Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

90

ОзТК. 230115

5. 12.ПЗ

Введение

1 Основная часть

1.1 Физические модели таблиц базы данных

1.2 Физические модели хранения данных

1.3 Файловые структуры организации базы данных

1.4 Индексные файлы

1.4.1 Файлы с плотным индексом, или индексно-прямые файлы

1.4.2 Файлы с неплотным индексом, или индексно-последовательные файлы

1.4.3 Организация индексов в виде В-дерева — многоуровневой иерархической структуры

2 Специальная часть

2.1 Назначение и функции программной системы

2.2 Системные требования

2.3 Связывание таблиц

2.4 Запросы

2.5 Формы

2.6 Отчеты

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В деловой и личной сфере часто приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Для координации всех этих данных необходимы определенные знания и организационные навыки.

В общем смысле термин база данных — это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области или разделе предметной области.

Увеличение объема и структурной сложности хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем выдвинуло требование создания удобных средств интеграции хранимых данных и управления ими.

Применение «ИС Расписание занятий» необходимо при организации деятельности образовательных учреждений. В каждом учебном заведении невозможен образовательный процесс без расписания занятий, а использование информационной системы «Расписание занятий» позволит значительно упростить процесс создания и редактирования расписаний.

Объект данной работы — «ИС Расписание занятий»

Предмет — проблема организации и хранения данных в данной ИС.

Цель работы — разработать эффективную и удобную базу данных.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать и заполнить таблицы соответствующими данными.

2. Установить тип связей в таблице.

3. Создать запросы для вывода необходимых полей.

4. Создать формы, отчеты и макросы.

1 Основная часть

1.1 Физические модели таблиц базы данных

Физическая модели таблицы базы данных предполагает описание свойств каждого поля таблицы. Для описания свойств полей необходимо составить проект таблицы по форме, показанной на рис. 1.

Рис. 1 Проект описания структуры базы данных

Таким образом, разработка физической модели проекта таблицы базы данных сводится к описанию характеристик каждого поля. Приведем обязательные характеристики полей таблиц базы данных.

Имя поля — некоторый минимальный набор символов, предназначенный для поиска данных в таблице. В каждой прикладной программной системе для разработки баз данных существуют свои грамматические правила для формирования имен полей. В общем случае не допускается начинать имя поля с символа пробела, выбирать в качестве символов знаки препинания.

Подпись поля идентифицируется с названием признака объекта, значения которого будут храниться в ячейках поля. Подпись поля будет находиться в заголовке таблицы. В современных СУБД не существует каких-либо ограничений на формирование подписи поля.

Тип данных — обозначение типа данных в соответствии с конкретной программной системой.

Количество символов – предполагаемое количество символов, которые будут, храниться в ячейках поля.

Точность — число знаков после запятой в числовых полях.

Ключ — указание, что данное поле является ключевым.

Данный состав свойств является минимально необходимым для описания данных, хранимых в таблице.

1.2 Физические модели хранения данных

Физические модели хранения данных определяют методы размещения данных в памяти компьютера или на соответствующих носителях информации, а также способы хранения и доступа к этим данным. Исторически первыми системами хранения и доступа были файловые структуры и системы управления файлами (СУФ). Фактически файловые структуры хранения информации являлись и являются основой операционных систем. В системах управления базами данных использование файловых систем хранения информации оказалось не эффективным потому, что пользователю требовалась информация в виде отдельных данных, а не содержание всего файла. Поэтому в современных СУБД перешли от файловых структур к непосредственному размещению данных на внешних носителях – устройствах внешней памяти. Однако механизмы управления, применяемые в файловых системах, во многом перешли и в новые системы организации данных во внешней памяти, называемые чаще страничными системами хранения информации.

1.3 Файловые структуры организации базы данных

В каждой СУБД по-разному организованы хранение и доступ к данным, однако существуют некоторые файловые структуры, которые применяются практически во всех СУБД. В системах баз данных файлы и файловые структуры, которые используются для хранения информации во внешней памяти, можно классифицировать.

С точки зрения пользователя, файл представляет собой поименованную область дискового пространства, в которой хранится некоторая последовательность записей. В таком файле всегда можно определить первую и последнюю запись; текущую запись; запись, предшествующую текущей и следующую за ней.

В соответствии с методами управления доступом к информации в файлах различают устройства внешней памяти (накопители информации) с произвольной адресацией, или прямым доступом (магнитные и оптические диски), и устройства с последовательной адресацией, или последовательным доступом (магнитофоны, стриммеры).

На устройствах с произвольной адресацией возможна установка головок для чтения записи в любую область накопителя практически мгновенно.

На устройствах с последовательной адресацией вся память рассматривается как линейная последовательность информационных элементов. Поэтому в таких накопителях для получения информации требуется пройти некоторый путь от исходного состояния считывающего устройства до нужной записи.

Рис. 2 Классификация файловых структур

Файлы с постоянной длиной записи, расположенные на устройствах прямого доступа (УПД), являются файлами прямого доступа.

В этих файлах физический адрес расположения нужной записи может быть вычислен по номеру записи (NZ).

Каждая файловая система — система управления файлами — поддерживает некоторую иерархическую файловую структуру, включающую чаще всего ограниченное число уровней иерархии в представлении внешней памяти (рис. 9).

Для каждого файла в системе хранится следующая информация:

- имя файла;

- тип файла (например, расширение или другие характеристики);

- размер записи;

- число занятых физических блоков; - базовый начальный адрес;

- ссылка на сегмент расширения;

- способ доступа (код защиты).

Рис. 3 Иерархическая файловая структура

Для файлов с постоянной длиной записи адрес размещения записи с номером К может быть вычислен по формуле

ВА+(К – 1) • LZ + 1,

где ВА – базовый адрес; LZ – длина записи.

Если можно определить адрес, на который необходимо позиционировать механизм считывания записи, то устройства прямого доступа делают это практически мгновенно, поэтому для таких файлов чтение произвольной записи практически не зависит от ее номера.

На устройствах последовательного доступа могут быть организованы файлы только последовательного доступа.

Они могут быть организованы двумя способами:

1. конец записи отмечается специальным маркером;

2. в начале каждой записи записывается ее длина.

Файлы с прямым доступом обеспечивают достаточно надежный способ доступа к записи. Основным недостатком файлов прямого доступа является то, что поиск записи производится по ее номеру, что при большом числе записей занимает существенное время.

Суть методов хеширования состоит в том, что выбираются значения ключа (или некоторые его характеристики), которые используются для начала поиска, т.е. вычисляется так называемая хеш-функция h(k), где k – значение ключевого поля. В этом случае число шагов поиска значительно уменьшается. Однако при таком подходе возможны ситуации, когда нескольким разным ключам может соответствовать одно значение хеш-функции, т.е. один адрес. Подобные ситуации называются коллизиями. Значения ключей, которые имеют одно и то же значение хеш-функции, называются синонимами.

Поэтому при использовании хеширования как метода доступа необходимо принять два независимых решения:

- выбрать хеш-функцию;

- выбрать метод разрешения коллизий.

Существует множество различных стратегий разрешения коллизий, наиболее распространенными из которых являются:

- разрешение коллизии с помощью области переполнения;

- разрешение коллизии методом свободного замещения.

1.4 Индексные файлы

Несмотря на высокую эффективность хеш-адресации в файловых структурах не всегда удается найти соответствующую функцию, поэтому при организации доступа по первичному ключу широко используются индексные файлы.

Индексные файлы можно представить как файлы, состоящие из двух частей. Сначала идет индексная область, которая занимает некоторое целое число блоков, а затем идет основная область, в которой последовательно расположены все записи файла.

В некоторых системах индексными файлами называются также и файлы, организованные в виде инвертированных списков, которые используются для доступа по вторичному ключу. В зависимости от организации индексной и основной областей различают два типа файлов: с плотным индексом (индексно-прямые файлы) и с неплотным индексом (индексно-последовательные файлы).

1.4.1 Файлы с плотным индексом, или индексно-прямые файлы

В этих файлах основная область содержит последовательность записей одинаковой длины, расположенных в произвольном порядке, а структура индексной записи в них имеет следующий вид:

Значение ключа

Номер записи

Здесь значение ключа — это значение первичного ключа, а номер записи – это порядковый номер записи в основной области, которая имеет данное значение первичного ключа.

Наиболее эффективным алгоритмом поиска на упорядоченном массиве является логарифмический, или бинарный, поиск. В теории вероятности его называют методом половинного деления. Максимальное число шагов поиска определяется двоичным логарифмом от общего числа элементов (целей) в искомом пространстве поиска:

где N – число элементов.

При поиске записей существенным является только число обращений к диску по заданному значению первичного ключа. Сначала производится поиск в индексной области, где применяется двоичный алгоритм поиска индексной записи, а затем путем прямой адресации в основной области производится поиск по номеру записи. Для того чтобы оценить максимальное время доступа к записи, необходимо определить число обращений к диску в процессе поиска.

В соответствии с формулой число обращений к диску при поиске записи определится следующим образом:

где – число индексных блоков, в которых размещаются все записи.

Учитывая что после поиска записи в индексном блоке нужно еще раз обратиться к основной области, в формуле, добавилась единица (+1).

В табл. 1 представлена схема организации такого файла на дисковом пространстве (фоном выделены свободные зоны).

Таблица 1. Схема организации файла с плотным индексом

Из табл. 1 видно, что файл организован в виде двух областей — основной и индексной. В основной области хранятся значения ключевых полей, номера и содержание записей. В индексной области хранятся значения ключевых полей и ссылки на номер записи в основной области.

При операции добавления осуществляется запись данных в конец основной области. При этом в индексную область необходимо добавить значения соответствующего ключевого поля и ссылку на номер записи, причем добавить информацию необходимо таким образом, чтобы не нарушить порядок записей.

Такой прием организации индексной области позволяет без нарушения системы вводить новые типы изделий и присваивать им соответствующие буквенно-цифровые коды.

Именно поэтому при проектировании физической модели хранения данных необходимо как можно точнее определить объемы хранимой информации, спрогнозировать ее рост и соответственно предусмотреть соответствующее расширение области хранения.

При организации хранения данных в виде файлов с плотным индексом число обращений к диску при добавлении новой записи определится по формуле

файловая структура память хранение данные

Т_n = log₂ N_{инд. обл.} + 1 + 1 + 1.

Смысл формулы заключается в следующем: число обращений определяется числом обращений к индексной области плюс одно обращение к основному блоку, плюс одно обращение для изменения индексного блока и плюс одно обращение для занесения записи в основную область.

Таким образом, в файлах с плотным индексом при обработке одной записи требуется дополнительно два обращения к дисковому пространству компьютера.

Следовательно, способы организации файлов баз данных и соответствующие им физические модели должны быть направлены на сокращение времени обращения к дисковому пространству при ее поиске и сокращению времени на добавление и корректировку содержания баз данных. На это и направлен метод организации файлов с неплотным индексом.

1.4.2 Файлы с неплотным индексом, или индексно-последовательные файлы

Структура записей данных в таких файлах имеет вид, представленный на рис. 4.

Рис. 4 Структура записей данных в файлах с неплотным индексном

При такой организации файловой структуры процессы добавления новых записей отличаются от аналогичных действий в файлах с плотным индексом. Каждая новая запись заносится в соответственный блок на место, определенное значением ключевого поля. В этом случае выполняется следующая последовательность действий:

- определяется номер блока основной области, в который необходимо поместить новую запись;

- найденный блок считывается в оперативную память;

- в оперативной памяти производится корректировка блока;

- откорректированный блок записывается на диск на прежнее место.

В этом случае число обращений к диску при внесении новой записи равно числу обращений к диску при поиске блока плюс одно обращение, которое необходимо выполнить при записи откорректированного блока на прежнее место. В данном случае не принимается во внимание время записи блока в оперативную память, которое несопоставимо со временем обращения к диску.

Следовательно, число обращений к дисковому пространству при такой организации файловой структуры будет на единицу меньше, чем у файлов с плотным индексом для каждой записи, что при значительном числе записей не только существенно сокращает время обработки данных, но и повышает надежность работы дисковых устройств.

1.4.3 Организация индексов в виде в-дерева — многоуровневой иерархической структуры

Данное направление совершенствования организации файловой структуры связано с преобразованием индексной области файлов с неплотным индексом, который изначально предполагает описание этой области как одного упорядоченного списка, в вид иерархического симметрического поискового дерева. В таких деревьях число узлов на каждом уровне одинаково. Теоретические основы организации машинной памяти при построении таких иерархических систем были изложены в 1967 г. автором языка ассоциативного программирования АЛГЭМ, преподавателем Московского энергетического института А. И. Китовым.

Однако в современной литературе по теории баз данных иерархическую поисковую структуру принято называть B-деревом (читается: «Б-деревом») (от англ. B-tree – сбалансированное дерево).

На рис. 5 показан пример организации файловой структуры в виде В-дерева.

Рис. 5 Пример организации файловой структуры в виде B-дерева

2 Специальная часть

2.1 Назначение и функции программной системы

Разработанная база данных «Расписание занятий» предназначена для организации по составлению расписаний занятий. Основной функцией «ИС Расписание занятий» является хранение и обработка данных.

1) расписание занятий;

2) группы.

2.2 Системные требования

Для работы базы данных необходимы следующие ресурсы:

- процессор Pentium 133 или выше;

- минимальный объем оперативной памяти — 32 Мбайт;

- жесткий диск с объемом свободного пространства не менее 100 Мбайт;

- рекомендуется монитор типа VGA или с лучшей пазрешающей способностью;

- CD-ROM, клавиатура, мышь.

Для запуска данной базы данных требуется Visual Fox Fox Pro 6 и операционную систему: Windows 98/ME/NT 4.0/2000/XP.

Основные объекты данной информационной системы:

- «Предметы и аудитории» — содержит название предмета и аудиторию;

- «Расписание занятий» — содержит расписание занятий у различных групп;

- «Сведения о группе» — содержит информацию о группах.

2.3 Связывание таблиц

Access 2007 позволяет строить реляционные базы данных, отдельные таблицы которых могут быть связаны между собой.

Простейшей и наиболее редкой формой связи между таблицами является связь «один к одному», при которой для каждой записи в одной таблице существует в лучшем случае одна связанная с ней запись в другой таблице.

Гораздо чаще встречается связь «один ко многим», при которой для каждой записи в одной таблице существует одна, несколько или ни одной записи в другой таблице.

Нередко приходится иметь дело также со связью «многие ко многим», при которой отсутствуют ограничения на множества пар записей, принадлежащих связи. Такая связь в Access не используется. Ее необходимо представить в виде двух связей «один ко многим».

Рис. 6. Связи

В базе данных «Расписание занятий» таблицы связаны друг с другом двумя связями «один ко многим», образуя связь «многие ко многим».

2.4 Запросы

Запрос представляет собой специальную функцию, позволяющую выводить необходимые поля из таблицы, а также производить операции с данными полями в режиме конструктора, например, подсчет суммы, выборка полей, подсчет среднего итога. Существует несколько типов запросов: на выборку, на добавление, на удаление, на обновление, запрос на создание таблиц, перекрестный запрос. Запрос можно использовать для выполнения расчетов. Для этих целей предусмотрены статистические функции. Статистическую функцию задают в строке Групповая операция.

Таблица 3 «Функции и выполняемые операции»

Перечень запросов, применявшихся в данной базе данных приведен ниже.

Рис. 7. Запрос «Занятие, время начала и группа»

Запрос «Занятие, время начала и группа» позволяет вывести название предметов, идущих в одно и то же время у нескольких групп, путем ввода при запуске запроса день недели и время начала предмета.

Рис. 8. Запрос «Малочисленные группы»

Запрос «Малочисленные группы» отображает те группы, состав которых от 23 меньше студентов.

Рис. 9. Запрос «Общая длительность уроков в неделю»

Запрос «Общая длительность уроков в неделю» подсчитывает суммарно количество часов занятий в неделю, тем самым отображая нагрузку группы.

Рис. 10. Запрос «Поиск групп с одинаковыми специальностями»

Запрос «Поиск групп с одинаковыми специальностями» отображает группы, название специальностей которых совпадает.

Рис. 11. Запрос «Предметы, изучаемые группой»

Запрос «Предметы, изучаемые группой» отображает предусмотренные дисциплины для данной специальности.

Рис. 12. Запрос «Разбивка групп по номеру курса»

Запрос «Разбивка групп по номеру курса» позволяет вывести названия групп, путем ввода номера курса при запуске запроса.

Рис 13. Перекрестный запрос «Расписание занятий»

Перекрестный запрос «Расписание занятий» сопоставляет название группы с номером предмета и подсчитывает итоговое количество уроков в неделе.

2.5 Формы

Работа с данными в режиме таблицы имеет существенный недостаток: если полей слишком много, они не умещаются на экране и приходится прибегать к различным манипуляциям, чтобы оптимизировать представление: например, убирать некоторые столбцы, менять их положение.

После создания базы данных (и, возможно, одной или более таблиц) вы можете создать формы для просмотра данных в более удобном виде. Форма может служить средством защиты базы данных от неквалифицированных пользователей, а также ширмой, заслоняющей от любопытных глаз конфиденциальную информацию.

Любая форма строится на основе Access-таблицы или запроса. Имена полей извлекаются из спецификации таблицы, а поля в форме можно расположить по своему усмотрению. На основе одной таблицы можно построить несколько форм.

В Access 2007 существует несколько способов создания форм:

Таблица 4. Способы создания форм

Существует несколько разновидностей автоформ:

Форма — создание формы для ввода данных по одной записи за раз

Разделенная форма — создание разделенной формы, в верхней части которой отображается таблица, а в нижней – форма для ввода данных в запись, выделенную в таблице.

Несколько элементов — создание формы, в которой записи отображаются в виде таблицы, при этом каждая запись занимает отдельную строку

При каждом открытии сохраненной формы обновляются данные таблицы или запроса, на основе которого была создана форма. Благодаря этому содержимое формы всегда соответствует информации в таблицах или запросах.

Перечень форм, применявшихся в данной работе приведен ниже:

Рис 14. Форма «Группа: расписание занятий»

Форма «Группа: расписание занятий» представляет собой подчиненную форму и отражает данные о группе и расписание занятий.

Рис. 15. Главная кнопочная форма

Главная кнопочная форма предназначена для выполнения операций по открытию запросов, форм и отчетов, путем нажатия соответствующей кнопки, расположенной в области формы.

Рис. 16. Форма «Предметы и аудитории»

Форма «Предметы и аудитории» является формой, в которой отражены наименование предмета и аудитория для проведения занятий.

Рис. 17. Форма «Расписание занятий»

Форма «Расписание занятий» выполнена в ленточном виде и выводит расписание занятий по предмету.

Рис. 18. Форма «Сведения о группе»

Форма «Сведения о группе» отражает полную информацию о группах.

2.6 Отчеты

Отчеты используются для отображения данных таблицы или запроса в удобном для пользователя формате (с заголовками и номерами страниц).

Больше всего сведений в отчете берется из базовой таблицы и запроса, являющихся источниками данных для отчета. Другие сведения вводятся при разработке отчета. При создании отчета можно использовать несколько таблиц и запросов.

Использование отчетов имеет следующие достоинства:

- данные могут быть представлены в удобной для чтения и анализа форме;

- отчет позволяет включать и печатать графические объекты (например, диаграммы);

- обеспечивается возможность работы с материалом, напечатанным на бумаге.

Отчеты можно создавать двумя способами:

1) при помощи мастеров отчетов/автоотчетов;

2) «вручную».

Рис. 20. Отчет «Предмет и группы, изучающие данный предмет»

Отчет «Предмет и группы, изучающие данный предмет» представлена в ступенчатом макете данных с уровнем группировки по названию предмета. Данный отчет показывает, сколько групп изучают данную дисциплину.

Рис. 21. Отчет «Расписание занятий»

Отчет «Расписание занятий» показывает расписание занятий отдельно по каждой группе и может быть распечатан как готовое расписание занятий для студентов.

Рис. 22. Отчет «Сведения о группе

Отчет «Сведения о группе» выполнен с группировкой по шифру специальности и показывает, сколько групп одной и той же специальности учится в учебном заведении.

Заключение

Таким образом, в процессе проектирования базы данных, можно прийти к выводу, что правильная организация хранения и представления данных является неотъемлемой частью для успешного функционирования базы данных. Огромную роль в построении базы данных в MS Access играют такие полезные функции, как создание запросов, которые позволяют делать выборку необходимых полей из большой совокупности данных, а также производить арифметические и логические операции над этими полями.

Формы играют существенную роль в организации баз дынных, поскольку они создаются непосредственного для изменения или дополнения данных в таблицах через сами формы, а также формы более наглядно представляют информацию, содержащуюся в таблицах. Отчеты являются не менее важными элементами информационной системы, поскольку через создание отчетов можно распечатывать данные из информационной системы на бумагу, предварительно выбрав необходимые уровни группировки данных, что очень удобно при работе с большими объемами данных.

Список использованной литературы

1. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных / Пер. с англ. 6-е изд. К.: Диалектика, 1999.

2. Замулин А. В. Системы программирования баз данных и знаний. Новосибирск.: Наука. Сиб. Отд., 2002.

3. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. / Пер. с англ. М.: Мир, 2000.

4. Романов Б. Л., Кушниренко А. С. dBase IV. Назначение, функции, применение. М.: Радио и баз данных, 1999.

5. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика, 2003.

6. Бородаев В. А., Кустов В. Н. Банки и базы данных. Уч. пособие. Л.: ВИКИ, 2000.

7. Кузнецов С. Д. Введение в СУБД: часть 4.// Системы Управления Базами Данных, №4, 1999. — С. 114-122.

Размещено на Allbest.ru