Материал: Створення бази даних оптичних лазерів

Четверта нормальна форма (4НФ, 4NF) вимагає, аби в схемі баз даних не було нетривіальних багатозначних залежностей множин атрибутів від будь чого, окрім надмножини ключа-кандидата. Вважається, що таблиця знаходиться у 4НФ тоді, і тільки тоді, коли вона знаходиться в НФБК, та багатозначні залежності є функціональними залежностями. Четверта нормальна форма усуває небажані структури даних - багатозначні залежності.

П'ята нормальна форма (5НФ, 5NF, PJ/NF) вимагає, аби не було не тривіальних залежностей об'єднання, котрі б не витікали із обмежень ключів. Вважається, що таблиця в п'ятій нормальній формі, тоді, і тільки тоді, коли вона знаходиться в 4НФ, та кожна залежність об'єднання зумовлена її ключами-кандидатами

Нормальна форма домен/ключ. Ця нормальна форма вимагає, аби в схемі не було інших обмежень окрім ключів та доменів.

Шоста нормальна форма. Таблиця знаходиться у 6NF, якщо вона знаходиться у 5NF та задовольняє вимозі відсутності нетривіальних залежностей. Зазвичай 6NF ототожнюють з DKNF.

1.6 Систем керування базами даних(СКБД)

Система керування базами даних (СКБД) - комп'ютерна програма чи комплекс програм, що забезпечує користувачам можливість створення, збереження, оновлення, пошук інформації та контролю доступу в базах даних.

Першим поколінням СКБД прийнято вважати ієрархічні й мережеві системи. Ці системи отримали широке поширення в 1970-х роках, а першою комерційною системою цього типу була система IMS компанії IBM.

У 1980-х роках ці системи були витіснені системами другого покоління - повсюдно використовуваними і донині реляційними СКБД. У цих системах використовувалися непроцедурні мови управління даними (SQL) і передбачався значний ступінь незалежності даних. Реляційні системи внесли значні удосконалення в управління даними: графічний користувацький інтерфейс (GUI), клієнт-серверні застосунки, розподілені бази даних, паралельний пошук даних та інтелектуальний аналіз даних.

Але вже до кінця 1980-х років існуюча тоді реляційна модель перестала задовольняти розробників через низки обмежень. Відповіддю на зростаючу складність програм баз даних стали два нових напрямки розвитку СКБД: об'єктно-орієнтовані СКБД і об'єктно-реляційні СКБД.

У 1991р. був утворений консорціум ODMG (Object Data Management Group), основною метою якого стало вироблення промислового стандарту об'єктно-орієнтованих баз даних. Між 1993 та 2001 роками ODMG опублікувала п'ять ревізій своїх специфікацій. Остання версія стандарту має індекс 3.0, після чого група розпустилася. До кінця 1990-х років існувало близько десяти компаній, що виробляли комерційні продукти, які позиціонуються на ринку як ООСКБД. Найбільш відомими системами даного класу стали Objectivity, Versant виробництва однойменних компаній, а також СКБД Jasmine, випущена компанією CA. Незважаючи на переваги, що дають змогу ефективніше вирішувати певний ряд завдань, об'єктно-орієнтовані системи так і не змогли завоювати значущу частку ринку СКБД, залишившись "нішевим" продуктом.

Постачальниками традиційних реляційних СКБД також була проведена значна робота з об'єднання об'єктно-орієнтованих і реляційних систем. Розробники постаралися розширити мову SQL, щоб внести в неї концепції об'єктно-орієнтованого підходу, зберігаючи переваги реляційної моделі (об'єктні розширення мови SQL були зафіксовані в стандарті SQL:1999). Основний принцип - це еволюційний розвиток можливостей СКБД без корінної ланки попередніх підходів та зі збереженням наступності з системами попереднього покоління.

Поняття СКБД третього покоління, якими, власне кажучи, і є об'єктно-реляційні СКБД, з'явилося після опублікування групою відомих фахівців в області баз даних "Маніфесту систем баз даних третього покоління". Основні принципи СКБД третього покоління, позначені в маніфесті:

Крім традиційних послуг з управління даними, СКБД третього покоління повинні забезпечити підтримку розвиненіших структур об'єктів і правил. Розвинутіша структура об'єктів характеризує засоби, необхідні для зберігання і маніпулювання нетрадиційними елементами даних (тексти, просторові дані, мультимедіа);

СКБД третього покоління повинні містити СКБД другого покоління. Системи другого покоління внесли вирішальний вклад у двох областях - непроцедурний доступ за допомогою мови запитів SQL і незалежність даних. Ці досягнення обов'язково повинні враховуватися в системах третього покоління;

СКБД третього покоління повинні бути відкриті для інших підсистем. Це передбачає оснащення різноманітними інструментами підтримки прийняття рішень, доступом з багатьох мов програмування, інтерфейсами до існуючих популярних систем і бізнес-застосунків, можливістю запуску програм з бази даних на іншій машині і розподілені СКБД. Весь набір інструментів і СКБД має ефективно функціонувати на різноманітних апаратних платформах з різними операційними системами. Крім того, СКБД, що розраховує на широку сферу застосування, повинна бути оснащена мовою четвертого покоління (4GL).

У середині 1990-х років було лише кілька дослідних прототипів СКБД, які поєднали найкращі риси реляційних і об'єктно-орієнтованих СКБД. Першим комерційним продуктом, якому були властиві об'єктно-реляційні риси, став Universal Server компанії Informix (згодом була поглинена IBM). В даний час більшість цих ідей вже втілено в реальних комерційних рішеннях, в тому числі і в продуктах основних постачальників СКБД (Oracle Database і IBM DB2).

Розвиток індустрії систем керування базами даних базується на значних фундаментальних наукових дослідженнях. Найчастіше, між самими дослідженнями та їхньою конкретною реалізацією в прикладних рішеннях минають роки, а іноді й десятиліття. Роботу в області управління даними проводять як університетські дослідницькі групи (MIT, Berkeley), так і центри розробок основних постачальників СКБД (Oracle, IBM, Microsoft). Інвестування в управління даними - це довгострокове, і разом з тим, вигідне вкладення коштів. В даний час дослідники мають у своєму розпорядженні засоби, що дають змогу ефективно реалізувати найскладніші запити, що маніпулюють терабайтами й петабайтами різних даних.

Основними тенденціями, які дали привід для проведення різних масштабних досліджень в області баз даних стали:

Експонентний ріст даних. Обсяг даних, у тому числі синтетичних, що генеруються автоматизованими системами, значно зріс. Збільшилося і число прикладних областей, в яких вимагається обробка великих обсягів даних. До таких областей тепер відносяться не тільки традиційні корпоративні програми, пошук у веб, але також і наукові дослідження, обробка природних мов, аналіз соціальних мереж тощо;

Значне ускладнення структур використовуваних даних. Прості види даних у вигляді чисел і символьних рядків стали доповняться численною мультимедійною інформацією, просторовими, процедурними даними та великою кількістю інших складних форматів;

Широке поширення дешевих високопродуктивних апаратних засобів. Щорічно ми спостерігаємо зростання обчислювальних можливостей мікропроцесорів, збільшення ємності і зниження вартості доступних і зручних в експлуатації пристроїв дискової і оперативної пам'яті;

Активний розвиток засобів комунікації та "всесвітньої павутини" World Wide Web. WWW стає єдином інформаційним середовищем, що пронизує весь світ і об'єднує величезне число користувачів та електронних пристроїв;

Поява нових важливих областей застосування СКБД. У першу чергу, це пов'язано з інтелектуальним аналізом даних, сховищами даних, а останнім часом - з паралельними обчисленнями і хмарними технологіями.

Основні характеристики СКБД:

·        Контроль за надлишковістю даних;

·        Несуперечливість даних;

·        Підтримка цілісності бази даних (коректність та несуперечливість);

·        Цілісність описується за допомогою обмежень;

·        Незалежність прикладних програм від даних;

·        Підвищений рівень безпеки;

Можливості СКБД

Дозволяється створювати БД (здійснюється за допомогою мови визначення даних DDL (Data Definition Language))

Дозволяється додавання, оновлення, видалення та читання інформації з БД (за допомогою мови маніпулювання даними DML, яку часто називають мовою запитів)

Можна надавати контрольований доступ до БД за допомогою:

Системи забезпечення захисту, яка запобігає несанкціонованому доступу до БД;

Системи керування паралельною роботою прикладних програм, яка контролює процеси спільного доступу до БД;

Система відновлення - дає змогу відновлювати БД до попереднього несуперечливого стану, що був порушений внаслідок збою апаратного або програмного забезпечення

Основні компоненти середовища СКБД:

·        апаратне забезпечення;

·        програмне забезпечення;

·        дані;

·        процедури - інструкції та правила, які повинні враховуватись при проектуванні та використанні БД;

·        користувачі:

·        адміністратори даних (керування даними, проектування БД, розробка алгоритмів, процедур) та БД (фізичне проектування, відповідальність за безпеку та цілісність даних);

·        розробники БД;

·        прикладні програмісти;

·        кінцеві користувачі;

Архітектура СКБД:

Існує трирівнева система організації СКБД ANSI-SPARC, при якій існує незалежний рівень для ізоляції програми від особливостей подання даних на нижчому рівні.

Рівні:

•        Зовнішній - подання БД з точки зору користувача;

•        Концептуальний - узагальнене подання БД, описує які дані зберігаються в БД і зв'язки між ними. Підтримує зовнішні представлення, підтримується внутрішнім рівнем;

•        Внутрішній - фізичне подання БД в комп'ютері.

•        Логічна незалежність - повна захищеність зовнішніх моделей від змін, що вносяться в концептуальну модель.

•        Фізична незалежність - захищеність концептуальної моделі від змін, які вносяться у внутрішню модель.

Розділ 2. Лазерна технологія

Лазерні технологічні процеси можна умовно розділити на два види. Перший з них використовує можливість надзвичайно тонкої фокусування лазерного променя і точного дозування енергії як в імпульсному, так і в безперервному режимі. У таких технологічних процесах застосовують лазери порівняно невисокою середньої потужності - це газові лазери імпульсно-періодичної дії, лазери на кристалах ітрій алюмінієвого граната з домішкою неодиму. За допомогою останніх розробили технологія свердління тонких отворів (діаметром 1 - 10 мкм і глибиною до 10 - 100 мкм) в рубінових і алмазних каменях для годинникової промисловості і технологія виготовлення фильеров для протягання тонкої дроту. Основна область застосування малопотужних імпульсних лазерів пов'язані з різкою і зварюванням мініатюрних деталей в мікроелектроніці та електровакуумної промисловості, з маркуванням мініатюрних деталей, автоматичним випалюванням цифр, букв, зображень потреб поліграфічної промисловості.

В останні роки в одній з найважливіших областей мікроелектроніки, фотолітографії, без застосування якої неможливо виготовлення надмініатюрних друкованих плат, інтегральних схем та інших елементів мікроелектронної техніки, звичайні джерела світла вживають лазерні. За допомогою лазера на XeCL (1 = 308 нм) вдається отримати дозвіл в фотолитографической техніці до 0,15 - 0,2 мкм. Подальший прогрес у субмикронной літографії пов'язаний із застосуванням у якості експонує джерела світла м'якого рентгенівського випромінювання з плазми, створюваної лазерним променем. У цьому випадку межа дозволу, що визначається довжиною хвилі рентгенівського випромінювання (1 = 0,01 - 0,001 мкм), виявляється просто фантастичним.

Другий вид лазерної технології заснований на застосуванні лазерів з великою середньою потужністю: від 1 кВт і вище. Потужні лазери використовують у таких енергоємних технологічних процесах, як різка і зварювання товстих сталевих листів, поверхневе загартування, наплавлення і легування великогабаритних деталей, очищення будинків від поверхонь забруднень, різка мармуру, граніту, розкрій тканин, шкіри та інших матеріалів. При лазерної зварюванні металів досягається висока якість шва і не потрібно застосування вакуумних камер, як при електроннопроменевої зварюванні, а це дуже важливо в конвеєрному виробництві.

Потужна лазерна технологія знайшла застосування в машинобудуванні, автомобільній промисловості, промисловості будівельних матеріалів. Вона дозволяє не тільки підвищити якість обробки матеріалів, а й поліпшити техніко-економічні показники виробничих процесів. Так, швидкість лазерного зварювання сталевих листів товщиною 14 мКм досягає 100м / год при витраті електроенергії 10 кВт / год

2.1 Принцип дії лазерів

Лазерне випромінювання - є свічення об'єктів при нормальних температурах. Але в звичайних умовах більшість атомів знаходяться в нижчому енергетичному стані. Тому при низьких температурах речовини не світяться. При проходженні електромагнітної хвилі крізь речовину її енергія поглинається. За рахунок поглиненої енергії хвилі частина атомів порушується, тобто переходить у вищий енергетичний стан.

При цьому від світлового пучка віднімається деяка енергія: hv = E _{2-E 1,}  де hv - величина, що відповідає кількості витраченої енергії,₂ - енергія вищого енергетичного рівня,₁ - енергія нижчого енергетичного рівня.

Тепер уявімо, що яким-небудь способом ми порушили більшу частину атомів середовища. Тоді при проходженні через речовину електромагнітної хвилі з частотою,

,

де v - частота хвилі,

Е ₂ - Е ₁ - різниця енергій вищого і нижчого рівнів,

h - довжина хвилі.

ця хвиля буде не послаблюватися, а навпаки, посилюватись за рахунок індукованого випромінювання. Під її впливом атоми узгоджено переходять у нижчі енергетичні стани, випромінюючи хвилі, що збігаються за частотою і фазою з падаючою хвилею.

.2 Основні властивості лазерного променя

Лазери є унікальними джерелами світла. Їх унікальність визначають властивості, якими не володіють звичайні джерела світла. На противагу, наприклад, звичайної електричної лампочки, електромагнітні хвилі, що зароджуються в різних частинах оптичного квантового генератора, віддалених один від одного на відстані макроскопічні, виявляються когерентні між собою. Це означає, що всі коливання в різних частинах лазера відбуваються узгоджено. Щоб розібрати поняття когерентності в деталях, потрібно згадати поняття інтерференції. Інтерференція - це взаємодія хвиль, при якому відбувається складання амплітуд цих хвиль. Якщо вдається відобразити процес цієї взаємодії, то можна побачити так звану інтерференційну картину (вона виглядає як чергування темних і світлих ділянок).

Інтерференційну картину здійснити досить важко, тому що звичайно джерела досліджуваних хвиль породжують хвилі неузгоджено, і самі хвилі при цьому будуть гасити один одного. У цьому випадку інтерференційна картина буде надзвичайно розмита або ж не буде видно зовсім. Отже, вирішення проблеми отримання інтерференційної картини лежить у використанні двох залежних і узгоджених джерел хвиль. Хвилі від узгоджених джерел випромінюють таким чином, що різниця ходу хвиль буде дорівнювати цілому числу довжин хвиль. Якщо ця умова виконується, то амплітуди хвиль накладаються один на одного і відбувається інтерференція хвиль. Тоді джерела хвиль можна назвати когерентними.[7]

Когерентність хвиль, і джерел цих хвиль можна визначити математично. Нехай Е ₁ - напруженість електричного поля, що створюється перший пучком світла, Е ₂ - другим. Припустимо, що пучки перетинаються в деякій точці простору А. Тоді згідно з принципом суперпозиції напруженість поля в точці А дорівнює: