Министерство Образования Российской Федерации
Томский Государственный Педагогический Университет
Институт Прикладной информатики
Разработка электронно-методического пособия
По курсу ‘‘Информационные системы’’.
Курсовая работа
Выполнила: студ. 2 курса
Гр.415 Клюжева О.С.
Научный руководитель:
старший преподаватель
Стась А.Н.
Томск 2003
Реферат
Отчет о курсовой работе на 18 стр.,5 источников,1 приложение.
Информационные системы, базы данных, системы управления базами данных, модель данных, реляционная модель, сетевая модель, модель данных “Сущность -Связь”.
(1) Объект исследования – дисциплина «Информационные системы”.
(2) Цель работы: разработка учебного пособия по курсу Информационные системы’’, читаемому в 9 семестре в курсе информатика.
(3) Метод исследования: экспериментальный и теоретический.
(4) Основные результаты: разработано требуемое электронное методическое пособие.
Содержание
| Введение 1.Содержание пособия 1.1 Основная концепция учебного пособия 1.2 Требование стандарта 1.3 Разделы включенные в пособие 1.4 Разделы не вошедшие в пособие 2. Тип пособия. 2.1 Типы всевозможных пособий 2.2 Что такое HTML? 2.2.1 HTML 4.0 2.2.2 Интернационализация 2.2.3 Доступность 3. Основное содержание пособия 3.1 Понятие модели данных, базы данных и СУБД. 3.2 Модель данных “ Сущность-Связь”. 3.3 Реляционная модель. 3.4 Сетевая модель. 3.5 Этапы проектирования информационных систем. 3.6 Файловые системы. Заключение Список использованных источников ПРИЛОЖЕНИЯ |
4 6 6 6 8 8 10 10 10 11 11 12 14 14 15 17 18 20 20 22 |
Черновой вариант пособия дискета
Введение
Для нашего времени характерно стремительное развитие, быстрые изменения во многих областях науки, производства, общественной жизни. Возникают и наполняются новые области человеческого знания.
В любой области человеческой деятельности компьютер находит себе сферу эффективного и перспективного применения, что многие отрасли современной науки и производства (педагогика, ядерная энергетика, физика элементарных частиц и др.) были бы просто невозможны без вычислительной техники. Использование ЭВМ позволяет вводить элементы автоматизации в важнейшую область человеческой деятельности – интеллектуальную деятельность, умственный труд. Практическая реализация “интеллектуальных’’ способностей ЭВМ осуществляется на основе разработки и внедрения в практику многочисленных информационных технологий.
Согласно государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования, одобренному на заседании учебного – методического совета 16 декабря 1999 года, на аудиторные занятия по курсу «Информационные системы» отводится 72 часа и на самостоятельную работу также отводится 72 часа. В Томском государственном педагогическом университете курс по теме Информационные системы проходит в 9 семестре, на аудиторные занятия отводится только 54 часа. Поскольку курс «Информационные системы» очень объемный 54 часа аудиторных занятий явно недостаточно для его изучения. Поэтому основной упор методисты вынуждены делать на самостоятельную работу студентов. Особенно актуальная проблема разработка методического обеспечения к курсу. Существует два вида методических пособий: на бумажных носителях и электронные. При использование пособия первого типа всплывают такие проблемы как расходы на их издание, что существенно в условиях слабого финансирования высших учебных заведений в переходный период российской экономики, поэтому в последнее время все чаще отдается предпочтение электронно–методическим пособиям. Это пособие будет помогать студентам в изучение данного курса.
Основная задача курса «Информационные системы» - обучение студентов знаниям и навыкам в соответствие с требованиями Государственного Образовательного стандарта по специальности 030100 (методика преподавания информатики).
Основное понятие данного курса – понятие информационной системы.
ЭВМ позволяют хранить большие объемы информации. Чтобы облегчить переработку информации, например, поиск нужных сведений, создаются информационные системы.
К настоящему времени в мире созданы сотни тысяч информационных систем, используемых в самых различных отраслях производства и в быту. Некоторые из них объединены в крупные централизованные информационные системы. Каждая информационная система состоит из двух частей: большой, специально организованной совокупности данных (она называется базой данных) и программы, позволяющей оперировать ими. Данные, хранящиеся в базе данных, - это значение заранее фиксированных признаков некоторого набора объектов. А оперировать – значит находить объекты по заданным признакам, изменять и дополнять сведения об объектах, а также решать иные задачи.
Вследствие, всего сказанного можно дать такое определение информационным системам. Информационные системы – это вспомогательное средство для решения определенного множества задач, каждая из которых есть автоматизация какого – либо информационного процесса, связанного с обработкой данных.
При подготовки пособия широко использовались следующие источники [1..5].
1.Содержание пособия
1.1
Основная концепция учебного пособия
“С ростом производительности персональных компьютеров и сложности программных средств пользователям становится все труднее “ держать в уме” все функции применяемого приложения. По этой причине в повседневной работе, как правило, используется далеко не весь спектр существующих возможностей конкретной программы или операционной среды, а только небольшая их часть. Практика показывает, что и вводные обучающие курсы дают представление только о самых важных командах и навязывают пользователю применение ряда типовых процедур, многие из которых далеко не оптимальны. Большинство пользователей, преодолев первый страх перед новым продуктом и накопив достаточный опыт, начинают испытывать естественное желание познакомиться с возможностями программы поближе. Им хочется использовать если не все, то многие из доступных средств. Им не нужны подробные и длинные описания команд, а нужны краткие методические пособия. Вся информация в пособиях изложена как раз в том порядке, в котором она обычно требуется во время работы. Единообразное построение глав способствует быстрому пониманию и усвоению необходимой информации и существенно упрощает поиск. Многочисленные перекрестные ссылки позволяют найти всю информацию, имеющую отношение к рассматриваемому вопросу”.
Подобная концепция целесообразна и для электронных учебных пособий, предназначенных в частности для студентов педагогических ВУЗов.
1.2
Требование стандарта.
По решению Государственного Образовательного стандарта Высшего профессионального образования, одобренному на заседание учебно – методического совета 16.12.99 года по курсу Информационные системы в пособие должны были войти следующие разделы:
- Информационные модели данных: фактографические, иерархические, сетевые.
- Последовательность создания информационной модели.
- Взаимосвязи в модели.
- Типы моделей данных.
- Проектирование баз данных.
- Концептуальная модель предметной области.
- Логическая модель предметной области.
- Определение взаимосвязи между элементами баз данных.
- Первичные и альтернативные ключи атрибутов данных.
- Приведение модели к требуемому уровню нормальной формы.
- Физические описания модели.
- Словарь данных.
- Администрирование баз данных.
- Обзор возможностей и особенностей различных СБД.
- Методы хранения и доступа к данным.
- Работа с внешними данными с помощью технологии ODBC (BDE).
- Объектное – ориентированное программирование в среде баз данных.
- Введение в SQL.
- Использование SQL для выборки данных из таблицы, создание SQL – запросов.
- SQL сервер.
- Использование технологии ‘‘клиент - сервер’’.
- Разработка пользовательских программ в среде баз данных.
1.3
Разделы включенные в пособие.
В данное пособие вошли следующие разделы:
- Понятие модели данных.
- Модель данных ‘‘сущность - связь’’.
- Иерархическая модель данных.
- Реляционная модель данных.
- Сетевая модель.
- Обзор современного СУБД.
- Проектирование.
- Проектирование СУБД.
- Базы данных и файловые системы.
- Распределенные базы данных.
1.4 Разделы не вошедшие в пособие.
В это пособие не вошли некоторые разделы
-Иерархические модели данных.
-Физические описание модели.
-Администрирование баз данных.
-Обзор возможностей и особенностей СУБД.
-Методы хранения и доступа к данным.
-Работа с внешними данными с помощью технологии ODBC (BDE).
-Объектное – ориентированное программирование в среде баз данных.
-Разработка пользовательских программ в среде баз данных.
Выше указанные разделы не вошли в данное пособие по курсу Информационные системы в связи с тем, что упомянутые разделы в Томском Государственном Педагогическом Университете рассматриваются не на втором курсе, а на третьем курсе, как правило, в рамках дисциплины “практикум решения задач на ЭВМ”. Такое положение обусловлено прежде всего следующими причинами. Для BDE и основ объектно-ориентированного программирования в среде баз данных требуются знания BDE (ODBC). Для иерархической модели данных, для физического описания модели, для администрирования баз данных, для обзора возможностей и особенностей СУБД, для методов хранения и доступа к данным требуются знания Borland Delphi, Borland C++ Builder, Microsoft Visual Basic.
2. Тип пособия.
2.1 Типы всевозможных пособий.
Существует несколько типов пособий. Наиболее известными из них являются:
1. Документальное пособие:
- текст
- текст с графикой
- мультимедийные средства (текст с графикой + элементы мультимедиа);
2. Обучающие программы:
- разработка в специализированных средах (Toolbox , Assistent)
- разработка программ в универсальных системах (н-р, Borland Delphi);
Возможные форматы пособий 1-го типа:
- документ Word
- графические формата
- HTML;
Выбор HTML обуславливается необходимостью размещения пособия в локальной сети и Internet’e. Кроме того HTML поддерживает всевозможные скрипты относительно легко, позволяющие внедрить в пособие элементы мультимедиа.
2.2. Что такое HTML?
Чтобы представить информацию для глобального использования, нужен универсальный язык, который понимали бы все компьютеры. Языком публикации, используемым в World Wide Web, является HTML (HyperText Markup Language - язык разметки гипертекстов).
HTML дает авторам средства для:
публикации электронных документов с заголовками, текстом, таблицами, списками, фотографиями и т.д.
загрузки электронной информации с помощью щелчка мыши на гипертекстовой ссылке.
разработки форм для выполнения транзакций с удаленными службами, для использования в поиске информации, резервировании, заказе продуктов и т.д.
включения электронных таблиц, видео клипов, звуковых фрагментов и других приложений непосредственно в документы.
2.2.1
HTML
4.0.
В HTML 4.0 вводятся механизмы таблиц стилей, скрипов, кадров, внедрения объектов, улучшенная поддержка разных направлений письма и направления справа налево, таблицы с большим количеством возможностей и новые свойства форм, обеспечивая лучшие возможности доступа для людей с физическими недостатками.
2. 2.2 Интернационализация.
Эта версия HTML разработана с помощью экспертов в области интернационализации, так что документы можно писать на любом языке и легко передавать их по всему миру.
Важным шагом стало принятие стандарта ISO/IEC:10646 (см. [ISO10646]) в качестве набора символов для документов HTML. Это наиболее содержательный стандарт в мире, в котором решены вопросы представления национальных символов, направления письма, пунктуации и других языковых вопросов.
HTML теперь предоставляет лучшую поддержку различных языков в одном документе. Это обеспечивает более эффективное индексирование документов для поисковых машин, типографию высшего качества, преобразование текста в речь, более удобные переносы и т.д.
2.2.3 Доступность
Поскольку сообщество Web растет, и возможности и умения его членов различаются, очень важ
усилено разделение структуры и представления документа, что побуждает использовать таблицы стилей вместо элементов и атрибутов представления языка HTML.
улучшены формы, включена возможность назначения клавиш доступа, возможность семантической группировки управляющих элементов формы, семантической группировки вариантов в тэге SELECT
и активные метки.
добавлена возможность разметки текстового описания включенного объекта (с помощью элемента OBJECT
).
введен новый механизм действия изображений-карт на стороне клиента (элемент MAP
), который позволяет авторам интегрировать изображения и текстовые ссылки.
альтернативный текст для изображений, включаемых с помощью элемента IMG
, обязателен.
добавлена поддержка атрибутов title
и lang
во всех элементах.
добавлена поддержка элементов ABBR
и ACRONYM
.
более широкий диапазон целевых устройств (телетайп, шрифт Бройля и т.д.) для использования в таблицах стилей.
улучшены таблицы, включена поддержка заголовков, групп столбцов и механизмов для упрощения не визуального представления документа.
3. Основное содержание пособия
3.1 Понятие модели данных, базы данных и СУБД.
По определению модель данных понимают как интеллектуальное средство, позволяющее реализовывать интерпретацию данных и таким образом способствовать получению информации. Данные по сути отражают свойства объектов реального мира. Данные, представляющие одно и тоже свойство различных объектов объединяются в так называемые именованные категории.
Совокупность именованных категорий, их свойств и связей между ними образуют схему данных. Управление Базами Данных на ЭВМ осуществляется с помощью СУБД, которые поддерживают язык определенных данных, язык определения ограничения целостности, и обеспечивает выполнение операций над данными с помощью языка манипулирования данными.
Для того, чтобы данные хранились в соответствии с конкретной схемой, необходимо подвергнуть их структуризации.
Основной способ структуризации данных – абстракция. Абстракция представляет собой совокупность деталей конкретного предмета, явления или понятия, которое может быть соответствующем образом рассмотрено и именовано, как целое. Существует два способа абстракции: обобщение и агрегация. Обобщение позволяет соотносить множество знаков или типов с одним типом. Агрегация – абстракция посредством которой объект конструируется из других конструируется из других базовых объектов. Операция, обратная агрегации называется декомпозицией.
Агрегация и обобщение применяются взаимозаменяющем образом и выражают соответственно структурные и классификационные аспекты типизации. На основе этих операций и определяется множество структур данных.
3.2 Модель данных ‘‘Сущность - Связь’’
Любая предметная область представляет собой совокупность некоторых объектов реального мира, которые взаимодействуют между собой. В терминах ER – модели объекты реального мира называются сущностями. Для отражения в модели взаимодействия сущностей между собой используются связи.
Однородные сущности, т. е. сущности, обладающие одинаковыми характеристиками, объединяются в множества сущностей. Характеристики сущностей являются атрибутами. Атрибут определяется, как отображение из множества сущностей в множество значений.
Связи между элементами одних множеств сущностей, обладающие одинаковой семантикой (смыслом), объединяются в множество связей. Связи могут строиться и на элементах одного множества сущностей. Характеристики связей определяются атрибутами связей, которые есть отображение из множества связей в множество значений. Семантическое значение сущности в связи называют ее ролью. Естественно, что роли соответствующих сущностей в элементах одного множества связей совпадают.
Таким образом, схема базы данных в ER – модели представляет собой множество множеств сущностей с определенным для каждого из них конечного непустого множества атрибутов и множество множеств связей, для каждого из которых определено конечное множество атрибутов, а также упорядоченный набор множеств сущностей, на которых строятся связи и для каждой из которых может быть определена роль.
Графическое изображение схемы данных называется ER-диаграммой. Пример ER-диаграммы приведен на рисунке 1.
Рис. 1. Пример ER-диаграммы
В пособии также рассмотрены ограничения целостности, поддерживаемые в модели и операции над данными (язык манипулирования данными – CABLE).
Отмечены основные достоинства и недостатки ER – модели.
Достоинства
А) Естественность. Структуры в ER – модели сравнительно неплохо соответствуют структурам реального мира по сравнению со структурами в других моделях.
Б) Возможность явного определения ограничений на существование.
В) Хранение явной информации о связях, что позволяет избежать неоднозначности в вопросе существования связи, что характерно для многих других моделей.
Недостатки:
А) Трудность практической реализации.
В) Неприспособленность для распределенных БД.
3.3 Реляционная модель
Автор реляционной модели (relation model) – Кодд. В настоящее время это самая распространенная модель данных, которую поддерживает подавляющее большинство СУБД, в частности и Access. Реляционная модель удобна для реализации в СУБД, но не удобна для представления предметной области, поэтому удобно сначала построить ER – диаграмму предметной области, а затем воспользоваться правилами трансформации схемы из ER – модели в реляционную.
Ограничения целостности в модели поддерживаются с помощью так называемых триггеров целостности, которые задаются с помощью ЯООЦ. Синтаксис ЯООЦ зависит от конкретной реализации модели. Рассмотрены основные типы ограничений целостности.
Навигационные операции реализуются с помощью навигационных языков. Навигационные операции обеспечивают навигацию по БД, то есть последовательный просмотр кортежей.
Также рассматриваются спецификационные операции. Если навигационные языки предполагают движение по БД, и на каждом шаге рассматривается отдельный кортеж, то спецификационные производятся над отношениями, а любые действия над отношениями реализуются с помощью операций реляционной алгебры.
Операции реляционной алгебры:
1) теоретико- множественные;
2) декартово произведение;
3) проекции;
4) селекции;
5) деления;
6) соединения;
Также в пособие рассмотрено реляционное исчисление на кортежах, реляционное исчисление на доменах (и в частности табличный язык QBE), языки манипулирования данными основанное на отображениях (и в частности SQL). Даны понятия о КИС (корпоративных информационных системах), распределенной БД и о клиент-серверных системах.
Распределенные базы данных – это такие базы данных, которые распределены в пространстве. Особенностью распределенных БД является то, что они обслуживают крупные учреждения, разные отделы которых могут базироваться на больших расстояниях друг от друга, при этом часть информации регулярно используется всеми отделами, а часть информации регулярно требуется только для работы одного отдела, а другие же подразделения используют эту информацию крайне редко. Поэтому следует наиболее эффективно расположить информацию в пространстве.
Распределенные базы данных часто построены по принципам клиент-серверной технологии. Суть в том, что программный продукт в качестве логических компонентов имеет сервер и несколько клиентов. Клиент работает с пользователем, а на сервере хранится информация.
Достоинства и недостатки реляционной модели
Достоинства:
1)высокая приспособленность к реализации в СУБД;
2)возможность создания распределенных БД;
Недостатки:
1)неадекватное представление предметной области;
2)невозможность явного определения ограничений на существование;
3)трудности при написание запросов.
3.4Сетевая модель
Основные структурные единицы данных в сетевой модели – запись и набор. Сетевую схему удобно представлять с помощью сетевой диаграммы.
Приведен пример сетевой схемы БД ВУЗ (рисунок 2):
схемы рис.2 пример сетевой.
В сетевой модели поддерживаются следующие ограничения целостности.
1) значение атрибутов;
2) ключи;
3)ограничение по типу связи;
4)ограничения по типу членства в наборе.
Типы членства в наборе: FIXED(фиксированное), MANDATOR (обязательное), OPTIONAL(необязательное).
Операции в сетевой модели
1)Навигационные операции- они обеспечивают проход по записям одного типа и проход по записям другого, которые являются членами набора, владельцем которого является данная запись.
2)Спецификационные операции сводятся к селекции по записям и наборам.
Достоинства и недостатки сетевой модели.
Достоинства:
1) Хранение информации о функциональных связях в явном виде.
2) Возможность реализации повторяющихся наборов данных.
Недостатки:
1)Невозможность хранения в явном виде информации о нефункциональных связях.
2)Трудность практической реализации в СУБД.
3)Неприспособленность для создания распределенных БД.
3.5. Этапы проектирования информационных систем.
Рассмотрены семь этапов проектирования информационных систем:
1)Анализ потребностей, то есть определение механических процессов, для автоматизации которых и создается эта система.
2)Этап выделения предметной области. Здесь целесообразно построение деловой модели.
3)Формальное описание предметной области. Здесь удобным средством является ER-модель. По завершение этого этапа мы имеем схему базы данных для обслуживания Информационной системы.
4)На этом этапе следует выбрать конкретную СУБД, с помощью которой будет реализована схема базы данных, затем происходит выбор и следует трансформировать схему в модель данных. Далее следует преступать к реализации схемы.
5)Создание адекватного агрегатного состояния данных (то есть загрузка самих данных в базу).
6)На шестом этапе происходит реализация функциональности.
7)На этом этапе нужно провести обучение обслуживающего персонала работе с Информационными системами.
Процесс непосредственного использования в теории должен проходить без участия разработчика, однако на практике в системе постоянно обнаруживаются ошибки, которые необходимо исправлять, кроме того часто приходится реализовывать новую функциональность, что к тому же может привести к необходимости модификации схемы данных.
3.6 Файловые системы.
Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным. Основными устройствами внешней памяти является магнитные диски с подвижными головками именно они служат для хранения файлов. Возможность обмениваться с магнитными дисками порциями меньше объема блока в настоящее время не используется в файловых системах. В некоторых файловых системах базовый уровень доступен пользователю, но более часто прикрывается некоторым более высоким уровнем, стандартным для пользователей.
Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет поддержания во внешней памяти дополнительных файлов со специальной структурой – каталогов.
Поскольку файловые системы являются общим хранилищем файлов принадлежащих, вообще говоря, разным пользователям, системы управления файлами должны обеспечить авторизацию доступа к файлам. Поэтому в большинстве современных систем управления файлами применяется подход к защите файлов, впервые реализованных в операционной системе UNIX.
Файлы применяются для хранения данных. Такие файлы обычно образуются и модифицируются с помощью различных текстовых редакторов. Файлы с текстами программ используются как входные тексты компиляторов, которые в свою очередь формируют файлы, содержащие объектные модули.
Одним словом, файловые системы обеспечивают хранение слабо структурированной информации, оставляя дальнейшую структуризацию прикладным программам.
Заключение
Мы закончили разработку электронного учебного пособия по курсу “Основы искусственного интеллекта”. Некоторые разделы данного пособия уже апробированы в определенных группах. Можно сделать вывод, что данное методическое пособие облегчает работу преподавателям и является лучшим “помощником” студентам в самостоятельной подготовке к занятию или зачету. Вообще говоря, внедрение электронного учебного пособия предполагает совершенствование процесса преподавания, повышение его эффективности и качества, сокращение времени на изучение учебного материала, тиражирование передовых педагогических технологий.
Следует заметить, что к данному пособию необходимо добавить и разработать лишь те главы, которые не вошли в пособие, т.е. расширить это пособие. Чтобы пособие было полным, интересным и занимающим, в него следует включить средства мультимедиа, контролирующие устройства, тесты, задания для проверки усвоения материала и т.д.
Список использованных источников
1. Цикритзис, Лоховски. Модели данных, - Москва, - 1973.
2. Дейт К. ‘‘Введение в системы БД’’, - Москва, -1977.
3. Ульман Дж. ‘‘Основы систем БД’’, - Москва, - 1979.
4. Чен Питер Пин Шен. Модель данных «сущность–связь» -шаг к единому представлению о данных, - СУБД, - 1995, - # 3.
5. Гюнтер Штайнер “Access 2000”, - Москва, - 2001.