Следовательно, нужно

наилучшим образом организовать данные и

обеспечить наилучшее управление данными.

Данные – информация, представленная в определенной форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи.

Структура данных – способ объединения нескольких элементов данных в один.

Предметная область (ПО) – часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и последующей автоматизации.

ПО определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения.

Модель данных – представление о предметной области в виде данных и связей между ними.

То есть, модель данных – это совокупность взаимосвязанных структур данных и операций над этими структурами.

Понятие “Модель данных” включает три компонента:

1) организацию данных (количество и типы объектов модели данных, ограничения на структуру данных);

2) множество допустимых операций над данными:

операции выборки (поиск),

операции модификации (включить, удалить, изменить данные);

3) средства обеспечения логической целостности и достоверности данных (ограничения на значения данных и связи), с помощью которых достигается непротиворечивость хранимой информации.

Выбор модели данных зависит от объема информации, сложности решаемых задач и имеющегося технического и программного обеспечения.

База данных (БД) – совокупность данных конкретной предметной области. Они организованы по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования, и не зависят от программ обработки.

Система управления базами данных (СУБД) – набор программных средств (программная система или пакет), обеспечивающих создание и обслуживание баз данных и выполнение операций над данными БД (доступ к ним и обработку).

СУБД поддерживает один из типов моделей данных – сетевую, иерархическую или реляционную.

Реляционная модель ориентирована на табличное представление данных, т.е. организацию данных в виде двумерных таблиц.

В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation), который дал название модели.

Реляционная база данных (РБД) – база данных, логически организованная как набор отношений (прямоугольных таблиц) конкретной предметной области (ПО).

Таблица соответствует объекту ПО; строка (кортеж) – запись об одном экземпляре объекта.

Размещение в одной строке таблицы определенных элементов данных означает установление между ними связи или отношения (relation). Вся таблица в целом как совокупность конкретных экземпляров отношений называется отношением.

Значения в столбце (поле) таблицы определяют характеристику или свойство объекта (атрибут отношения).

Таблица имеет фиксированное число столбцов, их порядок фиксирован; число строк – произвольное, их порядок безразличен.

Таблица обладает следующими свойствами:

– столбцам (полям) присвоены уникальные имена;

– элементы каждого столбца имеют одинаковую природу, т.е. столбцы однородные;

– в таблице нет одинаковых строк (записей), т.е. любые две строки отличаются хотя бы одним элементом (полем записи);

– строки и столбцы могут обрабатываться в любой последовательности.

Реляционная БД обычно включает несколько таблиц (отношений).

Связи между таблицами осуществляется с использованием ключей.

Ключ – атрибут (поле) или совокупность атрибутов, значения которых однозначно определяют запись в таблице.

Преимущества хранения данных в РБД:

1) каждый элемент данных хранится только в одной таблице (экономия места);

2) внесение изменений упрощается, уменьшается риск ошибки (например, в написании фамилий);

3) наличие связей между таблицами ускоряет обработку взаимосвязанной информации;

4) ошибочные записи (с некорректными ссылками) должны автоматически исключаться.

Техническим возможностям персональных компьютеров в настоящее время лучше всего соответствуют реляционные СУБД.

Информационная система (ИС) представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче и обработке информации о заданной предметной области, снабжающую всех своих пользователей необходимой информацией.

Информационную систему определяют как систему информационных, математических, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоаспектного использования данных для получения необходимой информации.

Основными компонентами ИС являются:

– собственно база данных (БД), содержащая необходимую информацию и описание структуры хранимых данных;

– система управления базой данных (СУБД), выполняющая типовые процедуры управления данными;

– прикладная программа (приложение пользователя), реализующая требуемый алгоритм ведения диалога пользователя с информационной системой для обслуживания БД и решения всего комплекса задач обработки данных.

2. Э Т А П Ы Р А З Р А Б О Т К И И Н Ф О Р М А Ц И О Н Н О Й

С И С Т Е М Ы

Автоматизация предметной области может осуществляться в различных масштабах – от отдельных процедур обработки данных, задач и комплексов задач управления до создания функционально полной автоматизированной информационной системы (АИС).

Процессу проектирования АИС предшествует этап анализа предметной области. На этом этапе осуществляется:

– определение, исходя из потребностей всех пользователей, информации, которая будет храниться в БД, ее источника;

– выявление имеющихся и перспективных задач обработки данных;

– документирование результатов анализа.

Следовательно, процесс построения (разработки) информационно-программного комплекса АИС можно разбить на две части:

– определение состава решаемых задач;

– создание интегрированной базы данных.

Эти две части взаимосвязаны в том смысле, что структура БД зависит от задач обработки данных заданной предметной области.

Таким образом, база данных – это некоторая модель предметной области, т.е. в БД находят отражение только те факты о ПО, которые необходимы для функционирования ИС.

Этап разработки БД предшествует этапу разработки приложения пользователя или проходит параллельно с ним; при этом фазы проектирования и реализации могут перекрываться.

Если БД спроектирована, то алгоритм обработки данных конкретной задачи отражает процесс формирования выходных документов на основании выборок из БД.

Реализация конкретной задачи осуществляется с помощью средств СУБД, ориентированных на конечного пользователя: запросы, экранные формы, отчеты, макросы, стандартные программы.

При разработке алгоритмов решения каждой задачи следует ориентироваться на укрупненные операции обработки данных, легко реализуемые запросами или отчетами.

Диалоговое приложение пользователя (прикладная программа) объединяет всю технологию обработки данных ПО, включая загрузку, ведение БД и решение всего комплекса задач.

Программа должна иметь “дружественный” интерфейс и содержать набор команд решения конкретных задач:

– создание нового набора (таблицы, списка) данных;

– добавление, удаление, изменение, просмотр данных;

– сортировка данных;

– выбор данных по запросам;

– формирование выходных документов (с возможностью просмотра на экране и вывода на печать).

Интерфейс пользователя должен строиться на основе иерархических меню с использованием диалоговых окон, кнопок, “горячих клавиш” и т.п.

При реализации ИС следует использовать инструментальные средства, предоставляемые системой управления базами данных (СУБД):

– генераторы (конструкторы, мастера) экранных форм и отчетов для создания диалоговых окон для ввода данных и выходных (отчетных) документов;

– языки запросов для поиска и фильтрации данных;

– языки программирования для реализации алгоритмов обработки информации.

3. О Т Ч Е Т Н А Я Д О К У М Е Н Т А Ц И Я

Все этапы создания базы данных и разработки информационной системы должны быть документированы. В ходе проектирования и реализации создается рабочая (промежуточная) документация: описания, схемы, тесты, распечатки... Некоторые из рабочих документов в дальнейшем войдут в состав отчетной (окончательной) документации.

Структура отчета курсовой работы по курсу «Базы данных» приведена в приложении.

Отчетная документация по курсовомупроектудолжна включать следующие разделы:

1. ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Описание предметной области (ПО) должно охватывать реальные объекты и процессы, содержать всю необходимую информацию для удовлетворения предполагаемых запросов пользователя и определять потребности в обработке данных – конкретные задачи пользователя.

Должны быть приведены ограничения ПО, касающиеся выполнения конкретного индивидуального задания.

Информация рассматриваемой ПО может представляться входными и выходными документами (с приложением форм документов) и справочниками.

Если пользователи базы данных различаются по уровню компетенции или форме представления запросов, то указываются возможности доступа пользователя к тем или иным данным.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ

База данных – это датологическое (в виде данных) представление информационной модели предметной области.

ПО модель физическая БД

Процесс разработки БД представляет собой процесс реализации отображения

Наибольшее распространение ([1], [3] - [4], [6]) получил трехуровневый подход к проектированию модели данных, включающий внешний, концептуальный и внутренний уровни представления данных.

При таком подходе на внешнем уровне реализуются модели предметной области в виде, требуемом для отдельных пользователей. На концептуальном уровне поддерживается модель ПО для всех приложений. Хранимые данные также представляют ПО для всех приложений, но они выделены в отдельный – внутренний уровень.

В процессе проектирования БД разрабатываются схемы моделей названных уровней, проверяется возможность отображения объектов модели одного уровня объектами модели другого уровня.

При такой архитектуре БД обладает высокой способностью адаптации к возможным изменениям как в самих данных, так и в прикладных программах.

Основным уровням абстрагирования предшествует еще один – информационный. Модель этого уровня – инфологическая модель ПО – должна выражать информацию о ПО в виде, независимом от используемой СУБД и опираться на знания всех пользователей.

2.1. О п и с а н и е Б Д в т е р м и н а х о б ъ е к т о в П О

Проектирование БД начинается с предварительной структуризации предметной области: объекты реального мира подвергаются классификации, фиксируется совокупность подлежащих отображению в БД объектов. Для каждого объекта фиксируется совокупность свойств, посредством которых будут описываться конкретные экземпляры объекта, и отношения (взаимосвязи) с другими объектами. Затем решаются вопросы о том, какая информация об объектах должна быть представлена в БД и как ее представить с помощью данных.

Объектная система имеет следующие основные составляющие: объект, свойство, связь (объектное отношение).

Объект – это то, о чем накапливается информация.

Каждый объект характеризуется определенным состоянием, которое описывается с помощью ограниченного набора свойств и связей (отношений) с другими объектами.

Свойства объекта могут не зависеть от его связей с другими объектами, т.е. являются локальными. Если свойства объекта зависят от связей с другими объектами, то они называются реляционными.

Связь между объектами в зависимости от числа входящих в нее объектов характеризуется степенью: n = 2,3,...k.

На этом этапе проектирования базы данных необходимо определить:

– какие объекты важны для применения;

– какие свойства могут иметь эти объекты;

– какие связи существуют между объектами;

– какие имена можно присвоить отдельным составляющим объектной системы.

2.2. П о с т р о е н и е и н ф о р м а ц и о н н о й с т р у к т у р ы П О

Концептуальная модель применяется для структурирования ПО с учетом информационных потребностей самой ПО и информационных интересов пользователей системы и независима от конкретной СУБД.

Для проектирования концептуальной схемы (информационной структуры ПО) можно использовать различные модели, например, бинарные модели ([6]) и модели «сущность – связь».

Из моделей типа «сущность – связь» наиболее известна модель П.Чена, или ER - модель. Общим для всех моделей этого типа является использование трех основных конструкций: сущность, атрибут и связь.

Сущность – собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта, процесса или явления, о котором необходимо хранить информацию.

Тип сущности определяет множество подобных экземпляров объекта, а экземпляр сущности – конкретный экземпляр объекта. Каждый рассматриваемый в модели тип сущности должен быть поименован.

Атрибут – поименованная характеристика сущности, которая принимает значение из некоторого множества значений. В модели атрибут выступает в качестве средства, с помощью которого моделируются свойства сущностей.

Связь – средство представления отношения между сущностями.

Могут встречаться бинарные (между двумя сущностями) и в общем случае n - арные связи.

Для каждой сущности необходимо указать идентификатор, служащий для однозначного распознавания экземпляров сущности. В качестве идентификатора служит один атрибут или совокупность атрибутов – составной атрибут, который называют ключом. Если совокупность атрибутов, описывающих объект, не содержит ключа, то в состав атрибутов вводится специальный атрибут, выступающий в качестве ключа. Во многих случаях это некоторый последовательный номер.

Один и тот же объект может иметь несколько ключей. Один из них назначается первичным (главным) ключом, все остальные ключи объекта называются возможными ключами.

Ключ должен выполнять свою главную задачу – однозначной идентификации экземпляра объекта – и включать в свой состав минимально необходимое количество атрибутов.

На языке ER - модели концептуальная схема может быть представлена ([1], [3]) ERD (ER - диаграммой), в которой множество сущностей обозначается прямоугольниками, множество связей – ромбами. На ER - диаграмме допустимо обозначать множество атрибутов овалами, соединяя их с соответствующими типами сущностей; идентифицирующие атрибуты подчеркиваются.

2.3. П р е д с т а в л е н и е Б Д р е л я ц и о н н о й м о д е л ь ю

Основной задачей логического проектирования является разработка логической схемы, ориентированной на выбранную СУБД. Так как подавляющее большинство современных СУБД – реляционные, то и концептуальную модель БД следует отображать на реляционную модель.

В основе реляционной модели используется понятие “отношения”, которое используется для представления

1) набора экземпляров объекта (сущности),

2) отношений (связей) между объектами.

Отношение представляется как определенным образом организованная таблица (см. раздел 1).

Для отображения информационной структуры ПО на логическую схему реляционной БД следует получить ответы на вопросы:

– сколько таблиц и какие должна включать БД;

– каковы степень (число столбцов) и состав каждой таблицы;

– какие атрибуты (поля) используются в качестве ключей;

– как устанавливаются связи между разными таблицами:

а) использование в разных таблицах одного и того же ключа,

б) помещение ключа одной таблицы в качестве атрибута (поля) в записи другой таблицы,

в) создание специальных связующих таблиц;

– как обеспечить полноту, непротиворечивость и согласованность информации, хранящейся в БД.

Для уменьшения избыточности информации и исключения аномалий выполняется нормализация ([1], [3]-[4], [6]) исходных схем отношений проекта БД.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Дается общая характеристика информационной системы: назначение и круг пользователей системы, основные процедуры обработки данных, компоненты системы с точки зрения их организации.

3.1. Ф у н к ц и и и н ф о р м а ц и о н н о й с и с т е м ы

Поясняются назначение системы и приводится перечень основных процедур и обрабатываемых данных.

Для каждого объекта БД указывается набор типовых операций обработки данных:

– ввод записей, просмотр записей;

– редактирование (изменение значений полей записей, добавление и удаление записей);

– сортировка;

– поиск записей с указанием ключей поиска.

Отдельно описываются конкретные для заданной ПО задачи пользователя с указанием способа доступа к информации, если ИС предназначена для использования пользователями разного класса.

3.2. А р х и т е к т у р а и н ф о р м а ц и о н н о й с и с т е м ы

Словесное или графическое описание системы.

Архитектура системы включает в себя структуру как всей системы в целом, так и ее подсистем и отдельных элементов. Она описывает компоненты структуры и отношения, в которых они находятся друг к другу.

Для организации эффективной работы пользователя все компоненты системы должны быть сгруппированы по функциональному назначению.

Для демонстрации связей, существующих между отдельными компонентами системы, используются различные графические схемы ([2]). Для представления архитектуры системы в целом чаще всего используется иерархическая диаграмма – древоподобная схема, показывающая какие модули (базовые функциональные элементы, блоки системы) осуществляют вызовы других модулей, и каких именно.

При этом графические материалы должны быть дополнены словесными пояснениями.

4. КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Контрольный (или тестовый) пример представляет собой упрощенный вариант реальной задачи, просчитываемый вручную вплоть до получения конечного результата. В контрольном примере указываются требования к объему и составу данных используемой исходной информации и результатов решения. Требования к данным контрольного примера – их представительность, учитывающая особенности информации, указанные в описании ПО.

С помощью контрольного примера проверяют постановку задач обработки данных и работоспособность отдельных программ и информационной системы в целом.

5. РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Выбор программных средств для реализации БД и информационной системы в целом зависит от предметной области и решаемых задач пользователя и при выполнении курсового проекта подлежит согласованию с преподавателем.

5.1. О п и с а н и е С У Б Д

Приводятся основные характеристики и возможности выбранной системы управления базами данных.

Одним из основных критериев выбора СУБД является оценка того, насколько эффективно внутренняя модель данных, поддерживаемая системой, способна описать концептуальную схему. СУБД, ориентированные на персональные компьютеры, как правило, поддерживают реляционную модель данных.

Выбранная модель данных представляет средства для описания структуры данных.

5.2. О п и с а н и е с т р у к т у р ы Б Д

Структура реляционной базы данных является адекватным отображением логической модели (см. п. 2.3.), не требующим преобразований.

Для каждой реляционной таблицы БД приводится ее структура: состав полей, их имена, тип данных и размер каждого поля, ключи таблицы и другие свойства полей.

Каждое поле в таблице должно иметь уникальное имя, удовлетворяющее соглашениям об именах объектов в выбранной СУБД.

Тип данных (текстовый, числовой, дата и т.д.) определяется значениями, которые предполагается вводить в поле, и операциями, которые будут выполняться с этими значениями.

Размер поля задает максимальный размер данных, сохраняемых в поле. Для числовых данных задается также число десятичных знаков после запятой.

Имена ключевых полей выделяются.

5.3. О п и с а н и е и н т е р ф е й с а

Описывается структура меню информационной системы и средства ее реализации.

Приложение пользователя образуется объединением множества задач предметной области. Интерфейс приложения объединяет всю технологию обработки данных ПО, которая включает загрузку, ведение БД и решение всего комплекса задач.

Интерфейс пользователя реализуется с помощью

– системы меню с использованием мыши и клавиатуры;

– диалоговых окон для вывода сообщений и выполнения команд меню;

– “ горячих клавиш ” для быстрого вызова команд;

– контекстно-зависимой помощи.

Структура меню – дерево меню – организуется на основе объектов (таблиц) БД (например, Товар, Покупатель, Заказ) или функций приложений (Поступление товара, Продажа) и соответствует архитектуре системы (см. п. 3.2.).

Меню реализуется в виде иерархического меню или кнопочной формы.

Для повышения эффективности текущей работы пользователей могут быть предусмотрены и реализованы

– средства разграничения прав доступа к информации БД и к ИС в целом;

– средства анализа непротиворечивости БД и обеспечения логической целостности данных;

– средства обработка ошибок.

5.4. Р е а л и з а ц и я а л г о р и т м о в о б р а б о т к и д а н н ы х

Описываются обобщенный алгоритм и алгоритмы решения конкретных задач и средства их реализации.

Алгоритм отражает последовательность и логику выполнения операций обработки информации, способа формирования результатов решения с указанием последовательности вычислений, расчетных и / или логических формул.

Обобщенный алгоритм решения комплекса задач сводится к указанию последовательности обращения к таблицам БД для выборки необходимой информации.

Алгоритм может быть представлен графически (в виде блок-схемы), в виде текста или таблиц решений, а также в аналитическом или операторном виде.

Алгоритм решения задачи и его программная реализация тесно взаимосвязаны. Для реализации практических задач пользователя используются встроенные в СУБД языки программирования и другие программные средства. Специфика применяемых инструментальных средств разработки программ могут повлиять на форму и содержание алгоритмов обработки и их реализацию.

Решение конкретной задачи обработки данных БД можно реализовать на основе специальных стандартных программных средств СУБД, выполняющих укрупненные операции обработки данных: запросов, экранных форм, отчетов.

1) Создание экранных форм

В экранной форме (Screen или Form) – пользовательском формуляре для ввода, просмотра и редактирования взаимосвязанных данных БД – поля размещаются в удобном для пользователя порядке. Макет экранной формы соответствует структуре входного документа. В форме могут быть представлены поля данных разных таблиц и добавлены необходимые надписи, иллюстрации, кнопки и другие объекты. Разработка экранной формы осуществляется инструментальными средствами СУБД: генераторами (конструкторами, построителями) или мастерами экранов (форм).

2) Разработка отчетов

Отчет (Report) – специальное средство для вывода данных на экран, принтер, в файл, позволяющее придать данным определенную форму. В отчете можно разместить и оформить извлеченные из БД записи; подсчитать суммы, проценты; включить графики.

Для создания стандартного отчета или отчета в свободной форме используются генераторы (конструкторы) или мастера отчетов.

3) Выбор данных из таблиц с помощью запросов

Запрос (Query) – специальное средство отбора записей – содержит точную формулировку критерия отбора, заданного пользователем. Можно ограничить сферу поиска, отсортировать отобранные записи, связать несколько таблиц. СУБД, выполняя запрос, перебирает записи в таблицах БД и отбирает нужные.

Система управления РБД должна для выполнения запросов на выборку информации

– извлекать подмножество столбцов таблицы,

– объединять столбцы разных таблиц,

– включать в выходные таблицы записи, удовлетворяющие определенным условиям.

Для формирования запросов к БД используются “ Запрос по образцу ” (Query by Example QBE) или язык запросов SQL (Structured Query Language).

ЛИТЕРАТУРА

Приводится список использованной при выполнении курсовой работы литературы в общепринятой форме (см. пункт ЛИТЕРАТУРА в данных методических указаниях или стр. 2 или 4 соответствующего издания).

ПРИЛОЖЕНИЯ

П1. Руководство пользователя информационной системы

Детальное описание функциональных возможностей и технологии работы с программным продуктом для конечного пользователя.

П2. Руководство программиста, оператора или администратора БД

Описание особенностей установки, а также внутренней и внешней структуры программного продукта; требования к базовому программному обеспечению; правила эксплуатации и т.п.

П3. Формы входных и выходных документов

П4. Результаты решения задачи по данным контрольного примера

П5. Тексты программ и процедур обработки данных

Дата добавления: 2015-05-09