1. Введение

Резкий рост объемов перерабатываемой информации, революционные достижения в технологии производства аппаратных средств вычислительной техники обусловили коренные преобразования в технологии обработки и хранения информации, нашедшие яркое выражение в концепциях построения БАЗ ДАННЫХ и способах управления ими. Революционные достижения в построении баз данных и СУБД стали определяющим фактором создания эффективных систем автоматизированной обработки информации.

К настоящему времени сформировалось многообразное программное обеспечение ПЭВМ, позволяющее создавать и эксплуатировать базы данных (БД) в различных операционных системах и персональных ЭВМ. Спектр средств управления данными довольно широк - от программных продуктов с методами доступа к данным во внешней памяти до развитых систем управления БД (СУБД). Сами СУБД отличаются как функциональным разнообразием - от простейших однофайловых систем с элементарными средствами манипулирования данными до функционально полных СУБД, так и средствами их окружения - генераторы и преобразователи программного кода, средства для разработки меню и экранных форм ввода-вывода данных, генераторы отчетов, интерфейсные средства для доступа к БД, интерактивные средства обучения пользователей и др.

Такое многообразие инструментальных средств позволяет пользователю выбирать те из них, которые адекватны потребностям конкретной разработки, рациональному использованию вычислительных ресурсов, а также обеспечивают сокращение сроков решения поставленных задач.

Вместе с тем для эффективного выбора подходящего инструмента в условиях достаточности необходима высокая профессиональная подготовка пользователей. Поскольку работа пользователя существенно облегчается введением эффективных электронных учебников, средств контекстно зависимой помощи, диагностики ошибок, дружественным характером интерфейса, порождается иллюзия того, что любую программную систему вообще можно реализовать без какого-либо программирования в короткие сроки и без заметных трудозатрат, что в этой области вообще не существует проблем. Однако информационные потребности пользователей с каждым днем все усложняются, расширяются и множатся сферы применения СУБД, а разработанные ранее казалось бы совершенные системы быстро устаревают. Все это заставляет разработчиков искать новые подходы и методы для построения СУБД.

В числе проблем, решение которых актуально по сей день, остаются проблемы представления данных, производительности, интерфейса с пользователями и универсальными системами программирования, развития системы в процессе эксплуатации, интеграции с другими базами данных, функциональной насыщенности.

Если объемы данных в БД достигают значительных размеров, или данные предназначены для использования в системах реального времени, то при выполнении операций, требующих прямого доступа, пользователя начинает беспокоить недостаточно высокое быстродействие системы. Решение этой проблемы ищется в области создания эффективной архитектуры системы, совершенствования механизмов доступа к данным. Как известно, современные СУБД не отличаются большим разнообразием моделей данных. Преобладают реляционные модели, встречаются иерархические и сетевые структуры. Однако хорошо известны трудности, существующие при попытках эффективной реализации реляционной модели данных, которые преодолеваются созданием специальных аппаратных средств. Выбор систем, поддерживающих иерархическую ( PC/Focus, Team-Up, Data Edge) и сетевую модели данных (db_VistaIII) вообще довольно ограничен, а автоматизация их далека от совершенства. Применение механизма индексирования для увеличения скорости доступа к данным улучшает ситуацию. Однако проблема применения этих моделей в системах управления и тем более в системах реального времени остается открытой.

В подавляющем большинстве СУБД предусматривается интерактивный режим работы пользователей. При этом широко используются интерфейсы в стиле меню. Меню указывают альтернативные варианты выбора возможных действий и способов их инициирования, отображают текущее состояние системы управления БД и результаты диагностики ошибок. В системах, обладающих языками программирования, меню избавляют пользователя от необходимости знания команд языка программирования для выполнения требуемых функций. Это обстоятельство расширяет круг возможных пользователей. Однако, если система многофункциональна и содержит много вариантов работы, то на продвижение через многочисленные меню при выборе нужного варианта требуется много времени. Значительно быстрее в этом случае достичь результата можно набрав соответствующую команду. Недостаток этого метода работы очевиден - пользователь должен заранее выучить все команды наизусть. Однако команды дают возможность пользователю определять те задачи, которые он желает решить. От удачного сочетания командного режима с оптимизированными меню во многом зависит решение этой проблемы.

СУБД относятся к тому типу программного обеспечения, жизненный цикл которого может составлять десятки лет. Естественно при таких сроках эксплуатации система должна обладать возможностью развития, пополнения своего функционального состава. Однако, для большинства СУБД пользователь бессилен расширить их функциональный состав, так как разработчики поставляют пакет обычно без исходного кода. Решение этой проблемы ищется на пути снабжения СУБД трансляторами языков, процессорами доступа к данным и т.п. Перспективным путем решения проблемы является построение СУБД по объектной технологии с использованием механизма виртуализации процедур.

Таким образом, процесс внедрения в практику вычислительной техники как средства обработки информации неизбежно приводит к принципиально новому этапу – технологии всеобщего использования баз данных. СУБД стали определяющим фактором создания эффективных систем автоматизированной обработки информации.

Поэтому квалифицированное владение методами разработки баз данных и их использование в прикладных областях является настоятельной необходимостью подготовки инженеров.

Предлагаемые методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов второго уровня высшего профессионального образования по направлению 0808001 - "Прикладная информатика, изучающих курс “Базы данных”. Методы проектирования базы данных является основными методами построения эффективных структур данных, а умелое владение этим инструментом организации данных - целью подготовки специалистов.

Главной задачей лабораторных работ является овладение основами технологии разработки баз данных различного типа и их практического использования. Лабораторные работы помогают студентам овладеть практическими навыками разработки баз данных при решении задач в различных предметных областях.

Помещенные в сборник лабораторные работы ориентированы на развитие у студентов навыков и умений строить относительно простые, но не лишенные практической направленности и применимости структуры и модели данных процессов и систем, и охватывают основные этапы разработки баз данных для различных предметных областей: анализ предметной области и формулирование информационных требований; концептуальное (инфологическое) проектирование базы данных; логическое и физическое проектирование базы данных;

В связи с этим все лабораторные работы позволяют поэтапно освоить процессы формирования базы данных, методологию ее проектирования, а также методы построения элементов системы управления данными. В качестве объектов исследования предлагаются предприятия, службы и технические устройства, которые используют в своей работе большой объем данных.

Первые две лабораторные работы направлены на исследование предметной области и проектирование базы данных в соответствии с индивидуальным заданием. Здесь отрабатывается технология построения базы данных, осуществляется поиск эффективных структур данных.

Последующие лабораторные работа предполагают реализацию спроектированной базы данных с использованием популярного инструмента построения баз данных MS Access. Эти работы требуют от студентов творческого использования приобретенных знаний и умений для успешного применения методологии проектирования баз данных в конкретной предметной области с использованием современных инструментальных средств.