пр №1. !!Практическая работа №1(13.02). Практическая работа 1. Проектирование базы данных Цель практической работы
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ: Цель практической работы Закрепить теоретические знания и практические навыки реализации баз данных (БД). Провести анализ предметной области. Выполнить концептуальное проектирование, выделив сущности и атрибуты БД. Разрабатывать инфологическую модель БД в виде ER-диаграммы. Разработать даталогическую модель БД. I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ БАЗЫ ДАННЫХ Информационная система - система, реализующая автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными и включающая технические средства обработки данных, программное обеспечение и соответствующий персонал. Цель любой информационной системы - обработка данных об объектах реального мира. Основой информационной системы является база данных. В широком смысле слова база данных - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и, в конечном счете, автоматизации, например, предприятие, вуз и т.д. Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро производить выборку с произвольным сочетанием признаков. Большое значение при этом приобретает структурирование данных. В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются централизованно с помощью специального программного инструментария - системы управлении базами данных (СУБД). База данных (БД) - это поименованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Объектом называется элемент предметной области, информацию о котором мы сохраняем. Объект может быть реальным (например, человек, изделие; или населенный пункт) и абстрактным (например, событие, счет покупателя или изучаемый студентами курс). Так, в области продажи автомобилей примерами объектов могут служить МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ, КЛИЕНТ и СЧЕТ. На товарном складе - это ПОСТАВЩИК, ТОВАР, ОТПРАВЛЕНИЕ и т. д. Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица) (рис.1).   Рис.1 Основные структурные элементы БД 1.2. Структурные элементы базы данных Поле - элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации - реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики: имя, например, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения; тип, например, символьный, числовой, денежный; длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным количеством символов; точностьдля числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа, Запись - совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей. Файл (таблица) - совокупность экземпляров записей одной структуры. Описание логической структуры записи файла содержит последовательность расположения полей записи и их основные характеристики, как это показано на рис. 2 и 3.
В структуре записи файла указываются поля, значения которых являются ключами: первичными (ПК) и внешними (ВК). Первичный ключ (ПК) - это одно или несколько полей, однозначно идентифицирующих запись. Если первичный ключ состоит из одного поля, он называется простым, если из нескольких полей - составным ключом. Внешний ключ (ВК) - это одно или несколько полей, которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков. В отличие от первичного, значение внешнего ключа может повторяться в нескольких записях файла, то есть он не является уникальным. Если по значению первичного ключа может быть найден один единственный экземпляр записи, то по внешнему - несколько.
1.3. Реляционная модель Реляционная модель данных является совокупностью взаимосвязанных двумерных таблиц объектов модели. Например, реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе (рис. 6).
Рис. 6. Пример реляционной таблицы Связи между двумя логически связанными таблицами в реляционной модели устанавливаются по равенству значений одинаковых атрибутов этих таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами: каждый элемент таблицы - один элемент данных; все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину; каждый столбец имеет уникальное имя; одинаковые строки в таблице отсутствуют; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным. При описании реляционной модели используют следующие термины: отношение, кортеж, домен. Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям (кортежам), а столбцы полям, атрибутам отношений (доменам). Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ. В примере, на рис.6, ключевым полем таблицы является "№ личного дела". Между двумя реляционными таблицами могут быть сформированы связи. Различные таблицы, могут быть связаны между собой через общее поле данных. На рис. 7 показан пример реляционной модели, построенной на основе отношений: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.  Рис.7. Пример реляционной модели Таблицы со следующими схемами: СТУДЕНТ( Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Группа); СЕССИЯ(Номер, Оценка 1, Оценка 2, Оценка 3, Оценка 4, Результат); СТИПЕНДИЯ( Результат, Процент ) Таблицы СТУДЕНТ И СЕССИЯ имеют совпадающие ключи (Номер), что дает возможность легко организовать связь между ними. Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ Номер и содержит внешний ключ Результат, который обеспечивает ее связь с таблицей СТИПЕНДИЯ. Благодаря имеющимся связям достигаются следующие преимущества: Удается избежать дублирования информации. Все необходимые данные можно хранить только в одной таблице. Так, например, нет необходимости в таблице СЕССИЯ хранить номер группы каждого студента, сдающего экзамены, достаточно задать связь с таблицей СТУДЕНТ. В реляционных базах данных легко производить изменения. Если в таблице СЕССИЯ изменить какие-нибудь значения, то актуальная информация автоматически будет связана с другими таблицами, ссылающимися на первую (например, таблица СТИПЕНДИЯ). ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ 2.1. Анализ и описание предметной области БД Предметной областью называется фрагмент реальности, который описывается или моделируется с помощью БД и ее приложений. В предметной области выделяются информационные объекты – идентифицируемые объекты реального мира, процессы, системы, понятия и т.д., сведения о которых хранятся в БД. Анализ предметной области выполняется в следующем порядке: название предприятия, цель деятельности предприятия, структура предприятия, информационные потребностей пользователей. Для описания ПО следует привести основные решаемые задачи БД. Дать словесное описание процесса функционирования ПО, проанализировать основные хозяйственные операции, которые совершаются в ПО. Привести анализ структуры предприятия, перечислить задачи, решаемые отдельными подразделениями. Анализ предметной области целесообразно разбить па три фазы: анализ концептуальных требований и информационных потребностей; выявление информационных объектов и связей между ними; построение концептуальной модели предметной области и проектирование концептуальной схемы БД. 2.2. Анализ концептуальных требований и информационных потребностей Требования пользователей к разрабатываемой БД представляют собой список запросов с указанием их интенсивности и объемов данных. Эти сведения разработчики БД получают в диалоге с ее будущими пользователями. Здесь же выясняются требования к вводу, обновлению и корректировке информации. Требования пользователей уточняются и дополняются при анализе имеющихся и перспективных задач. Рассмотрим примерный состав опросника при анализе различных предметных областей. Пример. Предлагается разработать БД для учета студентов вуза. Анализ предметной области: 1. Сколько студентов учится в вузе? 2. Сколько факультетов и отделений в вузе? 3. Как распределены студенты по факультетам отделений и курсам? 4. Сколько дисциплин читается на каждом курсе по каждому направлению? 5. Как часто обновляется информация в БД? 6. Сколько преподавателей в вузе? 7. Сколько иногородних студентов живет в общежитии? 8. Сколько лекционных аудиторий и аудиторий для проведения практических занятий, лабораторий? 9. Какая преемственность существует между читаемыми курсами? 10. Как информация, представленная в п.п. 1-9, используется в настоящее время (расписание занятий, экзаменов, зачетов и т.д.) и как ее собираются использовать? 11. Сколько раз в день, сколько человек и кто пользуются БД? 2.3. Выявление информационных объектов и связей между ними Вторая фаза анализа предметной области состоит в выборе информационных объектов, задании необходимых свойств для каждого объекта, выявлении связей между объектами, определении ограничений, накладываемых на информационные объекты, типы связей между ними, характеристики информационных объектов. При выборе информационных объектов уточняются следующие сведения: На какие классы можно разбить данные, подлежащие хранению в БД? Какое имя можно присвоить каждому классу данных? Какие наиболее значимые характеристики (с точки зрения пользователя) каждого класса данных можно выделить? Какие имена можно присвоить выбранным наборам характеристик? Все информационные объекты предметной области связаны между собой. Различаются связи нескольких типов, для которых введены следующие обозначения: Различают четыре типа связи: «один к одному» (1:1); «один ко многим» (1:М); «многие к одному» (М:1) «многие ко многим» (М:М). Пример.Дана совокупность информационных объектов, отражающих учебный процесс в вузе: СТУДЕНТ (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Пол, Дата рождения, Группа) СЕССИЯ (Номер. Оценка 1, Оценка 2, Оценка 3, Оценка 4, Результат) СТИПЕНДИЯ (Результат, Процент) ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (Код преподавателя, Фамилия, Имя, Отчество) Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот. Рис. 8 иллюстрирует указанный тип отношений.  Рис. 8. Графическое изображение реального отношения 1:1 Примером связи 1:1 может служить связь между информационными объектами СТУДЕНТ и СЕССИЯ: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||