Глава I. Теоретическая часть
Введение
Развитие сферы информационных технологий дало толчок к усовершенствованию всех сфер жизнедеятельности общества.
Обширные объёмы информационных потоков, обрабатываемых в любом учреждении, от офиса небольшого предприятия до крупной корпорации, направлены в основном на создание управленческих документов. А управленческие документы, в свою очередь, направлены на принятие управленческих решений, то есть основной функции любого учреждения.
Внедрение автоматизированных информационных систем в деятельность различных учреждений создает возможности для повышения качества документационного обеспечения управления и позволяет повысить производительность и качество управленческого труда.
Развития информационных технологий обусловлены переходом к новым задачам, новым стандартам мышления, новым требованиям к информации. В настоящее время большинство учебных учреждений может позволить себе ведение учета успеваемости учащихся в этих учебных заведениях.
На сегодняшний день большая часть предприятий переходит от бумажного хранения информации к электронному создаются базы даны которые позволяют автоматизировать работу и ускорить поиск нужной информации.
В исследовательской работе предложен пример реализации электронного журнала классного руководителя, который позволит автоматизировать работу по учету учеников и избавить от «бумажной работ».
Целью данного проекта является практическая реализация журнала классного руководителя в виде сформированной базы данных без клиент-серверного приложения.
Цели исследовательского проэкта:
- изучить предметную область;
- выделить круг задач, которые должны решаться при дальнейшей реализации программного средства;
- реализовать программный проект;
- провести тестирование, отладку и внедрение данного проекта.
В данной работе будет создана база данных по учету учеников 9-А класса . Созданное программное средство позволит автоматизировать работу классного руководителя т.е. вся информация которая до этого хранилась в различных журналах и книгах будет структурирована и расположена в базе данных в различных таблицах которые будут соединены между собой. Это позволит уменьшить время на поиск нужной информации, а так же увеличит степень защиты информации.
Постановка задачи:
Преподавателем была поставлена задача, создать ИО целью, которого является администрирование учебного журнала классного руководителя.
Возникла необходимость создать базу данных «Журнал классного руководителя». Она позволит вести учет данных о ученике, хранить сведения о деятельности учащегося и всего класса в целом.
База данных должна реагировать на действия пользователя: выдавать сведения по запросам классного руководителя, предоставлять отчеты о проделанной работе.
Глава I. Теоретическая часть
1.1 Основные понятия БД
Развития вычислительной техники осуществлялось по двум основным направлениям:
* Применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов;
* Использование средств вычислительной техники в информационных системах.
Информационная система - это совокупность программно-аппаратных средств, способов и людей, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и выдачу информации для решения поставленных задач. На ранних стадиях использования информационных систем применялась файловая модель обработки. В дальнейшем в информационных системах стали применяться базы данных. Базы данных являются современной формой организации, хранения и доступа к информации. Примерами крупных информационных систем являются банковские системы, системы заказов железнодорожных билетов и т.д.
База данных - это интегрированная совокупность структурированных и взаимосвязанных данных, организованная по определенным правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Обычно база данных создается для предметной области.
Предметная область - это часть реального мира, подлежащего изучению с целью создания базы данных для автоматизации процесса управления.
Наборы принципов, определяющих организацию логической структуры хранения данных в базе, называются моделями данных.
Существуют 4 основные модели данных - списки (плоские таблицы), реляционные базы данных, иерархические и сетевые структуры.
На протяжении многих лет использовались преимущественно плоские таблицы (плоские БД) типа списков в Excel. В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД получили реляционные модели данных. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц - отношений (англ. Relation), т.е. простейшая двумерная таблица определяется как отношение (множество однотипных записей объединенных одной темой).
От срока relation (отношение) происходит название реляционная модель данных. В реляционных БД используется несколько двумерных таблиц, в которых строки называются записями, а столбцы полями, между записями которых устанавливаются связи. Этот способ организации данных позволяет данные (записи) в одной таблице связывать с данными (записями) в других таблицах через уникальные идентификаторы (ключи) или ключевые поля.
Основные понятия реляционных БД: нормализация, связи и ключи.
Принципы нормализации:
* В каждой таблице БД не должно быть повторяющихся полей;
* В каждой таблице должен быть уникальный идентификатор (первичный ключ);
Каждому значению первичного ключа должна соответствовать достаточная информация о типе сущности или об объекте таблицы (например, информация об успешности, о группе или студентов);
* Изменение значений поля таблицы не должно влиять на информацию в других полях (кроме изменений в полях ключа).
Виды логической связи.
Связь устанавливается между двумя общими полями (столбцами) двух таблиц. Существуют связи с отношением "один к одному", "один-ко-многим" и "многие-ко-многим".
Отношения, которые могут существовать между записями двух таблиц:
* Друг к другу, каждой записи из одной таблицы соответствует одна запись в другой таблице;
* Один - к - многим, каждой записи из одной таблицы соответствует несколько записей другой таблице;
* Много - одном, множества записей из одной таблице соответствует одна запись в другой таблице;
* Много - до - многим, множества записей из одной таблицы соответствует несколько записей в другой таблице.
Тип отношения в создаваемой связи зависит от способа определения связываются полей:
* Отношение "один-к-многим" создается в том случае, когда одно из полей является полем первичного ключа или уникального индекса.
* Отношение "один к одному" создается в том случае, когда оба связываются поля являются ключевыми или имеют уникальные индексы.
* Отношение "многие-ко-многим" фактически является двумя отношениями "один-ко-многим" с третьей таблицей, первичный ключ которой состоит из полей ключа двух других таблиц.
Ключи.
Ключ - это столбик (может быть несколько столбцов), которая прилагается к таблице и позволяет установить связь с записями в другой таблице. Существуют ключи двух типов: первичные и вторичные или внешние.
Первичный ключ - это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.
Внешний (вторичный) ключ - это одно или несколько полей (столбцов таблицы, содержащие ссылки на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц.
Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в виде отчете или запросе.
Существует три типа первичных ключей:
• ключевые поля счетчика (счетчик);
• простой ключ;
• составной ключ.
Поле счетчика (Тип данных "Счетчик").
Тип поля данных в базе данных, в котором для каждой добавляемой в таблицу записи в поле автоматически заносится уникальное числовое значение.
Простой ключ
Если поле содержит уникальные значения, такие как коды или инвентарные номера, то это поле можно определить как первичный ключ. В качестве ключа можно определить любое поле, содержащее данные, если это поле не содержит повторяющиеся значения или значения Null.
Составной ключ.
В случаях, когда невозможно гарантировать уникальность значений каждого поля, существует возможность создать ключ, состоящий из нескольких полей. Чаще всего такая ситуация возникает для таблицы, используемой для связывания двух таблиц много - до - многим.
Необходимо еще раз отметить, что в поле первичного ключа должно быть только уникальные значения в каждой строке таблицы, т.е. совпадение не допускается, а в поле вторичного или ключа совпадение значений в строках таблицы допускается.
Если возникают трудности с выбором подходящего типа первичного ключа, то в качестве ключа целесообразно выбрать поле счетчика.
Программы, которые предназначены для структурирования информации, размещения ее в таблицах и манипулирования данными называются системами управления базами данных (СУБД). Иными словами СУБД предназначены как для создания и ведения базы данных, так и для доступа к данным. В настоящее время насчитывается более 50 типов СУБД для персональных компьютеров. К наиболее распространенных типов СУБД относятся: MS SQL Server, Oracle, Informix, Sybase, DB2, MS Access и т. Д.
Создание БД начинается с проектирования.
Этапы проектирования БД:
* Исследование предметной области;
* Анализ данных (сущностей их атрибутов);
* Определение отношений между сущностями и определение первичных и вторичных (внешних) ключей.
В процессе проектирования определяется структура реляционной БД (состав таблиц, их структура и логические связи). Структура таблицы определяется составом столбцов, типом данных и размеров столбцов, ключами таблицы.
С базовыми понятиями модели БД "сущность - связь" относятся: сущности, связи между ними и их атрибуты (свойства).
Сущность - любой конкретный или абстрактный объект в данной предметной области.
Сути - это базовые типы информации, которые хранятся в БД (в реляционной БД каждой сущности назначается таблица). К сущности могут относиться: студенты, клиенты, подразделения и т.д. Экземпляр сущности и тип сущности - это разные понятия. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов или событий, которые выступают как целое (например, студент, клиент и т.д.). Экземпляр сущности относится, например, к конкретной личности в наборе. Типом сущности может быть студент, а экземпляром - Петров, Сидоров и т. Д.
Атрибут - это свойство сущности в предметной области. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности. Например, для сути студент могут быть использованы следующие атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата и место рождения, паспортные данные и т.д. В реляционной БД атрибуты хранятся в полях таблиц.
Связь - взаимосвязь между сущностями в предметной области. Связи представляют собой соединения между частями БД (в реляционной БД - это соединение между записями таблиц).
Сущности - это данные, которые классифицируются по типу, а связи показывают, как эти типы данных соотносятся друг с другом. Если описать некоторую предметную область в терминах сущности - связь, то получим модель сущность - связь для этой.
1.2 Функциональные возможности СУБД
К основным функциям СУБД относятся:
¨ Ведение системного каталога, доступного конечным пользователям
Системный каталог, или словарь данных, является хранилищем информации, описывающей данные в базе данных (по сути, это "данные о данных", или метаданные). Обычно в системном каталоге хранятся следующие сведения:
• имена, типы и размеры элементов данных;
• имена связей;
• накладываемые на данные ограничения поддержки целостности;
• имена санкционированных пользователей, которым предоставлено праводоступа к данным;
• внешняя, концептуальная и внутренняя схемы и отображения между ними;
• статистические данные, например частота транзакций и счетчики обращений к объектам базы данных.
Наличие системного каталога позволяет:
• централизовано хранить информацию о данных, что обеспечивает контроль доступа к этим данным и любому другому ресурсу;
• легко обнаружить избыточность и противоречивость описания отдельных элементов данных;
• протоколировать внесение в базу данных изменений и определить их последствия еще до их внесения, поскольку в системном каталоге зафиксированы все существующие элементы данных, установленные между ними связи, а также все их пользователи;
• усилить меры обеспечения безопасности;
• выполнять аудит сохраняемой информации.
¨ Поддержка транзакций.. Транзакция представляет собой набор действий, выполняемых отдельным пользователем или прикладной программой с целью доступа или изменения содержимого базы данных. Примерами транзакций может служить добавление в базу данных сведений о новом сотруднике, обновление сведений о зарплате некоторого сотрудника, удаление сведений о сотруднике. Если во время выполнения транзакции произойдет сбой, например из-за выхода из строя компьютера, база данных попадает в противоречивое состояние, поскольку некоторые изменения уже будут внесены, а остальные еще нет. Поэтому все частичные изменения должны быть отменены для возвращения базы данных в прежнее, непротиворечивое состояние. СУБД должна иметь механизм, который гарантирует выполнение либо всех операций обновления данной транзакции, либо ни одной из них.
¨ Поддержка параллельной работы. СУБД должна иметь механизм, который гарантирует корректное обновление базы данных при параллельном выполнении операций обновления многими пользователями. Параллельный доступ сравнительно просто организовать, если все пользователи выполняют только чтение данных, поскольку в этом случае они не могут помешать друг другу. Однако, когда два или больше пользователей одновременно получают доступ к базе данных, легко может возникнуть конфликт с нежелательными последствиями.
¨ Восстановление базы данных после сбоев. СУБД должна предоставлять средства восстановления базы данных на случай какого-либо ее повреждения или разрушения. Подобный сбой может произойти в результате выхода из строя системы или запоминающего устройства, ошибки аппаратного или программного обеспечения, которые могут привести к останову СУБД . Кроме того, пользователь может обнаружить ошибку во время выполнения транзакции и потребовать ее отмены. Во всех этих случаях СУБД должна предоставить механизм восстановления базы данных и возврата ее к непротиворечивому состоянию.
Для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией, т.е. поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.
Журнал - это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью (иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД.
¨ Контроль доступа к данным. СУБД должна иметь механизм, гарантирующий возможность доступа к базе данных только санкционированных пользователей.
¨ Поддержка обмена данными. СУБД в должны поддерживать работу в локальной сети, чтобы вместо нескольких разрозненных баз данных для каждого отдельного пользователя можно было бы установить одну централизованную базу данных и использовать ее как общий ресурс для всех существующих пользователей. При этом предполагается, что не база данных должна быть распределена в сети, а удаленные пользователи должны иметь возможность доступа к централизованной базе данных. Такая топология называется распределенной обработкой.
¨ Поддержка целостности данных. Целостность базы данных означает корректность и непротиворечивость хранимых данных. Она может рассматриваться как еще один тип защиты базы данных. Целостность обычно выражается в виде ограничений или правил сохранения непротиворечивости данных, которые не должны нарушаться в базе. СУБД должна обладать инструментами контроля за тем, чтобы данные и их изменения соответствовали заданным правилам.
¨ Поддержка независимости от данных. Независимость от данных обычно достигается за счет реализации механизма поддержки представлений или подсхем. Физическая независимость от данных достигается довольно просто, так как обычно имеется несколько типов допустимых изменений физических характеристик базы данных, которые никак не влияют на представления. СУБД должна обладать инструментами поддержки независимости программ от фактической структуры базы данных.
Вспомогательные функции. СУБД должна предоставлять некоторый набор различных вспомогательных функций, обычно предназначенных для администрирования базы данных, импорта и экспорта БД, мониторинга характеристик функционирования и использования базы данных, статистического анализа (оценка производительности или степени использования базы данных), реорганизации индексов, перераспределения памяти.
На заре технологии БД было легко установить границу между СУБД и приложением: приложения были отдельными программами, которые вызывали СУБД . Сегодня, в особенности с появлением СУБД для ПК эта граница стала несколько размытой. Поэтому будем считать, что все формы, отчеты, меню, как и программный код, содержащийся в них, входят в приложение БД. Автономные программы, вызывающие СУБД , также являются частью приложения. Все структуры, правила и ограничения, касающиеся таблицы, а также определения связей относятся к ведению СУБД и входят в состав БД.
Приложения выполняют пять основных функций: 1. Создание, чтение, обновление и удаление представлений. 2. Форматирование представлений. 3. Реализация ограничений. 4. Обеспечение механизмов безопасности и контроля. 5. Реализация логики обработки информации.
Производительность СУБД оценивается:
• временем выполнения запросов;
• скоростью поиска информации в неиндексированных полях;
• временем выполнения операций импортирования базы данных из других форматов;
• скоростью создания индексов и выполнения таких массовых операций, как обновление, вставка, удаление данных;
• максимальным числом параллельных обращений к данным в многопользовательском режиме;
• временем генерации отчета.
На производительность СУБД оказывают влияние два фактора:
• СУБД , которые следят за соблюдением целостности данных, несут дополнительную нагрузку, которую не испытывают другие программы;
• производительность собственных прикладных программ сильно зависит от правильного проектирования и построения базы данных.
Самые быстрые программные изделия отнюдь не обладают самыми развитыми функциональными возможностями на уровне процессора СУБД .