فصل سوم پردازش داده ها و مدیریت پایگاه اطلاعات

1. دانشگاه صنعتی امیرکبیر-دانشکده مهندسی پزشکیدرس کاربرد فن آوری اطلاعات در پزشکیاستاد: جناب آقای دکتر فرزاد توحید خواه فصل سوم پردازش داده ها و مدیریت پایگاه اطلاعات

2. دانشگاه صنعتی امیرکبیر-دانشکده مهندسی پزشکیدرس کاربرد فن آوری اطلاعات در پزشکیفصل سوم پردازش داده ها و مدیریت پایگاه اطلاعات دکتر فرزاد توحيد خواه

3. پردازش داده ها: • پردازش داده ها • سيستم هاي پردازش اطلاعات • مورد سخت افزار و نرم افزار سيستم كامپيوتري معمولي

4. پردازش داده ها: مقدمه • هدف جمع آوري داده از بيماران تهية اطلاعات براي گروه پزشكي • اغلب دادة خام جمع آوري شده را به صورت مستقيم نمي توان در فرايند تصميم گيري وارد كرد استخراج اطلاعات معنايي (Semantic) از داده مستلزم پردازش آن: 1-مشاهده 2-تشخيص 3-درمان

5. مشاهده: 1-جمع آوري داده و انتقال‌آن 2-ذخيره و بازيابي داده 3-پردازش داده و نمايش آن

6. سيستم پردازش اطلاعات: • حافظه • تجهیزات: سخت افزار Hardware • برنامه ها: نرم افزار Software كامپيوتر در تهية داده هايي كه كاربر براي تصميم گيري به آن نيازمند استكمك مي كند. «سيستم پردازش-كنترل» : سيستم كامپيوتري براي كنترل خودكار فرود هواپيما يا درمان بيمار در واحد مراقبت وي‍ژه به كار مي رود.

7. فعاليت هاي فرد و سيستم كامپيوتري 1-كاربر 2-ورود داده 3-اينترفيس با كاربر 4-نرم افزار پردازش داده 5-نمايش داده

8. کاربر مسئول وارد كردن داده به سيستم و كنترل پردازش 1-كاربران موردي (Occasional) 2-كاربران روزمره (Routine) 3-متخصص ها

9. كاربران موردي با عملكرد سيستم آشنا هستند نيازي به آشنايي با جزئيات همة امكانات سيستم ندارند سيستم بايد: امكان راهنمايي آن كاربران را داشته باشد كاربران را در برابر اتفاقات نامطلوب (از دست دادن داده) حمايت كند. به كاربر اعلام كند كه چه گام هايي را بردارد هنگام تقاضا كمك (Help) لازم را به صورت كلي يا با جزئيات ارائه دهد. Help بايد به سادگي با يك كليد يا دستور فراخواني شود.

10. كاربران روزمره در مورد عملكرد سيستم اطلاعات مفصل دارند مي دانند سيستم در حين كاربرد دقيقاً چگونه رفتار مي كند ارائة اطلاعات غيرضروري براي آنها آزار دهنده و غيرمفيد است  شلوغ شدن صفحة نمايش موجب مي شود كه محتويات آن با يكنگاه قابل درك نباشد. از طرفي فضاي نمايش اطلاعات ضروري كم مي شود. اطلاعات ارائه شده در Help تقريباً كمكي به اين دسته كاربران نمي كند. تعامل نرم بين كاربر و سيستم لازم است. سرعت تعامل و سهولت ورود داده براي تعامل نرم ضروري است. Typing Ahead خصوصيتي است كه به كاربر اجازه مي دهد كه داده را پيش از درخواست سيستم وارد آن كند.

11. متخصصين علاقمند به بهره برداري تخصصي و ويژه از سيستم اند. همواره نيازهاي خود را تغيير مي دهد برنامة خود را نوشته و آن را اصلاح مي كند «كاربر دوست بودن» (User-friendliness) برنامه ها و سيستم چندان اهميتي براي يك محقق ندارد توجه اصلي محقق به عملكرد برنامه و خروجي آن است اطلاعات Help فقط براي آشنايي اولية محقق با سيستم به كار گرفته مي شود.

12. ورود داده اطلاعات از داده استخراج مي شود دادة با كيفيت پايين منجر به اطلاعات غيرمطمئن حتي غلط مي شود نخستين حلقه در زنجير جمع آوري داده است تجهيزات اندازه گيري خودكار: اتوآنالايزر آزمايشگاهي پزشكي، تجهيزات ثبت ECG يا تجهيزات مونيتورينگ بيمار ورود دستي: پر كردن فرم روي صفحة كامپيوتر 1-دستگاه هاي خوانندة باركد 2-تجهيزات خودكار تشخيص كاراكتر 3-سيستم هاي ورود داده از طريق صوت

13. روش هاي تشخيص خطا و تصحيح داده 1-چك كردن خطاهاي قاعده اي (Syntactic) 2-چك كردن خطاهاي معنايي (Semantic) 3-راهنمايي زمان حقيقيOnline Help

14. اينترفيس كاربر • با كاربر ارتباط برقرار مي كند • كنترل اجرا و جريان برنامه • ورود تعاملي داده • رفتار ثابت سيستم 1-اينترفيس كاربر مبتني بر كاراكتر 2-اينترفيس كاربر گرافيكي

15. اينترفيس كاربر مبتني بر كاراكتر فقط از سمبل هاي صفحه كليد براي برقرار كردن ارتباط با كاربر برنامه گام بعدي اجرا را تعيين سيستم هاي برنامه نويسي گذشته كاربر به سوالات برنامهجواب مي دهد تا جريان برنامه كنترل شود. نرخ انتقال بسيارپايين، فقط كدهاي كاراكترها و اطلاعات موقعيت مواقعي كه كاربر از دور به سيستم متصل است و ظرفيت كانال ارتباطي مثلاً خطوط تلفن محدود است مفيد مي باشد اينترفيس هاي مبتني بر كاراكتر كارا هستند اما خيلي User Friendly نيستند

16. اينترفيس هاي كاربر گرافيكي به سرعت جايگزين اينترفيس هاي مبتني بر كاراكتر اين سبك برنامه نويسي «Event Driven» همة سيستم ها شبيه همديگر به نظر می رسند يادگيري كار با يك سيستم جديد براي كاربراني كه قبلاً كار با سيستم هاي مبتني بر پنجره را ياد گرفته اند آسان است در سيستم هاي اطلاعتي كه توسط پزشكان يا پرستاران به كار برده مي شوند يكسان بودن اينترفيس براي كاربردهاي مختلف ضروري است

17. پردازش داده داده آناليز شده و به فرمي تبديل مي شود كه نمايش داده بهتر صورت گيرد • Sort كردن داده • ذخيره و بازيابي داده • محاسبات • تبديل داده

18. نمايش داده نمايش صحيح اطلاعات براي فهم درست كاربر ضروري است. پردازش اطلاعات بايد به كاربر اين توانايي را بدهد كه اطلاعات مورد نظر خود را به راحت ترين و واضح ترين وجه استخراج كند. فقط اطلاعاتي كه كاربر مي خواهد به عنوان پاية تصميم گيري خود مرود استفاده قرار دهد

19. سخت افزار 1-واحد پردازندة مركزي CPU 2-حافظة كامپيوتر 3-تجهيزات جانبي

20. واحد پردازندة مركزي CPU دستورات را از حافظة داخلي مي گيرد وبه صورت متوالي آنها را اجرا مي كند نگهداري داده يا دستور گرفته شده از حافظه نتيجة موقتي محاسبات انجام شده عمل هاي اساسي CPU : دستة دستورات رياضي (مانند جمع محتويات دو محل حافظه)دستورات كنترلي (مانند گرفتن دستور بعدي)

21. حافظة كامپيوتر حافظه RAM (حافظة دستيابي تصادفي): فرار (Volatile) با قطع شدن برق كامپيوتر محتويات اين حافظه از بين مي رود. حافظه هاي اوليه شامل بايت هاي 8 بيتي بودند. براي افزايش سرعت برخي كامپيوترها در يك لحظه بيش از يك بايت را منتقل مي كنند. مثلاً CPU 32 بيتي 4 بايت را به طور همزمان منتقل مي كند.

22. تجهيزات جانبي تجهيزات مورد نياز براي ورود داده، ذخيرة خارجي داده و نمايش داده تجهيزات خروجي مانند: صفحة نمايش كامپيوتر و چاپگر. تجهيزات ورودي مانند: صفحه كليد و ماوس. تجهيزات ذخيرة دادة خارجي: امكان ذخيره سازي داده را در محيط بيرون از حافظة كامپيوتر ايجاد مي كنند كه براي حفظ امنيت، ايمني و سهولت جابجايي فيزيكي داده ضروري است.برحسب نحوة دستيابي به داده تجهيزات ذخيرة خارجي به چند دسته تقسيم مي شوند:

23. تجهيزات ذخيرة دادة خارجي 1-دستيابي تصادفي(Random) : سيستم كامپيوتري با ارسال آدرس محل ذخيره سازي داده به ‌آن داده دسترسي پيدا كند. 2-دستيابي ترتيبي (Sequential) : داده به ترتيب و يكي پس از ديگري خوانده مي شود. اين حافظه ها با توجه به قيمت ارزان آنها اغلب براي تهية پشتيبان (Backup) از داده ها و برنامه هاي مهم به كار برده مي شوند. واسطه هاي ذخيرة مغناطيسي : نوار مغناطيسي، ديسك مغناطيسي و كارت مغناطيسي.

24. نرمافزار سيستم عامل : سيستم عامل نرم افزار پاية كامپيوتر است و براي همة كاربرد ها ضروري است مسوول تعامل با محيط، باركردن برنامه هاي كاربر ، داده ها و همة ارتباطات داخلي كامپيوتر، حفاظت امنيت سيستم، تسهيم منابع كامپيوتر بين برنامه هاي كاربردي اي كه همزمان اجرا مي شوند زبان برنامه نويسي سطح بالا برنامه هاي كاربر

25. مديريت بانكهاي اطلاعاتي داده‌ها پاية تصميم‌گيري در مراقبتهاي بهداشتي .داده‌ها معمولا در بانك اطلاعاتي ذخيره مي‌شوند. يك بانك…اطلاعاتي مجموعه‌اي از فايلها است كه داده‌ها را به همديگر مرتبط مي‌سازند. .يك فايل محلي براي ذخيره داده است. يك فايل داراي يك اسم است و توسط سيستم فايل كامپيوتر ايجاد و يا حذف مي‌شود. .يك فايل شامل ركوردهاي داده‌ي منطقي است كه كوچكترين واحدهاي ذخيره داده در بانك اطلاعاتي مي‌باشند. .مسئوليت ذخيره‌سازي فيزيكي داده روي ديسك، به عهده سيستم فايل كامپيوتر است.

26. مديريت بانكهاي اطلاعاتي ساختار داده در ثبت كاغذي بيمار .تاريخچه بيماري .آزمايشات فيزيكي .نتايج آزمايشها .تجويز داروها .تصاوير از X-Ray .سيگنالهاي بيولوژي مانند ECG ، Spin gram و غيره

27. مديريت بانكهاي اطلاعاتي *ساختار داده در كامپيوتر داده‌ها در كامپيوتر بصورتي متفاوت از سيستم كاغذي سازماندهي مي‌شوند. .ثبت كاغذي استاتيك است درحاليكه ثبت كامپيوتري به اين شكل نيست. .ثبت كاغذي در يك زمان فقط در يك محل مي‌تواند موجود باشد درحاليكه ثبت كامپيوتري چنين نبوده و در محلهاي مختلفي مي‌تواند حضور داشته باشد. .ثبت كاغذي فقط به يك شكل مرتب شده است. درحاليكه ثبت كامپيوتري بسته به دلخواه كاربر مي‌تواند به روشهاي مختلفي مرتب شود. .در سيستم كاغذي، جهت دستيابي به اطلاعات، كاربر بايد آن را در بين صفحات مختلف جستجوكند درحاليكه در سيستم كامپيوتري اين اطلاعات به نحو موثرتري قابل جستجو ودسترسي است.

28. مديريت بانكهاي اطلاعاتي DBMSبه عنوان ساختاردهنده داده كاربران مي‌توانند به داده‌ها دسترسي داشته و آنها را براي اهداف مختلفي دستكاري كنند كيفيت داده‌ها (صحت و كامل بودن آن) از اهميت بالايي براي تعبير داده‌ها در سيستم اطلاعاتي برخوردار است DBMSيك سيستم نرم‌افزاري است كه از ذخيره‌سازي، دريافت و مديريت مجموعه‌هاي بزرگي از داده‌ها مراقبت به عمل مي‌آورد DBMS به عنوان رابطي بين ساختار فيزيكي كامپيوتر و كاربر عمل كرده و يك رابط مستقل از سيستم‌عامل فراهم مي‌سازد

29. مديريت بانكهاي اطلاعاتي وظايف DBMS : .مراقبت از تمامي عمليات ذخيره‌سازي و دريافت بانكهاي اطلاعاتي .نگاشت داده از محيط كاربر (مدل داده خارجي) به مدل داده…مفهومي .نگاشت داده از مدل مفهومي داده به ساختار فايل فيزيكي(مدل داده‌ي فيزيكي) كامپيوتر .بررسي قوانين يكپارچگي داده و قوانين انسجام داده .كنترل دستيابي (تعيين هويت .كنترل همزمتني دسترسي به داده (دستيابي چند كاربره) .سهولت حفاظت داده

30. مدلسازي داده • مدل دادة خارجي: • نگرشي از داده‌ كه كاربر مايل به داشتن آن است • مدل دادة مفهومي: • نهادهای داده ها و روابط مختلف بين آنها • مدل داده پياده‌سازي: • توسط DBMS از روي مدل مفهومياستخراج و مورد استفاده قرار مي‌گيرد • مدل داده داخلي: • DBMS مدل پياده‌سازي را به مدلي كه شامل فايلهاي كامپيوتري و ركوردها داده‌ي منطقي است مي‌نگارد • مدل داده فيزيكي: • .سازماندهي فايلهاي داده روي ديسك

31. كنترل داده .كنترل دستيابي همزمان .كنترل حق دستيابي .كنترل تماميت و انسجام .پردازش مبادله .ايمني داده

32. كنترل دستيابي همزمان كنترل تداخل بين استفاده همزمان كاربران مختلف از يك بانك اطلاعاتي در صورت ورود و يا ايجاد تغيير روي يك داده خاص توسط يك كاربر، اجازه دستكاري اين داده از ساير كاربران سلب شده و سايرين فقط مي‌توانند اطلاعات مربوطه را مشاهده نمايند مثل تعيين وقتهاي متوالي مثلا با يك پزشك معالج آزمايشگاه، ثبت ECG

33. كنترل حق دستيابي حفاظت داده‌ها در مقابل استفاده‌هاي نامعتبر تمامي كاربران قادر به انجام كليه عمليات نيستند كاربران را وادار به ورود (Log on) به سيستم مي‌كند و براي هر كاربر يك شناسه كاربري و يك كلمه عبور درنظر مي‌گيرد. مجوزهاي دستيابي به حقوق مختلف مثلا خواندن، نوشتن و ايجاد تغييرات روي يك بانك اطلاعاتي به شناسه كاربري اختصاص داده مي‌شود

34. پردازش دادوستد دادوستد بانك اطلاعاتي وقتي بطور كامل انجام مي‌شود كه تمامي دستورالعمل هاي مربوط به آن دادوستد بطور كامل برآورده شده باشند. اگر فقط قسمتي از اين شرايط برآورده شوند،‌ بانك اطلاعاتي در حالت ناسازگار مانده و عمليات انجام نمي‌پذيرد مثال: يك جراحي شامل در دسترسي بودن جراح، رزرو اتاق عمل و مسئول بيهوشي مي‌باشد. يك عمل جراحي بدون رزرو كامل مورد فوق نمي‌تواند برنامه‌ريزي شود

35. حفاظت داده پشتيبان‌گيري از بانك اطلاعاتي: تهيه يك كپي از اطلاعات و قرار دادن آنها در يك محل امن است. بازيابي گردش به جلو (Roll Forward Recovery): با استفاده از Logfile كه در يك محل ديگري مانند نوار مغناطيسي ذخيره مي‌شود، مي‌توان تمامي عمليات بعد از آخرين پشتيبان را انجام داده و داده‌ها را بازيابي كرد.

36. ساختارهاي انديس فراهم كردن دسترسي سريع به داده صرفنظر از اندازه بانك ايده‌ي فايل انديس مشابه يك كتاب است كه شامل فيلد داده يا تركيبي از فيلدها كه به عنوان انديس جايگزين استفاده مي‌شوند. در مدل داده‌ي رابطه‌اي، هر سطر در جدول با يك يا چند مقدار از ستونها قابل تشخيص است. كه به آن كليد اوليه مي‌شود.

37. ساير ساختارهاي بانك اطلاعاتي مدلهاي شي‌گراي داده و DBMS‌هاي شي‌گرا قابليت انعطاف و توسعه دارند براي مؤسسات بزرگ مناسب مي‌باشد. بسياري از توليدكنندگان DBMS روي استانداردهاي باز متمركز شده‌اند. DBMS فعال در مورد اطلاعات كاربر فرضياتي به عمل آورده و به طور خودكار سعي در جمع‌آوري اطلاعات موردنياز كاربر مي‌كند.