65. Моделювання процесів керування у живій природі біологічних, екологічних, процесів автоматизованого керування.

Поняття зворотного зв’язку належить до основних понять кібернетики – науки про управління і зв’язок у природі, техніці й суспільстві – і заслуговує на більш докладне висвітлення.

Всі біологічні і більшість складних технічних систем відносять до саморегульованих систем, які при непередбачених зовнішніх впливах здатні самостійно підтримувати свій стан або режим функціонування на певному заданому рівні.

Н еобхідною умовою існування таких систем є зворотні зв’язки. Усяка саморегульована система містить керуючу (управляючу) і виконавчу частини (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Схема найпростішої системи автоматичного керування

По лінії прямого зв’язку відповідно до завдання керуюча частина посилає команди до виконавчої. По лінії зворотного зв’язку з виконавчої частини до керуючої надходять відомості про виконання команд. Наприклад, головний мозок (керуюча частина) посилає команди м’язам, а по каналах зворотного зв’язку в головний мозок надходять відомості про виконання команд (наприклад, про відповідний руховий акт).

Таким чином, зворотний зв’язок передає до управляючої частини інформацію про результат функціонування системи. Розрізняють позитивні й негативні зворотні зв’язки.

Позитивні зворотні зв’язки приводять до вироблення команд, що ведуть до збільшення відхилення системи від початкового стану і зазвичай переводять систему в нестійкий стан.

Найпростішим прикладом системи з позитивним зворотним зв’язком є підсилювач, до входу якого підключають мікрофон, а до виходу – гучномовець. Якщо звуковий сигнал від гучномовця надходитиме до мікрофону, виникатиме добре відомий акустичний ефект у вигляді свисту з наростаючою гучністю та частотою.

За участю позитивних зворотних зв’язків, наприклад, можуть розвиватися деякі хвороби. Так, ослаблення серцевої діяльності може приводити до закупорки судин, що, в свою чергу, викликає ще більше ослаблення серцевої діяльності.

Негативні зворотні зв’язки ведуть до зменшення відхилення в системі і тим самим стабілізують режим її функціонування. Наприклад, при перегріві організму підсилюється потовиділення, частішає дихання, що приводить до збільшення тепловіддачі в навколишнє середовище і до зниження температури організму.

Класичним прикладом пристрою з негативним зворотним зв’яз­ком є широко відомий відцентровий регулятор, призначений для стабілізації частоти обертання двигунів.

Тепер зрозуміло, чому в теорії автоматичного регулювання кібернетику іноді тлумачать як учення про зворотний зв’язок у складних технічних і біологічних системах.

66. Інформаційна модель концептуального рівня. Основні поняття. Еволюція концепції бази даних. Типи запитів.

Існує кілька послідовних етапів розробки, кожний з яких використовує певну модель даних. На практиці ми застосовуємо різні моделі. Моделі баз даних призначені для однакового подання будь-яких даних, що включає способи опису даних і маніпулювання ними. Проектування баз даних складається з концептуального, логічного і фізичного етапів. Кожний етап використовує свою модель даних.

Перший етап – концептуальне проектування бази даних. Слово «концепція» (лат. conceptio – сприйняття) означає певний спосіб (систему поглядів) розуміння явищ і процесів. Концептуальне проектування бази даних полягає в осмисленні того, які дані мають бути взяті з предметної області для представлення їх у базі даних і як вони взаємопов’язані. Результатом цього етапу є побудова концептуальної моделі БД, тобто подання предметної області у вигляді інформаційних об’єктів і їх взаємозв’язків.

Модель «сутність – зв’язок»

Існує кілька методів побудови концептуальної моделі бази даних. Один із розповсюджених методів ґрунтується на ER-моделі (скорочення від англ. слів Entity – сутність, Relationship – зв’язок). Ця модель заснована на представленні предметної області у вигляді двох типів об’єктів – сутностей і зв’язків.

Сутність – це об’єкт предметної області, що є множиною елементів. Приклади сутностей – студенти, предмети, гуртки. Кожний елемент сутності – це конкретний екземпляр, наприклад студент Сидоров чи предмет «математика». Як правило, сутності виражаються іменниками. Сутності подаються в базі даних як таблиці. Ім’я сутності – це назва таблиці, характеристики – назви стовпців таблиці, а екземпляри – рядки таблиці. На рис. 2 показано, як розуміти основні терміни сутності.

Сутність Студент	← ім’я сутності					Х арактеристики сутності
	ПРІЗВИЩЕ			ІМ’Я	ПО БАТЬКОВІ		ДАТА НАРОДЖЕННЯ	ДОМАШНЯ АДРЕСА
Е кземпляри			Сидоров	…	…		…	…
			Іванова	…	…		…	…

Рис. 2

Зв’язки відображають важливі для проектованої бази даних відносини між сутностями. Приклади зв’язків можна знайти на рис. 1. Це зв’язки – НАВЧАЄТЬСЯ (студент у групі), ВИКЛАДАЄ (викладач предмет для групи в аудиторії) тощо. Як правило, зв’язки виражаються дієсловами.

Зв’язок між сутностями можна зобразити у вигляді ліній між конкретними екземплярами. Рис. 3 ілюструє зв’язок ВІДВІДУЄ між сутностями СТУДЕНТ і ГУРТОК. Якщо сутність можна подати у вигляді таблиці, то для подання зв’язків потрібно створити додаткові таблиці, в які поміщають інформацію про позв’язувані дані.

СТУДЕНТ				ГУРТОК
Сидоров	…	…		Образотворче мистецтво	…	…
Петров	…	…		Гімнастика	…	…
Іванова	…	…		Музика	…	…
Ніколаєв	…	…		Футбол	…	…

Рис. 3

ER-модель бази даних відображає сутності та їхні взаємозв’язки. ER-модель можна зобразити у вигляді діаграми (її називають ER-діаграмою). На таких діаграмах сутності зображаються прямокутниками, а зв’язки – ромбами. Усередині цих фігур записуються імена сутностей і зв’язків.

Із часу виникнення запам’ятовуючих пристроїв були розроблені різні способи зберігання необхідної інформації. Як відомо, первинне подання інформації – це цифри й символи, які можна зберігати в байтах пам’яті комп’ютера. Цифри і символи об’єднували в записи, з якими зручніше працювати. І нарешті набори записів однакового типу почали об’єднувати у файли. Були розроблені спеціальні програми для роботи з файлами даних. Для цього використовувалися мови програмування типу COBOL, PL/1. Внаслідок цього, наприкінці 1950-х pp. XX ст. з’явилися системи управління файлами. Кожний розробник програми міг створювати свої файли даних і використовувати їх у програмах. Однак файлова організація даних мала багато недоліків, серед яких:

• дублювання однакових даних (надмірність) у різних програмах;

• труднощі щодо використання даних різними користувачами;

• відсутність стандартів в організації даних.

Перші бази даних з’явилися в середині 60-х pp. ХХ ст. у зв’язку з бурхливим розвитком обчислювальної техніки У них відбивалося прагнення програмістів до такого однакового способу подання даних, який би дав змогу полегшити обмін даними між різними програмами. З’являлися спеціальні мови опису даних і маніпулювання даними, якими могли користуватися розробники. Пріоритет у розробці таких стандартів належить Е. Кодду, К. Дейту, М. Мейєру та іншим ученим, котрі зробили значний внесок у теорію баз даних. Англомовний вплив у цій галузі інформатики спричинив ситуацію, коли багато термінів і навіть абревіатур з теорії і практики баз даних ми використовуємо саме в англійському варіанті. Так, мова визначення і маніпулювання даними, визнана в усьому світі як стандарт, називається SQL (Structured Query Language – мова структурованих запитів) і використовується в багатьох системах управління базами даних. Інша мова – QBE (скорочення від Query-by-Example – запит за зразком) – також застосовується в багатьох СУБД.

Нині створено бази даних, що функціонують під управлінням великої кількості комп’ютерів (коли до тієї самої інформації водночас звертаються кілька користувачів). Припустимо, що у навчальному закладі встановлено кілька комп’ютерів на робочих місцях ректора, його заступників і завідувача бібліотеки, при цьому вони працюють з базою даних ВНЗ. Необхідно визначити правила і порядок доступу до інформації, обмежити доступ користувачів до непотрібних їм даних. Для розв’язання подібних задач створюється теорія мережних і розподілених баз даних.

Іншим сучасним напрямом розробки баз даних є безпосереднє подання даних у комп’ютері у вигляді об’єктів, зв’язків і поведінок. Цей напрям називається теорією об’єктно-орієнтованих баз даних.

Запити – це компоненти бази даних, що служать для вибору, сортування і обчислень з використанням даних з однієї чи кількох таблиць. Запити також можна використовувати для оновлення даних.

Усі запити в Microsoft Access виконуються за допомогою мови SQL. Ця мова є стандартною в багатьох СУБД. SQL з’явилася на рубежі 1970-х pp. як «спадкоємиця» мови SEQUEL (скорочення ввд Structured English Query Language – структурована англійська мова запитів), має кілька діалектів, оскільки її використовували різні фірми при розробці своїх СУБД. Найпотужніші діалекти було запропоновано фірмами Oracle, Data System, IBM. У 1986 p. творці СУБД домовилися про єдиний стандарт цієї мови, розробка якого була доручена Міжнародній організації стандартів ISO (скорочення від International Standards Organization). Стандартна мова SQL ISO тепер використовується практично в усіх СУБД, зокрема й у Microsoft Access.

Основною командою мови SQL є команда вибору запитів із таблиці або кількох таблиць. Команда складається з таких основних частин:

SELECT список полів

FROM список таблиць

WHERE умови для вибору рядків

ORDER BY умови для сортування рядків

GROUP BY умови для групування рядків

HAVING умови для вибору груп.

Ця команда е вказівкою для СУБД, записана англійською мовою, що стверджує таке:

ВЫБЕРИ список полів

І3 списку таблиць

ДЛЯ КОТОРЫХ виконуються умови для вибору рядків

ПО ПОРЯДКУ сортування рядків

СГРУППИРОВАВ рядки за умовою в групи

ПРИ виконанні умови для вибору груп.

Деякі частини можуть бути відсутніми у запиті. Якщо в запиті використовується кілька таблиць, то для уточнення імені поля перед ним ставиться ім’я відповідної таблиці з крапкою, що виконує роль роздільника (оскільки різні таблиці можуть мати однакові поля).