2.1 Разработка модели данных

Существуют три основных типа логических моделей данных на основе записей: реляционная модель данных (relational data model), сетевая модель данных (network data model) и иерархическая модель данных (hierarchical data model).

Иерархическая и сетевая модели данных были созданы почти на десять лет раньше реляционной модели данных, потому их связь с концепциями традиционной обработки файлов более очевидна.

Иерархическая модель данных.

Первые системы управления базами данных использовали иерархическую модель данных, и во времени их появление предшествует появлению сетевой модели.

Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле. Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю. Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента -- это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных. Как и сетевая, иерархическая модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугам -- типы связей предок -- потомок. В иерархических структуpax сегмент -- потомок должен иметь в точности одного предка. Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный гpaф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев.

Преобразование концептуальной модели в иерархическую структуру данных во многом схоже с преобразованием ее в сетевую модель, но и имеет некоторые отличия в связи с тем, что иерархическая модель требует организации всех данных в виде дерева.

Сетевая модель данных.

Сетевая модель данных -- логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных. Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков. Сетевая БД состоит из набора экземпляров определенного типа записи и набора экземпляров определенного типа связей между этими записями. Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка.

Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности.

Недостатком сетевой модели данных являются высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе.

Реляционная модель данных.

Реляционная модель данных -- логическая модель данных, прикладная теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в реляционных базах данных.

- Структурный аспект (составляющая) -- данные в базе данных представляют собой набор отношений.

- Аспект (составляющая) целостности -- отношения (таблицы) отвечают определенным условиям целостности. РМД поддерживает декларативные ограничения целостности уровня домена (типа данных), уровня отношения и уровня базы данных.

- Аспект (составляющая) обработки (манипулирования) -- РМД поддерживает операторы манипулирования отношениями (реляционная алгебра, реляционное исчисление).

Кроме того, в состав реляционной модели данных обычно включают теорию нормализации. Реляционная модель данных является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики как теория множеств и формальная логика.

Термин «реляционный» означает, что теория основана на математическом понятии отношение (relation). В качестве неформального синонима термину «отношение» часто встречается слово таблица. Необходимо помнить, что «таблица» есть понятие нестрогое и неформальное и часто означает не «отношение» как абстрактное понятие, а визуальное представление отношения на бумаге или экране. Некорректное и нестрогое использование термина «таблица» вместо термина «отношение» нередко приводит к недопониманию. Наиболее частая ошибка состоит в рассуждениях о том, что РМД имеет дело с «плоскими», или «двумерными» таблицами, тогда как таковыми могут быть только визуальные представления таблиц. Отношения же являются абстракциями, и не могут быть ни «плоскими», ни «неплоскими».

Для лучшего понимания РМД следует отметить три важных обстоятельства:

- модель является логической, то есть отношения являются логическими (абстрактными), а не физическими (хранимыми) структурами;

- для реляционных баз данных верен информационный принцип: всё информационное наполнение базы данных представлено одним и только одним способом, а именно -- явным заданием значений атрибутов в кортежах отношений; в частности, нет никаких указателей (адресов), связывающих одно значение с другим;

- наличие реляционной алгебры позволяет реализовать декларативное программирование и декларативное описание ограничений целостности, в дополнение к навигационному (процедурному) программированию и процедурной проверке условий.

Большинство современных коммерческих систем основано на реляционной модели, тогда как самые первые системы баз данных создавались на основе сетевой или иерархической модели. При использовании последних двух моделей от пользователя требуется знание физической организации базы данных, к которой он должен осуществлять доступ, в то время как при работе с реляционной моделью независимость от данных обеспечивается в значительно большей степени.

Следовательно, если в реляционных системах для обработки информации в базе данных принят декларативный подход (т.е. они указывают, какие данные следует извлечь), то в сетевых и иерархических системах -- навигационный подход (т.е. они указывают, как их следует извлечь).

На основании этого делаем вывод, что удобнее всего будет использовать реляционную модель данных, так как:

- её логическая структура наглядна: она представляет собой таблицу - что удобно для пользователя-непрофессионала, но одновременно с этим организация физического хранения может быть различной, в зависимости от требований;

- для извлечения информации пользователю не нужно знать физической организации БД (в отличие от двух других моделей).

Осуществим построение модели данных. Одним из этапов построения модели данных является ее нормализация, т.е. приведение к третьей нормальной форме.

Нормальная форма -- свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, которая потенциально может привести к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных. Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение.

Процесс преобразования базы данных к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией. Нормализация предназначена для приведения структуры базы данных к виду, обеспечивающему минимальную избыточность, то есть нормализация не имеет целью уменьшение или увеличение производительности работы или же уменьшение или увеличение объёма БД. Конечной целью нормализации является уменьшение потенциальной противоречивости хранимой в БД информации.

В результате нормализации базы данных была создана модель данных представленная на рисунке 2.

Рис. 2. Модель данных.

Далее осуществим выбор системы управления базами данных, с помощью которой будет реализована база данных.

2.2 Краткая характеристика системы управления базами данных

Microsoft Access также довольно распространен среди программного обеспечения обычных рабочих станций, поскольку он входит в комплект интегрированного офисного пакета Microsoft Office и данную СУБД устанавливают вместе с остальными приложениями данного пакета.

Была выбрана именно СУБД Microsoft Access, поскольку данная СУБД обладает большой функциональностью в плане реализации баз данных, также она позволяет максимально упростить процесс заполнения баз данных. Кроме того, еще одним достоинством использования СУБД Microsoft Access это ее повсеместное использование и широкое распространение. А распространена она благодаря тому, что корпорация Microsoft занимает лидирующие позиции в области создания программных продуктов и одним из главных достижений данной корпорации является интегрированный пакет обработки данных Microsoft Office.

СУБД Microsoft Access является системой управления реляционной базой данных, включающей все необходимые инструментальные средства для создания локальной базы данных, общей базы данных в локальной сети с файловым сервером или базы данных на SQL-сервере, а также для создания приложения пользователя, работающего с этими базами данных. База данных Access, создаваемая на локальном компьютере, отличается от баз данных других настольных СУБД. В ее файле могут храниться не только данные, но и объекты интерфейса: формы, отчеты, а также программный код.

Благодаря этому можно создать приложение, целиком хранящееся в одном-единственном MDB-файле, что существенно упрощает как создание, так и распространение приложений баз данных.

СУБД Access включают разнообразные и многочисленные относительно автономные программные средства, ориентированные на создание объектов базы данных и приложений пользователя.

Средства графического конструирования позволяют пользователю создавать объекты базы данных и объекты приложения с помощью многочисленных графических элементов, не прибегая к программированию.

Диалоговые средства представлены разнообразными мастерами, которые в режиме ведения диалога с пользователем позволяют создавать объекты и выполнять разнообразные функции по реорганизации и преобразованию баз данных.

Среди многочисленных средств графического конструирования и диалоговых средств Access следует выделить средства для создания:

- таблиц и схем баз данных;

- запросов выборки, отбирающих и объединяющих данные нескольких таблиц в виртуальную таблицу, которая может использоваться во многих задачах приложения;

- запросов на изменение данных базы;

- экранных форм, предназначенных для ввода, просмотра и обработки

- данных в диалоговом режиме;

- отчетов, предназначенных для просмотра и вывода на печать данных из

- базы и результатов их обработки в удобном для пользователя виде;

- страниц доступа к данным, обеспечивающим работу с базами данных в локальной сети или Интернете;

- интерфейса управления приложением пользователя: меню, кнопочных форм, панелей управления приложением, -- позволяющих объединить различные операции по работе с базой в единый технологический процесс.

Средства программирования СУБД включают язык структурированных запросов SQL, язык макрокоманд и язык объектно-ориентированного программирования для приложений Microsoft Visual Basic for Applications (VBA).

VBA является частью семейства Microsoft Visual Basic, которое входит в состав Visual Studio. VBA является базовым компонентом Microsoft Office: он интегрирован в Access, Excel, FrontPage, Outlook, PowerPoint и Word. Все эти приложения, в том числе и локализованные на русском языке, используют англоязычный вариант VBA (включая справку). VBA входит во все варианты поставок Microsoft Office.

VBA представляет собой базовую платформу программирования не только в среде Microsoft Office, но и во многих других приложениях. VBA содержит средства доступа не только к базам данных Access, но и к базам данных архитектуры "клиент-сервер", таким как Microsoft SQL Server, Oracle и др. Работа с базами данных обеспечивается через ODBC-интерфейс (Open Database Connectivity -- открытый интерфейс подключения к базам данных) или интерфейсы модели составного объекта (Component Object Model), называемые OLE DB. В программах VBA доступ к данным через OLE DB реализуется в объектах данных ActiveX (ADO).

Диспетчером данных, выполняющим загрузку и сохранение данных в пользовательской базе данных и системных базах данных Access, является ядро базы данных Microsoft Jet. Версия Microsoft Jet 4.0 имеет высокую производительность и улучшенные сетевые характеристики.

Jet 4.0 обеспечивает поддержку двухбайтового представления символов - Unicode, позволяющего использовать символы нескольких национальных алфавитов. Чтобы скомпенсировать возрастающий при работе с Unicode объем памяти, применяется сжатие данных, сохраняемых в Unicode. Для лучшей совместимости Microsoft Jet и Microsoft SQL Server и соответствия языка SQL спецификации SQL 92 были внесены изменения в реализацию Microsoft Jet 4.0 SQL.

В Access активно развиваются технологические направления, составляющие основу корпоративных многопользовательских баз данных.

Исходя из выбранной системы управления базами данных, необходимо определиться с требованиями к аппаратному обеспечению. Система управления базами данных Microsoft Access 2003 предъявляет следующие требования к аппаратному обеспечению компьютера:

- Персональный компьютер с процессором Intel Pentium 233 Мгц (рекомендуется процессор Pentium III).

- 128 Мб RAM или более.

- 180 Мб свободного пространства на жестком диске;

- Super VGA (800 Ч 600) или монитор с более высоким разрешением.

На сегодняшний день почти в любой организации используются более мощные технические средства. Компьютерные средства в любой организации соответствуют перечисленным характеристикам, кроме того часто в них установлены сетевые карты, используются двух- и четырехядерные процессоры, оперативная память достигает 4 Гб, а размеры жесткого диска до 320 Гб. Как правило, почти все компьютеры обеспечены средствами чтения CD и DVD дисков.