СОДЕРЖАНИЕ

введение

     В настоящее время жизнь человека настолько насыщена различного рода информацией, что для ее обработки  требуется создание огромного количества хранилищ информации различного назначения.

     Развитие  вычислительной техники и появление  емких внешних запоминающих устройств  прямого доступа предопределило интенсивное развитие автоматических и автоматизированных систем разного  назначения и масштаба, в первую очередь заметное в области бизнес-приложений. Такие системы работают с большими объемами информации, которая обычно имеет достаточно сложную структуру, требует оперативности в обработке, часто обновляется и в то же время требует длительного хранения.

     Это привело к появлению новой  информационной технологии интегрированного хранения и обработки данных - концепции баз данных, в основе которой лежит механизм предоставления обрабатывающей программе из всех хранимых данных только тех, которые ей необходимы, и в форме, требуемой именно этой программе.

     Информационным  ядром (информационным фондом) подсистемы представления и обработки информации АИС, или, говоря иначе, внутренним носителем знаний о предметной области является база данных (БД).

     База  данных - это средство для реляционного и эффективного хранения информации. Иными словами, такая база обеспечивает надежную защиту данных от случайной потери или порчи, экономно использует ресурсы (как людские, так и технические) и снабжена механизмами поиска информации, удовлетворяющим разумным требованиям к производительности.

     Само  понятие база данных может означать как отдельный набор данных (например, список телефонов), так и гораздо  более сложную систему (например, SQL Server). Базы данных - это один из самых  сложных типов коммерческих приложений. Все остальные типы системы, как правило, имеют более - менее близкие аналогии в реальном мире. С точки зрения практического использования текстовые процессоры - это усовершенствованная пишущая машинка. Электронную базу данных, несомненно, освоит не только бухгалтер, но и другой любой пользователь.

     В современной технологии баз данных предполагается, что создание баз  данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизованно с помощью специального программного инструментария – системы управления базами данных.

     В общем случае под СУБД можно понимать любой программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования БД.

     К СУБД относятся следующие основные виды программ:

• полнофункциональные СУБД;
• серверы БД;
• клиенты БД;
• средства разработки программ работы с БД.

В зависимости  от того, с какой базой данных работает СУБД, она может быть:

• иерархической;
• сетевой;
• реляционной;
• объектно-реляционной;
• объектно-ориентированной.

     К основным функциям СУБД относятся:

• определение данных. СУБД должна предоставлять средства определения данных в виде исходной формы (схемы данных) и преобразования этих определений в соответствующую объектную форму. То есть СУБД преобразовывает данные в форму, необходимую для хранения их в базе данных.
• манипулирование данными. СУБД должна быть способна обрабатывать запросы пользователя на выборку, изменение или удаление данных, уже существующих в базе, или на добавление в нее новых данных. То есть, СУБД обеспечивает интерфейс между пользователями и базами данных.
• управление хранением данных и доступом к ним. СУБД осуществляет программную поддержку хранения данных в запоминающем устройстве ЭВМ и управляет всеми действиями, производимыми с данными.
• защита и поддержка целостности данных. СУБД должна контролировать пользовательские запросы и определять, кому доступны операции изменения данных, а кому доступны только операции получения данных. Также она следит за целостностью данных, хранящихся в БД. СУБД осуществляет журнализацию изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев.

     В настоящие время одним из распространенных способов к построению баз данных является создание реляционной базы, хотя наряду с общепризнанными достоинствами  обладает и рядом недостатков.

     В настоящее время разработаны и используются на персональных компьютерах около двадцати систем управления базами данных. Они предоставляют пользователю удобные средства интерактивного взаимодействия с БД и имеют развитый язык программирования.

     Использование баз данных и информационных систем становится неотъемлемой составляющей деловой деятельности современного человека и функционирования преуспевающих организаций. В связи с этим большую актуальность приобретает освоение принципов построения и эффективного применения соответствующих технологий и программных продуктов: систем управления базами данных, CASE-систем автоматизации проектирования, средств администрирования и защиты баз данных и других.

     От  правильного выбора инструментальных средств создания информационных систем, определения подходящей модели данных, обоснования рациональной схемы построения базы данных, организации запросов к хранимым данным и ряда других моментов во многом зависит эффективность функционирования разрабатываемых систем.

     В современном мире наблюдается переход документооборота с использованием бумажного носителя на электронный документооборот. Современный уровень информатизации общества предопределяет использование новейших технических, технологических, программных средств для создания автоматизированных информационных систем (АИС). Создание АИС способствует повышению эффективности производства экономического объекта и обеспечивает качество управления и принятия управленческих решений. Основной составной частью АИС являются базы данных, в которых хранится информация, используемая в системе. От качества базы зависит работоспособность системы в целом. Наибольшая эффективность достигается при оптимизации планов работы предприятий, фирм и отраслей, быстрой выработке оперативных решений, четком маневрировании материальными и финансовыми ресурсами.

     Актуальность темы курсовой работы заключается в том, что база данных на данный момент составляет основу компьютерного обеспечения информационных процессов, происходящих в организациях.

     Целью данной курсовой работы является разработка базы данных института и создание удобного для пользователя интерфейса для работы с ней.

     В соответствии с поставленной целью  необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть теоретические основы современных реляционных баз данных;
• провести системный анализ предметной области кафедры;
• разработать инфологическую модель базы данных кафедры;
• построить набор таблиц базы данных и провести нормализацию базы данных кафедры;
• описать внешние модели базы данных кафедры;
• провести физическое моделирование и реализацию базы данных кафедры;
• создать интерфейс приложения.

     Объектом исследования является кафедра «Гражданско-правовые дисциплины» Астраханского Государственного Технического Университета.

     Предметом исследования является информационные процессы кафедры «Гражданско-правовые дисциплины» Астраханского Государственного Технического Университета.

     Основной  же идеей создания БД является упрощение  работы коллектива, за счет систематизации всех основной информации.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  СОВРЕМЕННЫХ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ

1.1 Понятие базы данных и системы  управления базами данных

      В развитии программного обеспечения  всегда можно было выделить два основных направления:

• выполнение вычислений;
• накопление и обработка информации.

     Развитие  компьютерных технологий, связанных с хранением и обработкой данных, привело к появлению в конце 60-х – начале 70-х годов прошлого века специализированного программного обеспечения, получившего название систем управления базами данных (СУБД) (Data Base Management Systems - DBMS). СУБД позволяет структурировать, систематизировать и организовывать данные для их  компьютерного хранения и обработки. Таким образом, эффективное управление данными предполагает использование компьютерных баз данных.

     База  данных – это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной 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.

     База данных организуется так, что данные собираются однажды и централизованно хранятся (и модифицируются) в виде, доступном всем специалистам или системам программирования, которые могут их использовать. Особенности организации данных в базе данных обеспечивают использование одних и тех же данных в различных приложениях, позволяют решать различные задачи планирования, исследования и управления.

     Базы  данных сводят к минимуму дублирование данных, прибегая к дублированию только для ускорения доступа к данным или для обеспечения восстановления базы данных при ее разрушении.

         Одна из важных черт базы  данных - независимость данных от  особенностей программ прикладных, которые ее используют, а также  возможность создания этих программ  в такой форме, что изменение  особенностей хранения, логической структуры или значений данных не требует изменения программ их обработки.

     В современной технологии баз данных предполагается, что создание баз  данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизованно с помощью специального программного инструментария – системы управления базами данных.

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

     СУБД  должна предоставлять доступ к данным любым пользователям, включая и  тех, которые практически не имеют и (или) не хотят иметь представления о:

• физическом размещении в памяти данных и их описаний;
• механизмах поиска запрашиваемых данных;
• проблемах, возникающих при одновременном запросе одних и тех же данных многими пользователями (прикладными программами);
• способах обеспечения защиты данных от некорректных обновлений и (или) несанкционированного доступа;
• поддержании баз данных в актуальном состоянии;
• и множестве других функций СУБД.

     При выполнении основных из этих функций  СУБД должна использовать различные  описания данных .

     Естественно, что проект базы данных надо начинать с анализа предметной области  и выявления требований к ней отдельных пользователей (сотрудников организации, для которых создается база данных). Проектирование обычно поручается человеку (группе лиц) – администратору базы данных (АБД). Им может быть как специально выделенный сотрудник организации, так и будущий пользователь базы данных, достаточно хорошо знакомый с машинной обработкой данных.

     АБД должен координировать действия по сбору  сведений, проектированию, реализации и ведению базы данных, а также  по обеспечению защиты данных. Роль АБД не должна ограничиваться реализацией базы данных. Интеграция в базе данных новых функций делает АБД еще более необходимым. АБД обязан учитывать как перспективные, так и текущие информационные требования предметной области. Это одна из его главных задач. Следовательно, при проектировании базы данных необходимо добиваться ее максимальной гибкости или максимальной независимости данных.

     Функция АБД очень важна при эксплуатации системы с базой данных несколькими  пользователями. Однако не следует  забывать о возможности автоматизации в дальнейшем этих функций, а также о растущем значении «персональных» баз данных, полностью контролируемых пользователем. Но даже при наличии единственного пользователя могут потребоваться несколько представлений о данных или выполняться непроцедурные запросы.

     Объединяя частные представления о содержимом базы данных, полученные в результате опроса пользователей, и свои представления о данных, которые могут потребоваться в будущих приложениях, АБД сначала создает обобщенное неформальное описание создаваемой базы данных. Это описание, выполненное с использованием естественного языка, математических формул, таблиц, графиков и других средств, понятных всем людям, работающих над проектированием базы данных, называют инфологической моделью данных.

     Такая человеко-ориентированная модель полностью  независима от физических параметров среды хранения данных. В конце  концов этой средой может быть память человека, а не ЭВМ. Поэтому инфологическая модель не должна изменяться до тех пор, пока какие-то изменения в реальном мире не потребуют изменения в ней некоторого определения, чтобы эта модель продолжала отражать предметную область.

     Остальные модели являются компьютеро-ориентированными. С их помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ к хранимым данным лишь по их именам, не заботясь о физическом расположении этих данных. Нужные данные отыскиваются СУБД на внешних запоминающих устройствах по физической модели данных.

     Так как указанный доступ осуществляется с помощью конкретной СУБД, то модели должны быть описаны на языке описания данных этой СУБД. Такое описание, создаваемое АБД по инфологической модели данных, называют даталогической моделью данных.

     Трехуровневая архитектура (инфологический, даталогический и физический уровни) позволяет обеспечить независимость хранимых данных от использующих их программ. АБД может при необходимости переписать хранимые данные на другие носители информации и (или) реорганизовать их физическую структуру, изменив лишь физическую модель данных. АБД может подключить к системе любое число новых пользователей (новых приложений), дополнив, если надо, даталогическую модель. Указанные изменения физической и даталогической моделей не будут замечены существующими пользователями системы, так же как не будут замечены и новые пользователи. Следовательно, независимость данных обеспечивает возможность развития системы баз данных без разрушения существующих приложений.

1.2 Характеристика реляционной модели  данных

     Основы  реляционной модели данных были впервые изложены в статье Е.Кодда в 1970 г. Эта работа послужила стимулом для большого количества статей и книг, в которых реляционная модель получила дальнейшее развитие. Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит К.Дейту. Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей:

• структурной части;
• целостной части;
• манипуляционной части.

     Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n-арные отношения.

     Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей.

     Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление.

     Реляционная модель данных (РМД) некоторой предметной области представляет собой набор  отношений, изменяющихся во времени.

     При создании информационной системы совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними. Элементы РМД и формы их представления приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Элементы реляционной модели

     Отношение является важнейшим понятием и представляет собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные.

     Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. Например, типом сущности может быть ГОРОД, а экземпляром – Москва, Киев и т.д. Данные о сущности хранятся в отношении.

     Атрибуты представляют собой свойства, характеризующие сущность. Их наименования должны быть уникальными для конкретного типа сущности, но могут быть одинаковыми для различного типа сущностей (например, ЦВЕТ может быть определен для многих сущностей: СОБАКА, АВТОМОБИЛЬ, ДЫМ и т.д.). Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. В структуре таблицы каждый атрибут именуется и ему соответствует заголовок некоторого столбца таблицы.

     Домен представляет собой множество всех возможных значений определенного атрибута отношения. Каждый домен образует значения одного типа данных, например, числовые или символьные.

     Кортеж  состоит из элементов, каждый из которых выбирается из соответствующего домена. Каждому кортежу соответствует строка таблицы. В общем случае порядок кортежей в отношении, как и в любом множестве, не определен. Однако в реляционных СУБД для удобства кортежи все же упорядочивают. Чаще всего для этого выбирают некоторый атрибут, по которому система автоматически сортирует кортежи по возрастанию или убыванию. Если пользователь не назначает атрибута упорядочения, система автоматически присваивает номер кортежам в порядке их ввода. Формально, если переставить атрибуты в отношении, то получается повое отношение. Однако в реляционных БД перестановка атрибутов не приводит к образованию нового отношения.

     Схема отношения (заголовок  отношения) представляет собой список имен атрибутов. Множество собственно кортежей отношения часто называют содержимым (телом) отношения.

     Первичным ключом (ключом отношения, ключевым атрибутом) называется атрибут отношения, однозначно идентифицирующий каждый из его кортежей. Ключ может быть составным (сложным), т.е. состоять из нескольких атрибутов. Каждое отношение обязательно имеет комбинацию атрибутов, которая может служить ключом. Ее существование гарантируется тем, что отношение – это множество, которое не содержит одинаковых элементов – кортежей. Т.е. в отношении нет повторяющихся кортежей, а это значит, что, по крайней мере, вся совокупность атрибутов обладает свойством однозначной идентификации кортежей отношения. Во многих СУБД допускается создавать отношения, не определяя ключи.

     Возможны  случаи, когда отношение имеет  несколько комбинаций атрибутов, каждая из которых однозначно определяет все  кортежи отношения. Все эти комбинации атрибутов являются возможными ключами отношения. Любой из возможных ключей может быть выбран как первичный.

     Если  выбранный первичный ключ состоит  из минимально необходимого набора атрибутов, говорят, что он является не избыточным.

     Ключи обычно используют для достижения следующих целей:

• исключения дублирования значений в ключевых атрибутах (остальные атрибуты в расчет не принимаются);
• упорядочения кортежей. Возможно упорядочение по возрастанию или убыванию значений всех ключевых атрибутов, а также смешанное упорядочение (по одним – возрастание, а по другим – убывание);
• ускорения работы с кортежами отношения;
• организации связывания таблиц.

     Пусть в отношении R1 имеется не ключевой атрибут А, значения которого являются значениями ключевого атрибута В другого отношения R2. Тогда говорят, что атрибут А отношения R1 есть внешний ключ. С помощью внешних ключей устанавливаются связи между отношениями. Реляционная модель накладывает на внешние ключи ограничение для обеспечения целостности данных, называемое ссылочной целостностью. Это означает, что каждому значению внешнего ключа должны соответствовать строки в связываемых отношениях.

     Поскольку не всякой таблице можно поставить  в соответствие отношение, приведем условия, выполнение которых позволяет таблицу считать отношением:

     все строки таблицы должны быть уникальны, т.е. не может быть строк с одинаковыми  первичными ключами;

     имена столбцов таблицы должны быть различны, а значения их простыми, т.е. недопустима группа значений в одном столбце одной строки;

     все строки одной таблицы должны иметь одну структуру, соответствующую именам и типам столбцов;

     порядок размещения строк в таблице может  быть произвольным.

     Наиболее  часто таблица с отношением размещается  в отдельном файле. В некоторых  СУБД одна отдельная таблица (отношение) считается базой данных. В других СУБД база данных может содержать несколько таблиц.

     В общем случае можно считать, что  БД включает одну или несколько таблиц, объединенных смысловым содержанием, а также процедурами контроля целостности и обработки информации в интересах решения некоторой прикладной задачи. Например, при использовании СУБД Microsoft Access в файле БД наряду с таблицами хранятся и другие объекты базы: запросы, отчеты, формы, макросы и модули.

     Таблица данных обычно хранится на магнитном диске в отдельном файле операционной системы, поэтому по ее именованию могут существовать ограничения. Имена полей хранятся внутри таблиц. Правила их формирования определяются СУБД, которые, как правило, на длину полей и используемый алфавит серьезных ограничений не накладывают.

     Если  задаваемое таблицей отношение имеет  ключ, то считается, что таблица тоже имеет ключ, и ее называют ключевой или таблицей с ключевыми полями.

     У большинства СУБД файл таблицы включает управляющую часть (описание типов  полей, имена полей и другая информация) и область размещения записей.

     К отношениям можно применять систему  операций, позволяющую получать одни отношения из других. Например, результатом запроса к реляционной БД может быть новое отношение, вычисленное на основе имеющихся отношений. Поэтому можно разделить обрабатываемые данные на хранимую и вычисляемую части.

     Основной  единицей обработки данных в реляционных  БД является отношение, а не отдельные его кортежи (записи).

1.3 Этапы разработки базы данных

     Целью разработки любой базы данных является хранение и использование информации о какой-либо предметной области. Для реализации этой цели имеются следующие инструменты:

• реляционная модель данных - удобный способ представления данных предметной области;
• язык SQL - универсальный способ манипулирования такими данными.

     Однако  очевидно, что для одной и той  же предметной области реляционные  отношения можно спроектировать множеством различных способов. Например, можно спроектировать несколько отношений с большим количеством атрибутов, или наоборот, разнести все атрибуты по большому числу мелких отношений.

     При разработке базы данных обычно выделяется несколько уровней моделирования, при помощи которых происходит переход  от предметной области к конкретной реализации базы данных средствами конкретной СУБД. Можно выделить следующие уровни:

• сама предметная область;
• модель предметной области;
• логическая модель данных;
• физическая модель данных;
• собственно база данных и приложения.