База данных для работника деканата очного отделения

Оглавление 

Введение

В настоящее время практически во всех организациях используются компьютеры для хранения и обработки служебной информации. Эта информация содержится в так называемых базах данных. Базы данных играют особую роль в современном мире. Умение работать с базами данных является одним из важнейших навыков в работе с компьютером, а специалисты этой области всегда окажутся востребованными.

Центральные идеи современной информационной технологии основываются на концепции, согласно которой данные должны быть сформированы в базы данных с целью  отображения меняющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей. Эти базы данных образовываются и функционируют под управлением специальных программных комплексов (совокупностей языков программирования и программных средств), называемых системами управления базами данных (СУБД). Сама база данных – это хранилище для большого количества систематизированных данных, с которыми можно производить определённые действия: добавления, удаления, изменения, копирования, упорядочивание. 

Увеличение объема хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем привели к широкому распространению наиболее удобных и сравнительно простых для понимания реляционных (табличных) СУБД. Для обеспечения одновременного доступа к данным множества пользователей, нередко расположенных достаточно далеко друг от друга и от места хранения баз данных, созданы сетевые мультипользовательские версии баз данных основанных на реляционной структуре. В них тем или иным путем решаются специфические проблемы параллельных процессов, целостности (правильности) и безопасности данных, а также санкционирования доступа.

За последние время наблюдается тенденция к усложнению структур данных. Простые виды информации, представимой в форме чисел и текстовых строк, не утратив своей значимости, дополняются сегодня многочисленными мультимедийными документами, графическими образами, хронологическими рядами, процедурными, или активными, данными и мириадами прочих сложных информационных форм. В связи с этим появилась целая плеяда весьма изощренных СУБД, поддерживающих новые коллекции данных и способных реализовать преимущества современных аппаратных средств.

Необходимость изучения свойств существующих  и разработки новых баз данных обосновывает актуальность данного курсового проекта.

Целью данного курсового проекта является создание базы данных для работника деканата очного отделения.

Для достижения поставленой цели, решены следующие задачи:

1. Рассмотреть теоретические аспекты баз данных и СУБД.
2. Изучить СУБД Microsoft Access (MS Access).
3. Разработать базу данных для работника деканата очного отделения средствами СУБД MS Access.
4. Составить руководство по работе с разработанной базой данных.

Предметной областью данного курсового проекта является процесс учета и обработки входной и выходной информации деканата очного отделения.

Объект проектирования – деканат очного отделения.

1 Базы данных и системы  управления базами данных

1.1 Понятие базы данных  и системы управления базами  данных

Файловые системы используются для хранения слабо структурированных данных или в тех случаях, когда детализацию их логической структуры целесообразно оставить исполнительной программе. Для информационных систем такой подход в организации хранения данных не является оптимальным по следующим причина:

• информационные системы ориентированы, главным образом, на хранение и модификацию постоянно существующих данных, а не единожды или временно используемых;
• структура данных информационных систем, как правило, сложна по своей природе и задача обеспечения к ним оперативного доступа требует более развитых средств их структуризации при хранении;
• хотя структуры данных в разных информационных системах различны, между ними часто бывает много общего;
• в информационных системах характерно использование одних и тех же данных различными прикладными программами;
• для информационных систем характерным также является достаточно частое изменение состава и модернизация отдельных прикладных программ при практически не изменяющейся структуре данных.

Таким образом, для информационных систем целесообразна организация хранения хорошо структурированных данных, доступных различным прикладным программам. Этим средством хранения являются базы данных.

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

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

Банк данных – место хранение данных, с помощью которого осуществляется пользование единой базой данной и организация управления базами данных.

В современной технологии баз данных предполагается, что их создание, поддержка и обеспечение доступа пользователей осуществляются централизованно с помощью специального программного инструментария — систем управления базами данных.

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

1.2 Функции СУБД

К основным функциям СУБД принято относить следующие:

• управление данными во внешней памяти;
• управление буферами оперативной памяти;
• управление транзакциями;
• журнализация и восстановление баз данных (БД) после сбоев;
• поддержка языков БД.

Управление данными во внешней памяти включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в базу данных, так и для служебных целей, например, для ускорения доступа к данным.

Управление буферами оперативной памяти. СУБД, как правило, работают с БД большого объема. По крайней мере, объем базы данных существенно превышает объем оперативной памяти. Так что, если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом даже если операционная система производит общесистемную буферизацию, этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает большей информацией о полезности буферизации той или иной части БД. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной их замены.

Управление транзакциями. Транзакция – это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Транзакция либо успешно выполняется, и СУБД фиксирует произведенные изменения данных во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД, поэтому поддержание механизма транзакций является обязательным условием как однопользовательских, так и многопользовательских СУБД.

Журнализация и восстановление БД после сбоя. Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее целостное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера, например, аварийное выключение питания, и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. В любом из описанных случаев для восстановления БД нужно располагать некоторой избыточной информацией. Наиболее распространенным методом формирования и поддержания избыточной информации является ведение журнала изменений БД.

Журнал – это специальная служебная часть БД, недоступная пользователям, в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД. В виду особой важности этой информации для восстановления целостности базы данных после сбоев, важно обеспечить сверхнадежное её хранение. В некоторых СУБД поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках. В разных СУБД изменения БД фиксируются на разных уровнях: иногда запись в журнале соответствует некоторой логической операции изменения БД, например, удаление строки из таблицы реляционной БД, иногда - минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти, а иногда одновременно используются оба подхода. Во всех случаях придерживаются стратегии упреждающей записи в журнал. То есть, запись об изменении любого объекта БД должна попасть во внешнюю память журнала раньше, чем измененный объект попадет во внешнюю память основной части БД. Если в СУБД корректно соблюдается это условие, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления БД после любого сбоя.

При мягком сбое во внешней памяти основной части БД могут находиться объекты, модифицированные транзакциями, не закончившимися к моменту сбоя, и могут отсутствовать объекты, модифицированные транзакциями, которые к моменту сбоя успешно завершились из-за использования буферов оперативной памяти, содержимое которых в этой ситуации пропадает. При соблюдении стратегии упреждающей записи, во внешней памяти журнала должна находиться информация, относящаяся к операциям модификации обоих видов объектов. Целью процесса восстановления после мягкого сбоя является состояние внешней памяти основной части БД, которое возникло бы при фиксации во внешней памяти изменений всех завершившихся транзакций и которое не содержало бы никаких следов незаконченных транзакций. Для того чтобы этого добиться, сначала производят откат незавершенных транзакций, а потом повторно воспроизводят те операции завершенных транзакций, результаты которых не отображены во внешней памяти.

Для восстановления БД после жесткого сбоя используют журнал и архивную копию БД. Архивная копия является полной копией БД к моменту начала заполнения журнала. Восстановление БД состоит в том, что, исходя из архивной копии, по журналу воспроизводится работа всех транзакций, которые закончились к моменту сбоя.

Поддержка языков БД. Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка - язык определения схемы БД (SDL – Schema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML – Data Manipulation Language). SDL служил, главным образом, для определения логической структуры БД, какой она представляется пользователям. DML содержал набор операторов манипулирования данными, позволяющих вводить, удалять, модифицировать и выбирать данные. В современных СУБД, обычно, поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

Язык SQL содержит специальные средства определения ограничений целостности БД. Ограничения целостности хранятся в специальных таблицах-каталогах. Обеспечение контроля целостности производится на языковом уровне. При компиляции операторов модификации БД, компилятор SQL, на основании имеющихся ограничений целостности, генерирует соответствующий программный код.

Специальные операторы языка SQL позволяют определять так называемые представления БД, фактически являющиеся хранимыми запросами. Для пользователя представление является такой же таблицей, как любая базовая таблица, хранимая в БД, но с его помощью можно ограничить или расширить видимость БД для конкретного пользователя. Поддержание представлений производится также на языковом уровне.

Наконец, авторизация доступа к объектам БД производится на основе специального набора операторов SQL. Идея состоит в том, что для выполнения операторов SQL разного вида пользователь должен обладать различными полномочиями. Пользователь, создавший таблицу БД, обладает полным набором полномочий для работы с этой таблицей. В число таких полномочий входит право на передачу всех или части полномочий другим пользователям, включая полномочие на передачу полномочий. Полномочия пользователей описываются в специальных таблицах-каталогах, а контроль полномочий поддерживается на языковом уровне.

В типовой структуре современной реляционной СУБД логически можно выделить ядро СУБД, компилятор языка БД, подсистему поддержки времени выполнения и набор утилит.

Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Ядро обладает собственным интерфейсом, недоступным пользователям, и является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры «клиент-сервер» ядро является основной составляющей серверной части системы.

Основной функцией компилятора языка БД является преобразование операторов языка БД в выполняемую программу. Основной проблемой реляционных СУБД является то, что языки этих систем  являются непроцедурными, то есть в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурой, а лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия. Поэтому компилятор должен решить, каким образом выполнять оператор языка прежде, чем произвести программу. Применяются достаточно сложные методы оптимизации операторов. Выполняемая программа представляется в машинных кодах или в выполняемом внутреннем машинно-независимом коде. В последнем случае реальное выполнение оператора производится с привлечением подсистемы поддержки времени выполнения, представляющей собой интерпретатор этого внутреннего языка.

В отдельные утилиты обычно выделяют такие процедуры, которые слишком сложно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности и другие. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД.

К функциям СУБД также относятся:

• определение структуры БД, инициализация БД и начальная загрузка данных;
• управление ресурсами среды хранения;
• обеспечение логической независимости, то есть предоставление определенной свободы логического представления БД без необходимости соответствующей модификации физического представления;
• обеспечение физической независимости данных путем предоставления свободы организации БД в среде хранения, не вызывая изменений в логическом представлении;
• поддержка логической целостности БД;
• обеспечение физической целостности БД, то есть защита и восстановление БД после различного рода сбоев;
• управление доступом, то есть разграничение доступа пользователей к БД, так как в ней могут храниться данные, которые должны быть доступны лишь определенному кругу пользователей. Данный результат достигается путем введения паролей;
• организация параллельного доступа пользователей к базе данных.

1.3 Модели данных, поддерживающих  СУБД

Основой любой базы данных является реализованная в ней модель данных, представляющая собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и существующие между ними связи.

Базовыми моделями представления данных являются иерархическая, сетевая и реляционная.

Иерархическая модель данных представляет информационные отображения объектов реального мира – сущности и их связи в виде ориентированного графа или дерева. К основным понятиям иерархической структуры относятся уровень, элемент или узел и связь. Узел - это совокупность атрибутов, 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 так далее уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

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

Примерами операторов манипулирования иерархически организованными данными могут быть следующие:

• найти указанное дерево БД;
• перейти от одного дерева к другому;
• перейти от одной записи к другой внутри дерева;
• перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии;
• вставить новую запись в указанную позицию;
• удалить текущую запись.

В иерархической модели данных автоматически поддерживается целостность ссылок между предками и потомками. Основное правило: никакой потомок не может существовать без своего родителя.

Сетевая модель организации данных является расширением иерархической модели. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь только одного предка – в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков.

Понятие реляционной модели данных (от английского relation – отношение) связано с разработками Е. Кодда. Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата реляционной алгебры и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы – один элемент данных;
• все столбцы в таблице однородные, то есть, все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный или другой) 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. 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 или ввести в структуру первой таблицы внешний ключ – ключ второй таблицы.

В реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД. Первое требование называется требованием целостности сущностей, которое состоит в том, что любой кортеж любого отношения должен быть отличим от любого другого кортежа этого отношения, то есть любое отношение должно содержать первичный ключ.

Второе требование называется требованием целостности по ссылкам и состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа в отношении, на которое ведет ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным.

В качестве операторов манипулирования данными в реляционных моделях используются операторы языка структурированных запросов SQL.

2 СУБД Microsoft Access

После анализа самых распространенных СУБД выбор остановился на MS Access. Так как Microsoft Access – это функционально полная СУБД. В ней предусмотрены все необходимые средства для определения и обработки данных, а также для управления ими при работе с большими объемами информации. СУБД Access очень легка в использовании и входит в состав пакета Microsoft Office, различные версии которого повсеместно используются в организациях различных типов, также он обладает таким достоинством как интегрированность с электронными таблицами Excel, Word и другими программами пакета Microsoft Office. Microsoft Access значительно упрощает задачу обработки данных. Предназначенная для коллективного пользования СУБД имеет средства, не позволяющие нескольким пользователям одновременно корректировать одни и те же данные, а также ее установка не требует дополнительных усилий и больших мощностей компьютера.

Microsoft Access – это система управления базами данных (СУБД), предназначенная для создания и обслуживания баз данных, обеспечения доступа к данным и их обработки.

База данных представляет собой организованную структуру, используемую для хранения данных, т.е. любых сведений о явлениях, процессах, действиях и так далее. Данные несут в себе информацию о событиях, происходящих в материальном мире, и, по сути, являются зарегистрированными сигналами, возникшими в результате этих событий. Данные становятся информацией, если пользователь обработает их и осмыслит, применив при этом адекватные этим данным методы. Сегодня большинство СУБД размещают в своих структурах не только данные, но и методы (программные коды), поэтому можно утверждать, что Microsoft Access – это СУБД, предлагающая широкий диапазон средств для хранения информации и эффективного управления этой информацией.

Базы данных содержат различные объекты, основными из которых являются таблицы. Структура простейшей базы данных соответствует структуре её двухмерной таблицы, содержащей столбцы и строки. Их аналогами в структуре простейшей базы данных являются поля и записи.

Основными свойствами полей являются имя поля, тип поля, его размер, определяющий предельную длину данных, размещаемых в этом поле, и другие.

При работе с Microsoft Access 2003 и Microsoft Access 2007 используются следующие типы данных:

• текстовый – тип данных, используемый для хранения простого неформатированного текста, число символов в котором не должно превышать 255;
• поле MEMO – специальный тип данных, применяемый для хранения больших объёмов текста (до 65 535 символов);
• числовой – тип данных для хранения чисел;
• дата/время – тип данных для хранения значений даты и времени;
• денежный – тип данных для хранения денежных значений (длина поля 8 байт);
• счётчик – специальный тип данных, используемый для автоматической нумерации записей;
• логический – для хранения логических данных, которые могут иметь одно из двух возможных значений Да или Нет;
• поле объекта OLE – специальный тип данных, предназначенный для хранения объектов OLE (электронных таблиц Microsoft Excel, документов Microsoft Word, звукозаписей и др.);
• гиперссылка – специальное поле для хранения адресов URL Web-объектов;
• мастер подстановок – тип данных, запускающий мастер подстановок, что позволяет выбирать данные из раскрывающегося списка, а не вводить их в поле вручную.

Числовые поля могут иметь следующие размеры:

• байт (Byte) – целые числа от 0 до 255 (1 байт);
• целое (Integer) – целые числа от минус 32768 до +32767 (2 байта);
• длинное целое (Long Integer) – целые числа от минус 2147483648 до +2147483647 (4 байта);
• одинарное с плавающей точкой (Single) – числа от минус 3,4´1038 до +3,4´1038 с точностью до 7 знаков (4 байта);
• двойное с плавающей точкой (Double) – числа от минус 1,797´10308 до +1,797´10308 с точностью до 15 знаков (8 байт).

База данных может состоять из нескольких таблиц, содержащих различную информацию. Эти таблицы связаны между собой каким-либо определённым полем, называемым ключевым полем. Ключевое поле позволяет однозначно идентифицировать каждую запись таблицы, то есть каждое значение этого поля отличает одну запись от другой. Связи между таблицами дают возможность совместно использовать данные из различных таблиц. СУБД Microsoft Access 2003 и Microsoft Access 2007 ориентированы на работу с объектами семи различных типов: таблицами, запросами, формами, отчётами, страницами, макросами, модулями.

Таблицы – это основной объект базы данных, в котором хранятся все данные, имеющиеся в базе, а также структура базы (поля, их типы, свойства).

Запросы позволяют выбирать данные из одной или нескольких связанных таблиц. Результатом выполнения запроса является результирующая таблица, которая наряду с другими таблицами может быть использована при обработке данных. С помощью запросов можно также обновлять, удалять или добавлять данные в таблицы.

Отчёты предназначены для формирования выходных документов и вывода их на печать. По своим свойствам и структуре отчёты во многом подобны формам. Основное их отличие заключается в том, что в отчёте отображаются все данные и в них предусмотрена возможность группировать данные по различным критериям. Отчёты в отличие от форм могут содержать специальные элементы оформления, характерные для печати документов: колонтитулы, номера страниц и так далее.

3 Разработка базы данных

3.1 Спецификация требований  к базе данных

База данных должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Хранить сведения о студентах: Фамилия, имя, отчество, дата рождения, адрес жительства, номер группы.
2. Хранить сведения о преподавателях: Фамилия, имя, отчество, должность. Преподавателями в данном случае считаются все сотрудники учреждения, занимающиеся педагогической деятельностью, именно поэтому должности могут быть различными.
3. Хранить сведения по дисциплинам.
4. Хранить сведения об экзаменах: наименование дисциплины, номер группы, студент сдающий экзамен, результат, преподаватель принявший экзамен. Результатом экзамена будет являться оценка: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично.
5. Хранить сведения о зачетах: наименование дисциплины, номер группы, студент сдающий зачет, результат. Результатом зачета будет являться значение сдал/не сдал.