Учебная практика ПМ.02 РАЗРАБОТКА И АДМИНИСТРИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ. сама практика. программный интерфейс между пользователями и базой данных субд
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Учебная практика посвящена важнейшей составляющей широко разрабатываемых и используемых информационных систем организационного управления – базам данных (БД), создаваемым и функционирующим на основе систем управления базами данных (СУБД). Учебная практика по дисциплине «Базы данных» предназначена для закрепления теоретических знаний и формирование практических навыков по умению проектировать реляционные базы данных. Проектирование включает в себя описание предметной области выбранного объекта, построение логической модели данных с использованием специализированного CASE-средства ERwin, физическое проектирование и формирование SQL-запросов средствами выбранной СУБД. Главной целью работы является формирование концептуальных представлений об основных принципах построения БД и СУБД, принципах проектирования БД, а также анализ основных технологий реализации БД. Особое внимание уделяется представлению фундаментальных понятий и математических моделей, лежащих в основе баз данных и систем управления базами данных. Цель работы включает усвоение ряда фундаментальных понятий и теоретических основ организации баз данных и систем управления базами данных: • тенденции развития основных понятий представления данных и интегрирования данных; • программный интерфейс между пользователями и базой данных – СУБД; • модели организации работы пользователей с базой данных; • моделирование базы данных (моделирование внешних представлений, концептуальное моделирование, моделирование структур хранения); • особенности реляционного моделирования; • реализация языка запросов к базам данных (SQL). В задачи работы входит закрепление процесса проектирования базы данных, включающего разработку концептуальной модели и ее специфицирование к конкретной модели данных СУБД, и выполнение индивидуального задания. ОПИСАНИЕ ПОНЯТИЯ СУБД Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс программно-языковых средств, позволяющих создать базы данных и управлять данными. Иными словами, СУБД — это набор программ, позволяющий организовывать, контролировать и администрировать базы данных. Большинство сайтов не могут функционировать без базы данных, поэтому СУБД используется практически повсеместно. Основные функции СУБД: управление данными во внешней памяти (на дисках); управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша; журнализация изменений (сохранение истории), резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев; поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными). Каждая СУБД основывается на какой-либо модели данных, это является одним из признаков классификации. По модели данных СУБД бывают: Иерархические. В этой модели данных используется представление БД в виде древовидной структуры, состоящей из данных разных уровней. Сетевые. Данная модель является расширением иерархического подхода. Иерархическая модель подразумевает, что запись-потомок может иметь строго одного предка, в то время как в сетевой структуре потомок может иметь любое количество предков. Реляционные. СУБД, ориентированные на организацию данных как набор связанных записей и атрибутов в двумерной таблице. Объектно-ориентированные. Для управления БД, основанными на объектной модели данных. Как правило, основываются на объектно-ориентированных языках программирования. Объектно-реляционные. Объединяет в себе концепции реляционной модели с дополнительными объектно-ориентированными возможностями. Наиболее популярные СУБД Различные рейтинги самых популярных СУБД возглавляют Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server, PostgreSQL. MySQL Считается одной из самых распространенных СУБД. MySQL — реляционная СУБД с открытым исходным кодом, главными плюсами которой являются ее скорость и гибкость, которая обеспечена поддержкой большого количества различных типов таблиц. Кроме того, это надежная бесплатная система с простым интерфейсом и возможностью синхронизации с другими базами данных. В совокупности эти факторы позволяют использовать MySQL как крупным корпорациям, так и небольшим компаниям. Microsoft SQL Server Как следует из названия, фирменная СУБД, разработанная Microsoft. Оптимальная для использования в операционных системах семейства Windows, однако, может работать и с Linux. Система позволяет синхронизироваться с другими программными продуктами компании Microsoft, а также обеспечивает надежную защиту данных и простой интерфейс, однако отличается высокой стоимостью лицензии и повышенным потреблением ресурсов. В целом, однако, сохраняет свою популярность, в немалой степени из-за того, что продукты корпорации Microsoft используются многими компаниями. PostgreSQL СУБД PostgreSQL — еще одна популярная и бесплатная система. Наибольшее применение нашла для управления БД веб-сайтов и различных сервисов. Она универсальна, то есть подойдет для работы с большинством популярных платформ. При этом PostgreSQL — объектно-реляционная СУБД, что дает ей некоторые преимущества над другими бесплатными СУБД, в большинстве являющимися реляционными. Oracle Первая версия этой объектно-реляционной СУБД появилась в конце 70-х, и с тех пор зарекомендовала себя как надежная, функциональная и практичная. СУБД Oracle постоянно развивается и дорабатывается, упрощая установку и первоначальную настройку и расширяя функционал. Однако существенным минусом данной СУБД является высокая стоимость лицензии, поэтому она используется в основном крупными компаниями и корпорациями, работающими с огромными объемами данных. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ БАЗЫ ДАННЫХ Концептуальное проектирование – сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия: обследование предметной области, изучение ее информационной структуры; выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами; моделирование и интеграция всех представлений. По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели "сущность-связь". Предметная область – часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и, в конечном счете, автоматизации. Предметная область представляется множеством фрагментов, например, предприятие – цехами, дирекцией, бухгалтерией и т.д. Каждый фрагмент предметной области характеризуется множеством объектов и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых различными взглядами на предметную область. В теории проектирования информационных систем предметную область (или, если угодно, весь реальный мир в целом) принято рассматривать в виде трех представлений: представление предметной области в том виде, как она реально существует; как ее воспринимает человек (имеется в виду проектировщик базы данных); как она может быть описана с помощью символов. Внешнее представление (внешняя схема) данных является совокупностью требований к данным со стороны некоторой конкретной функции, выполняемой пользователем. Концептуальная схема является полной совокупностью всех требований к данным, полученной из пользовательских представлений о реальном мире. Внутренняя схема – это сама база данных. Цель этапа концептуального проектирования – создание концептуальной модели данных исходя из представлений пользователей о предметной области. Для ее достижения выполняется ряд последовательных процедур: определение сущностей и их документирование; определение связей между сущностями и их документирование; создание модели предметной области; определение атрибутов и их документирование; определение значений атрибутов и их документирование; определение первичных ключей для сущностей и их документирование. Предметная область конкретной информационной системы рассматривается, прежде всего, как некоторая совокупность реальных объектов, которые представляют интерес для ее пользователей. Объектом называется элемент информационной системы, информацию о котором мы сохраняем. В реляционной теории баз данных объект называется сущностью. Для построения структуры таблицы принято пользоваться моделью сущность-связь (Entity-Relation). Сущности это таблицы, связи – это правила по которым эти таблицы ссылаются друг на друга. Внутри сущности перечисляются ее атрибуты – поля таблицы. Атрибут – это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект характеризуется рядом основных атрибутов. Например, студент характеризуется фамилией, именем, номером и т. д. Каждый атрибут в модели должен иметь уникальное имя – идентификатор. Атрибут при реализации информационной модели на каком-либо носителе информации часто называют элементом данных, полем данных или просто полем. На основе анализа предметной области, описанной в первой части пояснительной записки, разработана логическая модель будущей БД. Исходя из задачи, были выделены следующие сущности: Пациенты; Врачи; Болезни; Диагноз; Концептуальное проектирование начинается с анализа предметной области, включает анализ концептуальных требований и информационных потребностей, выявление информационных объектов и связей между ними, построение концептуальной модели (схемы) данных. Главными элементами концептуальной модели данных являются объекты и отношения. Объекты представляют собой любой конкретный (реальный) объект в рассматриваемой области. Исходя из спецификации требования, определим основные типы сущностей. Сущностью называется некоторая принятая в конкретной постановке задачи абстракция реального мира, процесса или явления, о котором необходимо хранить информацию в системе. В качестве синонима термина «сущность» используется также термин «информационный объект». Объекты в каждый момент времени характеризуются определенным состоянием, которое описывается набором свойств и отношений (или связей) с другими объектами. Характеристика, описывающая какое-либо свойство сущности, которое можно сформулировать и записать, называется атрибутом. Атрибут, который однозначно определяет сущность, называется идентификатором. Сущность - объект любой природы данные, о котором хранятся в отношении (таблице, в которой содержатся данные). Каждый объект предметной области характеризуется некоторым наборов атрибутов, отображающим свойства объекта. Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана об объекте. Примерами атрибутов для объекта «Сотрудники» служат Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, пол и т.д. В рассматриваемой предметной области можно выделить следующие сущности: Сотрудники - содержит информацию о дате рождения, месте проживания, семейном положении, составе семьи сотрудника, трудовой деятельности (стаже работы, дате начала трудовой деятельности) и т.д. Должности - содержит информацию о должностях; Отделы/кафедры содержит информацию об отделах/кафедрах института; Вакансии содержит информацию о вакансиях в отделах/кафедрах; Штатное расписание - содержит информацию о штатном расписании по отделам/кафедрам с указанием количества ставок по должностям. Между сущностями возможны четыре типа связей: один - к одному (1 ↔1), один - ко многим (1↔∞), многие к одному (∞↔1), многие ко многим (∞ ↔ ∞ ) Связь 1 ↔ 1 означает, что в любой момент времени каждому экземпляру первого информационного объекта (ИО) соответствует 1 экземпляр другого ИО Связь 1↔ ∞ означает: одному экземпляру ИО соответствует 1,2, … экземпляров другого и, наоборот, каждому экземпляру второго ИО соответствует 1 экземпляр первого ИО. Аналогично определяется тип связи ∞ ↔ 1. Связь ∞ ↔ ∞ означает, что одному экземпляру первого ИО соответствует 1,2,… экземпляров другого ИО и наоборот. Концептуальная модель применяется для структурирования предметной области с учетом информационных интересов пользователей БД, она не зависит ни от программных, ни от технических ошибок. В результате анализа предметной области выделено пять ИО (Сотрудники, Должности, Отделы/Кафедры, Вакансии, Штатное расписание), их свойства и связи. Определим связи между сущностями.
Таблица 1. Связи между сущностями Задание 1. Ч  тобы создать базу данных в программе Access, нужно зайти в приложение Access, дать имя базе данных и нажать на кнопку «Создать».З  айдя в приложение Access и создав базу данных, откроется интерфейс программы Access. Нужно нажать на таблицу правой кнопкой мыши и выбрать «Конструктор таблиц». Нажав на «Конструктор», программа предложит дать название таблице. Называем таблицу «Контактная информация учащихся» и нажимаем «Ок»  Переходим в режим конструктора таблиц, вводим основные заголовки таблицы, в которые пишем свойства (характеристики) учеников (объектов), а также типы полей таблицы.  Заполняем таблицу данными учеников.  Таким образом, мы получили базу данных «Контактная информация учащихся». Задание 2. Тип данных. Понятие тип данных в реляционной модели полностью эквивалентно соответствующему понятию в алгоритмических языках. Тип данных определяет возможные способы обработки данных и место, необходимое для их хранения. Набор поддерживаемых типов данных определяется СУБД и может сильно различаться в разных системах. Однако существуют типы данных общие для всех СУБД: · целочисленный тип; · вещественный; · строковый; · специализированный тип данных для денежных величин; · специальные типы данных для хранения даты или даты и времени; · типы двоичных объектов (данный тип не имеет аналога в язык программирования; обычно для его обозначения используется аббревиатура BLOB – Binary Large Object). Домен – это множество атомарных значений одного и того же типа. Домены представляют собой пользовательский тип. Атрибут – это характеристика объекта (сущности). Атрибуты имеют имена, через которые к ним производится обращение. Имя атрибута должно быть уникальным внутри отношения. Схема отношения - это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена (или типа, если понятие домена не поддерживается)}. Степень отношения – это число атрибутов отношения. Отношение степени один называют унарным, степени два – бинарным, степени три – тернарным, степени n – n-арным. Схема базы данных (в структурном смысле) - это набор именованных схем отношений с указанием взаимосвязей между ними. Кортеж (схемы отношения) представляет собой множество пар (имя атрибута, значение), которое содержит одно значение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. «Значение» является допустимым значением домена данного атрибута (или типа, если домены не поддерживается). Степень кортежа отношения (число элементов в нем) совпадает со степенью соответствующей схемы отношения. КЛЮЧИ ОТНОШЕНИЯ. Отношение с математической точки зрения является множеством и не может содержать совпадающих элементов, т.е. в любой момент времени никакие два кортежа отношения не могут быть дубликатами друг друга. Таким образом, в отношении должен присутствовать некоторый атрибут (или набор атрибутов), однозначно определяющий каждый кортеж отношения и обеспечивающий уникальность строк таблицы. Такой атрибут (или набор атрибутов) называют первичным ключом отношения. Свойства первичного ключа: · уникальность: в любой момент времени никакие два кортежа отношения не должны иметь одного и того же значения; · минимальность: ни один из атрибутов не может быть исключен из набора атрибутов первичного ключа, без нарушения свойств уникальности. Типы данных Строковый Числовой Домен {М, Ж}       Первичный ключ Атрибуты
Задание 3. Как создавать базы данных в приложении Access описано в Задании 1.  таб. Владельцы  таб. Автомобили  связь ЗАКЛЮЧЕНИЕ Были закреплены теоритические знания и сформировнны практические навыки по умению проэктировать реляционные базы данных (БД). Проэкирование включало в себя описание придметной области выбранного объекта, построения логическиой модели данных с использованием специализированного СASE-средствам Erwin, физическое проектирование и формирование запросов средствами выбранной СУБД в данном случае Access. В процессе выполнения данной практической работы была выполнена цель, состоящая в том, чтоб сформировать концептуальные представления об основных принципах построения БД и СУБД, принципах проектирования БД, а также анализ основных технологий реализации БД. Особое внимание уделялась представлению фундаментальных понятий и математических моделей, лежащих в основе баз данных и систем управления базами данных. В ходе выполнения цели работы был усвоен ряд фундаментальных понятий и теоретических основ организации баз данных и систем управления базами данных: • тенденции развития основных понятий представления данных и интегрирования данных; • программный интерфейс между пользователями и базой данных – СУБД; • модели организации работы пользователей с базой данных; • моделирование базы данных (моделирование внешних представлений, концептуальное моделирование, моделирование структур хранения); • особенности реляционного моделирования; • реализация языка запросов к базам данных (SQL). Также были выполнены задачи по закреплению процесса проектирования базы данных, включающего разработку концептуальной модели и специфицирование к конкретной модели данных СУБД, и выполнения индивидуального задания. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ Нестеров С.А – Базы данных (2018) Агальцов Виктор Петрович – Распределение и удаление базы данных (2021) Новиков Б.А – Основы технологий баз данных (2020) Мартишин С.А. – Проектирование и реализация баз данных в СУБД MySQL (2021) Трофимов В.В – Информационные системы и цифровые технологии (2021) Варфоломеева А.О – Информационные системы предприятия (2019) Жуков Р.А – Базы данных (2019) Голицына О.Л – Базы данных. Учебное пособие (2020) Бондаренко И.С – Базы данных: создание баз данных в среде SQL Server (2019) Лазицкас Е.А – Базы данных и системы управления базами данных (2018) Интернет-ресурсы: http://web.ixit.ru/php/tutorial/part11.shtml http://www.mysql.com/ http://www.polynom-e.ru/modules/courses/item.php?itemid=112 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||