Тема: Комп’ютерні мережі. Методика навчання основних можливостей використання глобальної мережі Інтернет

Призначення СУБД; режими роботи СУБД.

Після знайомства з основними поняттями, що відносяться до організації інформації в реляційних БД, варто перейти до вивчення програмного забезпечення, призначеного для роботи з базами даних. Таке програмне забезпечення називається СУБД — система керування базами даних.

Для персональних комп'ютерів існує цілий ряд СУБД реляційного типу. Історично однією з перших таких систем була dBASE. Використані в цій системі формати представлення даних, мова обработки даних стали стандартом для ряду наступних СУБД.

Існують два способи роботи користувача з базою даних: робота за допомогою прикладних програм, заздалегідь складених програмістом у середовищі СУБД, і робота шляхом безпосередньої взаємодії із СУБД.

У початковий період появи і поширення баз даних використовувався тільки перший спосіб. Пізніше стали з'являтися СУБД, орієнтовані на роботу з користувачем. Для них були створені зручні діалогові оболонки, що дозволяють користувачеві легко реалізовувати свої потреби в роботі з базою даних:

• поповнювати і змінювати базу,

• здійснювати пошук даних за будь-якими умовами,

• створювати звітні документи.

Найбільш ідеальною СУБД такого типу є MS Access. У різних школах використовується різна техніка і програмне забезпечення. Варіанти доступних СУБД можуть бути найрізноманітнішими: від навчальної РБД для УКНЦ до професійної MS Access для IBM PC. У різних системах розрізняється спосіб взаємодії користувача із СУБД — інтерфейс користувача.

Є два принципово різних режими такої взаємодії: посимвольне введення команд і робота з діалоговою оболонкою. Ця ситуація подібна взаємодії користувача з операційною системою MS-DOS: робота в режимі командного рядка або робота через оболонку Norton Commander.

У будь-якій СУБД існує своя мова опису даних і мова маніпулювання даними. Якщо користувач змушений працювати в режимі посимвольного введення команд, то він повинен знати всі подробиці синтаксису командної мови. Діалогова оболонка — більш високорівневий засіб інтерфейсу. Однак варто розуміти, що, працюючи з оболонкою, користувач формує ті ж самі команди, залучаючи допоміжні засоби: меню, панелі інструментів, підказки й ін.

Будь-яка команда — це інформація, що керує виконанням визначеного виду роботи. Вона повинна містити всі необхідні дані для цього. Звичайно це ім'я команди і набір параметрів. З методичної точки зору важливо, щоб учні, виконуючи будь-які дії з БД, розуміли: яка віддається команда, які параметри для її виконання повинні бути повідомлені системі.

Вивчення конкретної СУБД варто проводити по стандартній методичній схемі: «середовище -режими роботи - система команд - дані».

Наприклад, для СУБД Access розрізняються наступні основні режими роботи:

• режим роботи з таблицею;

• режим роботи з запитами;

• режим роботи зі звітами

• режим роботи з формами.

(Режими роботи з макросами і модулями в базовому курсі не розглядаються.) У свою чергу, у кожнім з відзначених режимів є підрежими:

• Перегляд,

• Конструктор,

• Створити.

Наприклад, працюючи в режимі «Таблиця-Перегляд», користувач може переглянути зміст таблиці, а також відредагувати деякі її поля. У режимі «Таблиця-Конструктор» можна переглянути опис структури таблиці і внести в неї зміни. У режимі «Таблиця-Створити» описується і створюється структура нової таблиці.

6. Пошук інформації в базі даних.

Якщо інформатика викладається в школах з поглибленим вивчанням даного предмета, то після знайомства з навчальним матеріалом на 1-му рівні вивчення теми, можна перейти до додаткових задач другого рівня. Задачею 1-го рівня є: дати загальні представлення про бази даних, навчити роботи з готової БД: здійснювати пошук інформації; сортування, видалення і додавання записів. Задача 2-го рівня - познайомити з основами проектування БД; навчити створювати структуру і заповнювати базу даних.

Робота із СУБД починається з запуску відповідної програми, тому учням необхідно показати, де зберігається програма і як її завантажувати на виконання.

Перше поняття, що повинні засвоїти учні: база даних зберігається у файлі; щоб почати з нею працювати, необхідно відкрити файл із БД. Потім учитель повинен показати, як можна переглянути на екрані запису таблиці. Для цього повинна бути заздалегідь підготовлена демонстраційна база даних.

Представляючи учням демонстраційну базу даних, необхідно звернути увагу на те, що поряд із самою таблицею в пам'яті комп'ютера зберігається опис її структури, звідки користувач може довідатися параметри полів: ім'я, тип, формат і ін. У СУБД Access це робиться в режимі «Таблиця-Конструктор».

Основна задача будь-якої інформаційної системи — пошук інформації в базі даних. Пошук відбувається по запиту користувача. У результаті виконання запиту виходить таблиця, що складається з полів, зазначених у команді. У цю таблицю включається інформація з тих записів, що задовольняють умові пошуку. Умова пошуку являє собою логічне вираження. Тут учні зустрічаються ще з однієї фундаментальної складової даної теми курсу — з основами математичної логіки. Крім прикладного застосування в інформатиці ця тема має велике загальноосвітнє значення.

7. Логічні вирази в умовах пошуку і видалення записів.

Визначення логічного виразу (це деяке висловлення, з приводу якого можна скахзати істинно воно або ложно), стосовно до баз даних, визначення можна перефразувати так: логічний вираз — це деяке висловлення з приводу значень полів бази даних; це висловлення стосовно різних записів може бути істинно або помилково.

Логічні вирази поділяються на прості і складні. У простих виразах завжди використовується лише одне поле таблиці, і не застосовуються логічні операції. У складних логічних виразах використовуються логічні операції. Простий логічний вираз являє собою або ім'я поля логічного типу або відношення (у математиці говорять нерівність). Відношення для числових величин зберігають зміст математичних нерівностей; при обчисленні відношення для символьних величин враховують лексикографічний порядок; дати порівнюються в порядку їхньої календарної послідовності.

Основна проблема — навчити учнів формальному представленню умов пошуку у вигляді логічних виражень. Наприклад, від фрази «знайти всі книги, що лежать вище п'ятої полиці, потрібно перейти до логічного вираз «ПОЛИЦЯ> 5», або умова «вибрати всіх невстигаючих з фізики, представити у виді: ФІЗИКА <3.

Особливу увагу треба звернути на використання полів логічного типу в умовах пошуку. Звичайно до них не застосовуються відношення. Логічне поле саме несе логічне значення: істина або неправда. Наприклад, умова «вибрати всіх учнів, що відвідують танці» представиться одним ім'ям логічного поля: ТАНЦІ.

Складні логічні вирази містять у собі логічні операції. Розглядаються три основні операції математичної логіки: конъюнкція (І), диз'юнкція (АБО), заперечення (НІ).

Звичайно при поясненні цього питання учитель відштовхується від семантичного змісту висловлення українською мовою, що містить союзи І, АБО, частку НІ.

Наприклад, висловлення: «Сьогодні буде контрольна з алгебри І з фізики» справедливо, якщо відбудуться обидві контрольні і ложно, якщо хоча б одна не відбудеться. Інше висловлення: «Сьогодні буде контрольна з алгебрі АБО з фізики» буде істинно, якщо відбудеться хоча б одна контрольна робота. І, нарешті, висловлення: «Сьогодні НЕ буде контрольної» істинно, якщо контрольна не відбудеться, тобто якщо висловлення про те, що сьогодні буде контрольна, виявляється помилковим. З подібних прикладів учитель робить висновки про правила виконання логічних операцій:

якщо А і В логічні величини, то

• А й В істинно тільки в тому випадку, якщо істинні обидва операнда;

• А або В ложно тільки в тому випадку, якщо помилкові обидва операнда;

• не А змінює значення логічної величини на протилежне: не істина — неправда; не неправда — істина.

Ці правила зводяться в таблицю істинності.

При переході до складання умов пошуку в базах даних учні нерідко попадають у пастки природного змісту. Наприклад, задача формулюється так: із БД «Бібліотека» одержати відомості про всі книги Толстого і Тургенєва. Абсолютна більшість учнів записують цю умову в такий спосіб:

АВТОР=«Толстой» і АВТОР = «Тургенєв»

Союз, що пролунав у завданні, «і» машинально переноситься в логічний вираз. Після цього вчитель мусить пояснювати, що автором книги не може бути одночасно Толстой і Тургенєв. Тому в бібліотеці немає жодної книжки, що задовольняє такій умові. Тут варто застосувати логічну операцію АБО:

АВТОР = «Толстой» або АВТОР = «Тургенєв»

Тоді буде отримана шукана вибірка книг обох авторів.

Операція АБО поєднує в одну вибірку записи, що задовольняють кожній з умов. Операція І працює інакше: спочатку вибираються всі записи, що задовольняють першій умові, потім з відібраних записів вибираються ті, котрі задовольняють другій умові.

Корисно виконати з учнями кілька формальних завдань на обробку складних умов пошуку. Наприклад, намалюйте на дошці наступну таблицю:

Записи	Поля
А	В	C
R1
R2
R3
R4
R5

Запропонуєте серію завдань такого змісту: задано умову пошуку у формі логічного виразу; визначити, які записи йому задовольняють

Умова Відповідь:

R1 R1,R2,R4,R5 R1,R2,R3,R5 R1,R2,R3,R4,R5 Rl R3,R4,R5

1) А=1 і В=2

2) А=1 або А=3

3) А=1 або В=2

4) А=1 або В=2 або З=3

5) А=1 і В=2 і З=3

6) ні А=1

На прикладі цієї ж таблиці відпрацьовується питання про старшинство операцій і порядок їхнього виконання. Повідомивши, що логічні операції по убуванню старшинства розташовані так НІ, І, АБО, приведіть приклади логічних виражень, що містять різні операції.

7) А=1 і В=2 або З=3: R1,R4,R5

8) А=1 або В=2 і З=3: R1,R2,R5

9) ні А=1 або В=2 і З=3: Rl,R3,R4,R5

10) (А=1 або В=2) і З=3: R1,R5

Після рішення таких формальних задач варто знову повернутися до змістовних задач. Тепер учні будуть набагато успішніше формалізувати складні умови пошуку в логічні вирази. Наприклад, потрібно вибрати всі книги Бєляєва і Толстого, розташовані від 2-й до 5-й полки. Логічний вираз запишеться так:

(АВТОР = «Толстої Л.Н.» або АВТОР = «Бєляєв А.Р.») і ПОЛКУ>=2 і ПОЛКУ<=5

Переходячи до роботи з конкретною СУБД, учитель знайомить учнів із правилами формування в ній команд запиту. Якщо немає діалогової оболонки і команди задаються посимвольним введенням, то потрібно описувати синтаксис команд, звертаючи увагу на всі деталі. При використанні діалогової оболонки команда формується в діалозі. Система підказує користувачеві кожен крок і надає меню для вибору чергового елемента команди. При цьому користувач бачить на екрані зформовану команду.

У СУБД Access для створення запитів використовується конструктор запитів. Формована команда виявляється схованої від користувача. Робота з конструктором вимагає певних навичок, які варто відпрацьовувати на вправах.

8. Сортування. Ключі сортування.

Ще один важливий вид маніпулювання інформацією в базі даних — сортування записів. Тут основними поняттями, що повинні засвоїти учні, є «ключ сортування», і «порядок сортування». Ключ сортування — те поле, за значенням якого відбувається упорядкування записів у таблиці. Порядок сортування має два варіанти: по зростанню значень ключа і по убуванню значень. Якщо ключів декілька, то серед них встановлюється ієрархія: первинний ключ, вторинний ключ і т.д. У першу чергу запису сортуються за значенням первинного ключа; усередині групи записів з однаковими значеннями первинного ключа відбувається сортування по вторинному ключеві і т.д. СУБД Access дозволяє сортувати записи як у всій вихідній таблиці, так і в таблицях, одержаних у результаті виконання запиту на вибірку.

9. Елементи проектування РБД; нормалізація даних.

При поглибленому вивченні розділу «Бази даних» учні знайомляться з елементами проектування БД. Проектування БД — складна задача. Лише на перший погляд вона може показатися простою. Для невеликих навчальних БД помилки при проектуванні не настільки істотні. Але якщо створюється велика база, у якій будуть зберігатися багато тисяч записів, то помилки при проектуванні можуть коштувати дуже дорого. Основні наслідки неправильного проектування — надмірність інформації, її суперечливість, втрата цілісності, тобто взаємозв'язку між даними. В результаті БД може виявитися непрацездатною і вимагати дорогої переробки.

Теорія реляційних баз даних була розроблена в 70-х роках Е. Коддом. Е. Кодд запропонував технологію проектування баз даних, у результаті застосування якої, в отриманій БД не виникає відзначених вище недоліків (див. наприклад, книгу Дж, Мартін «Організація баз даних в обчислювальних системах» Мир, 1980). Сутність цієї технології зводиться до приведення таблиць, що складають базу даних, до третьої нормальної форми. Цей процес називається нормалізацією даних: спочатку всі дані, що планується включити в БД, представляються в першій нормальній формі, потім перетворяться до другого і на останньому кроці — до третьої нормальної форми. Проілюструємо процес нормалізації даних на прикладі. Ставиться задача: створити базу даних, що містить відомості про відвідування пацієнтами поліклініки свого дільничного лікаря. Спочатку будується одна таблиця, у яку заносяться прізвище пацієнта, його дата народження, номер ділянки, до якого приписаний пацієнт, прізвище дільничного лікаря, дата відвідування лікаря і встановлений діагноз хвороби. Нижче приведений екземпляр такої таблиці:

БД «Поліклініка»

Прізвище пацієнта	Дата народження	Номер ділянки	Прізвище лікаря	дата відвідування	Діагноз
Орлова Е.Ю.	25.01.47		Андрєєва І. В.	26.07.98	ОРЗ
Лосєв О.І.	20.04.65		Петрова О.І.	14.03.98	бронхіт
Жукова Л.Г.	05.03.30		Петрова О.І.	11.04.98	бронхіт
Орлова Е	30.01.70		Андрєєва І. В.	11.07.98	стенокардія
Бикова А.А.	25.01.47		Андрєєва І. В.	15.06.98	ангіна
Дуров М.Т	01.04.75		Петрова О.І	26.07.98	гастрит

Неважко зрозуміти недоліки такої організації даних. По-перше, очевидна надмірність інформації повторення дати народження тієї самої людини, повторення прізвища лікаря тієї самої ділянки. У такий БД велика імовірність мати недостовірні, суперечливі дані. Наприклад, якщо на другій ділянці переміниться лікар, то доведеться переглядати всю базу і вносити зміни у всі записи, що відносяться до цієї ділянки. При цьому велика імовірність щось пропустити. Після кожного нового відвідування пацієнтом лікарні буде потрібно знову вводити його дату народження, номер ділянки, прізвище лікаря, тобто інформацію, що вже існує в БД.

Отримана таблиця відповідає першій нормальній формі для усунення відзначених недоліків, потрібно її подальша нормалізація. Структура такої таблиці (відношення) описується в такий спосіб:

ПОЛІКЛІНІКА (ПРІЗВИЩЕ, ДАТА НАРОДЖЕННЯ, ДІЛЯНКА, ЛІКАР, ДАТА_ВІДВІДУВАННЯ, ДІАГНОЗ)

Необхідно установити ключ записів. Тут ключ складений, котрий містить у собі два поля ПРІЗВИЩЕ і ДАТА_ВІДВІДУВАННЯ. Кожен запис — це інформація про конкретне відвідування пацієнтом лікарні. Якщо допустити, що протягом одного дня даний пацієнт може зробити тільки один візит до дільничного лікаря, то в різних записах не буде повторюватися комбінація двох полів: прізвища пацієнта і дати відвідування лікаря.

Відповідно до визначення другої нормальної форми, усі неключові поля повинні функціонально залежати від повного ключа. У даній таблиці лише ДІАГНОЗ визначається одночасно прізвищем пацієнта і датою відвідування. Інші поля зв'язані лише з прізвищем, тобто від дати відвідування вони не залежать. Для перетворення до другої нормальної форми таблицю потрібно розбити на дві наступні:

ВІДВІДУВАННЯ (ПРІЗВИЩЕ, ДАТА ВІДВІДУВАННЯ, ДІАГНОЗ) ПАЦІЄНТИ (ПРІЗВИЩЕ, ДАТА НАРОДЖЕННЯ, ДІЛЯНКА).

У таблиці ВІДВІДУВАННЯ як і раніше діє складений ключ із двох полів, а в таблиці ПАЦІЄНТИ — одне ключове поле ПРІЗВИЩЕ.

В другій таблиці мається так названа транзитивна залежність. Вона відображається в такий спосіб:

ПРІЗВИЩЕ

ДАТА_НАРОДЖЕННЯ

ДІЛЯНКА

ЛІКАР

Значення поля ЛІКАР зв'язане із прізвищем пацієнта транзитивно через поле ДІЛЯНКА. Справді, усякий дільничний лікар приписаний до своєї ділянки й обслуговує хворих, що відносяться до даної ділянки.

Відповідно до визначення третьої нормальної форми, у таблиці неможе бути транзитивних залежностей. Виходить, потрібна ще одна розбивка таблиці ПАЦІЄНТИ на 2 таблиці..

У підсумку одержуємо базу даних, що складає з трьох таблиць:

ВІДВІДУВАННЯ(ПРІЗВИЩЕ. ДАТА ВІДВІДУВАННЯ, ДІАГНОЗ) ПАЦІЄНТИ (ПРІЗВИЩЕ, ДАТА_НАРОДЖЕННЯ, ДІЛЯНКА, ЛІКАР)

ЛІКАРІ (ДІЛЯНКА, ЛІКАР)

У третій таблиці ключем є номер ділянки, оскільки він повторюватися не може. У той же час можлива ситуація, коли один лікар обслуговує більше однієї ділянки. Отримана структура БД задовольняє вимогам третьої нормальної форми: у таблицях усі неключові поля цілком функціонально залежать від своїх ключів, і відсутні транзитивні залежності.

Ще одною важливою властивістю отриманої БД є те, що між трьома таблицями існує взаємозв'язок через загальні поля. Таблиця ВІДВІДУВАННЯ і ПАЦІЄНТИ зв'язані загальним полем ПРІЗВИЩЕ. Таблиця ПАЦІЄНТИ і ЛІКАРІ зв'язані через поле ДІЛЯНКА. Для зв'язаних таблиць існує ще одне поняття: тип зв'язку. Можливі три варіанти типу зв'язків: «один - до одного», «один - до багатьох», «багато - до багатьох». У прикладі між зв'язаними таблицями існують зв'язки типу «до багатьох», і схематично вони відображаються так:

ЛІКАРІ <- >>> ПАЦІЄНТИ <- >>> ВІДВІДУВАННЯ

Зміст наступний: у кожного лікаря (на кожній ділянці) багато пацієнтів; кожен пацієнт відвідує лікаря безліч разів.

У приведеному прикладі показана процедура нормалізації в строгій відповідності з теорією реляційних баз даних. Розуміння змісту цієї процедури дуже корисно для вчителя.

Учитель не дає докладного опису процедури нормалізації, не приводиться строгого визначення трьох нормальних форм. Використовується нетрадиційний термін добре нормалізована база даних. У цьому понятті фактично закладені властивості третьої нормальної форми. Ці властивості сформульовані так: усі поля таблиці повинні відбивати безпосередні характеристики (атрибути) об'єкта, до якого ВІДНОСИТЬСЯ запис. Учням пропонується наступна, у деякому змісті, інтуїтивна методика одержання добре нормалізованої БД. Всю безліч даних потрібно розділити між різними об'єктами, до яких вони відносяться. На прикладі приведеної вище таблиці ПОЛІКЛІНІКА потрібно побачити три різних типи об'єктів, до яких відноситься дана інформація: це пацієнти поліклініки, лікарі і відвідування пацієнтами лікарів. Відповідно будуються три таблиці, що містять атрибути, що відносяться до цих трьох типів об'єктів.

Рекомендації з організації практичної роботи

Практичні завдання поділяються на три типи

1) задачі: теоретичні завдання для закріплення основних понять;

2) вправи: практичні завдання для роботи в середовищі СУБД із метою відпрацьовування окремих навичок;

3) індивідуальні роботи: залікові завдання, що вимагають від учнів комплексного володіння теоретичними знаннями і практичними навичками.

Вправи виконуються на комп'ютері. Вчитель може використовувати матеріал вправ у ході пояснень для демонстрації прийомів роботи з базою даних засобами досліджуваної СУБД. Після такого пояснення варто запропонувати учням колективне виконати іншої вправи того ж типу. Робочий матеріал для вправ (файли з таблицями) учитель повинний підготувати заздалегідь.

Варіанти індивідуальних робіт учитель розподіляє серед учнів за своїм розсудом. Можливий варіант, коли усі роблять те саме завдання. У такому випадку вчителеві легше здійснювати контроль, робити допомогати учням. За результатами виконання роботи кожен учень одержує оцінку.

Підбор практичного матеріалу дозволяє організувати вивчення теми «Бази даних на різних рівнях, використовувати різні СУБД.

Дата добавления: 2014-01-05