Дипломная работа: Информационная система мониторинга формирования знаний и компетенций студентов

Диаграмма состояний для системы представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Диаграмма состояний

1.7 Разработка логической структуры базы данных

1.7.1 Уровни представления данных

Данные - вид информационного ресурса, отличающийся высокой степенью форматированности данных, в отличие от более свободных структур, характерных для речевой, текстовой и визуальной информации.

Существует три уровня представления данных:

1-й уровень - концептуальный, связан с частным представлением данных группы пользователей в виде внешней схемы, объединяемых общностью используемой информации.

2-й уровень - логический, является обобщенным представлением данных всех пользователей в абстрактной форме. Используется три вида моделей: иерархические, сетевые и реляционные.

3-й уровень - физический (внутренний), связан со способом фактического хранения данных в физической памяти ЭВМ.

Термин «база данных» (БД) обозначает способ организации данных, и в отличие от другого способа, файловых структур, БД содержит не только сами данные, но и их описания, а также связи между ними.

БД используются обычно не самостоятельно, а являются компонентой различных информационных систем: банков данных, информационно-поисковых и экспертных систем, систем автоматизированного проектирования, автоматизированных рабочих мест и других.

1.7.2 Выбор модели данных

По способу установления связей между данными СУБД основывается на использовании трёх основных видов модели: иерархической, сетевой или реляционной; на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве. Однако различия между этими моделями постепенно стираются.

Каждая из указанных моделей обладает характеристиками, делающими ее наиболее удобной для конкретных приложений. Одно из основных различий этих моделей состоит в том, что для иерархических и сетевых СУБД их структура часто не может быть изменена после ввода данных, тогда как для реляционных СУБД структура может изменяться в любое время.

Термин «модель данных» был введен американским математиком Коддом в 1970 г. при обосновании реляционной модели данных. Это понятие соответствует такому смысловому аспекту термина «модель», который понимается как средство, инструмент для моделирования.

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. К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи [6].

Сетевая модель данных

Сетевая модель СУБД во многом подобна иерархической: если в иерархической модели для каждого сегмента записи допускается только один входной сегмент при N выходных, то в сетевой модели для сегментов допускается несколько входных сегментов наряду с возможностью наличия сегментов без входов с точки зрения иерархической структуры [7].

Реляционная модель данных

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, которые представляют собой двумерный массив.

В рамках выполнения данного дипломного проекта я решил остановиться на реляционной модели данных, так как эта модель позволяет наиболее удобно представить данные рассматриваемой предметной области, поскольку таблицы наглядно отображают содержащуюся в БД информацию.

Логическая модель данных описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а так же ограничения на данные, налагаемые предметной областью.

Работа с базой данных начинается с построения модели. Наиболее распространенной является ER-модель (entity-relationship model). Она удобна при прототипировании (проектировании) информационных систем, баз данных, архитектур компьютерных приложений, и других систем (далее, моделей). С её помощью можно выделить ключевые сущности, присутствующие в модели, и обозначить отношения, которые могут устанавливаться между этими сущностями. Важно отметить, что сами отношения также являются сущностями (выделяются в отдельные графические блоки), что позволяет устанавливать отношения на множестве самих отношений. ER-модель является одной из самых простых визуальных моделей данных (графических нотаций)[8].

На рисунке 6 представлена логическая структура БД программного комплекса, которая является реализацией диаграммы сущностных классов, представленных на рисунке 1.

Список таблиц с пояснением:

- Таблица семестр. В таблице семестр находится список всех семестров которые были с момента начала учета формирования знаний и компетенций студентов.

- Таблица группа. В таблице групп находится список всех групп студентов с момента запуска программы и начала учета формирований знаний и компетенций студентов.

- Таблица предмет. В таблице предметов находится список всех предметов которым обучаются студенты бакалавры с первого курса до конца обучения.

- Таблица студент. В таблице студентов находится список студентов с начала и до окончания обучения. С момента начала учета формирования знаний и компетенций студентов.

- Таблица компетенции. В таблице компетенций находится список всех компетенций студентов бакалавров с подробным описанием каждой компетенции.

- Таблица ФГОСы. В таблице ФГОСы находится список всех знаний студентов-бакалавров на все время обучения с момента начала учета формирования знаний и компетенций студентов.

Рисунок 6 - Логическая структура базы данных

1.8 Выбор технических средств и ресурсный анализ

После построения логической модели данной системы необходимо произвести расчеты требуемых ресурсов памяти и времени реакции (быстродействия) системы. Эта оценка является приблизительной и должна характеризовать порядок величин при наихудших условиях функционирования системы. Расчет требуемых ресурсов памяти производится отдельно для внешней (долговременной) и оперативной (более быстрой) памяти.

1.8.1 Расчет необходимого объема внешней памяти

Для расчета внешней памяти воспользуемся формулой (1):

, Мбайт (1)

- общий объём внешней памяти;

- объём внешней памяти, требуемый для хранения файлов операционной системы и её нормальной работы;

- объём внешней памяти, требуемый для хранения файлов СУБД;

- объём внешней памяти, требуемый для хранения записей БД и результатов выполнения функций;

- объём внешней памяти, необходимый для хранения информации.

Система работает под управлением операционной системы Microsoft Windows 7 с использованием Microsoft SQL Server.

= 10000 Мбайт; = 20 Мбайт.

Срок хранения информации составляет пять лет, рассчитаем необходимое количество внешней памяти.

Данные расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет объёма данных

= 6 Мбайт;

= 60 Мбайт;

Сложив данные, получим:

= 10000+20+6+60= 10086 Мбайт.

Таким образом, для сервера нам потребуется жесткий диск

объемом 10 Гб.

1.8.2 Расчет необходимого объема оперативной памяти

Формула, используемая для расчета требуемой оперативной памяти, аналогична формуле (1).

Результаты расчета объема кэша для хранения данных в оперативной памяти приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчет объема буферизации

1.8.3 Расчет характеристик для сервера

= 60 Мбайт;

= 6 Мбайт;

= 1024+20+40+4 =1088 Мбайт;

Поскольку оперативная память комплектуется модулями стандартного размера от 256 Мбайт до 4 Гбайт, мы выбираем один модуль на 1024 Мбайт для сервера.

1.8.4 Расчет характеристики для клиента

= 40 Мбайт;

= 5 Мбайт;

= 4 Мбайт;

= 512+40+5+4=561 Мбайт.

Поскольку оперативная память комплектуется модулями стандартного размера от 256 Мбайт до 4 Гбайт, мы выбираем один модуль на 1024 Мбайт для клиента.

1.8.5 Расчет времени реакции системы

Расчет времени реакции системы должен дать оценку быстродействия системы. Временем реакции системы по какой-либо функции называется время от момента начала запроса на выполнение этой функции от внешнего источника запросов до момента окончания формирования результата по данной функции.

Общее время реакции системы на выполнение запроса рассчитывается по формуле (2):

(2)

,

,

,

,

.

- время на ввод входных данных запроса;

- коэффициент ошибок при вводе, для расчетов можно принять равным 1,5;

- количество символов, вводимых в качестве исходных данных запроса.

- время ввода одного символа, при ручном вводе с клавиатуры в некоторую экранную форму можно принять в среднем равным 2 с;

- время, затрачиваемое на считывание физических блоков при работе с накопителем;

- количество считываемых физических блоков, зависит от количества обрабатываемых таблиц (файлов) и объема таблиц (файлов);

=0,006 сек - время позиционирования головок дискового накопителя;

=0,001 сек - время считывания физического блока в дисковом накопителе;

- время, затрачиваемое процессором на обработку информации с учетом выполнения циклов;

= 1000 - количество операций высокого уровня, необходимых для формирования результата;

- среднее количество тактов машинных команд на одну операцию, для большинства случаев можно принять = 60;

= 2600*10⁶ - тактовая частота процессора, Гц;

= cредний объем таблицы, байт;

= 5 - количество таблиц, обрабатываемых в запросе;

= 512 байт - объем физического блока носителя, байт;

Данные из памяти SDRAM считываются блоками по 32 бита, разбитыми на че-тыре байта.

- время на вывод результата на устройство вывода или отображения, для принтера оценивается отдельно. Для дисплея можно принять 0,5 с. (зависит от видеокарты и дисплея).

Результаты расчета времени реакции системы приведены в таблице 3.

Таблица 3- Расчет времени реакции системы

Таким образом, в худшем случае, для полной подготовки и вывода на экран отчета может потребоваться 8,9 секунды, причем основная часть этого времени будет тратиться на работу с запоминающим устройством (итоговое время реакции)

1.8.6 Скорость передачи данных

где, Vп - скорость передачи данных;

Vд - объем данных;

Vпр - пропускная способность;

Vпр = 512 Кбит/с (как наихудшее соединение);

Vд = 100 символов*2 бита=200бит = 0,19 Кбит;

Vп = 0,19 Кбит / 512 Кбит/с ? 0,0004 c.

0,0004 c. - скорость передачи данных при наихудшем соединении.

Требования к комплексу технических средств

Сервер: процессор класса Pentium с тактовой частотой 2 ГГц и выше;