. Если они совпадают, то обращение к ОП разрешено. Если нет, то выдается запрос на прерывание. Количество ключей защиты равна количеству выполняемой программы.

Достоинства метода:

1. экономное распределение памяти
2. любая программа может занять свободные участки памяти

Недостаток: избыточность для хранения ключей защиты и возможно обращение только постраничное, то есть с точностью до страницы.

3.По описателям

Такой способ чаще всего используется при обращении к внешней или архивной памяти.

Память ЭВМ – совокупность устройств, предназначенных для приема, хранения и выдачи всей информации, необходимой для работы машины. Устройство, составляющее такую систему памяти, называется ЗУ. В памяти ЭВМ хранятся микропрограммы и программы самоуправления и взаимодействия с внешней средой. В памяти располагаются исходные данные, программы решения задач и конечные результаты.

ЗУ классифицируются:

1.по типу ЗУ; запоминающих элементов

а)полупроводниковые

б)магнитные

в)конденсаторные

г)оптоэлектронные

д)галографические и другие

2. по функциональному назначению:

а)сверхоперативные СОЗУ

б)оперативные ОЗУ

в)постоянные ПЗУ

г)буферные БЗУ

д)внешние ВЗУ

3.по способу и организации обращения:

а)с прямым доступом

б)с последовательным доступом

в)адресные

г)ацеативные

д)стековые и др.

4. по характеру считывания

а) с разрушением

б) без разрушения информации

5.по способу хранения:

а)статические

б)динамические

6.по способу организации:

а)однокоординатные

б) 2-координатные

в) 3-координатные

К ЗУ предъявляются большие требования: по быстродействию и по объему памяти. Эти требования находятся в противоречии исходя из этого в ЭВМ используется целая иерархия памяти (смотр рис)

Емкость ЗУ – максимальное количество данных, которые может хранить ЗУ

Быстродействие ЗУ характеризуется длительностью Е-обращения. Период обращения складывается из времени доступа плюс время чтения.

Ширина выборки: n – количество разрядов параллельно (одновременно) записываемых или считываемых с ЗУ. Скорость обмена – зависит от ширины выборки и Т-обращения.

F=n\Tобращения

Качество ЗУ определяется следующими характеристиками:

1.скорость обмена

2.удельная стоимость – отношение стоимости ЗУ к его емкости (руб/Мб)

3.удельнная емкость – отношение информационной емкости ЗУ к его физическому объему

4.адежность в работе

5. энергозависимость (сохранение информации после отключения питания)

6.потребляемая мощность

7.колличество каналов напряжения источников питания

1.Самая высокая память – регистровая, она строится на регистрах – полупроводниковые триггеры (УР и РОН)

2.Местная память – АЗУ, БЗУ, ПЗУ; строятся на больших интегральных схемах

3.ОП – является основной памятью, имеет большую емкость и высокое быстродействие

4.внешняя и архивная памяти имеют большой объем, но меньшее быстродействие.