19

Казанский государственный технический университет

имени А.Н.Туполева

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ДС 04 «Распределенные информационные системы»

Рекомендуется УМЦ КГТУ им.А.Н.Туполева для специальности

230100 «Информатика и вычислительная техника»

230105 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является получение студентами базисных, фундаментальных знаний по теоретическим основам и методам проектирования распределенных информационных систем.

Задачами дисциплины является изучение основных понятий, технологий функционирования распределенных информационных систем, а также средств их разработки.

Материал курса основан на знаниях, навыках и умениях, полученных при изучении дисциплин «Алгоритмические языки», «Программирование», «Базы данных».

Студенты должны быть знакомы с основными элементами структурированного языка запросов к базам данным, а также алгоритмическими и объектно-ориентированными языками программирования.

Студенты должны иметь практические навыки создания программного обеспечения на алгоритмических и проблемно-ориентированных языках.

Знания, умения и навыки, полученные в процессе изучения данного курса, могут быть использованы студентами в дипломном проектировании.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны:

Знать:

- теоретические основы построения баз данных

- методику проектирования баз данных

- структурированный язык запросов

- принципы работы пользователя в распределенных информационных системах

- структуру и состав систем подготовки принятия решений

- технологии разработки клиентской части распределенных баз данных

- архитектуры Web приложений

Уметь:

– использовать SQL операторы для работы с базами данных;

– анализировать и ускорять выполнение SQL запроса;

– поддерживать целостность данных;

– распределять привилегии доступа к информации базы данных;

– использовать транзакции, блокировки баз данных и таблиц;

– использовать уровни изоляции, моделировать процессы обмена данными в распределенных информационных системах.

– создавать реляционные базы данных

– разрабатывать автоматизированные информационные системы

Иметь представление:

о перспективных технологиях создания распределенных информационных систем

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы	Всего	Семестр
		9
Общая трудоемкость дисциплины	108	108
Аудиторные занятия	68	68
Лекции	34	34
Практические занятия	-	-
Лабораторная работа	34	34
Самостоятельная работа	40	40
Расчетно-графическая работа	-	-
Курсовая работа	зачет c оценкой	зачет с оценкой
Вид итогового контроля	зачет	зачет

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Тематический план

	Раздел дисциплины	Лекции	Лабораторные занятия
	Теория реляционных распределенных систем управления базами данных.	26	34
1.	История развития реляционных СУБД. Основные понятия теории реляционных СУБД. Структурированный язык запросов.	2	4
2.	Технологические модели взаимодействия «клиент-сервер».	2
3.	Активный сервер.	3	8
4.	Аспекты сетевого взаимодействия в распределенных системах.	1
5.	Технологии обработки данных в распределенных системах. Интерфейс ODBC (соединение) СУБД различных классов.	2	4
6.	BDE (Borland Database Engine) - интерфейс подключения к БД. Технология шлюзов Oracle.	2
7.	Основные модели транзакции. Механизм блокировок .	2
8.	Распределенные транзакции. Блокировка баз данных, таблиц, картежей.	2	2
9.	Привилегии доступа к данным. Изоляция данных при параллельном чтении.	2	2
10.	Оптимизатор SQL - запросов. Типовые приемы ускорения запросов.	2	4
11.	Способы доступа к записям.	2
12.	Технологии разработки программного обеспечения распределенных систем.	2	10
13.	Хранилище данных и оперативный анализ данных.	2
	Интернет технологии разработки и функционирования распределенных информационных систем	8	-
14.	Принципы работы приложений в сети Internet и Intranet. Интерфейс CGI .	2
15.	Интерфейс ISAPI/NSAPI. Архитектура двухуровнего Web приложения.	2
16.	Архитектура трехуровнего Web приложения. Архитектура многоуровнего Web приложения. Архитектура смешанного Web-приложения.	2
17.	Архитектура Web-приложения на основе технологии CORBA. Архитектура Web-приложения, использующих интерфейсы OLEDB, ADO и ODBC. ASP (Active Server Pages) сценарии .	2
18.	Всего	34	34

4.2 Содержание тем

Теория реляционных распределенных систем управления базами данных.

1. История развития реляционных СУБД. Основные понятия теории реляционных СУБД. Структурированный язык запросов (2/0.5)

Эволюция СУБД. История развития реляционных СУБД в России. Историческая тенденция в создании информационных систем. Реляционная модель данных. Основные понятия теории реляционных БД . Целостность базы данных. Структурированный язык запросов. Операции реляционной алгебры. Программирование приложений для СУБД.

2 . Технологические модели взаимодействия «клиент-сервер» (2/0.5)

Взаимодействие «клиент-сервер» компьютеров в сети. Централизованная архитектура систем. Архитектура систем «клиент-сервер». Состав приложения. Технологические модели взаимодействия ПО «клиент-сервер». Модель файлового сервера (FS). Модель доступа к удаленным данным (RDA). Модель сервера БД (DBS). Модель сервера приложений (AS). Эволюция серверов БД.

3. Активный сервер (3/0.5)

Общие требования к АИС. Активный сервер (3 - поколение СУБД). Процедуры базы данных. Хранимые процедуры. Правила (триггеры). Примеры. События в базе данных. Схема использования событий. Механизм событий. Пример использования событий. Типы данных, определяемые пользователем.

4. Аспекты сетевого взаимодействия в распределенных системах (1/0)

Обработка данных в распределенной системе. Аспекты сетевого взаимодействия в распределенных системах. Принципы взаимодействия «клиент-сервер» в распределенной среде.

5. Технологии обработки данных в распределенных системах. Интерфейс ODBC (соединение) СУБД различных классов (2/0.5)

Технологии обработки данных в распределенных системах: технология распределения данных и технология тиражирования данных. Пример гетерогенной системы. Сравнение технологий обработки данных в распределенной среде. Интерфейсы (соединение) СУБД различных классов. Компоненты ODBC-архитектуры. Роли компонентов ODBC-архитектуры.

6. BDE (Borland Database Engine) - интерфейс подключения к БД. Технология шлюзов Oracle (2/0.5)

Пример использования ODBC. Технология шлюзов Oracle. Пример архитектуры системы с использованием шлюза. Механизм репликации ORACLE. Как используется снимок.

7. Основные модели транзакции. Механизм блокировок (2/0.5)

Транзакции. Свойства транзакции. Пример транзакции. Реализация (модель транзакции Informix). Модель транзакции стандарта ANSI/ISO. Модель транзакции Sybase. Пример выполнения транзакции для Sybase. Журнал транзакций. Общая структура журнала. Механизм отката транзакций. Дисциплина обработки транзакций. Организация одновременного доступа к данным - механизм блокировок.

8. Распределенные транзакции. Блокировка баз данных, таблиц, картежей (2/0.5)

Распределенные транзакции. Протокол двухфазной фиксации. Элементы схемы доступа к данным. Уровни блокировки БД. Блокировка баз данных. Блокировка таблицы. Схемы блокировки. Блокировка кортежей. Пример взаимоблокировки транзакций (dead lock).

9. Привилегии доступа к данным. Изоляция данных при параллельном чтении (2/0.5)

Требования к безопасности реляционных СУБД. Привилегии доступа к базе данных. Привилегии доступа к таблице. Организация доступа к БД через прикладную программу. Уровни изоляции данных при параллельном чтении. Особенности при управлении доступом. Управление доступом к заблокированным данным (INFORMIX).

10. Оптимизатор SQL - запросов. Типовые приемы ускорения запросов (2/0.5).

Оптимизатор SQL - запросов - компонента СУБД. Состав затрат времени на выполнение запроса. Типовые приемы ускорения выполнения SQL - запросов.

11. Способы доступа к записям (2/0.5).

Хеширование. Индексирование по первичному ключу. Индексирование по вторичному ключу. Организация индексных таблиц (бинарные деревья и В-деревья)

12. Технологии разработки программного обеспечения распределенных систем (2/0.5).

COM - технологии разработки. ПО распределенных систем. Внутренняя структура интерфейса СОМ. Интерфейс IUnknown. Создание первого экземпляра COM объекта. Библиотека типов. Технология ActiveX - дочерняя технология COM. Примеры использования объектов ActiveX. Технология взаимодействия клиентского приложения и COM объекта . CORBA (Common Object Require Broker Architecture - архитектура с поставщиком требуемых общих объектов) - технология группы OMG. Сравнение технологий COM и CORBA.

13. Хранилище данных и оперативный анализ данных (2/0.5)

Хранилище данных (Data warehouse) и оперативный анализ данных (On Line Analytical Processing). Структура Системы Поддержки Принятия Решений . Подсистема загрузки данных. Подсистема администрирования хранилища. Подсистема обработки запросов и представления данных. Свойства хранилища и витрин данных. Многомерная модель данных. Витрины как многомерные модели данных. Методика построения СППР. Средства построения аналитических систем. Критерии выбора средства построения аналитических сиcтем.

Интернет технологии разработки и функционирования распределенных информационных систем

14. Принципы работы приложений в сети Internet и Intranet. Интерфейс CGI (2/0.5)

Услуги Internet. Протоколы. Основные элементы Internet - технологии. Принципы работы Internet. Схема взаимодействия обозревателя и сервера. Web приложения в сетях Intranet. Технология работы Web-приложения в сетях Intranet. Функции Web-сервера в сети Intranet. Архитектура Web-приложения с модулями расширения сервера. Работа Web-приложения с модулями расширения сервера. Интерфейс CGI . Схема взаимодействия CGI . Описание схемы взаимодействияCGI. Результат выполнения HTML-документа. Пример вызова CGI модуля.

15. Интерфейс ISAPI/NSAPI. Архитектура двухуровнего Web приложения (2/0.5)

Пример сценария CGI. Переменные окружения. Недостатки и достоинства использования CGI-модулей. Интерфейс WinCGI (реализация интерфейса CGI для ОС Windows 3.1). Интерфейс ISAPI/NSAPI. Достоинства и недостатки использования ISAPI-модулей. ISAPI-фильтры. Архитектура двухуровнего Web приложения, использующего банк данных. Способы публикации БД. Технология работы Web-приложения, использующего банк данных. Недостатки двухуровневых Web-приложений.

16. Архитектура трехуровнего Web приложения. Архитектура многоуровнего Web приложения. Архитектура смешанного Web-приложения (2/0.5)

Архитектура трехуровнего Web приложения, использующего банк данных. Технология работы трехуровнего Web- приложения, использующего банк данных. Достоинства и недостатки трехуровневых Web-приложений. Архитектура многоуровнего Web приложения. Достоинства многоуровнего Web-приложения. Архитектура смешанного Web-приложения. Web-приложения с модулями расширения клиентской части.

17. Архитектура Web-приложения на основе технологии CORBA. Архитектура Web-приложения, использующих интерфейсы OLEDB, ADO и ODBC. ASP (Active Server Pages) сценарии (2/0.5)

Web-приложения на основе технологии CORBA. Архитектура Web-приложения на основе технологии CORBA. Механизм функционирования Web-приложения. Достоинства технологий CORBA, Java и Интернета. Преимущества технологии CORBA по сравнению с DCOM. Архитектура Web-приложения, использующих интерфейсы OLEDB, ADO и ODBC. ASP (Active Server Pages) сценарии: работа с формами; со встроенными объектами сервера Internet Information Server; обращение к базе данных; подключ

4.3 Наименование лабораторных занятий и объем в часах

1. Проектирование инфологической и концептуальной моделей (5 час).

2. Создание базы данных и манипулирование данными с помощью языка SQL (4 час.).

3. Управление доступом пользователей к базам данных (4 час.)

4. Оптимизация запросов к базе данных (4 часа)

5. Распределенные запросы. Синонимы. Представления (4 час.)

6. Создание и использование хранимых процедур (4 час.)

7. Создание и использование триггеров (4 час.)

8. Проектирование функциональной спецификации системы (5 часа)

9. Курсовая работа

Целью курсовой работы является приобретение студентами навыков:

1) применения теоретических знаний и практических умений для самостоятельного анализа и формулирования задачи повышения эффективности деятельности организации или предприятия;

2) разработки информационного и программного обеспечения автоматизации деятельности специалистов организации или предприятия;

3) грамотного и последовательного изложения материала проведенных исследований.

Задачи курсовой работы состоят в овладении практическими навыками выполнения следующих этапов проектирования автоматизированных систем организационного управления деятельностью специалистов:

1. Системный анализ и словесное описание информационных объектов предметной области.

2. Проектирование инфологической модели предметной области - формализованное описание объектов предметной области в терминах некоторой семантической модели, например, в терминах ЕR-модели [1].

3. Выбор СУБД.

4. Концептуальное (логическое или даталогическое) проектирование базы данных.

5. Физическое проектирование базы данных.

6. Проектирование функциональной спецификации.

7. Проектирование интерфейсов взаимодействия пользователя и системы.

8. Разработка программного обеспечения системы.

Темы курсовых работ:

Автоматизировать деятельность специалистов одной из следующих организаций:

1. Регистратора и врача поликлиники.

2. Экспертов медико-социальной экспертизы.

3. Отдела контроля исполнительской дисциплины администрации мэрии.

4. Паспортного отдела МВД.

5. Склада косметической продукции.

6. Аптеки.

7. Секретарей кафедр факультета университета.

8. Фирмы по ремонту автомобилей.

9. Архива дел студентов ВУЗА.

10. Налоговой инспекции (обработка деклараций о доходах).

11. Отделов универсама.

12. Морского порта.

13. Железнодорожного вокзала.

14. Таможни.

15. Отдела аренды администрации мерии.

16. Отдела регистрации и анализа результатов выборов депутатов.

17. Отдела благоустройства мерии по регистрации и анализу результатов вывоза придомового мусора.

18. Кабельного телевидения.

19. Автобусного парка (обеспечение учета, контроля движения автобусов в городе).

20. ЗАГСа.

21. Инспекции МВД по делам несовершеннолетних.

22. Отдела по учету и контролю движения самолетов.

23. Склада музыкальной продукции (нот, дисков, кассет).

24. Редакционного отдела театра оперы и балета.

25. Учебного отдела университета.

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

5.1 Рекомендуемая литература

а) основная литература

1. Хомоненко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных: Учебник для высших учебных заведений / Под редакцией проф.А.Д.Хомоненко.-СПб.:КОРОНА принт, 2004.-736с.

2. Емалетдинова Л.Ю., Владимирова Н.Л., Новикова С.В. Структурированный язык запросов SQL к базам данных в много пользовательских системах (учебное пособие), Казань, Издат. КГТУ, 2002 г., 51 с.

3. Емалетдинова Л.Ю., Валитова Н.Л., Разина М.А. «Проектирование программного и информационного обеспечения автоматизированных информационных систем. Лабораторные и курсовые работы»: Учебное пособие для студентов факультета технической кибернетики и информатики / - Казань: Изд-во Казан.гос.техн.ун-та, 2004. ,103 с.

4. Марков А.С., Лисовский К.Ю. Базы данных. Введение в теорию и методологию: Учебник. - 2004. - 512 с.

5. Мельников П.П. Технология разработки HTML-документов: Учеб. пособие. - 2005. - 112 с.

6. Пэйдж, Вильям Дж. и др. Использование Oracle 8/8i. Специальное издание.: Пер. с англ.-М.:Издательский дом «Вильямс», 2000.-1023 с. (мл.)

7. Скотт Урман. ORACLE8. Программирование на языке PL|SQL. Издательство «Лори», 1999. - 607 с.

б) дополнительная литература

8. Ульман Джефри Д. Основы систем баз данных./ Пер. с англ. М.Р.Когаловского, В.В.Когутовского; Под ред. М.Р.Когаловского -М.: Финансы и статистика, 1983 г., 334 с.

9. Мейер Д. Теория реляционных баз данных// Пер. с англ.-М.: Мир,1987 г., 608 с.

10. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.:Финансы и статистика, 1989.-351 с.

11. Ладыжинский Г. Системы управления базами данных - коротко о главном. /Jet Info, №3-4, 1995 г.

12. Дейт,К.,Дж. Введение в системы баз данных. К.; М.; СПБ.: Издательский дом «Вильямс», 2000. - 848 с.: ил.

6. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Обучение проводится в одном семестре. При изучении дисциплины используется балльно-рейтинговая система оценки знаний. Контрольные тестирования организуются на 6, 12, 17 неделях каждого семестра. Тестирование проводится в свободное от учебы время.

Рекомендуемый список контрольных вопросов по курсу приведен в приложении 1. Распределение и содержание заданий на самостоятельную работу студента по дисциплине приведены в Приложении №2.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 644600 (230000) « Информатика и вычислительная техника», специальность 2204000 (230105) «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

Программу составила:

Емалетдинова Л.Ю., д.т.н., профессор каф. ПМИ КГТУ им. А.Н.Туполева

Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры ПМИ

Зав.кафедрой ПМИ

д.т.н., профессорН.Е.Роднищев

Декан факультета ТКиИ

д.т.н., профессорЛ.Ю.Емалетдинова

Председатель Учебно-методической

комиссии факультета, доцентВ.А.Суздальцев

ПРИЛОЖЕНИЕ №1. ВОПРОСЫ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ

1. Перечислите этапы развития реляционных СУБД и дайте определение основным понятиям теории реляционных БД.

2. В чем заключается целостность базы данных. перечислите операции реляционной алгебры?

3. Опишите взаимодействие «клиент-сервер» компьютеров в сети.

4. Опишите централизованную архитектуру систем.

5. Опишите модель файлового сервера (FS).

6. Опишите модель доступа к удаленным данным (RDA).

7. Опишите модель сервера БД (DBS).

8. Опишите модель сервера приложений (AS).

9. Опишите эволюцию серверов БД.

10. Перечислите состав задач активного сервера.

11. Приведите аспекты сетевого взаимодействия в распределенных системах.

12. Сформулируйте принципы взаимодействия «клиент-сервер».

13. Опишите технологию распределения и тиражирования данных. Приведите пример гетерогенной системы.

14. Сравните технологии обработки данных в распределенной среде.

15. Как согласовать интерфейсы СУБД различных классов?

16. Опишите технологию шлюзов Oracle, архитектуру системы с использованием шлюза.

17. Опишите механизм репликации ORACLE. Как используется снимок?

18. Что такое транзакции? Приведите пример транзакции.

19. Опишите модель транзакции стандарта ANSI/ISO.

20. Опишите модель транзакции Sybase.

21. Для чего используется журнал транзакций. Опишите механизм отката транзакций.

22. Опишите механизм распределенных транзакций.

23. Как организован одновременный доступ к данным. Опишите механизм блокировок.

24. Как управлять доступом пользователей (Informix)?

25. Опишите механизм блокировок баз данных, отношений, кортежей.

26. Каковы уровни изоляции данных при параллельном чтении.

27. Как управлять доступом к заблокированным данным (INFORMIX)?

28. Что собой представляет компонента СУБД - оптимизатор SQL - запросов?

29. Каков состав затрат времени на выполнение запроса?

30. Приведите типовые приемы ускорения выполнения SQL - запросов.

31. Какие существуют способы доступа к записям.

32. Приведите механизм индексирования по первичному ключу.

33. Приведите механизм индексирования по вторичному ключу.

34. Опишите алгоритм организация индексных таблиц - бинарное дерево.

35. Опишите алгоритм организация индексных таблиц (В-деревья).

36. Для чего используется хранилище данных (Data warehouse) и оперативный анализ данных (On Line Analytical Processing). Приведите структуру системы поддержки принятия решений (СППР).

37. Приведите функции подсистемы загрузки данных.

38. Приведите функции подсистемы обработки запросов и представления данных.

39. Приведите функции подсистемы администрирования хранилища.

40. Приведите методику построения СППР.

41. Опишите свойства хранилища и витрин данных. Витрины как многомерные модели данных.

42. Приведите принципы работы Интернета.

43. Назовите примеры прикладных задач публикации баз данных в Интернете.

44. Изобразите схему взаимодействия Web-обозревателя и Web-сервера с использованием программ расширения.

45. Что представляют собой элементы управления ActiveX?

46. Дайте общую характеристику интерфейсу CGI.

47. Каковы назначение и основные характеристики интерфейсов ISAPI/NSAPI?

48. Что представляет собой ASP, PHP и IDC/HTX-страницы?

49. В чем отличие интерфейсов OLE DB, ADO и ODBC?

50. В каких случаях целесообразно применять статическую публикацию баз данных и в каких динамическую?

51. Приведите упрощенную схему функционирования Web-приложения.

52. Назовите принципы построения сетей интранет.

53. Изобразите архитектуру Web-приложения с модулями расширения сервера.

54. Охарактеризуйте интерфейсы CGI и WinCGI.

55. Какие способы могут использоваться для запуска модуля расширения сервера.

56. Охарактеризуйте интерфейсы ISAPI/NSAPI.

57. Приведи схемы Web-приложения с использованием модулей расширения обозревателя.

58. Охарактеризуйте средства, используемые для разработки модулей расширения клиентской части.

59. Изобразить архитектуру и опишите схему функционирования двухуровневого Web-приложения, использующего БД.

60. Охарактеризуйте архитектуру трехуровневого Web-приложения, использующего БД.

61. Изобразите архитектуру и опишите схему функционирования многоуровневого Web-приложения с сервером приложений.

62. Приведите архитектуру многоуровневого смешанного Web-приложения.

63. Охарактеризуйте архитектуру многоуровневого Web-приложения на основе технологии CORBA.

64. Что представляет собой Web-сервер и для каких целей он используется?

ПРИЛОЖЕНИЕ №2 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЙ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ СТУДЕНТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

№№ п/п	Курс, семестр	Наименование учебной работы	Тема	Объем СРС (в часах)	Форма изучения	Информационно-методическое обеспечение	Форма контроля выполнения	Баллы в БРС
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Базовая СРС
1	5 к., 9 сем.	Подготовка к зачету	Темы 1..17	8	Повторение учебного материала		Собеседование, тесты	90
		Итого по СРС		8				90
Дополнительная СРС
2	5 к., 9 сем.	Курсовая работа	Темы 1…17	32	Изучение методических материалов. Оформление записки	Методическое пособие [3].	Защита курсовой работы	10
		Итого СРС		40				100