В основе любой базы данных лежит модель данных, называемая информационная структура.
Модель данных предопределяет множество выводимых допустимых типов данных и отношений между ними и является основой для построения модели конкретной базы данных.
Модель базы данных является средством интерпретации содержимого базы данных и реализации операции по обработке и управлению данными.
Типы моделей данных
Термин «реляционный» (от латинского relatio–отношение) указывает на то, что такая модель хранения данных построена на взаимоотношении составляющих ее частей. Модель представляет собой двухмерный массив или двухмерную таблицу, а при создании сложных информационных моделей составляет совокупность взаимосвязанных таблиц. Каждая строка такой таблицы называется записью, а столбец –полем.
Свойства реляционной модели:
Каждый элемент таблицы – один элемент данных.
Все поля в таблице являются однородными, т.е. имеют один тип.
Каждое поле имеет уникальное имя.
Одинаковые записи в таблице отсутствуют.
Порядок записей в таблице может быть произвольным и может характеризоваться количеством полей, типом данных.
Иерархическая модель БД представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево (граф). Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи. Принцип работы модели заключается в том, что несколько узлов более низкого уровня соединяются при помощи связи с одним узлом более высокого уровня.
Узел – информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии.
Свойства иерархической модели данных:
Несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня.
Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), не подчиненную никакой другой вершине.
Каждый узел имеет свое имя (идентификатор).
Существует только один путь от корневой записи к более частной записи данных.
Сетевая модель БД имеет сходства с иерархической моделью. Она имеет те же основные составляющие (узел, уровень, связь), однако характер их отношений другой. В сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней.
Проектирование баз данных
Прежде чем приступать к работе с базой данных, необходимо выбрать модель представления данных.
Она должна отвечать следующим требованиям:
Наглядность представления информации;
Простота ввода информации;
Удобство поиска и отбора информации;
Возможность использования информации, введенной в другую базу;
Возможность быстрой перенастройки базы данных (добавление новых полей, новых записей, их удаление).
При разработке БД выделяют следующие этапы.
На этом этапе формируется задание по созданию БД. В нем подробно описывается состав базы, назначение и цели ее создания, а также перечисляется, какие виды работ предполагается осуществлять в этой базе данных (отбор, дополнение, изменение данных, печать или вывод отчета и т.д.).
На этом этапе необходимо рассмотреть, из каких объектов может состоять ваша БД, каковы свойства этих объектов. После разбиения БД на отдельные объекты необходимо рассмотреть свойства каждого из этих объектов, другими словами, установить, какими параметрами описывается каждый объект. Все эти сведения можно располагать в виде отдельных записей и таблиц. Далее необходимо рассмотреть тип данных каждой отдельной единицы записи (текстовый, числовой и т.д.). Сведения о типах данных также следует занести в составляемую таблицу.
База данных – структурная совокупность данных, поддерживаемых в актуальном состоянии (в соответствии объектам некоторой предметной области) и служащая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Существенные различия между БД и ИС – для хранения БД используется персональный компьютер, совокупность БД образует уже информационную систему, распределенную на несколько компьютеров.
Виды информационных систем относительно вида деятельности: производственные системы, системы маркетинга, системы учета и бухгалтерии, системы кадров и т.д.
Требования к информационной системе: 1) требование к назначению (сбор, хранение и обработка информации); 2) требование к среде хранения и доступу к данным; 3) (самое главное) удобный и понятный интерфейс для конечного пользователя.
Характеристики базы данных
полнота – чем полнее база данных, тем вероятнее, что она содержит нужную информацию (однако не должно быть избыточной информации);
правильная организация – чем лучше структурирована, тем легче в ней найти необходимые сведения;
актуальность–любая база данных может быть точной и полной, если она постоянно обновляется, т. е. необходимо, чтобы база данных в каждый момент времени полностью соответствовала состоянию отображаемого ею объекта;
удобство для использования – база данных должна быть проста и удобна в использовании и иметь развитые методы доступа к любой части информации.
Требования к базе данных
адекватность базы данных предметной области;
интегрированность данных;
независимость данных;
минимальная избыточность хранимых данных;
целостность базы данных;
обеспечение защиты от несанкционированного доступа или случайного уничтожения данных;
гибкость и адаптивность структуры базы данных;
динамичность данных и способность к расширению;
возможность поиска по многим ключам.
Классификация баз данных
1.По характеру хранимой информации: фактографические (база данных, содержащая информацию, относящуюся непосредственно к предметной области) и документальные (база, в которой каждый элемент представлен только в объёме поискового образа адресата. Такой элемент содержит совокупность признаков, характеризующих адресата (полный почтовый адрес, банковские реквизиты, фамилии – имена - отчества нужных лиц, профиль деятельности и т.д.)).
2.По способу хранения данных: централизованные (база данных, размещенная в виде единого информационного массива на одном или нескольких носителях в одной ЭВМ)и распределенные (совокупность логически взаимосвязанных баз данных, распределённых в компьютерной сети).
3.По структуре организации данных: реляционные (табличные БД), иерархические и сетевые БД.
Основное назначение ЭС состоит в разработке программных средств, которые получают при решении задач результаты, не уступающие по качеству и эффективности решениям человека-эксперта.
Выделяют 4 основные функции экспертных систем:
1.Приобретение знаний это передача потенциального опыта решения проблемы от некоторого источника знаний и преобразование его в вид, который позволяет использовать эти знания в программе;
2.Представление знаний средство отыскания методов формального описания больших массивов полезной информации с целью их последующей обработки с помощью символических вычислений;
3.Управление процессом поиска решения. Знание о том, какие знания нужны в той или иной конкретной ситуации, и умение ими распорядиться — важная часть процесса функционирования экспертной системы;
4. Разъяснение принятого решения. Способность системы объяснить методику принятия решения иногда называют прозрачностью системы. Под этим понимается, насколько просто персоналу выяснить, что делает программа и почему.
CLIPS – достаточно популярная оболочка для построения экспертных систем.
OpenCyc – мощная динамическая экспертная система. MYCIN – достаточно известная диагностическая система, предназначенная для диагностики и наблюдения за состоянием больного менингитом и бактериальными инфекциями. Компьютерные обучающие системы (КОС) – это специально разработанные программные модули, которые применяются в образовательном процессе и предназначены для управления познавательной деятельностью обучаемого, формирования и совершенствования его профессиональных знаний, умений и навыков. Компьютерные обучающие и контролирующие программы – программные средства учебного назначения, которые широко используются в образовательном процессе и позволяют:
индивидуализировать подход и дифференцировать процесс обучения;
контролировать обучаемого с диагностикой ошибок и обратной связью;
обеспечить самоконтроль и самокоррекцию учебно-познавательной деятельности;
моделировать и имитировать процессы и явления;
проводить лабораторные работы, эксперименты и опыты в условиях виртуальной реальности;
повысить интерес к процессу обучения, используя игровые ситуации.
Компьютерные системы обучения
Применение компьютера как аппаратного средства характеризует его как совокупность оборудования и средств, обеспечивающих ввод-вывод, модификацию текстовой, графической аудио- и видеоинформации. Как универсальное техническое средство обучения компьютер способен выполнять функции книги, пишущей машинки, магнитофона, кино, видео и др. Эффективность компьютера как технического средства обучения определяется типом процессора, размером и характеристикой памяти, звуко- и видеоадапторами и др.
Программное средство-это компьютерная программа учебного назначения.
Такие программы бывают следующих типов:
□ автоматизированные системы обучения (АСО) — компьютерные учебники, программный пакет, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел;
□ лабораторные практикумы (ЛП) - программа, служащая для проведения наблюдений, их численного и графического представления, исследования различных объектов на практике;
□ тренажеры (TP) -программы, используемые для отработки и закрепления технических навыков при решении задач, выполнения упражнений;
□ контролирующие программы (КП) - программы, предназначенные для проверки (и оценки) качества знаний обучающихся;
□ справочные системы (СС) - программы, предназначенные для хранения и предъявления обучаемому разнообразной учебной справочной информации.
Рассмотрим все этапы создания и принципы работы с базами данных на примере СУБД Microsoft Access.
Системы управления базами данных
База данных предполагает наличие комплекса программных средств, обслуживающих эту базу данных и позволяющих использовать содержащуюся в ней информацию. Такой комплекс программ называется СУБД. Это программная среда система, поддерживающая наполнение и манипулирование данными, представляющими интерес для пользователей при решении прикладных задач. СУБД является интерфейсом между базой данных и прикладными задачами.
Она предназначена, как на начинающего, так и на квалифицированного пользователя. База данных Access представляет набор данных и объектов (таких как таблицы, запросы и формы), относящихся к определенной задаче.
Функции СУБД
1.Определение данных – определить, какая именно информация будет храниться в БД, задать свойства данных, их тип (например, число цифр или символов), а также указать, как эти данные связаны между собой. В некоторых случаях есть возможность задавать форматы и критерии проверки данных.
2.Обработка данных – данные могут обрабатываться самыми различными способами. Можно выбирать любые поля, фильтровать и сортировать данные. Можно объединять данные с другой, связанной с ними, информацией и вычислять итоговые значения.
3.Управление данными – можно указать, кому разрешено знакомиться с данными, корректировать их или добавлять новую информацию. Можно также определять правила коллективного доступа.5.
Структура простейшей базы данных. Если в базе нет никаких данных (пустая база), то это все равно полноценная база данных. Хотя данных в базе и нет, но информация в ней все-таки есть — это структура базы. Она определяет методы занесения данных и хранения их в базе.
Базы данных могут содержать различные объекты, но основными объектами любой базы данных являются ее таблицы. Простейшая база данных имеет хотя бы одну таблицу. Соответственно, структура простейшей базы данных тождественно равна структуре ее таблицы.
Этапы проектирования базы данных Access
Работа по созданию базы данных начинается с проектирования структуры базы данных.
1.Определение цели создания данных. Нужно определить основные темы таблиц базы данных и информацию, которую будут содержать поля таблиц.
2. Определение количества и структуры таблиц, которые должна содержать база данных. При проектировке таблиц, рекомендуется руководствоваться следующими основными принципами:
1) Информация в таблице не должна дублироваться.
2) Не должно быть повторений и между таблицами.
3) Каждая таблица должна содержать информацию только на одну тему.
3. Определение необходимых в таблице полей. Каждая таблица содержит информацию на отдельную тему, а каждое поле в таблице содержит отдельные сведения по теме таблицы. При разработке полей для каждой таблицы необходимо помнить:
- Каждое поле должно быть связано с темой таблицы.
- Не рекомендуется включать в таблицу данные, которые являются результатом выражения.
- В таблице должна присутствовать вся необходимая информация.
- Информацию следует разбивать на наименьшие логические единицы (Например, поля «Имя» и «Фамилия», а не общее поле «Имя»).
· Задание индивидуального значения каждому полю.
4. Определение связей между таблицами. После распределения данных по таблицам и определения ключевых полей необходимо выбрать схему для связи данных в разных таблицах. Для просмотра связей в базе данных:
- откройте файл с необходимой базой данных. (*.mdbx).
- выбрать команду «Схема данных» данных на вкладке «Работа с базами данных». Появится окно с установленными связями, но только в том случае если до этого они уже были созданы и сохранены.
Объектами базы данных является:
Таблица–это основная категория объектов в реляционной СУБД. Каждая таблица состоит из записей и из полей. Работа с таблицей выполняется в двух основных таблицах в режиме конструктора и в режиме таблицы.
Запросы–эти объекты служат для получения данных из одной или нескольких таблиц отбор нужных сведениях производится на основе формулируемых критерий. С помощью запросов создаются новые таблицы, в которых используются данные уже из существующих таблиц. Одна из их основных функций — находить информацию в таблицах.
Формы – этот тип объектов используется в основном для удобного ввода данных. Форма представляет как бланк, который следует заполнить. С помощью форм создается пользовательский интерфейс для ввода и редактирования данных.
Отчёты–предназначенные для отображения данных в виде удобном для просмотра на основе отчета может быть создан документ, который будет распечатан или включен в документ другого приложения. Отчеты используются для форматирования, сведения и показа данных.
Макросы–это макро команды которые запускаются простым нажатием нескольких клавиш, а могут выполнять такие действия как открытие таблицы и форм, выполнения опций меню, управление окнами и д.р. Можно создавать и свои макросы для последовательности часто применяемых операций. Используя макросы, можно автоматизировать большинство операций, которые в базе данных вы делаете вручную, и, таким образом, значительно сэкономить время.
Модули – этот тип объектов представляет собой программные модули. Написанные на языке UBK. Модули это обычна процедура для обработки событий ил выполнения вычисления. Разбиение на модули облегчает процесс составления программ. Подобно макросам, модули — это объекты, с помощью которых базу данных можно сделать более функциональной.