Як бути, якщо потрібно показати пристрій космічного корабля або молекули? Як бути, якщо потрібно побачити ще не побудований чи давно зруйнований архітектурний ансамбль? Як бути, якщо потрібно випробувати роботу атомної електростанції в аварійному режимі? У цих та багатьох інших випадках люди використовують моделі.
Всі ви багато разів бачили матеріальні (інакше звані фізичними) моделі - об'єкти, що копіюють деякі характеристики іншого об'єкта. Проте модель може бути й інформаційної. У цьому випадку ми не створюємо спрощене подобу реального об'єкта, а описуємо цей об'єкт тим чи іншим способом. Наприклад, якщо описати цікавлять нас 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 чи в поході, ви працюєте з інформаційною моделлю ділянки земної поверхні; розповідаючи знайомим, як пройти до вас додому - знову-таки, працюєте з інформаційною моделлю (створюєте її). Взагалі всі наші знання про реальний світ - це безліч інформаційних моделей.
Отже, модель - це деякий спрощений замінник реального об'єкта 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 "звалені в купу", їх необхідно яким-небудь 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 - кілька об'єктів, що входять в об'єкт першого рівня або підкоряються йому. Кожному з об'єктів другого рівня підпорядковується 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 - взводу цієї роти; третій рівень - відділення, що входять у відповідний взвод, нарешті, "листям" будуть окремі бійці. Маючи організовану таким чином інформацію можна легко дізнатися не тільки відомості про конкретний військовослужбовці, а й про взводі й роті, в якій він служить, і навпаки, можна отримати інформацію не тільки про взводі, але й про кожного з бійців цього взводу.
Однак, далеко не завжди існує така однозначна підпорядкованість. Наприклад, якщо спробувати організувати в структуру дані про вчителів і класах, 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 отримала назву мережу.
На практиці (при використанні комп'ютера) найчастіше використовується третій різновид організації даних. Вона називається реляціонной33. Таке "страшне" назву - у добре всім відомого способу подання інформації - у вигляді самих звичайних прямокутних таблиць, пов'язаних один з одним. Правда, не будь-яких. Є деякі обмеження:
Кожен рядок таблиці (її називають записом) описує один об'єкт.
Всі об'єкти в таблиці - однотипні (наприклад, одна таблиця буде описувати тільки підрозділи фірми, інша - тільки співробітників, третя - виконувані работи34). Таблиця містить лише інформацію, безпосередньо пов'язану з її об'єктами.
Всі ознаки об'єктів (їх називають атрибутами) виділені в окремі стовпчики - поля записів. Заголовки стовпців - імена полів.
У таблиці обов'язково повинен бути стовпець (або група стовпців), значення в якому будуть унікальними - неповторяющимися, його називають первинним ключем.
Інформаційні структури, що містять взаємопов'язані дані про реальні об'єкти і зберігаються в зовнішній пам'яті комп'ютера, називаються базами даних (БД). Природно, бази даних також можуть бути ієрархічними, мережевими та 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 у зовнішній пам'яті як одне ціле, який позначають ім'ям. На пристроях зовнішньої пам'яті сучасних комп'ютерів можуть зберігатися тисячі файлів. Щоб було зручніше працювати, їх організовують в ієрархічну структуру - дерево каталогів. "Корінь" дерева - кореневої каталог36 - відповідає диску в цілому. У кореневому каталозі розміщується кілька каталогів, кожен 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. Нам же необхідно мати можливість використовувати це сховище: поміщати туди, змінювати і, найголовніше, знаходити потрібні відомості. Для цього служать спеціальні програми - системи управління базами даних (СКБД). 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 в неї включені. Назви цих характеристик стануть іменами полів. Потім слід визначити тип кожного поля.
Ви пам'ятаєте, що вся інформація в комп'ютері представляється за допомогою двійкових кодів. Один і той же набір нулів і одиниць може відповідати і числа, і символу, і фрагменту 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 до пам'яті (в тому числі, скільки байт пам'яті дані будуть займати);
можливі значення і
допустимі дії над ними.
От 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 дуже складна, але довга і вимагає 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 убування будь-якого атрибуту і т. д.
При роботі з БД особлива роль належить пристроям 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 розсіює світло.
Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (дискетах, флоппі-дисках) використовують диск з плівки з магнітним покриттям, ув'язнений 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 диску. 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, швидкодію пристрою, а також істотно підвищити щільність запису інформації . Зараз місткість жорстких дисків досягає десятків гігабайт і постійно зростає.
Магнітний принцип запису використовується і в деяких інших різновидах пристроїв пам'яті (Jazz, Zip і ін.)
Серед пристроїв, які використовують оптичну запис, найбільш відомий накопичувач на лазерних дисках (CD-ROM37). Надзвичайно висока надійність, велика ємність (в даний час - 650 (700) Мбайт), низька вартість - безсумнівні 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 реляційній структурі таблиці пов'язані один з одним, тому в даному прикладі можна легко визначити, скажімо, особливості роботи, що виконується конкретним співробітником фірми.
В БД можуть входити ще допоміжні файли, що містять інформацію для прискорення деяких операцій.
Каталоги називають ще "папками", а іноді, на англійський 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 серед них дуже багато разів менше, ніж у магнітних. Крім того, процес перезапису - повільний.
Digital Versatile Disk (англ.) - універсальний цифровий диск.