Файл: Проектирование БД для контроля сессионной успеваемости студентов ВУЗа.pdf

Введение

Актуальность выбранной темы исследования заключается в том, что в настоящее время SQL получил широкое применение в прикладном программировании, поскольку он значительно сокращает объем работ, который пришлось бы выполнять при использовании универсальных языков программирования.

В области баз данных наблюдается все большая интеграция, которая повышает важность стандартного языка, пригодного для использования на различных компьютерных платформах и с разными СУБД.

При наличии стандартного языка достаточно изучить один набор команд и применять его для ввода, поиска, изменения и передачи информации независимо от имеющейся платформы: персональный компьютер, рабочая станция или большая ЭВМ.

Появление современного информационного общества стало следствием возможности накапливать и хранить гигантские объемы информации. Каждый человек в повседневной деятельности использует различные виды информационных ресурсов. При этом информация должна быть тематически отобрана и структурирована. Для решения этих задач и предназначены базы данных.

Постоянное увеличение объемов информации и усложнения спектра применения баз данных привело к появлению систем управления базами данных (СУБД).

В результате своего развития и разработки четкого математического аппарата базы данных стали называется реляционными базами данных. И как следствие СУБД для работы с данными базами стали называться - систем управления реляционными базами данных (СУРБД).

Немаловажным фактором на пути становления реляционных баз данных и СУРБД, кроме наличия математической основы, послужила разработка декларативного языка управления базами данных SQL. А разработка стандартов на данный язык позволила ему занять лидирующее положение по отношению к другим языкам управления реляционными базами данных.

Объектом исследования являются базы данных и системы управления базами данных.

Предметом исследования проектирование БД для контроля сессионной успеваемости студентов ВУЗа

Целью данной работы является выявление текущего состояния СУРБД, а и проектирование БД для контроля сессионной успеваемости студентов ВУЗа.

Для достижения поставленной цели курсовой работы предполагается решить следующие задачи:

- дать описание основным характеристикам реляционных баз данных;

- рассмотреть язык управления реляционными базами данных SQL;

---

- определить понятие и функции СУБД;

- представить существующие виды СУРБД и их основные отличия;

- привести основные тенденции развития СУРБД;

- провести проектирование БД для контроля сессионной успеваемости студентов ВУЗа.

При разработке данной курсовой работы использовались публикации следующих авторов: Буракова П.В.; Петрова В.Ю.; Шандаров Е.С.; Кузнецова С.Д.; Хайдарова К.А.; Баженова И.Ю и многих других, а также информация с различных интернет источников.

Необходимо признать, что объем данной работы не позволяет подробно описать существующие механизмы физической реализации систем управления реляционными базами данных. Для более детального рассмотрения данных вопросов необходимо воспользоваться работами Буракова П.В. и Петрова В.Ю.

1. РЕЛЯЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ

1.1 Этапы проектирования и разработка реляционной модели данных

Реляционная модель данных - это логическая модель представления данных, основанная на теории множеств и логики высказываний.

Базовом понятием реляционной модели является отношение (“relation”) то есть понятие взаимосвязи одних объектов с другими. В 1970 году своей статье Э. Ф. Кодд показал, что любое представление данных сводится к совокупности двумерных таблиц особого вида.

Каждая строка в таблице представляет некоторый объект реального мира или соотношения между объектами. Атрибут — это поименованный столбец отношения. Свойства сущности, его характеристики определяются значениями атрибутов. Порядок следования атрибутов не влияет на само отношение.

Положив теорию отношений в основу реляционной модели, Э. Кодд обосновал реляционную замкнутость отношений и ряда некоторых специальных операций, которые применяются сразу ко всему множеству строк отношения, а не к отдельной строке. Указанная реляционная замкнутость означает, что результатом выполнения операций над отношениями является также отношение, над которым в свою очередь можно осуществить некоторую операцию. Из этого следует, что в данной модели можно оперировать реляционными выражениями, а не только отдельными операндами в виде простых имен таблиц.

---

К числу достоинств реляционного подхода можно отнести [3 c. 53-54]:

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

- 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 БД;

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

Из всего вышеуказанного следует, что реляционная база данных представляет собой конечный (ограниченный) набор отношений. Отношения используются для представления свойств объектов (сущностей) предметной области, а также для представления связей между ними. Отношения в реляционной базе данных представляются в виде двумерных таблиц, имеющих уникальное имя. Каждая строка таблицы называется кортежем или записью и обладает определенным набором атрибутов (столбцов), а для манипулирования данными используются операции реляционной алгебры [3 c.55].

Для манипулирования данными в реляционной базе данных Кодд ввел и систему операций над отношениями, в разработанной им модели данных, названной реляционной алгеброй.

Первоначально реляционная алгебра включала в себя следующие операции: объединение; разность; произведение; пересечение; проекция; выбор; соединение; деление. Позднее базовые операции были дополнены операциями: полусоединение, полуразность, транзитивное замыкание и другими.

Операторы реляционной алгебры используют одно или два из существующих отношений для создания нового отношения. Реляционная алгебра (или алгебра отношений) представляет собой совокупность операций высокого уровня над отношениями.

Также, с введение операций реляционной алгебры, был разработан аппарат реляционных исчислений, являющийся прикладной частью теории исчисления предикатов первого порядка. Результатом выполнения данных вычислений над отношениями также является отношение.

Кодд показал логическую эквивалентность реляционной алгебры и реляционного исчисления. Это означает, что любой запрос, который можно сформулировать при помощи реляционного исчисления, также можно сформулировать, пользуясь реляционной алгеброй, и наоборот [3 c. 92].

Создание любой базы данных проходит через определенные этапы разработки. Данные этапы, включающие в себя процессы: проектирования, реализации и поддержки базы данных называются, жизненным циклом базы данных.

---

Жизненный цикл включает в себя следующие этапы:

• сбор информации о предметной области;
• концептуальное проектирование;
• логическое проектирование;
• физическое проектирование;
• реализация и отладка;
• сопровождение базы данных.

Проектирование реляционных баз данных — это процесс, который включает в себя ряд последовательных этапов, иногда требующих возвращения на предыдущие этапы после ряда уточнений. Завершением процесса может служить модель базы данных удовлетворяющая всем необходимым критериям.

Концептуальное (инфологическое) проектирование — построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова «модель базы данных» и «модель предметной области» (например, «концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

• описание информационных объектов или понятий предметной области и связей между ними.
• описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

Логическое проектирование — создание схемы базы данных на основе конкретной модели данных, в нашем случае, реляционной модели данных. Для реляционной модели данных логическая модель представляет собой набор схем отношений, обычно с указанием первичных ключей, а также «связей» между отношениями, то есть внешних ключей.

Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам. Этот этап может быть в значительной степени автоматизирован.

На этапе логического проектирования учитывается специфика конкретной модели данных, но может не учитываться специфика конкретной СУБД.

Результатом физического проектирования процесса является физическая модель, содержащая полную информацию, необходимую для генерации всех необходимых объектов в базе данных.

---

К основным объектам базы данных относятся:

• наборы реляционных таблиц и ограничений для них на основе информации, представленной в глобальной логической модели данных;
• определение конкретных структур хранения данных и методов доступа к ним, обеспечивающих оптимальную производительность СУБД;
• средств защиты создаваемой системы.

Проектирование реляционной базы данных проходит в том же порядке, что и проектирование баз данных других моделей данных, но имеет свои особенности.

Очень важным аспектом проектирования реляционных баз данных является необходимость выполнить нормализацию базы данных на этапе физического проектирования базы данных. Нормализация отношений служит для решения проблем, связанных с возможными аномалиями, возникающими в процессе удаления, обновления данных, а также избежать избыточности данных.

Нормализация схемы базы данных выполняется путём декомпозиции отношения, то есть заменой существующих отношений совокупностью таких, чтобы полученные отношения были непересекающимися.

Первоначально в теории нормализации разработанной Коддтом было всего три нормальные формы, но постепенно они были расширены при участии других ученых.

Отношения находятся в первой нормальной форме (1НФ) если во всех допустимых отношениях каждый кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.

В нормализованном отношении все неключевые атрибуты функционально зависят от ключа отношения. Говорят, что неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа, если он функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Отношения находятся во второй нормальной форме (2НФ) если они находятся в первой нормальной форме и все неключевые атрибуты функционально полно зависят от потенциального ключа.

Отношения находятся в третьей нормальной форме (3НФ) если они находятся во второй нормальной форме и отсутствуют транзитивные зависимости неключевых атрибутов от ключевых атрибутов.

Дополнительная третья нормальная форма (нормальная форма Бойса — Кодда) это такое состояние отношение, когда все нетривиальные и неприводимые зависимости слева в качестве детерминанта потенциальный ключ.

Отношения находятся в четвертой нормальной форме (4НФ), если оно находится в третьей нормальной форме и в нём отсутствуют нетривиальные многозначные зависимости.

Отношения находятся в пятой нормальной форме (5НФ), если каждое нетривиально зависимое соединение в них определяется потенциальными ключами этих отношений.

---