МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ в МОСКВЕ

ОБОРНЕВ Е.А., КАРПОВ В.А.

Основы проектирования баз данных для информационных систем

Практикум в упражнениях и задачах

Учебное пособие для проведения практических занятий по дисциплинам:

Углубленная компьютерная подготовка

Москва - 2007

1

Практикум составлен на основе программ дисциплин «Информационные технология управления», «Информационные системы в экономике», «Экономическая информатика» для студентов Факультета Менеджмента и программы «Компьютерная подготовка (углублённая» факультета Управления крупными городами Международного университета в Москве различных форм обучения: дневной, вечерней, заочной.

Рецензенты: Белов А.В. доцент кафедры Кибернетики Московского Института Экономики и Математики (МИЭМ).

Рассмотрено и рекомендовано к печати на заседании кафедры Информатики Международного университета в Москве.

«_» _____________ 2007 г. Протокол № ___

Заведующий кафедрой Информатики _____________________

Проф. Д.ф-м.н. Местецкий Л.М.

Одобрена и направлена в печать Учебно-методическим отделом Международного университета.

« «_____________ 2007 г. Заведующий УМО ________________________

© Оборнев Е.А., Карпов В.А.

2

3

4

5

Введение

Предлагаемый вниманию читателей практикум состоит из сборника упражнений, задач и методических рекомендаций, составленных по результатам многолетней работы авторов со студентами экономическо-управленческих специальностей в различных вузах г. Москвы. В представленном пособии авторы применяют базовый педагогический принцип – изучение некоторого раздела знаний «от задачи». То есть, во главу изучаемой темы или выполняемого упражнения ставится простая и понятная (не абстрактная) задача или бизнесситуация. Это повышает мотивацию студентов к изучению данной темы. Вместе с тем задача строится так, чтобы охватить и прояснить важные теоретические вопросы. В данное пособие включены темы, которые относятся к разделам углубленной информатики или специальной (экономической) информатики. Для подавляющего числа прикладного программного обеспечения и компьютерных информационных систем (ИС) основополагающей технологией является технология баз данных (БД). Уверенность в значимости данного учебного раздела и сложности его освоения, а также трудности в решении вопроса, связанного с проектированием БД в управлении и экономике, привела авторов к разработке настоящего практикума.

Практикум может быть использован при изучении таких дисциплин, как «Информационные системы в экономике», «Информационные технологии управления», «Экономическая информатика». Данное учебное пособие также может служить основой для разработки практических занятий, связанных с углубленной компьютерной подготовкой студентов.

Это учебное пособие может использоваться в разработке практических занятий по освоению таких тем перечисленных выше дисциплин, как «Технология и методы обработки экономической информации», «Проектирование информационных систем», «Использование систем управления базами данных», «Основные этапы и стадии создания и организации ком-

6

пьютерных информационных систем управления».

Упражнения в данном учебном пособии представляют собой руководство по последовательному практическому овладению студентами навыками проектирования БД для построения ИС, а также закреплению знаний и умений, связанных с теорией хранения и обработки информации на основе реляционной модели данных. В качестве программной поддержки практических занятий используется современная система управления базами данных

(СУБД) MS Access.

Несмотря на то, что технологии, связанные с БД, могут изучаться студентами в рамках дисциплины «Информатика» на первом курсе, опыт авторов показывает, что остаточные знания по данной теме у студентов старших курсов фрагментарны. Они требуют повторения и закрепления практическими упражнениями. Поэтому в предлагаемом практикуме упор делается на рассмотрение трудностей проектирования и изучения характерных особенностей построения БД, присущих СУБД.

Фактически пособие разбито на две части. В первой части студенты шаг за шагом (от простого к сложному) проходят по пути проектирования и построения ИС на основе учебного примера «Отдел кадров». В начале строится простая БД, состоящая из 3-х таблиц с небольшим набором полей. Это упрощение делается специально для того, чтобы студент мог охватить всю задачу целиком. Как правило, учебные материалы по данной тематике выбирают в качестве рассматриваемого примера БД, состоящую из десятка связанных таблиц (например, БД Борей), что затрудняет для не профессионала охват всей задачи в целом. В данном практикуме для упрощенной, учебной ИС «Отдел кадров» приводится описание предметной области, ставятся цели и определяются задачи проектирования. На этом этапе главный акцент в первых упражнениях делается на приемы рационального (устранение избыточности) хранения информации, принципы сохранения целостности (непротиворечивости) ме-

7

жду информационными объектами – таблицами. Анализируются особенности работы стандартных объектов СУБД: таблиц, форм, запросов, отчетов. Отдельные упражнения посвящены изучению механизмов защиты информации от ошибок ввода данных: подстановка, маска ввода, условие на значение и т.д. Отдельное упражнение связано с такой важной темой, как разделение прав доступа при работе с информацией различных пользователей.

В процессе выполнения упражнений идет постепенное усложнение учебного примера. При этом студенты осваивают навык корректировки предварительного проекта и внесения изменений в ИС в процессе ее разработки. Так, в отдельном упражнении рассматривается возникновение и решение проблемы, связанной с отношением типа «Многие-ко-многим» между таблицами БД. Последние упражнения посвящены развитию учебного проекта и созданию комплексной ИС на основе ИС "Отдел кадров» и ИС «Исполнение поручений». По опыту авторов календарное планирование на основе первой части занимает один семестр с выполнением 14-ти упражнений. В ходе занятий предполагается проведение опросов по пройденному материалу, домашние, самостоятельные и контрольные работы.

Вторая часть предназначена для методичного и планомерного изучения студентами темы, связанной с разработкой технического задания (ТЗ) на проектирование будущей ИС – начальных навыков работы в качестве заказчика информационной системы или менеджеров проекта. Она строится на принципах деловой игры. На основе знаний, полученных на лекционных занятиях, студенты разрабатывают документ «Задание на проектирование ИС ….» для индивидуальной предметной области. При этом коллективно обсуждаются все выбранные для проектирования предметные области таким образом, чтобы в результате появилось столько различных заданий, сколько студентов в группе. Подготовленный документ «Задание» студенты сдают преподавателю и получают чужое «Задание» на выполнение проекта, выступая одновременно в двух ролях: Заказчика для своей ИС и Исполнителя для ИС друго-

8

го студента. Далее по ходу учебного процесса разработки проекта на выделенном занятии происходит согласование «Задания» между Заказчиком и Исполнителем под руководством преподавателя. Согласованное «Задание» (текстовый документ) является источником информации для проектирования ИС Исполнителем. Начинается проектирование «заказной» ИС с разработки схемы данных. После согласования Исполнитель приступает к разработке ИС с помощью освоенных им в первой части приемов работы в MS Access. Завершающим этапом во второй части практикума является сдача и защита готового проекта ИС Заказчику. Защиты проводятся публично при участии всей группы. Для защиты проекта Исполнитель кратко представляет согласованное ТЗ и показывает разработанную ИС, заполненную данными из контрольного примера Заказчика и снабженную инструкцией пользователя.

9

Упражнения и задачи

10

Базы данных и информационные системы. Краткое введение в проблему. Теория и примеры

В узком смысле информационная система (ИС) представляет собой комплекс систем хранения и программ обработки информации. Функции ИС состоят в:

•поддержке надежного хранения информации,

•правильной обработке (преобразовании и вычислении) информации, характерной для данной предметной области,

•предоставлении пользователям ИС удобного интерфейса1.

ИС использует для хранения информации технологии баз данных (БД), а для ее обработки инструменты и объекты системы управления базами данных (СУБД). База данных – это информационная модель, позволяющая упорядоченно хранить структурированные данные, обладающие заданным типом и размером и относящиеся к определенной предметной области. Наибольшее распространение получила реляционная (табличная) модель данных, как альтернатива иерархической модели. СУБД является программой(службой), осуществляющей взаимодействие между пользователем и базой данных. Она обеспечивает разработку и создание структуры БД, обработку запросов пользователя, подготовку отчетов и другие прикладные задачи.

1 Интерфейс – средства взаимодействия пользователей с операционной системой компьютера или пользовательской программой.

11

Механизм базы данных может быть скрыт за интерфейсом ИС. Например, на кассах магазинов установлены аппараты, считывающие штрих-коды продуктов. Информация о ценах товаров автоматически извлекается из БД, а сам факт продажи отражается в журнале продаж той же базы данных. В итоге обработки информации о продаже покупатель получает чек – отчет о покупке, где отражены сведения из нескольких таблиц хранения информации.

Другим примером БД является библиотечная система, где хранится информация о всех книгах и журналах. При этом для учета наличия книги в хранилище, нужно вести учет не только наименований изданий, но и каждого экземпляра, ведя учет выдачи и возврата книг в специальном журнале.

Страховая компания вводит и хранит данные обо всех лицах и объектах страхования. Отдельным информационным объектом в этой базе данных является журнал регистрации страховых случаев с занесением значений заранее определенного набора параметров, характеризующих данный тип случая. ИС страховой компании вычисляет на основании этих параметров размер страхового возмещения пострадавшему.

Ярким примером ИС, использующей БД, является банковская система. Для простоты можно рассмотреть только часть ее, обслуживающую расчет с пластиковыми карточками. БД хранит информацию о лице – владельце карты, о картах, принадлежащих этому лицу (может быть несколько счетов и, соответственно, карт). В БД ведется журнал операций по картам (зачисление-приход, списание-расход средств, дата, время, цель платежа, пункт обслуживания). ИС может информировать владельца карты обо всех этих операциях, генерируя SMS на указанный в личных данных владельца номер сотового телефона. ИС вычисляет остаток на счете и блокирует операции, при которых этот остаток может стать отрицательным, если это

12

дебетная карта.

Основы реляционной модели данных

Основным объектом хранения информации в реляционной модели является таблица. Для таблицы в реляционной модели используется специальный термин – ОТНОШЕНИЕ, чтобы подчеркнуть, что не любая таблица годится для использования в реляционной БД. Таблица может быть названа отношением, если:

•Каждое ОТНОШЕНИЕ (реляционная таблица) имеет собственное имя и строится для описания конкретного объекта из выбранной предметной области (Товар на складе,

Заказы клиента) реального мира. В ней отражается сущность предмета или явления, характеризующего данный объект, и хранится информация о конкретных представителях данного объекта.

•Информация сущности, разбивается на отдельные атомарные (неделимые) элементы, которые образуют поля (атрибуты сущности) и определяют структуру колонок реляционной таблицы. Факты (информация), описывающие конкретный экземпляр сущности, помещаются в соответствующие поля. Каждое поле имеет уникальное имя и определено типом и размером хранимой в нем информации. Нельзя поместить в одну колонку реляционной таблицы данные разных типов.

•Совокупность всех полей, описывающих отдельный экземпляр, образует запись (строку) таблицы. Каждая запись должна отличаться от другой на основе уникального значения, записанного в ключевое поле (первичный ключ). Невозможно сохранить в ОТНОШЕНИИ две дублирующиеся записи.

13

Проектируя структуру ТАБЛИЦЫ, нет необходимости сразу выстраивать правильный порядок чередования ее полей-колонок. Существует множество задач внутри одной ИС, в которых необходим различный вид и порядок представления информации. Для этих целей в СУБД существуют другие объекты: ЗАПРОСЫ, ФОРМЫ, ОТЧЕТЫ. Конструируя таблицу, рекомендуется на первом месте поставить ключевое (уникальное) поле, а на втором – поля, раскрывающие содержание ключа, например, [Код Сотрудника]2 – [Фамилия], [Код Товара] – [Название товара].

Ниже приводится сводка признаков, делающих таблицу ОТНОШЕНИЕМ.

•каждое отношение имеет уникальное имя;

•строки содержат данные о сущности, а столбцы об атрибутах сущности;

•ячейки таблицы содержат одиночные (атомарные) значения;

•все записи в одном столбце имеют один и тот же тип и размер;

•каждый столбец имеет уникальное имя;

•порядок следования столбцов (при построении таблицы) и порядок следования строк (при вводе данных) не важен;

•в отношении не может быть двух идентичных строк (ключевое поле).

2 Квадратными скобками выделены имена полей таблицы БД

14

Пример построения информационной системы

Рассмотрим пример ведения в отделе кадров учета работающих сотрудников некоторого предприятия: Акционерного коммерческого банка (АКБ) «Буревестник».

Полное наименование информационной системы

Система ведения учета персонала на основе СУБД MS Access – ИС «Кадры».

Цель автоматизации

Учет персонала предприятия АКБ Буревестник.

Основные задачи

•Ввод данных о новых сотрудниках и их назначениях.

•Внесение изменений в информацию по мере надобности.

•Обеспечение системы хранения и обработки информации о сотрудниках.

•Поддержание целостности данных о персонале организации.

•Формирование экранных и бумажных отчетов по персоналу по заданным образцам.

15