Отбор учебного материала

Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи программ. Программа обычно представляет собой некоторый алгоритм в форме, понятной для исполнителя (например, компьютера). Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении компьютерной программы. Он позволяет программисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия следует выполнять над этими данными при различных обстоятельствах [4].

База Данных (БД) - структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики каких-либо физических или виртуальных систем. Существует определенное программное обеспечение, предназначенное для организации и ведения базы данных - СУБД.

Система управления баз данных (СУБД) - специализированная программа (чаще комплекс программ), предназначенная для организации и ведения базы данных.

БД формируется исходя из следующих соображений:

) Адекватность описываемому объекту/системе - на уровне концептуальной и логической модели;

Удобство использования для ведения учёта и анализа данных - на уровне так называемой физической модели.

Виды концептуальных (инфологических) моделей БД: «сущность-связь», семантические, графовые

Виды логических (даталогических) моделей БД:

) Документальные (архивы) - ориентированные на формат документа, дескрипторные, тезаурусные;

) Фактографические (картотеки);

) Теоретико-графовые: иерархическая модель, сетевая модель;

)Теоретико-множественные: реляционная модель (ER-модель), многомерная модель;

) Объектно-ориентированные: объектная модель;

) Основанные на инвертированных файлах;

Таким образом, по модели представления данных БД классифицируются:

) Картотеки;

) Сетевые;

) Иерархические;

) Реляционные;

) Многомерные;

) Объектно-ориентированные;

) Дедуктивные.

На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT, CSV, Excel, DBF, XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках - таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т. д.

Иерархические базы данных - иерархическая модель базы данных состоит из объектов с указателями от родительских объектов к потомкам, соединяя вместе связанную информацию. Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй - объекты второго уровня и т. д. Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможно, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

Картотека (греч. chártes «лист папируса» и θήκη «место хранения») - упорядоченное собрание данных, как правило на карточках малого формата и являет собой каталог какой либо базы данных. Каждая карта является информационной единицей и предоставляет сведения о каком либо объекте базы данных, с целью облегчения поиска этого объекта по определённым признакам. Упорядочение осуществляется обязательно по логическим критериям, по алфавиту, дате и т.д.

Сетевая база данных - к основным понятиям сетевой модели базы данных относятся: уровень, элемент (узел), связь.

Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию. Несмотря на то, что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом. Также, поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения. Другими словами если необходимо изменить структуру данных, то нужно изменить и приложение.

Многомерные базы данных OLAP (On-line Analytical Processing) - программное обеспечение OLAP используется при обработке данных из различных источников. Эти программные продукты позволяют реализовать множество различных представлений данных и характеризуются тремя основными чертами: многомерное представление данных; сложные вычисления над данными; вычисления, связанные с изменением данных во времени.

Реляционная база данных - база данных, основанная на реляционной модели. Слово «реляционный» происходит от английского «relation» (отношение).

Теория реляционных баз данных была разработана доктором Коддом из компании IBM в 1970 году. В реляционных базах данных все данные представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении которых расположены данные. Запросы к таким таблицам возвращают таблицы, которые сами могут становиться предметом дальнейших запросов. Каждая база данных может включать несколько таблиц. Кратко особенности реляционной базы данных можно сформулировать следующим образом:

·   Данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов ("атрибутов") и строк ("записей", "кортежей" );

·   На пересечении каждого столбца и строчки стоит в точности одно значение;

·   У каждого столбца есть своё имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип.

·   Запросы к базе данных возвращают результат в виде таблиц, которые тоже могут выступать как объект запросов.

Строки в реляционной базе данных неупорядочены - упорядочивание производится в момент формирования ответа на запрос. Общепринятым стандартом языка работы с реляционными базами данных является язык SQL.

Объектно-ориентированная база данных - база данных, в которой данные оформлены в виде моделей объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями.

Основная практическая надобность в ООБД связана с потребностью в некоторой интегрированной среде построения сложных информационных систем. В этой среде должны отсутствовать противоречия между структурной и поведенческой частями проекта и должно поддерживаться эффективное управление сложными структурами данных во внешней памяти.

К настоящему моменту неизвестен какой-либо язык программирования ООБД, который был бы спроектирован целиком заново, начиная с нуля. Естественным подходом к построению такого языка было использование (с необходимыми расширениями) некоторого существующего объектно-ориентированного языка. Начало расцвета направления ООБД совпало с пиком популярности языка Smalltalk-80. Этот язык оказал большое влияние на разработку первых систем ООБД, и в частности, использовался в качестве языка программирования.[3]

Трудности с эффективной практической реализацией языка Smalltalk побудили разработчиков систем ООБД к поиску альтернативных базовых языков. Известная близость объектно-ориентированного и функционального подходов к программированию позволяет достаточно успешно опираться на функциональные языки программирования. В частности, язык Лисп (Common Lisp) является основой проекта ORION. В этом проекте Лисп является и инструментальным языком, и базой объектно-ориентированного языка программирования в среде ORION.

Потребности в еще более эффективной реализации заставляют использовать в качестве основы объектно-ориентированного языка языки более низкого уровня. Например, в системе VBASE используется объектно-ориентированное расширение языка Си - СОР (С Object Processor). В проекте 02 наряду с функциональным объектно-ориентированным языком программирования используются два объектно-ориентированных расширения языков Бейсик и Си. При этом наибольшее распространение среди пользователей этой системы получил язык С02, являющийся расширением языка Си. С02 не является полностью самостоятельным языком. Этот язык входит в многоязыковую среду 02 и предназначен для программирования методов ранее определенных классов. Определение классов, сигнатур методов и имен постоянно хранимых значений и объектов производится с использованием отдельного языка определения схемы БД.

Так же одним из наиболее распространённых языков программирования являлся в начале 9Ох годов язык dBASE, поддерживаемый системами dBASE III Plus. Выполнение программ этими системами осуществляется путём интерпретации одиночных команд или их набора в форме программного модуля (программы, процедуры). Транслятор-интерпретатор для системы баз данных выгоднее, т.к. поддерживает командный режим работы, а также более удобен при отладке и легче в освоении. Система dBase IV являлась радикально новой по сравнению с предыдущими, но распространения не получила. На сегодняшний день шире всего используется dBase-подобный язык FoxPro в различных версиях программной среды и СУБД FoxPro.

Практически в тоже самое время появился язык программирования Clipper. Первоначально первые версии Clipper были просто компиляторами языка dBase. Затем система превратилась вместе со своим программным окружением в полноценную языковую среду для построения приложений обработки данных. В период своего расцвета система Clipper использовала модифицированную версию языка dBase в режиме компиляции. Этот язык обеспечивает существенно более высокое быстродействие программ при значительном сокращении объёма оперативной памяти, требуемой для их выполнения. Система Clipper «видит» только 640 Кб памяти. Минимальный набор средств Clipper включает одноимённый компилятор (CLIPPER), а также библиотеки стандартных процедур и функций (CLIPPER LIB, EXTEND LIB), 'используемых на этапе редактирования и форматирования конечного продукта (выполняемого файла типа .ехе) посредством редактора связей LINK, входящего в набор средств MS-DOS , или PLINK8 6Plus, являющегося специализированным редактором связей Clipper-программ. Clipper - алгоритмический язык программирования традиционной структуры. Набор служебных слов очень велик, поскольку велика номенклатура команд и библиотечных функций. Команды, условно объединяемые под общим названием «команды выполнения операций по реализации алгоритма» можно разделить на три группы: манипуляции с файлами, выполнение вычислений, организация диалогового режима.

Другая система - Clarion - в 1989-1992 годах занимала первое место по популярности. Несмотря на то, что она реализованна под MS-DOS и сейчас морально устарела, например, базы данных сети торговых комплексов «Седьмой континент» написаны именно в Clarion'е. Система Clarion была первой попыткой создать «программирование без программирования», т.е. сделать процесс разработки приложений доступным не только узкому кругу специалистов, во-первых, а во-вторых, облегчить и ускорить работу всем разработчикам приложений. Собственно система Clarion Professional Developer состоит из нескольких утилит, которые используются при создании приложений:- текстовый редактор для написания и правки текстов программ;- проверка корректности программы и компиляция в псевдо-код;- интерактивный отладчик;-создание таблицы перекрестных ссылок для

отладки;- преобразование файлов в объектный формат и сборка с библиотеками Clarion;

Группа утилит для выполнения популярных операций СУБД -Filer, Converter, Sorter, Scanner - средства изменения структуры БД, экспорта/импорта, ввода и корректировки данных;- командная оболочка для выполнения команд MS-DOS и работы с файловой системой;- изменение и настройка параметров среды разработки;- генератор отчетов на основе файлов типа Clarion, dBase и ASCII;- визуализация процесса разработки приложений.

Впоследствии в середине 90-х годов появляется система FoxPro. Одной из составляющих этой системы является система средств визуализации - Visual FoxPro. Она состоит из отдельных компонентов, которые используются для хранения информации, ее отображения и редактирования. В Visual FoxPro все данные хранятся в базе данных, которая состоит из таблиц, отношений между таблицами, индексов, триггеров и хранимых процедур. Каждая таблица имеет уникальное имя и хранится в отдельном файле, наименование которого совпадает с именем таблицы. Созданный файл имеет расширение DBF. Каждая создаваемая таблица может иметь несколько связанных с ней индексов, используемых для упорядочения данных и быстрого поиска необходимых записей. Для отображения и редактирования данных используются формы, отчеты, запросы и программы. Отчеты используются для печати информации, содержащейся в базе данных. Запросы являются средством выборки данных из одной или нескольких таблиц. В Visual FoxPro для создания запроса можно использовать как конструктор запросов, так и язык Structured Query Language (SQL). Результаты выполнения запроса могут отображаться в форме, выводиться в виде отчетов и диаграмм или сохраняться в таблице.

Так же большую распространённость на сегодняшний день получила СУБД Access, которая входит в пакет Microsoft Office, что во многом определяет ее популярность. Сегодня используется третья версия пакета. По сравнению с более ранними версиями изменений произведено очень мало, они практически ограничились введением типа полей OLE и гиперссылками, внедренными в 1996 году во 2 версию. Все остальные изменения Access связаны с изменением базовой ОС Windows, библиотеки которой Access использует, не имея собственных, что делает его СУБД с самым низким быстродействием. Разработка приложения в Access начинается с создания таблиц в режиме конструктора таблиц или путем импорта из электронных таблиц или файлов баз данных. Мастера таблиц создают таблицы по американским стандартам и потому мало применимы. Очень легко создаются поля с возможностью выбора одного данного из предлагаемого списка, т.е. поля подстановки. Для внедрения графики существуют две возможности - поля OLE, хранящие графику непосредственно в базе данных, что увеличивает объем приложения и понижает его быстродействие, и введение гиперссылок на внешние файлы, что затрудняет переносимость приложения, но не влияет на быстродействие. Создание запросов производится при помощи конструктора, нескольких мастеров или собственно на встроенном языке SQL, что позволяет составлять более сложные конструкции. СУБД Access остается одной из наиболее популярных баз данных за счет необыкновенно высокой технологичности работы (оформительские возможности по технологичности выше, чем возможности Delphi) и доступности для пользователей, имеющих минимальную компьютерную подготовку, что обеспечивается возможностью создания макросов на естественном языке, выбором нужных действий и данных из многочисленных меню и встроенными генераторами элементов интерфейса, которые в системе Access называются мастерами. Также положительной чертой Access является хранение всего приложения (таблиц, запросов, экранных форм, отчетов, программ и индексов) в одном файле, что улучшает переносимость приложений.

Ещё одной системой программирования является система Power Builder фирмы Sybase - графическое средство разработки приложений в архитектуре «клиент - сервер». Система позволяет строить приложения с использованием реляционных СУБД: Oracle (интерфейсы 0R6, 0R7, 0R8), FoxPro for Windows, Access, Clipper - InterSolv, NetWare SQL, Paradox, SQLBase и т.д. Приложения Power Builder - это совокупность объектов, являющихся экземплярами классов следующих пяти видов:

·   объект - приложение (Application);

·   объекты окон (Window);

·   объекты меню (Menu);

·   объекты Data Window;

·   пользовательские объекты (User Object).

Создание почти всех объектов производится в специализированных мастерских, т.е. в конструкторах. Система Power Builder позволяет строить приложения, управляемые событиями, причем описание реакции приложения на события осуществляется встроенным алгоритмическим языком Power Script. Система Power Builder представляет ценность, как средство визуализации разработки приложений в невизуальных системах управления базами данных.

Так же существует среда Delphi, которая представляет собой интегрированную оболочку разработчика, в которую входит набор специализированных программ, ответственных за разные этапы создания готового приложения. Среда разработки включает в себя текстовый редактор, компилятор и/или интерпретатор, средства автоматизации сборки и отладчик, систему управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя.

Текстовый редактор - компьютерная программа, предназначенная для создания и изменения текстовых файлов, а также их просмотра на экране, вывода на печать, поиска фрагментов текста и т. п.

Компилятор - программа, предназначенная для трансляции высокоуровневого языка в абсолютный код или, иногда, в язык ассемблера. Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора - эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код).

Интерпретатор - языковый процессор, который построчно анализирует исходную программу и одновременно выполняет предписанные действия, а не формирует на машинном языке скомпилированную программу, которая выполняется впоследствии.

Отладчик - является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать значения переменных в процессе выполнения программы, устанавливать точки или условия останова и т. д.

Система управления версиями (от англ. Version Control System или Revision Control System) - программное обеспечение для облегчения работы с изменяющейся информацией. Система управления версиями позволяет хранить несколько версий одного и того же документа, при необходимости, возвращаться к более ранним версиям, определять, кто и когда сделал то или иное изменение и многое другое.

Графический интерфейс пользователя (ГИП, англ. graphical user interface, GUI) - система средств для взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на представлении всех доступных пользователю системных объектов и функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т. п.). При этом, в отличие от интерфейса командной строки, пользователь имеет произвольный доступ (с помощью клавиатуры или устройства координатного ввода типа «мышь») ко всем видимым экранным объектам.

Исходный текст программы готовится в среде Delphi с помощью встроенного редактора исходных текстов. Этот редактор отличается гибкими возможностями цветового выделения различных элементов текста программ (ключевых слов, названий, операций, чисел и строк) и предоставляет возможность быстрого ввода часто встречающихся конструкций - подсказки завершения кода - Левая панель редактора представляет собой Проводник, позволяющий быстро перемещаться между частями исходного текста и по структуре создаваемой программы. Важнейшая характеристика разрабатываемой программы - удобство ее пользовательского интерфейса, наличие и доступность необходимых элементов управления. В системе Delphi имеется специальный проектировщик форм, с помощью которого окна будущей программы подготавливаются в виде форм. Проектировщик позволяет подобрать оптимальные размеры окон, разместить и настроить всевозможные элементы управления и меню, добавить готовые изображения, указать заголовки, подсказки, подписи и т. д., т.е. экранная форма в системе Delphi состоит из элементов интерфейса, как и в предыдущих визуальных системах.