Дипломная работа: Разработка базы данных

Дипломная работа: Разработка базы данных

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Основные понятия систем баз данных

1.2 База данных

1.3 Архитектура системы баз данных

1.4 Модель данных

1.5 Реляционная модель

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗЫ ДАННЫХ

3.1 Реляционная алгебра

3.1.1 Общая интерпретация реляционных операций

3.1.2 Замкнутость реляционной алгебры и операция переименования

3.1.3 Особенности теоретико-множественных операций реляционной алгебры

3.2 Реляционное исчисление

3.2.1 Кортежные переменные и правильно построенные формулы

3.2.2 Целевые списки и выражения реляционного исчисления

3.2.3 Реляционное исчисление доменов

3.3 Целостность данных

3.4 Проектирование баз данных

4. РАЗРАБОТКА БАЗЫ ДАННЫХ

4.1 Предметная область базы данных

4.2 Построение инфологической модели

4.3 Проектирование базы данных

5. РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ-КЛИЕНТА

5.1 Обоснование выбора среды программирования

5.2 Средства Delphi для работы с базами данных

5.3 Реализация приложения

5.3.1 Общее описание форм и модулей

5.3.2 Форма MainForm и модуль Main

5.3.3 Модуль данных DataModule1 и модуль DBUnit

5.3.4 Форма EditForm и модуль Edit

5.3.5 Форма DeleteForm и модуль Delete

5.3.6 Форма FindForm и модуль Find

5.3.7 Форма FilterForm и модуль Filter

5.3.8 Форма DirSourceForm и модуль DirSource

5.3.9 Форма PathForm и модуль Path

5.3.10 Форма UserForm и модуль User

5.3.11 Форма AboutBox и модуль About

5.3.12 Модуль Files

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Предметная область базы данных и её разработка

6.2 Разработка сетевого графика работ проведения НИР

6.3 Расчет сметы затрат на проведение НИР

7. ОХРАНА ТРУДА

7.1 Общие вопросы охраны труда

7.2 Производственная санитария

7.3 Техника безопасности

7.4 Эксплутационные меры

7.5 Пожарная безопасность

7.6 Охрана окружающей среды

8. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

ВЫВОД

СПИСОК ССЫЛОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Для принятия обоснованных и эффективных решений в производственной деятельности, в управлении экономикой и в политике современный специалист должен уметь с помощью компьютеров и средств связи получать, накапливать, хранить и обрабатывать данные, представляя результат в виде наглядных документов. В современном обществе информационные технологии развиваются очень стремительно, они проникают во все сферы человеческой деятельности.

Целью данной дипломной работы является разработка удалённой базы данных и приложения-клиента для доступа к электронным источникам литературы, содержащихся на жёстком диске сервера предприятия в виде файлов и пакетов фалов (текстовых документов различных типов, гипертекста HTML, исполняемых файлов и др.). Архитектура клиент-сервер, используемая при реализации поставленной задачи на данный момент является наиболее прогрессивной. Она даёт возможность разделить задачу на две подзадачи: разработка собственно удалённой базы данных, физически расположённой на сервере и управляемой СУБД, и приложения, осуществляющего доступ к данной базе данных при помощи SQL-запросов и располагающееся на рабочих станциях пользователей сети. При такой реализации нагрузка также распределяется между сервером и рабочими станциями, что позволяет увеличить скорость работы программы.

Для управления базой данных была выбрана СУБД InterBase 6.0 фирмы Borland. Для разработки клиентской части приложения использовалась среда программирования Borland Dalphi 7.0 Eneterprise Edition, предоставляющая удобные средства для быстрого и наглядного создания подобных приложений.

Разработанная в ходе дипломной работы база данных позволяет увеличить скорость поиска и доступа пользователя к необходимым источникам литературы, позволяет упорядочить и систематизировать их. А это в свою очередь может повлиять на производительность труда пользователя, которому не надо тратить большое количество времени на поиск необходимой информации.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Основные понятия систем баз данных

Система баз данных – это компьютеризированная система хранения записей, т.е. компьютеризированная система, основное назначение которой – хранить информацию, предоставляя пользователям средства её извлечения и модификации [1].

Преимущества системы с базой данных по сравнению традиционным методом ведения учёта:

1)  компактность;

2)  скорость;

3)  низкие трудозатраты;

4)  актуальность;

5)  централизованное управление данными;

6)  независимость данных.

Система баз данных включает в себя четыре основных компонента: данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение (в частности систему управления базами данных, или СУБД) и пользователи.

Системы баз данных бывают однопользовательские и многопользовательские. Однопользовательская система – это система, в которой одновременно к базе данных может получить доступ не более одного пользователя, а многопользовательская система – это такая система, в которой к базе данных могут получить доступ сразу несколько пользователей.

В общем случае данные в базе данных являются интегрированными и разделяемыми. Под понятием интегрированности данных подразумевается возможность представить базу данных как объединение нескольких отдельных файлов данных полностью или частично исключающих избыточность хранения информации. Под понятием разделяемости данных подрозумевается возможность использования отдельных элементов, хранимых в базе данных несколькими различными пользователями.

К аппаратному обеспечению системы относят следующее:

1) Тома вторичной (внешней) памяти, используемые для хранения информации, а также соответствующие устройства ввода-вывода, контроллеры устройств, каналы ввода-вывода и т.д.

2) Аппаратный процессор (или процессоры) вместе с основной (первичной) памятью, предназначенные для поддержки работы программного обеспечения системы баз данных.

Между собственно физической базой данных и пользователями системы располагается уровень программного обеспечения, который можно называть по-разному: менеджер базы данных, сервер базы данных или система управления базами данных (СУБД). Все запросы пользователя на доступ к базе данных обрабатываются СУБД. Все имеющиеся средства добавления файлов (или таблиц), выборки и обновления в этих файлах или таблицах также предоставляются СУБД. Основная задача СУБД – предоставить пользователю базы данных возможность работать с ней, не вникая в детали на уровне аппаратного обеспечения.

Пользователей можно разделить на три большие и отчасти перекрывающиеся группы. Первая группа – прикладные программисты, которые отвечают за написание прикладных программ, использующих базу данных. Прикладные программисты получают доступ к базе данных посредством выдачи соответствующего запроса к СУБД. Вторая группа – конечные пользователи, которые работают с системой баз данных непосредственно через рабочую станцию или терминалы. Конечный пользователь может получить доступ к базе данных, применяя одно из интерактивных приложений или же интерфейс, интегрированный в программное обеспечение самой СУБД. Третья группа – администраторы базы данных (АБД). Они отвечают за администрирование базы данных и всей системы баз данных в соответствии с требованиями, устанавливаемыми администратором данных.

1.2 База данных

База данных – это некоторый набор перманентных (постоянных) данных, используемых прикладными системами какого-либо предприятия, организации.

База данных представляет собой совокупность связанных данных конкретной предметной области. [2]

Сущность – любой отличимый объект, который может быть представлен в базе данных. Кроме собственно основных сущностей, существуют ещё и связи между ними, которые объединяют эти основные сущности. В реляционных базах данных и основные сущности и связи между ними представляются с помощь таблиц. Связь можно понимать как связь особого типа.

Сущности (а значит, и связи) имеют некоторые свойства, соответствующие тем данным о них, которые мы желаем записать. В общем случае свойства могут быть как простыми, так и сложными, причём настолько, насколько это потребуется.

Независимость может быть реализована на двух уровнях: физическом и логическом. Независимость баз данных может быть определена как иммунитет прикладных программ к изменениям способа хранения данных и используемых методов доступа. Среди прочего для независимости данных требуется строгое разделение между моделью данных и её реализацией.

Системы баз данных обычно поддерживают транзакции или логические единицы работы. Основное преимущество транзакций заключается в том, что они гарантируют атомарность выполняемых действий, несмотря на возможные сбои системы, имевшие место до завершения выполнения транзакции.

1.3 Архитектура системы баз данных

Архитектура системы баз данных включает три уровня: внутренний, внешний и концептуальный. Внутренний уровень (также называемый физическим) наиболее близок к физическому хранилищу информации, т.е. связан со способами хранения информации на физических устройствах. Внешний уровень (также называемый пользовательским логическим) наиболее близок к пользователям, т.е. связан со способами представления данных с отдельными пользователями. Концептуальный уровень (также называемый общим логическим или просто логическим) является “промежуточным” уровнем между первым и вторым.

Если внешний уровень связан с индивидуальными представлениями пользователей, то концептуальный уровень связан с обобщённым представлением пользователей. Иначе говоря может существовать несколько внешних представлений, каждое из которых состоит из более или менее абстрактного представления определённой части базы данных, и только одно концептуальное представление, состоящее из абстрактного представления базы данных в целом.

Архитектура базы данных, кроме элементов самих трёх уровней включает определённые отображения. Отображение “концептуальный-внутренний” устанавливает соответствие между концептуальным представлением и хранимой базой данных, т.е. описывает как концептуальные записи и поля представлены на внутреннем уровне. При изменении структуры хранимой базы данных отображение “концептуальный-внутренний” также изменится, причём таким образом, чтобы концептуальная схема осталась неизменной. Отображение “внешний-концептуальный” определяет соответствие между некоторым внешним представлением и концептуальным представлением.

Пользователи, т.е. конечные пользователи и прикладные программисты, работающие на внешнем уровне, взаимодействует с данными с помощью подъязыка, который включает по крайней мере два компонента: язык определения данных (ЯОД) и язык манипулирования данными (ЯМД).

Система управления базой данных (СУБД) представляет собой программное обеспечение, которое управляет всем доступом к базе данных.

Функции СУБД:

1)  определение данных;

2)  обработка данных;

3)  оптимизация и выполнение;

4)  защита и сохранение целостности данных;

5)  восстановление данных и поддержка параллельности;

6)  словарь данных.

На высоком уровне систему баз данных можно рассматривать как систему с очень простой структурой, состоящей из двух частей – сервера (внутреннего компонента или машины баз данных) и набора клиентов (внешнего компонента или внешнего интерфейса).

Сервер – это сама СУБД. Он поддерживает все основные функции СУБД и предоставляет полную поддержку внешнего, концептуального и внутреннего уровня.

Клиенты – это различные приложения, которые выполняются поверх СУБД: как приложения написанные пользователями, так и встроенные приложения, предоставляемые поставщиком СУБД или некоторыми сторонними поставщиками программного обеспечения

Распределённая обработка - это возможность соединить разные машины в коммуникационную сеть для организации совместного решения одной задачи обработки данных на нескольких машинах сети. Взаимодействие между различными машинами осуществляется с помощью специального программного обеспечения, предназначенного для управления сетью. В общем случае каждый сервер может обслуживать много клиентов, а каждый клиент может работать со многими серверами. Если система обеспечивает полную прозрачность доступа, то в таком случае мы имеем настоящую распределённую систему баз данных.

Каталог (словарь данных) – это набор системных переменных-отношений, содержащих метаданные о различных элементах, важных для системы. Пользователи могут опрашивать каталог теми же методами, которые они применяют для доступа к собственным данным.

1.4 Модель данных

Модель данных – это абстрактное, самодостаточное, логическое определение объектов, операторов и прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину, с которой взаимодействует пользователь. [1] Упомянутые объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы – поведение данных.

Реализация заданной модели данных – это физическое воплощение на реальной машине компонентов абстрактной машины, которые в совокупности составляют эту модель.

Цель инфологического моделирования – обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных. Поэтому инфологическую модель данных пытаются строить по аналогии с естественным языком (последний не может быть использован в чистом виде из-за сложности компьютерной обработки текстов и неоднозначности любого естественного языка). Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты).

Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, места, самолеты, рейсы, вкус, цвет и т.д. 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.

Атрибут – поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различного типа сущностей. Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами отсутствует. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. В другом контексте атрибут может выступать как самостоятельная сущность.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся.

Связь – ассоциирование двух или более сущностей. Если бы назначением базы данных было только хранение отдельных, не связанных между собой данных, то ее структура могла бы быть очень простой. Однако одно из основных требований к организации базы данных – это обеспечение возможности отыскания одних сущностей по значениям других, для чего необходимо установить между ними определенные связи. А так как в реальных базах данных нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей, то теоретически между ними может быть установлено более миллиона связей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей.

Система баз данных может быть основана на нескольких различных подходах. Иерархическая и сетевая модели данных стали применяться в системах управления базами данных в начале 60-х годов. В начале 70-х годов была предложена реляционная модель данных. Эти три модели различаются в основном способом представления взаимосвязей между объектами. [2]

Иерархическая модель данных строится по принципу иерархии типов объектов, т.е. один тип объектов является главным, а остальные, находящиеся на низших уровнях, подчинёнными. Между главным и подчинёнными типами объекта устанавливается взаимосвязь “один ко многим”. Иными словами, для данного главного типа объекта существует несколько подчинённых типов объекта.

Иерархическая древовидная структура строится из узлов и ветвей. Узел представляет собой совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. Зависимые узлы располагаются на более низких уровнях дерева.

Достоинства иерархической модели данных:

1)  простота понимания и использования;

2)  обеспечение определенного уровня независимости данных;

3)  простота оценки операционных характеристик благодаря заранее заданным взаимосвязям.

Недостатки модели:

1)  избыточное хранение данных;

2)  из-за строгой иерархической упорядоченности объектов модели значительно усложняются операции включения и удаления;

3)  удаление исходных объектов влечёт удаление порождённых;

4)  процедурность операций манипулирования данными;

5)  корневой тип узла является главным, доступ к любому порождённому узлу возможен только через исходный.

В сетевой модели данных понятия главного и подчинённых объектов несколько расширены. Любой объект может быть и главным и подчинённым. Главный объект обозначается термином “владелец набора”, а подчинённый – “член набора”. Один и тот же объект одновременно может выступать и в роли владельца и в роли члена набора. Это означает, что каждый объект может участвовать в любом случае взаимосвязей.

В сетевой модели данных объекты объединяются в “сеть”. Каждый тип записи может содержать нуль, один или несколько атрибутов.

Достоинства сетевой модели:

1)  возможность построения вручную эффективных прикладных систем;

2)  возможность экономии памяти за счет разделения подобъектов;

3)  простота реализации часто встречающихся в реальном мире взаимосвязей “многие ко многим”.

Недостатки сетевой модели данных:

1)  сложность модели;

2)  возможная потеря данных при реорганизации базы данных.

Реляционные системы основаны на формальной теории, называемой реляционной моделью данных, которая предполагает следующее:

1) данные представлены посредством строк в таблицах, и эти строки могут быть непосредственно интерпретированы как истинные высказывания;

3)  для обработки строк данных предоставляются операторы, которые напрямую поддерживают процесс логического получения дополнительных истинных высказываний из существующих высказываний.

1.5 Реляционная модель

К числу достоинств реляционного подхода можно отнести:

1)  наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют сравнительно просто моделировать большую часть распространенных предметных областей и допускают точные формальные определения, оставаясь интуитивно понятными;

2)  наличие простого и в то же время мощного математического аппарата, опирающегося главным образом на теорию множеств и математическую логику и обеспечивающего теоретический базис реляционного подхода к организации баз данных;

3)  возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти.

Реляционные системы далеко не сразу получили широкое распространение. В то время, как основные теоретические результаты в этой области были получены еще в 70-х, и тогда же появились первые прототипы реляционных СУБД, долгое время считалось невозможным добиться эффективной реализации таких систем. Однако отмеченные выше преимущества и постепенное накопление методов и алгоритмов организации реляционных баз данных и управления ими привели к тому, что уже в середине 80-х годов реляционные системы практически вытеснили с мирового рынка ранние СУБД.

В настоящее время основным предметом критики реляционных СУБД является не их недостаточная эффективность, а присущая этим системам некоторая ограниченность (прямое следствие простоты) при использование в так называемых нетрадиционных областях (наиболее распространенными примерами являются системы автоматизации проектирования), в которых требуются предельно сложные структуры данных. Еще одним часто отмечаемым недостатком реляционных баз данных является невозможность адекватного отражения семантики предметной области. Другими словами, возможности представления знаний о семантической специфике предметной области в реляционных системах очень ограничены. Современные исследования в области постреляционных систем главным образом посвящены именно устранению этих недостатков.

Каждое отношение имеет заголовок и тело. Заголовок – это набор пар “имя столбца: имя типа”, а тело отношения состоит из набора строк, которые соответствуют заголовку. Заголовок любого отношения можно рассматривать как предикат, а каждую строку в теле отношения – как некоторое истинное высказывание, образованное в результате подстановки определённых значений аргументов соответствующего типа вместо местодержателей или параметров этого предиката.

Исходные переменные-отношения в некоторой базе данных называются базовыми переменными-отношениями, а их значения называются базовыми отношениями. Отношение, которое получено из таких базовых отношений путём вычисления некоторого реляционного выражения, называются производными. Представление – это переменная-отношение, значение которой в любой данный момент является некоторым производным отношением. Значение такой переменной-отношения в любой момент представляет собой результат вычисления соответствующего реляционного выражения, определяющего это представление. Поэтому можно сказать, что базовые переменные-отношения существуют независимо, а представления – нет.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12