2 Структура расчетно-графической работы

Расчетно-графическая работа содержит текстовую часть (поясни­тельную записку) и графическую часть (схему данных, иерархи­ческую структуру главной кнопочной формы).

2.1 Пояснительная записка

Пояснительная записка включает:

- титульный лист;

- задание на проектирование БД;

- реферат;

- содержание;

- введение;

- основную часть;

- заключение;

- библиографический список.

Объем пояснительной записки 15-20 листов машинописного текста формата А4 по ГОСТ 2.301-68.

2.2 Графическая часть

Графическая часть отражает основные результаты РГР и наглядно подтверждает изложенный в пояснительной записке материал.

Графическая часть представляет собой

- реализованную схему данных;

- графическое представление запросов (QBE);

- иерархическую структуру главной кнопочной формы.

Графическая часть РГР должна вы­полняться в соответствии с ГОСТ 2.105, СТП 3.4.205-01.

3 Требования к структурным элементам работы

3.1 Титульный лист

Титульный лист является первым листом пояснительной записки и выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105 и СТП 3.4.204-01 - Требования к оформлению текстовых документов. Форма титульного листа приведена в Приложении Б.

3.2 Задание

3.3 Реферат

Реферат представляет краткое содержание расчетно-графической работы: тема, цель, используемые методы. В конце реферата указывают объем графической части и пояс­нительной записки - количество листов с указанием формата, иллюстра­ций, таблиц, использованных источников.

3.4 Содержание

Содержание оформляют после того, как работа над текстовым документом закончена. Содержание включает наименование всех структурных элемен­тов пояснительной записки: «Введение», заголовки всех разделов и под­разделов, «Заключение», «Библиографический список» и перечень прило­жений.

3.5 Введение

Во введении приводится обоснование выбора метода проектирования и выбора СУБД создания БД, краткая характеристика информационных потребностей, используемых статистических расчетов и анализа, перечень задач проекта и приложения.

3.6 Основная часть

Основную часть составляют следующие разделы:

- Постановка цели и задач работы БД.

- Концептуальное проектирование реляционной БД.

- Описание предметной области (объекты, их свойства и связи).

- Анализ зависимостей полей, определение ключей и нормализация таблиц или построение ЕR-модели на основе правил формирования отно­шений.

- Построение реляционной схемы данных.

- Реализация отношений (описание полей, типов данных, свойств по­лей и таблиц, связей таблиц с обеспечением целостности данных, различ­ных видов объединения записей).

- Создание простых и составных форм для ввода и просмотра дан­ных.

- Обоснование и описание назначения запросов различных типов (5).

- Реализация запросов с помощью языков QBE и SQL и отображение результатов их исполнения.

- Реализация интерфейса приложения (структура главной кнопочной формы, простые, составные, кнопочные формы, макросы, VBA-модули)

- Реализация других объектов ACCESS в приложении (отчетов, стра­ниц доступа к данным)

- Защита базы данных.

3.7 Заключение

Заключение должно содержать выводы, сделанные на основании выполненной работы, в нем дается оценка полученных результатов.

3.8 Библиографический список

Библиографический список должен содержать перечень источ­ников, ссылка на которые имеется в тексте. Сведения об источниках необ­ходимо давать в соответствии с ГОСТ 7.1 2003, СТП 3.4.204-01.

4. Теоретические основы проектирования базы данных

4.1 Метод нормальных форм

Процесс проектирования БД с использованием метода нормальных форм является итерационным и заключается в последовательном переводе отношений из первой нормальной формы в нормальные формы более вы­сокого порядка по определенным правилам. Каждая следующая нормаль­ная форма ограничивает определенный тип функциональных зависимо­стей, устраняет соответствующие аномалии при выполнении операций над отношениями БД и сохраняет свойства предшествующих нормальных форм.

Выделяют следующую последовательность нормальных форм:

- первая нормальная форма (1НФ);

- вторая нормальная форма (2НФ);

- третья нормальная форма (3НФ);

- усиленная третья нормальная форма, или нормальная форма Бойса-Кодда (БКНФ);

- четвертая нормальная форма (4НФ);

- пятая нормальная форма (5НФ).

Первая нормальная форма. Первая нормальная форма имеет место, когда каждый из атрибутов отношения является атомарным и не содержит повторяющихся групп

Атомарность атрибутов следует понимать таким образом, что не должно существовать запросов, которые требуют выдачи информации из части поля.

Повторяющиеся группы – это атрибуты, определенные на одних и тех же доменах.

Перевод в следующую нормальную форму осуществляется методом «декомпозиция без потерь». Декомпозиция- процесс разбиения отношения, которое не находится в нормальной форме нужного порядка, на несколько отношений, каждое из которых находится в нужной форме

Такая декомпозиция должна обеспечить то, что запросы к исходному отношению и к отношениям, получаемым в результате декомпозиции, да­дут одинаковый результат. Основной операцией метода является проекция. Поясним ее на примере. Предположим, что в отношении R (A, B, C, D, E…) устранение функциональной зависимости C D позволит перевести его в следующую нормальную форму. Для решения этой задачи выполним декомпозицию отношения R на два новых отношения R1 (A, B, C, E) и R2 (C, D). Отношение R2 является проекцией отношения R на атрибуты C и D.

Например, исходное отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (ФИО, Предмет, Группа, ВидЗанятия, Должность, Оклад, Стаж, Кафедра), которое

используется для иллю­страции метода, имеет составной ключ ФИО, Предмет, Группа и находится в 1 НФ, поскольку все его атрибуты простые.

В этом отношении можно выделить частичную зависимость атрибу­тов Стаж, Кафедра, Должность, Оклад от ключа – указанные атрибуты находятся в функциональной зависимости от атрибута ФИО, являющегося частью со­ставного ключа.

Эта частичная зависимость от ключа приводит к следующему:

- в отношении присутствует явное и неявное избыточное дублирова­ние данных, например:

• повторение сведений о стаже, должности и окладе преподавателей, про­водящих занятия в нескольких группах и/или по разным предметам;

• повторение сведений об окладах для одной и той же должности;

- следствием избыточного дублирования данных является проблема их редактирования. Например, изменение должности у преподавателя Иванова И. И. потребует пересмотра всех кортежей отношения и внесения изменений в те, которые содержат сведения о данном преподава­теле.

Часть избыточности устраняется при переводе отношения в 2НФ.

Вторая нормальная форма. Отношение находится в 2НФ, если оно находится в 1НФ и каждый Неключевой атрибут функционально полно за­висит от первичного ключа (составного).

Для устранения частичной зависимости и перевода отношения в 2НФ необходимо, используя операцию проекции, разложить его на не­сколько отношений следующим образом:

- построить проекцию без атрибутов, находящихся в частичной функцио­нальной зависимости от первичного ключа;

- построить проекции на части составного первичного ключа и атрибуты, зависящие от этих частей. В результате получим два отношения: R1- во второй НФ и отношение R2 (рисунок 4.1).

R1

ФИО	Предмет	Группа	ВидЗанятия
Иванов И.И.	SQL	23-1	Практ.
Иванов И.И.	SQL	22-3	Практ.
Петров М.И.	БД	25-6	Лекция
Петров М.И.	Паскаль	25-6	Практ.
Егоров В.В.Г.	Алгол	25-6	Лекция
Егоров В.В.	SQL	24-4	Лекция

R2

ФИО	Должность	Оклад	Стаж	Кафедра
Иванов И.И.	Ассистент	5000	5	439
Петров М.И.	Ст.преп.	8000	7	425
Сидоров Н.Г.	Ассистент	5000	10	425
Егоров В.В.	Доцент	15000	10	439

Рисунок 4.1 - Декомпозиции исходного отношения на 2 отношения в 2НФ

Исследование отношений R1 и R2 показывает, что переход к 2НФ позволил исключить явную избыточность данных в таблице R2 – повторе­ние строк со сведениями о преподавателях.

Для дальнейшего совершенствования отношения необходимо преоб­разовать его в 3НФ.

Третья нормальная форма. Отношение находится в 3НФ, если оно находится в 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Если в отношении R1 транзитивные зависимости отсутствуют, то в отношении R2 они есть:

ФИО Должность Оклад

ФИО Оклад Должность

Транзитивные зависимости также порождают избыточное дублиро­вание информации в отношении. Устраним их. Для этого используя опера­цию проекции на атрибуты, являющиеся причиной транзитивных зависи­мостей, преобразуем отношение R2, получив при этом отношения R3 и R4, каждое из которых находится в 3НФ (рисунок 4.2)

R3

ФИО	Должность	Стаж	Кафедра
Иванов И. И.	Ассистент	5	439
Петров М. И.	Ст. преп.	7	425
Сидоров Н. Г.	Ассистент	10	425
Егоров В. В.	Доцент	10	431

R4

Должность	Оклад
Ассистент	11000
Ст. преп.	13500
Доцент	15000
Профессор	20000

Рисунок 4.2 - Отношения БД в 3НФ

На практике построение 3НФ схем отношений в большинстве слу­чаев является достаточным и приведением к ним процесс проектирования реляционной БД заканчивается. Действительно, приведение отношений к 3НФ в нашем примере, привело к устранению избыточного дублирования.

У нас подобной зависимости нет, поэтому процесс проектирования на этом заканчивается. Результатом проектирования является БД, состоящая из следующих отношений: R1, R3, R4, в полученной БД имеет место необходимое дублирование данных, но отсутствует избыточное

4.2 ER-моделирование реляционных БД и средства автоматиза­ции проектирования

Метод ER-диаграмм (ER – аббревиатура от слов Essence-сущность и Relation-связь) основан на использовании диаграмм, называемых соответственно диаграммами ER-экземпляров и диаграммами ER-типа.

4.2.1 Основные понятия метода

Сущность представляет собой объект, информация о котором хра­нится в БД. Экземпляр сущности – конкретный представитель данной сущности. Экземпляры отличаются друг от друга и однозначно идентифи­цируются. Названиями сущностей являются, как правило, существитель­ные, например: ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, ДИСЦИПЛИНА, КАФЕДРА, ГРУППА.

Атрибут представляет собой свойство сущности. Имеет четкое смы­словое значение. Так, атрибутами сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ может быть его Фамилия, Должность, Стаж и т. д.

Ключ сущности – атрибут или набор атрибутов, используемый для идентификации экземпляра сущности.

Связь двух или более сущностей – предполагает зависимость между атрибутами этих сущностей. Название связи обычно представляется глаго­лом. Примерами связи между сущностями являются следующие: ПРЕПО­ДАВАТЕЛЬ ведет ДИСЦИПЛИНУ (Иванов И.И. ведет «SQL»), ПРЕПО­ДАВАТЕЛЬ преподает в ГРУППЕ (Иванов И.И. преподает в 223 группе), ПРЕПОДАВАТЕЛЬ работает на КАФЕДРЕ (Иванов рабо­тает на 439 кафедре).

С целью наглядности и удобства проектирования для представления сущностей, экземпляров сущностей и связей между ними используются следующие графические средства:

• Диаграммы ER-экземпляров;

• Диаграммы ER-типа, или ER-диаграммы.

На рисунке 4.3 приведена диаграмма ER-экземпляров для сущностей ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и ДИСЦИПЛИНА со связью ведет.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ	ведет	ДИСЦИПЛИНА
И ВАНОВ И. И. •		• БД
П ЕТРОВ М. И. •		• SQL
СИДОРОВ Н. Г. •		• Паскаль
Е ГОРОВ В. В. •		• Алгол
КОЗЛОВ А. С. •		• Фортран

Рисунок 4.3 - Диаграмма ER-экземпляров

Диаграмма ER-экземпляров показывает, какую конкретную дисцип­лину ведет каждый из преподавателей. На рисунке 4.4 представлена диа­грамма ER-типа, соответствующая рассмотренной диаграмме ER-экземп­ляров.

Рисунок 4.4 - Диаграмма ER-типа

На начальном этапе проектирования выделяют атрибуты, состав­ляющие ключи сущностей.

На основе анализа диаграмм ER-типа формируются отношения про­ектируемой БД. При этом учитываются степень связи сущностей и класс их принадлежности, которые, в свою очередь, определяются на основе анализа диаграмм ER-экземпляров соответствующих сущностей.

Степень связи является характеристикой связи между сущностями, которая может быть типа: 1:1, 1:М, М:1, М:М.

Класс принадлежности сущности может быть обязательным и не­обязательным. Класс принадлежности сущности является обязательным, если все экземпляры этой сущности участвуют в рассматри­ваемой связи, в противном случае класс принадлежности сущности явля­ется необязательным.

Имя связи - фраза, характеризующая отношение между родительской и дочерней сущностью.

4.2.2 Этапы проектирования

Процесс проектирования базы данных является итерационным – до­пускающим возврат к предыдущим этапам для пересмотра ранее принятых решений и включает следующие этапы:

• выделение сущностей и связей между ними.

• построение диаграмм ER-типа с учетом всех сущностей и их свя­зей.

• формирование набора предварительных отношений с указа­нием предполагаемого первичного ключа для каждого отношения с ис­пользованием диаграмм ER-типа.

• добавление неключевых атрибутов в отношения.

• приведение предварительных отношений к нормальной форме Бойса-Кодда, например, с помощью метода нормальных форм.

• пересмотр ER-диаграмм в следующих случаях:

- некоторые отношения не приводятся к нормальной форме Бойса-Кодда;

- некоторым атрибутам не находится логически обоснованных мест в предварительных отношениях.

После преобразования ER-диаграмм осуществляется повторное вы­полнение предыдущих этапов пректирования.