Базы даных

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Иркутский государственный технический университет

Кафедра «Мировая экономика»

КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА

По дисциплине «Информационные системы в экономике»

На тему: «Базы данных»

     Выполнила:

                                                                                                                              Проверил:________________

                                                                                                                     _________________________

Иркутск 2010 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..3

Глава 1. Базы данных……………………………………………………………….4

1.1. Классификация баз данных……………………………………………..5

1.2. Структурные элементы базы данных…………………………………...6

1.3. Виды моделей данных…………………………………………………...7

1.4. Понятие информационного объекта……………………………………9

1.5. Нормализация отношений………………………………………………9

1.6. Типы связей……………………………………………………………..11

Глава 2. Практическая часть………………………………………………………13

Заключение…………………………………………………………………………17

Список использованных источников……………………………………………..18

Введение

Современная жизнь немыслима без эффективного управления. Важной категорией являются системы обработки информации, от которых во многом зависит эффективность работы любого предприятия ли учреждения. Такая система должна:

-обеспечивать получение общих и/или детализированных отчетов по итогам работы;

-позволять легко определять тенденции изменения важнейших показателей;

-обеспечивать получение информации, критической по времени, без существенных задержек;

-выполнять точный и полный анализ данных.

Современные СУБД в основном являются приложениями Windows, так как данная среда позволяет более полно использовать возможности персональной ЭВМ, нежели среда DOS.

Среди наиболее ярких представителей систем управления базами данных можно отметить: Lotus Approach, Microsoft Access, Borland dBase, Borland Paradox, Microsoft Visual FoxPro, Microsoft Visual Basic, а также баз данных Microsoft SQL Server и Oracle, используемые в приложениях, построенных по технологии «клиент-сервер». Общепринятыми, также, являются технологи, позволяющие использовать возможности других приложений, например, текстовых процессоров, пакетов построения графиков и т.п., и встроенные версии языков высокого уровня (чаще – диалекты SQL и/или VBA) и средства визуального программирования интерфейсов разрабатываемых приложений.

Современный подход к управлению базами данных подразумевает также широкое использование технологии «клиент-сервер».

Таким образом, на сегодняшний день разработчик не связан рамками какого-либо конкретного пакета, а в зависимости от поставленной задачи может использовать самые разные приложения.

Глава 1. Базы данных

Цель любой информационной системы - обработка данных об объектах реального мира. 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 извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сде­лать это возможно, только если данные структурированы.

Структурирование - это введение соглашений о способах представления данных.

Неструктурированными называют данные, записанные, например, в текстовом файле.

Пользователями базы данных могут быть различные прикладные программы, про­граммные комплексы, а также специалисты предметной области, выступающие в роли по­требителей или источников данных, называемые конечными пользователями.

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 управления базами данных.

База данных (БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области.

Система управления базами данных (СУБД) - это комплекс программ­ных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержа­ния их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Централизованный характер управления данными в базе данных

предполагает необходимость существования некоторого лица (группы лиц), на которое возлагаются функции ад­министрирования данными, хранимыми в базе.

1.1. Классификация баз данных

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования баз данных часто приме­няют в локальных сетях ПК.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекаю­щихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычисли­тельной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

- файл-сервер;

- клиент-сервер.

Файл-сервер. Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер, файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает. Пользователи могут создавать также на рабочих станци­ях локальные БД, которые используются ими монопольно.

Клиент-сервер. В этой концепции подразумевается, что помимо хранения централи­зованной базы данных центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать вы­полнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SOL.

1.2. Структурные элементы базы данных

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица).

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, календарный;

-длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным ко­личеством символов;

-точность для 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.

В структуре записи файла указываются поля, значения которых являются ключами первичными (ПК), которые идентифицируют экземпляр записи, и вторичными (ВК), которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков (по значению вторичного ключа можно найти несколько записей).

1.3. Виды моделей данных

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования дан­ными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных — совокупность структур данных и операций их обработки.

СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной моде­ли, на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве.

Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево).

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную ника­кой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчи­ненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Сетевая модель данных

В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Реляционная модель данных

Понятие реляционный (англ. relation - отношение) связано с разработками известного аме­риканского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных 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.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы - атрибутам отношений, доменам, полям.

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.

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

1.4. Понятие информационного объекта

Информационный объект - это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Такими сущностями для информационных объектов могут служить: цех, склад, материал, вуз, студент, сдача экзаменов и т.д.

Информационный объект определенного реквизитного состава и структуры образует класс (тип), которому присваивается уникальное имя (символьное обозначение), например Студент, Сессия, Стипендия.

Информационный объект имеет множество реализации - экземпляров, каждый из ко­торых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и идентифицируется значением ключа (простого - один реквизит или составного - несколько реквизитов). Ос­тальные реквизиты информационного объекта являются описательными. При этом одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть ключевыми, а в других - описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.

1.5. Нормализация отношений

Понятие нормализации отношений

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информацион­ных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определенный набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, мо­дификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

Нормализация отношений - формальный аппарат ограничений на фор­мирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирова­ние, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.

Выделены три нормальные формы отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.

Первая нормальная форма

Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (далее неделимы). Преобразование отношения к первой нор­мальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.

Например, отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) на­водится в первой нормальной форме.

Вторая нормальная форма

Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким понятиям, как функциональная зависимость и полная функциональная зависимость.

Описательные реквизиты информационного объекта логически связаны с общим для них ключом, эта связь носит характер функциональной зависимости реквизитов.

Функциональная зависимость реквизитов — зависимость, при которой экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

Такое определение функциональной зависимости позволяет при анализе всех взаимосвязей реквизитов предметной области выделить самостоятельные информационные объекты.

В случае составного ключа вводится понятие функционально полной

зависимости.

Функционально полная зависимость не ключевых атрибутов заключается в том, что каждый не ключевой атрибут функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Отношение будет находиться во второй нормальной форме, если оно находится в пер­вой нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.

Третья нормальная форма

Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии нетранзитивной зави­симости.

Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный рекви­зит зависит от первого описательного реквизита.

Отношение будет находиться в третьей нормальной форме, если оно находится во вто­рой нормальной форме, и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первично­го ключа.

Для устранения транзитивной зависимости описательных реквизитов необходимо про­вести «расщепление» исходного информационного объекта. В результате расщепления часть реквизитов удаляется из исходного информационного объекта и включается в состав других (возможно, вновь созданных) информационных объектов.

1.6. Типы связей

Все информационные объекты предметной области связаны между собой. Различаются связи нескольких типов, для которых введены следующие обозначения:

-один к одному (1:1);

-один ко многим (1 : М);

-многие ко многим (М : М).

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.

При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А. Графически данное соответствие имеет вид.

Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот.

Глава 2. Практическая часть

В данном проекте поставлена задача создания информационной системы автомобильного предприятия города.

Автомобильное предприятие города занимается организацией пассажирских и грузовых перевозок внутри города. В ведении предприятия находится автотранспорт различного назначения: автобусы, такси, маршрутные такси, прочий легковой транспорт, грузовой транспорт, транспорт вспомогательного характера, представленный различными марками. Каждая из перечисленных категорий транспорта имеет характеристики, свойственные только этой категории: например, к характеристикам только грузового транспорта относится грузоподъемность, пассажирский транспорт характеризуется вместимостью и т.д.

Предприятие имеет штат водителей, закрепленных за автомобилями (за одним автомобилем может быть закреплено более одного водителя). Обслуживающий персонал (техники, сварщики, слесари, сборщики и др.) занимается техническим обслуживанием автомобильной техники, при этом различные вышеперечисленные категории также могут иметь уникальные для данной категории атрибуты. Обслуживающий персонал и водители объединяется в бригады, которыми руководят бригадиры, далее следуют мастера, затем начальники участков и цехов. В ведении предприятия находятся объекты гаражного хозяйства (цеха, гаражи, боксы и пр.), где содержится и ремонтируется автомобильная техника.

Пассажирский автотранспорт (автобусы, маршрутные такси) перевозит пассажиров по определенным маршрутам, за каждым из них закреплены отдельные единицы автотранспорта. Ведется учет числа перевозимых пассажиров, на основании чего производится перераспределением транспорта с одного маршрута на другой. Учитывается также пробег, число ремонтов и затраты на ремонт по всему автотранспорту, объем грузоперевозок для грузового транспорта, интенсивность использования транспорта вспомогательного назначения. Учитывается интенсивность работы бригад по ремонту (число ремонтов, объем выполненных работ), число замененных и отремонтированных узлов и агрегатов (двигателей, КП, мосты, шасси и т.д.) по каждой автомашине, и суммарно по участку, цеху, предприятию.

В процессе работы предприятия, с одной стороны транспорт стареет, что  приводит к его списанию, продаже; а с другой стороны предприятие производит покупку новых автомобилей, как пополняя их наличие, так и заменяя на устаревший.

Построение инфологической модели данных

Для построения инфологической модели данных определим сущности их связи и атрибуты.

Определим сущности:

-Автомобили, наводящиеся в ведении предприятия;

-Сотрудники (управляющий и обслуживающий составы);

-Гаражное хозяйство;

Дополнительные данные.

Опишем атрибуты сущностей для каждой в отдельности:

Автомобили обладают следующими атрибутами:

- государственный номер;

- марка;

- вид (грузовой, легковой и т.п.)

Сотрудники:

- ФИО;

- профессия (водитель, сварщик, сборщик и т.п.);

- принадлежность (т.е. в каком гараже или отделе работает);

- закрепление (применительно к водителям, за каким автомобилем закреплен).

Гаражное хозяйство:

- вид транспорта (т.е. транспорт какой категории располагается в  данном гараже);

- бригадиры;

- перечень сотрудников.

Дополнительные данные:

- информация о списанной и полученной технике;

- информация о ремонтах;

- информация о распределении транспорта (по маршрутам и т.д.);

- информация о грузоперевозках.

Построим инфологическую модель по определенным сущностям (рис.1):

Рис.1 Инфологическая модель данных.

Построение датологической модели данных

Для построения датологической модели данных рассмотрим связь между атрибутами сущностей и построим эту модель. Данная модель представлена ни рис.2.

Рис.2 Датологическая модель данных

Заключение

На сегодняшний день реляционные базы данных остаются самыми распространенными, благодаря своей простоте и наглядности как в процессе создания так и на пользовательском уровне.

Основным достоинством реляционных баз данных совместимость с самым популярным языком запросов  SQL. С помощью единственного запроса на  этом языке можно соединить несколько таблиц во временную таблицу и вырезать из нее требуемые строки и столбцы (селекция и проекция).  Так как табличная структура реляционной базы данных интуитивно понятна пользователям, то и язык SQL является простым и легким для изучения. Реляционная модель имеет солидный теоретический фундамент, на котором были основаны эволюция и реализация реляционных баз данных. На волне популярности, вызванной успехом реляционной модели, SQL стал основным языком для реляционных баз данных.

В процессе анализа вышеизложенной информации выявлены следующие недостатки рассмотренной модели баз данных:

-так как все поля одной таблицы должны содержать постоянное число полей заранее определенных типов, приходится создавать дополнительные таблицы, учитывающие индивидуальные особенности элементов, при помощи внешних ключей. Такой подход сильно усложняет создание сколько-нибудь сложных взаимосвязей в базе данных;

-высокая трудоемкость манипулирования информацией и изменения связей.

Список использованных источников:

1.            Богумирский Б. Эффективная работа на IBM PC в среде Windows XP – СПб.: «Питер», 2007.

2.            Горев А., Макашарипов С., Эффективная работа с СУБД: - СПб, «Питер», 2007.

3.      Информатика. Базовый курс /Симонович С.В. и др. - СПб:   Издательство «Питер», 2007. – 640с.

4.            Кириллов В.В. Основы проектирования реляционных баз данных. Учебное пособие. - СПб.: ИТМО, 2004.

5.            Потапкин А.В. Основы Visual Basic для пакета Microsoft Office: - М.: «Эком», 2005.

2