بنية تدفق البيانات

في بنية تدفق البيانات، يُنظر إلى نظام البرنامج بأكمله على أنه سلسلة من التحولات على أجزاء متتالية أو مجموعة من بيانات الإدخال، حيث تكون البيانات والعمليات مستقلة عن بعضها البعض في بنية تدفق البيانات. في هذا النهج، تدخل البيانات في النظام ثم تتدفق عبر الوحدات النمطية واحدة تلو الأخرى حتى يتم تعيينها إلى وجهة نهائية (مخرجات أو مخزن بيانات).

في بنية تدفق البيانات يمكن تنفيذ التوصيلات بين المكونات أو الوحدات النمطية كتيار I / O أو مخازن I / O أو أنابيب أو أنواع أخرى من التوصيلات. يمكن نقل البيانات في طوبولوجيا الرسم البياني مع دورات ، في بنية خطية بدون دورات ، أو في هيكل نوع شجرة.

الهدف الرئيسي من بنية تدفق البيانات هو تحقيق صفات إعادة الاستخدام والتعديل. إنه مناسب للتطبيقات التي تتضمن سلسلة محددة جيدًا من عمليات تحويل البيانات المستقلة أو العمليات الحسابية على المدخلات والمخرجات المحددة بشكل منظم مثل المجمعين وتطبيقات معالجة بيانات الأعمال في بنية تدفق البيانات . هناك ثلاثة أنواع من تسلسلات التنفيذ  بين الوحدات في بنية تدفق البيانات.

• الباتش التسلسلي
• الأنابيب والمرشح أو خط الأنابيب غير المتسلسل
• تحكم العملية

الباتش التسلسلي في بنية تدفق البيانات

تم اعتبار الباتش التسلسلي كعملية متسلسلة في عام 1970.في تسلسل الدُفعات ، يتم تنفيذ برامج منفصلة بالترتيب ويتم تمرير البيانات كمجموع من برنامج إلى آخر. إنه نموذج معالجة بيانات كلاسيكي في بنية تدفق البيانات.

الباتش التسلسلي في بنية تدفق البيانات هو نموذج تقليدي لمعالجة البيانات ، حيث يمكن للنظام الفرعي لتحويل البيانات أن يبدأ عمليته فقط بعد أن يمر نظامه الفرعي السابق بالكامل من خلال :

• ينقل تدفق البيانات مجموعة من البيانات ككل من نظام فرعي إلى آخر.
• يتم إجراء الاتصالات بين الوحدات من خلال ملفات وسيطة مؤقتة يمكن إزالتها بواسطة أنظمة فرعية متتالية.
• إنه قابل للتطبيق على تلك التطبيقات التي يتم فيها تجميع البيانات ، ويقرأ كل نظام فرعي ملفات الإدخال ذات الصلة ويكتب ملفات الإخراج.
• يتضمن التطبيق النموذجي لهذه البنية معالجة بيانات الأعمال مثل الفواتير المصرفية والمرافق.

مزايا

• يوفر تقسيمات أبسط على الأنظمة الفرعية.
• يمكن أن يكون كل نظام فرعي برنامجًا مستقلاً يعمل على بيانات الإدخال وإنتاج بيانات الإخراج.

سلبيات

• يوفر زمن انتقال عالي وإنتاجية منخفضة.
• لا يوفر واجهة تفاعلية وتزامن.
• مطلوب رقابة خارجية للتنفيذ.

تعرف على استضافة بلوهوست 

تعرف المزيد حول بنية تدفق البيانات

بنية الأنابيب والفلتر في بنية تدفق البيانات

ما هو المقصود بالأنبوب؟ الأنبوب هو موصل يمرر البيانات من مرشح إلى التالي.

وهو أحد الاٌقطاب في بنية تدفق البيانات حيث أن الأنبوب عبارة عن دفق اتجاهي للبيانات يتم تنفيذه بواسطة مخزن بيانات مؤقت لتخزين جميع البيانات ، حتى يتوفر للمرشح التالي الوقت لمعالجتها في بنية تدفق البيانات. ينقل البيانات من مصدر بيانات إلى مصدر بيانات اخر.

كل أنبوب متصل بفلتر وله دوره الخاص في وظيفة المرشح. المرشحات قوية حيث يمكن إضافة الأنابيب وإزالتها في وقت التشغيل.

الأنابيب عديمة الحالة وتحمل تيارًا ثنائيًا أو حرفًا موجودًا بين مرشحين. يمكنه نقل دفق البيانات من مرشح إلى آخر. تستخدم الأنابيب القليل من المعلومات السياقية ولا تحتفظ بمعلومات الحالة بين عمليات إنشاء مثيل.

يقوم عامل التصفية بقراءة البيانات من أنابيب الإدخال الخاصة به ويقوم بوظيفته على هذه البيانات ويضع النتيجة على جميع أنابيب الإخراج. إذا كانت هناك بيانات غير كافية في أنابيب الإدخال ، فإن المرشح ينتظر ببساطة.

يركز هذا النهج على التحويل التدريجي للبيانات حسب المكون المتتالي. في هذا النهج ، يكون تدفق البيانات مدفوعًا بالبيانات ويتحلل النظام بأكمله إلى مكونات مصدر البيانات ، والمرشحات ، والأنابيب ، وأحواض البيانات.

الاتصالات بين الوحدات النمطية هي دفق بيانات وهو عبارة عن مخزن مؤقت لأول / يخرج أولاً ويمكن أن يكون دفقًا من البايت أو الأحرف أو أي نوع آخر من هذا النوع. السمة الرئيسية لهذه العمارة هي التنفيذ المتزامن والمتزايد.

المرشح في بنية تدفق البيانات

المرشح هو محول تيار بيانات مستقل أو محولات تيار. يقوم بتحويل بيانات دفق بيانات الإدخال ، ومعالجتها ، وكتابة دفق البيانات المحول عبر أنبوب لمعالجة المرشح التالي. إنه يعمل في وضع تصاعدي ، حيث يبدأ العمل بمجرد وصول البيانات عبر الأنبوب المتصل. هناك نوعان من المرشحات – عامل التصفية النشط والمرشح الخامل.

مرشح نشط

يسمح المرشح النشط للأنابيب المتصلة بسحب البيانات وإخراج البيانات المحولة. إنه يعمل مع أنبوب سلبي ، والذي يوفر آليات للقراءة / الكتابة للسحب والدفع. يستخدم هذا الوضع في أنبوب UNIX وآلية التصفية.

مرشح سلبي

يسمح المرشح الخامل للأنابيب المتصلة بدفع البيانات للداخل وسحب البيانات. إنه يعمل باستخدام أنبوب نشط ، يسحب البيانات من مرشح ويدفع البيانات إلى المرشح التالي. يجب أن توفر آلية القراءة / الكتابة.

مزايا

• يوفر التزامن وإنتاجية عالية لمعالجة البيانات الزائدة.
• يوفر إمكانية إعادة الاستخدام ويبسط صيانة النظام.
• يوفر قابلية التعديل والاقتران المنخفض بين المرشحات.
• يوفر البساطة من خلال تقديم تقسيمات واضحة بين أي مرشحين متصلين بواسطة أنبوب.
• يوفر المرونة من خلال دعم التنفيذ المتسلسل والمتوازي.

سلبيات

• غير مناسب للتفاعلات الديناميكية.
• يلزم وجود قاسم مشترك منخفض لنقل البيانات بتنسيقات ASCII.
• النفقات العامة لتحويل البيانات بين المرشحات.
• لا يوفر طريقة للفلاتر للتفاعل بشكل تعاوني لحل مشكلة ما.
• من الصعب تكوين هذه البنية ديناميكيًا.

هندسة التحكم في العمليات خلال بنية تدفق البيانات

إنه نوع من بنية تدفق البيانات حيث لا تكون البيانات متسلسلة مجمعة ولا متدفقة. يأتي تدفق البيانات من مجموعة من المتغيرات التي تتحكم في تنفيذ العملية. إنه يحلل النظام بأكمله إلى أنظمة فرعية أو وحدات ويربطها.

• هندسة التحكم في العمليات هي نوع من هندسة تدفق البيانات ، حيث لا تكون البيانات متسلسلة على دفعات ولا دفق أنبوب.
• في هندسة التحكم في العمليات ، يأتي تدفق البيانات من مجموعة من المتغيرات التي تتحكم في تنفيذ العملية.
• هذه البنية تحلل النظام بأكمله إلى أنظمة فرعية أو وحدات وتربطها.
• تعد بنية التحكم في العمليات مناسبة في تصميم برنامج النظام المضمن ، حيث يتم معالجة النظام من خلال البيانات المتغيرة للتحكم في العملية وفي برنامج نظام الوقت الحقيقي ، يتم استخدام هندسة التحكم في العملية للتحكم في الفرامل المانعة للانغلاق في السيارات ومحطات الطاقة النووية وما إلى ذلك.
• هذه البنية قابلة للتطبيق للتحكم في ثبات السيارة ونظام التحكم في درجة حرارة المبنى.

أنواع النظم الفرعية

تحتوي بنية التحكم في العملية على وحدة معالجة لتغيير متغيرات التحكم في العملية ووحدة تحكم لحساب مقدار التغييرات.

يجب أن تحتوي وحدة التحكم على العناصر التالية :

• المتغير المتحكم فيه – يوفر المتغير الخاضع للرقابة قيمًا للنظام الأساسي ويجب قياسه بواسطة أجهزة الاستشعار. على سبيل المثال ، السرعة في نظام التحكم في التطواف.
• متغير الإدخال – يقيس أحد المدخلات في العملية. على سبيل المثال ، درجة حرارة الهواء العائد في نظام التحكم في درجة الحرارة
• متغير تمت معالجته – يتم تعديل قيمة المتغير المعالج أو تغييرها بواسطة وحدة التحكم.
• تعريف العملية – يتضمن آليات لمعالجة بعض متغيرات العملية.
• المستشعر – يحصل على قيم متغيرات العملية ذات الصلة بالتحكم ويمكن استخدامه كمرجع مرجعي لإعادة حساب المتغيرات التي تم التلاعب بها.
• Set Point – هي القيمة المرغوبة لمتغير متحكم فيه.
• خوارزمية التحكم – تُستخدم لتحديد كيفية معالجة متغيرات العملية.

مجالات التطبيق في بنية تدفق البيانات

هندسة التحكم في العمليات مناسبة في المجالات التالية :

• تصميم برنامج النظام المضمن ، حيث يتم معالجة النظام من خلال البيانات المتغيرة للتحكم في العملية.
• التطبيقات ، التي تهدف إلى الحفاظ على الخصائص المحددة لمخرجات العملية بقيم مرجعية معينة.
• ينطبق على أنظمة التحكم في ثبات السيارة وأنظمة التحكم في درجة حرارة المبنى.
• برنامج نظام في الوقت الفعلي للتحكم في المكابح المانعة للانغلاق في السيارات ومحطات الطاقة النووية وما إلى ذلك.