учебник информатика
.pdf
Глава 3. Программное обеспечение
Рисунок 3.52. Каскадная схема жизненного цикла ИС
При проектировании сложных информационных систем используется метод декомпозиции – система разбивается на составные части, которые связаны и взаимодействуют друг с другом и образуют иерархическую структуру. Иерархический характер сложных систем хорошо согласуется с принципом групповой разработки. В этом случае деятельность каждого участника проекта ограничивается соответствующим иерархическим уровнем.
Классический подход к разработке сложных систем представляет собой структурное проектирование, при котором осуществляется алгоритмическая декомпозиция системы по методу «сверху-вниз». Именно в этом случае можно построить хорошо функционирующую систему с общей базой данных, согласованными форматами использования и обработки информации на всех участках, с оптимальным взаимодействием всех подсистем.
Исторически сложилось так, что некоторые системы разрабатывались по методу «снизу - вверх» – вначале разрабатывались отдельные автоматизированные рабочие места (АРМы), затем предпринимались попытки объединения их в единую информационную систему. Подобные разработки для крупных систем не могут быть успешны.
При разработке проекта информационной системы следует опреде-
лить:
1.объекты информационной системы (сущности в концептуальной модели);
2.их свойства (атрибуты);
3.взаимодействие объектов (связи) и информационные потоки внутри и между ними.
При этом очень важен анализ существующих бизнес-процессов, а также учет при проектировании нормативной базы (законов, постановлений правительства, отраслевых стандартов), определяющей объем и фор-
241
Глава 3. Программное обеспечение
мат хранения и передачи информации. Если радикальной перестройки сложившегося информационного процесса не предвидится, следует учитывать имеющиеся формы хранения и обработки информации в виде журналов, ведомостей, таблиц и т.п. бумажных носителей.
Однако, предварительного необходимо выполнить анализ возможности перехода на новые системы учета, хранения и обработки информации, возможно, исходя из имеющихся на рынке программных продуктов - аналогов, разработанных крупными информационными компаниями и частично или полностью соответствующими поставленной задаче. Схема формирования информационной модели представлена на рисунке 3.53.
|
|
|
Сложившаяся |
|
|
|
|
|
|
|
|
Концептуальные |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
практика |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Нормативная |
|
Анализ |
|
||||||
требования |
|
реализации |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
пользователей |
|
бизнес-процессов |
|
база |
|
аналогов |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концептуальная |
|
|
|
|
|
|
|
|
модель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Физическая модель |
|
|
|
|
|
|
|
(схема базы данных) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Внутренняя модель |
|
|
Внешняя модель |
|
||
|
(база данных) |
|
|
(аппаратно - программный комплекс) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.53. Схема формирования информационной модели
Концептуальная модель (см. рисунок 3.53) – отображает информационные объекты, их свойства и связи между ними без указания способов физического хранения информации (модель предметной области, иногда ее также называют информационно-логической или инфологической моделью). Информационными объектами обычно являются сущности – обособленные объекты или события, о которых необходимо сохранять информацию, имеющие определенные наборы свойств – атрибутов.
Физическая модель – отражает все свойства (атрибуты) информационных объектов базы и связи между ними с учетом способа их хранения
– используемой СУБД.
242
Глава 3. Программное обеспечение
Внутренняя модель – база данных, соответствующая определенной физической модели.
Внешняя модель – комплекс программных и аппаратных средств для работы с базой данных, обеспечивающий процессы создания, хранения, редактирования, удаления и поиска информации, а также решающий задачи выполнения необходимых расчетов и создания выходных печатных форм.
На рисунке 3.54 приведена схема, показывающая взаимосвязь основных терминов, связанных с вопросами проектирования баз данных и работы с ними.
При разработке сложных информационных систем (при коллективе разработчиков в десятки и сотни человек) используются следующие технологии:
1.Визуальное моделирование с использованием CASE-средств (CASE
– Computer Aided Software Engineering) Case Studio, SyBase Power Disigner, ERWin Data Modeler и др. Данные системы позволяют на основе визуально описанной модели базы данных генерировать программный код на языках SQL, VBScript, JScript, либо другие технологии для переноса модели в реальные СУБД, которыми могут быть
Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2, Informix, Microsoft Access и
др.
2.Методы структурного анализа и проектирования SADT (Structured Analysis and Design Technique).
3.Методы функционального моделирования семейства IDEF (Icam DEFinition, ICAM – Integrated Computer-Aided Manufacturing – про-
ект, который впервые был реализован для ВВС США в 1973 г.). Их описание можно найти, например, в интернет-библиотеке Верникова
(http://www.vpg.ru/main.mhtml?PubID=6).
4.Методы объектно-ориентированного анализа и проектирования с использованием унифицированного языка моделирования UML
(Unified Modeling Language).
5.Методы языка моделирования бизнес-процессов BPML (Business Process Modeling Language).
6.Методы языка моделирования предприятий UEML (Unified Enterprise Modeling Language), соответствующего стандартам ISO 14258 Rules and Guidelines for Enterprise Models (Правила и руководящие принципы для моделей предприятия) и ISO 15704 Requirements for enterprise-reference architectures and methodologies (Требования и ме-
тодологии по описанию архитектуры предприятия).
243
Глава 3. Программное обеспечение
Рисунок 3.54. Взаимосвязь основных терминов
244
Глава 3. Программное обеспечение
Выбор системы для разработки пользовательских приложений для работы с базой данных – сложное и ответственное решение. Возможность разработки таких программ имеют универсальные системы программирования, такие, как Microsoft Visual Studio (языки программирования C#, C++, Basic) и др. В связи с повсеместным распространением Интранета, Экстранета и Интернета многие системы имеют возможность разработки трехуровневой сервис-ориентированной архитектуры Web-приложений для работы с базами данных.
В качестве аппаратных средств наиболее часто используются персональные компьютеры с операционной системой Microsoft Windows, локальная сеть строится с использованием возможностей этой ОС, файловый сервер и сервер баз данных может использовать Microsoft Windows Server 2003, либо другую операционную систему для выделенных серверов
(например, Unix или NetWare).
Разработка концептуальной модели базы данных на примере информационной системы «Контингент студентов университета»
Первоначальный этап – создание текстового описания моделируемой системы и ее подсистем.
Постановка задачи. Главная задача системы – сохранение в базе данных всех необходимых сведений о студентах и их успеваемости, формирование необходимых печатных форм для проведения зачетной и экзаменационной работы преподавателей, генерация сводных итогов по результатам сессии для руководящих работников деканатов, институтов и университета. При разработке системы следует учитывать, что она взаимодействует с системами «Абитуриент», «Стипендия» и «Кадры университета». Информация о студентах первоначально поступает из системы «Абитуриент» и редактируется на уровне деканатов. Она должна также удовлетворять требованиям бухгалтерского учета по начислению стипендий. Система должна использовать справочник специальностей, утвержденный в вышестоящих органах. Информация об успеваемости студентов накапливается постоянно и сохраняется за весь период обучения, после чего переносится в архивное хранилище данных. В системе должен использоваться единый справочник дисциплин (предметов) для всех подразделений университета.
Описание концептуальной модели. На концептуальном уровне данные информационной системы состоят их двух основных сущностей:
Студент и Успеваемость. Сущность Студент связана с сущностями Фа-
245
Глава 3. Программное обеспечение
культет и Специальность. Сущность Успеваемость связана с сущностью
Предмет.
Минимальный состав атрибутов, их описание и особенности для сущности Студент представлены в таблице 3.13.
Таблица 3.13. Атрибуты сущности Студент
Имя |
Описание, особенности использования |
|
атрибута |
||
|
||
Номер за- |
Уникальный номер, однозначно идентифицирующий студента |
|
четки |
университета, является первичным ключом |
|
Фамилия, |
Является простым атрибутом с точки зрения экземпляра сущ- |
|
имя, отче- |
ности, при необходимости из общего поля можно выделить |
|
ство |
составляющие его фамилию, имя и отчество или фамилию и |
|
|
инициалы; на практике часто этот атрибут разделяют на 3 от- |
|
|
дельных; первый вариант является более экономичным по не- |
|
|
обходимой общей ширине поля таблицы |
|
Дата по- |
В нашей стране наиболее часто используется формат работы с |
|
ступления |
датой в виде дд.мм.гг, что совпадает с немецким (German) |
|
в универ- |
форматом дат. Количество цифр года – может быть два - для |
|
ситет |
новых систем, поддерживающих заданный в Microsoft |
|
|
Windows годичный интервал (Панель управления – Язык и |
|
|
стандарты – Дата – «При вводе двух цифр года воспринимать |
|
|
их как год между…») или для систем, в которых аналогичный |
|
|
интервал может быть задан в программе, либо 4 цифры |
|
Факультет |
Может быть сложным атрибутом (кроме названия может со- |
|
(№ фа- |
держать и другие сведения); должен быть представлен в оди- |
|
культета) |
наковом виде для каждого факультета, поэтому в соответ- |
|
|
ствии с принципами нормализации баз данных этот атрибут |
|
|
следует представить в виде номера, являющегося внешним |
|
|
ключом для новой сущности – Факультет, в которой каждо- |
|
|
му номеру, являющемуся первичным ключом, будут соответ- |
|
|
ствовать название и прочие атрибуты этой сущности |
|
Специаль- |
Может быть сложным атрибутом, кроме того, необходимо ис- |
|
ность |
пользовать справочник министерства с утвержденными кода- |
|
(Код спе- |
ми специальностей, поэтому данный атрибут должен являться |
|
циально- |
кодом специальности – внешним ключом для первичного |
|
сти) |
ключа новой сущности Специальность |
|
Курс |
Число от 1 до 5 |
|
Номер |
Трехзначное число |
|
группы |
|
|
Номер |
Состав и вид паспортных данных определяется требованиями |
|
паспорта |
отчетности перед налоговыми и др. органами |
|
… |
Прочие атрибуты, которых может быть достаточно много… |
246
Глава 3. Программное обеспечение
В табл. 3.14 – 3.17 представлены атрибуты сущностей Успевае-
мость, Факультет, Специальность и Предмет.
Таблица 3.14. Атрибуты сущности Успеваемость
Имя атрибута |
|
Описание, особенности использования |
|
Номер зачетки |
Внешний ключ (к сущности Студент) |
||
Номер семестра |
Число от 1 до 10 |
||
Предмет |
Может быть сложным, его следует заменить на его |
||
(№ предмета) |
номер (внешний ключ) и связать с новой сущностью |
||
|
|
Предмет, состоящий, как минимум из атрибутов |
|
|
|
Номер предмета (первичный ключ) и Название |
|
|
|
предмета |
|
Оценка |
Может быть представлена цифрами от 0 до 5 или 1 |
||
|
|
буквой – например «н» - неявка |
|
Дата получения |
Формат даты обычно дд.мм.гг |
||
оценки |
|
|
|
Фамилия преподава- |
Данное поле может быть связано с сущностью Пре- |
||
теля |
подаватель. В данном учебном примере ограни- |
||
|
|
чимся простым атрибутом. |
|
… |
Могут быть добавлены и другие атрибуты, напри- |
||
|
|
мер, номер экзаменационной ведомости |
|
Таблица 3.15. Атрибуты сущности Факультет |
|||
|
|
|
|
Имя атрибута |
|
|
Описание, особенности использования |
Номер факультета |
|
Первичный ключ |
|
Название факульте- |
|
Может быть достаточно длинным, но не более 255 |
|
та |
|
символов |
|
… |
|
Могут быть добавлены и другие атрибуты, напри- |
|
|
|
мер, декан, номер комнаты деканата и т. д. |
|
Таблица 3.16. Атрибуты сущности Специальность |
|||
|
|
|
|
Имя атрибута |
|
Описание, особенности использования |
|
Код специальности |
|
Первичный ключ – значение из справочника мини- |
|
|
|
|
стерства |
Название специаль- |
|
Значение из справочника министерства |
|
ности |
|
|
|
… |
|
Могут быть добавлены и другие атрибуты |
|
247
Глава 3. Программное обеспечение
Таблица 3.17. Атрибуты сущности Предмет
Имя атрибута |
Описание, особенности использования |
№ предмета |
Первичный ключ |
Название предмета |
Общий справочник университета |
… |
Могут быть добавлены и другие атрибуты |
В физической модели каждой сущности будет соответствовать таблица базы данных, Каждому атрибуту будет соответствовать поле таблицы. Имена таблиц и полей лучше задавать с использование латинских букв и достаточно короткими для удобства использования при программировании и для совместимости с системами, не использующими кириллицу. Состав данных и связи в концептуальной и физической моделях показаны в табл. 3.18 и 3.19.
Таблица 3.18. Состав базы данных информационной системы
№ |
Сущности |
Таблицы физической модели |
||
концептуальной |
|
|
||
п/п |
Название |
Информация |
||
модели |
||||
|
|
|
||
1 |
Студент |
Список |
Список студентов |
|
2 |
Успеваемость |
Оценки |
Оценки студентов |
|
3 |
Факультет |
Факультеты |
Справочник факультетов |
|
4 |
Специальность |
Специальности |
Справочник специальностей |
|
5 |
Предмет |
Предметы |
Справочник предметов |
|
Таблица 3.19. Связи между объектами базы данных
№ |
Концептуальная модель |
Физическая модель |
|
п/п |
|||
|
|
||
1 |
Студент – Успеваемость |
Список – Оценки |
|
2 |
Студент – Факультет |
Список – Факультеты |
|
3 |
Студент – Специальность |
Список – Специальности |
|
4 |
Успеваемость – Предмет |
Оценки – Предметы |
3.3.4.2 Общая характеристика системы Microsoft Office Access
Система Microsoft Access является одним из компонентов Microsoft Office и предназначена для работы с базами данных.
Особенность данной СУБД – вся информация базы данных хранится в одном файле (*.mdb или *.accdb для версии Access 2007). Кроме информации таблиц, в этом же файле сохраняются компоненты приложения для
248
Глава 3. Программное обеспечение
работы с базой данных – экранные формы, отчеты, запросы, программные модули.
Для написания программных модулей обработки информации базы данных используется система Microsoft Visual Basic for Applications
(VBA), являющаяся компонентом Microsoft Office.
Для работы с базой данных система использует Microsoft Jet database engine – систему управления базами данных, извлекающую и сохраняющую данные в пользовательских и системных задачах. Ядро базы данных Microsoft Jet можно рассматривать как компонент диспетчера данных, с помощью которого работают остальные компоненты системы доступа к данным, такие как Microsoft Access и Microsoft Visual Basic for Applications.
Основные возможности системы при работе с базами данных приведены в Приложении 6. Самые главные параметры системы, о которых не следует забывать:
размер файла базы данных – не более 2 ГБайт;
размер таблицы – не более 2 ГБайт;
число одновременно работающих пользователей – не более 255;
число знаков в текстовом поле – не более 255;
число индексов в таблице – не более 32;
число полей в индексе – не более 10;
ширина формы или отчета – не более 55,87 см;
высота всех разделов отчета в режиме конструктора – не более
508 см.
В табл. 3.20 приведены сведения о типах данных, которые могут иметь поля в таблицах.
Таблица 3.20. Типы данных системы Microsoft Office Access 2007
Тип данных |
Тип |
|
|
|
данных |
Использование |
Размер |
||
полей таблицы |
||||
в VBA |
|
|
||
|
|
|
||
Текстовый |
String |
Текст, состоящий из любых симво- |
До 255 |
|
|
|
лов в кодировке Unicode |
символов |
|
|
|
(2 байта на символ) |
|
|
Поле MЕМО |
String |
Текст в кодировке Unicode |
До 64 000 |
|
|
|
|
символов |
|
Логический |
Boolean |
Поля, содержащие только одно из |
1 бит |
|
|
|
двух возможных значений, таких |
|
|
|
|
как Да/Нет, Истина/Ложь, |
|
|
|
|
Вкл/Выкл. |
|
249
Глава 3. Программное обеспечение
Продолжение таблицы 3.20
Тип данных |
Тип |
|
|
|
данных |
Использование |
Размер |
||
полей таблицы |
||||
в VBA |
|
|
||
|
|
|
||
Числовой |
|
Числовые данные |
1, 2, 4 или 8 |
|
(Байт, |
Byte, |
|
байтов. |
|
Целое, |
Integer, |
|
|
|
Длинное целое, |
Long, |
|
|
|
Одинарное с плаваю- |
Single, |
|
|
|
щей точкой, |
|
|
16 байтов |
|
Двойное с плавающей |
Double, |
|
для кодов |
|
точкой, |
|
|
репликации |
|
|
|
|
(GUID) |
|
Действительное, |
Decimal |
|
|
|
Код репликации) |
|
|
|
|
Дата/время |
Date |
Дата и время |
8 байтов |
|
Полный формат даты |
|
31.12.04 23:55:59 |
(при актива- |
|
Длинный формат да- |
|
31 декабря 2004 г. |
||
|
ции поля |
|||
ты |
|
|
||
|
|
всегда пока- |
||
Средний формат даты |
|
31-дек-04 |
||
|
зывает пол- |
|||
Краткий формат даты |
|
31.12.04 |
||
|
ный формат |
|||
Длинный формат |
|
23:55:59 |
||
|
даты) |
|||
времени |
|
|
||
|
|
|
||
Средний формат вре- |
|
11:55 |
|
|
мени |
|
|
|
|
Краткий формат вре- |
|
23:55 |
|
|
мени |
|
|
|
|
Денежный |
Currency |
Значения валют. Денежный тип |
8 байтов |
|
|
|
используется для предотвращения |
|
|
|
|
округлений во время вычислений. |
|
|
|
|
Предполагает до 15 символов в |
|
|
|
|
целой части числа и 4 - в дробной. |
|
|
Счетчик |
|
Автоматическая вставка последо- |
4 байта. 16 |
|
|
|
вательных (увеличивающихся на |
байтов для |
|
|
|
1) или случайных чисел при до- |
кодов репли- |
|
|
|
бавлении записи. |
кации |
|
|
|
|
(GUID) |
|
Логический |
Boolean |
Поля, содержащие только одно из |
1 бит |
|
|
|
двух возможных значений, таких |
|
|
|
|
как Да/Нет, Истина/Ложь, |
|
|
|
|
Вкл/Выкл. |
|
250