Базы данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Факультет информационных технологий

Кафедра Программное обеспечение информационных технологий

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Базы данных

Ташкент 2007

Введение

Решение широкого круга задач, связанных с выполнением выпускных работ, а в дальнейшем научных или производственных, требует умения разрабатывать и создавать базы данных, подбирать соответствующие им системы управления, разрабатывать прикладные программы поиска и обработки информации.

Задачей лабораторных работ является закрепление теоретического материала дисциплины "Базы данных и получение практических навыков по созданию и использованию баз данных.

Лабораторная Работа 1. Анализ предметной области. Разработка модели "СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ"

Методические указания.

Анализ предметной области (ПО) заключается в выявлении следующих составляющих: объектов, свойств объектов, связей (объектных отношений), временных интервалов (времени, в течение которого объекты могут иметь определенные состояния (Табл.1.1 по 1.6))

Пример ПО. " Склад "

Таблица 1.1

объекты	Количество
1. Склад 2. Материалы 3. Поставщики 4. Потребитель 5. Город 6. Детали	n1 n2 n3 n4 n5

Объекты, свойства объектов

Таблица 1.2

Свойства	Кому принадлежит	Адрес склада	Наименование	Количество
Склад				Приход	Расход

Таблица1.3

Свойства	Наименование	Потребитель	Где хранится
Материалы

Таблица1.4

Свойства	Почтовый индекс	Наиме- нование	Что постав- ляется	Что выво- зится	Потре- бители	Постав- щики
Город

Таблица1.5

Свойства	Расходуемый материал	Количество на 1 деталь	Цвет	Из какого склада	Наимен. детали	Вес детали	Кто изго- товляет
Деталь

Таблица1.6

Свойства	Имя	Материалы	Наименования деталей	Адрес потребителя	Из склада
Потребитель

Модель "Сущность - Связь" строится с использованием трех основных компонент, составляющих ПО : СУЩНОСТЬ , АТРИБУТ , СВЯЗЬ. Составляющая "ВРЕМЯ" в составе конструктивных элементов может присутствовать только в неявном виде. В модели время представлено атрибутами: год, дата и тому подобным.

При построении модели СВЯЗЬ выступает как абстракция, существующего объекта, процесса или явления. АТРИБУТ представляет характеристику с именем, которая принимает значения из некоторого множества значений.

К связям в модели "Сущность - Связь" необходимо добавить отношения, присущие для каждого типа связи между двумя сущностями(бинарные, тернарные, ... , n-нарные).

Информация о проекте оформляется в виде диаграммы, для этого обозначают: типы сущностей - прямоугольниками, атрибуты - овалами, соединяя их соответствующими сущностями - ненаправленными ребрами. Связи (отношения) - ромбами, соединяя их, в общем случае, ненаправленными ребрами с типами сущностей, а при бинарных связях направленными ребрами.

Модель "Сущность - Связь" может отражать, только определенную часть ПО, в этом случае ее называют локальной. Для более полной информации о ПО необходимо ее дообследование и построение локальных моделей, дополняющих предыдущую. После чего локальные модели объединяются в композиционно-единое представление о ПО.

Пример

Данный пример модели "Сущность - Связь" объединяет в себе пять локальных моделей.

Лабораторная работа 2. Создание реляционной модели базы данных для заданной предметной области

Цель: разработать систему таблиц реляционной модели базы данных. При этом необходимо учесть, что система таблиц базы данных должна соответствовать разработанной Вами модели «Сущность - Связь»

События

Характеристики

Лабораторная работа 3. Создание системы запросов к базе данных. Выбор СУБД

Цель лабораторной работы:

1. Совместно с заказчиком базы данных (БД) разработчику необходимо определить систему запросов к БД, максимально удовлетворяющую требованиям заказчика и релевантной созданной модели "Сущность - связь".

Если при заданных требованиях заказчика данная модель "Сущность

- связь" не может полностью удовлетворить системе запросов, то необходимо дополнительно обследовать предметную область и дополнить модель "Сущность - связь" необходимыми элементами, связями и отношениями.

2. Классифицировать систему запросов по выдаваемой пользователю БД информации на стандартные запросы и нестандартные (нерегламентированные).

Нерегламентированные запросы к БД - запросы, которые могут менять свою формулировку в зависимости от текущих потребностей пользователя, но только в пределах возможностей построенной модели и ее релевантности этих запросов к ней.

3. Система запросов для предметной области "Склад":

1) Найти внешнее описание всех материалов, находящихся на складе.

2) Найти названия и даты приема материалов.

3) Найти название материалов, не имеющихся на складах.

4) Найти название материалов и потребителей.

5) Найти название складов, получивших материалы.

6) Для каждого материала найти номер склада, количество на складе, приход, расход.

7) Найти потребителей и количество требуемого материала с номером М1.

8) Найти количество прихода и расхода материалов с весом > 100.

9) Найти название материалов и их количество для склада с номером С1.

10) Найти название материалов красного цвета с максимальным весом.

11) Найти потребность в материале (количество и потребителя) для деталей с минимальным весом.

12) Найти номера материалов, принятых 31.4 числа.

13) Найти все склады, на которых хранятся все материалы, необходимые потребителю П1.

14) Найти всех потребителей, которым нужны материалы красного цвета.

15) Найти всех потребителей и требуемое количество для всех материалов с весом больше 40.

16) Найти все склады, на которых хранятся материалы М1 и М2.

17) Найти всех потребителей, которым нужны какие-нибудь материалы, полученные 31.4 числа.

18) Найти название материалов и их количество для склада с номером С1.

19) Найти общий вес материалов, необходимых потребителю П1.

20) Найти общее число материалов, необходимых потребителю П1.

21) Для каждого материала и каждого склада подсчитать новое состояние склада по формуле

кол = кол0 + кол1 - кол2

22) Найти общее количество прихода по каждому материалу.

23) Для каждого склада и каждого материала найти общее количество расхода.

24) Найти материалы с наибольшим требуемым количеством.

25) В отношение "Приход" добавить выборки:



26) Изменить текущее состояние склада (учесть приход и расход).

27) Во всех отношениях уничтожить выборки.

28) Вычислить нехватку для каждого материала.

29) Вычислить избыток белого материала.

30) Выбрать материалы с максимальным избытком.

31) Найти все склады, на которых хранятся материалы М1 и М2, создав дополнительные отношения.

4. Представление БД в виде реляционной схемы. Выбор СУБД.

Необходимо выполнить работы:

а) По модели "Сущность - связь" выделить три типа отношений:

- понятия,

- отношения "событие",

- отношения " характеристика".

Пример.

Для модели "Сущность - связь" все типы отношений сведем в таблицу 2.1.

Выбор СУБД.

Выбор СУБД в большей степени зависит от типа приложений. Тип приложений определяется методами доступа к Б.Д., которые, в свою очередь, определяются планируемыми запросами.

Различают следующие типы:

Тип 1. Получить все или многие записи. Под этот тип попадают чаще всего последовательная обработка, генерация больших отчетов и пакетная обработка.

Тип 2. Получить уникальную запись. Доступ осуществляется только к одной записи. В этот тип попадают: метод прямого доступа, метод произвольного доступа, индексные методы, бинарное дерево и т.д.

Тип 3. Получить некоторые записи. Для такого типа запросов наибольший интерес представляет поиск по вторичному ключу. Здесь лучше всего использовать инвертированный метод доступа.

Учет подобной классификации позволит наилучшим образом реализовать СУБД, удовлетворить требованиям к времени ответа на запросы и ограничениям на объем памяти.

Реляционная схема наилучшим образом удовлетворяет требованиям к языку запросов к Б.Д., а именно, язык запросов должен быть одновременно простым в изучении и легким в пользовании.

Лабораторная работа 4. Создание программ ведения баз данных

Задание к работе

Цель работы : Приобретение навыков работы с операторами языка SQL. Научиться создавать программы ведения баз данных в выбранной СУБД.

Изучить конструкции языка SQL для создания базы данных

Создать базу данных для табличных структур полученных при разработке модели «Сущность - связь», заданной предметной области.

В среде WISQL или SQL-Explorer создать физическую структуру разработанной базы данных

Внести в базу данных некоторое количество информации, на примере которой можно продемонстрировать работу всех используемых структур.

Теоретические сведения

Преимущества архитектуры клиент-сервер:

Большинство вычислительных процессов происходит на сервере, что снижает требования к вычислительным мощностям компьютеров клиентов

Снижается сетевой трафик за счет посылки клиенту только тех данных, которые он запрашивал, а не всей базы данных

Возрастает безопасность всей системы за счет перенесения большей части бизнес-правил на сервер, существенного увеличения защищенности центральной базы данных от несанкционированного доступа, централизованного управления транзакциями.

SQL-сервер InterBase (IBDataBase) предназначен для хранения и обработки больших объемов информации в условиях одновременной работы с БД множества клиентских приложений. Ниже представлены основные возможности сервера:

Для задания целостности БД определяются:

Отношения подчиненности между таблицами путем задания первичных и внешних ключей

Проверка ограничений на вводимые значения для столбцов -- проверка диапазона, соответствие маске, требуемое отношение с записями в других таблицах

Триггеры -- автоматически выполняются до или после модификации записей в таблицах

Генераторы используются для задания уникальных значений полей

Для ускорения работы клиентских приложений используются

хранимые процедуры и

виртуальные таблицы (или просмотры)

Для введения отсутствующих в ядре сервера функций, InterBase позволяет использовать подключаемые с помощью DLL

функции, определяемые пользователем

При наступлении определенных событий InterBase может посылать клиентским приложениям уведомления, кроме того, работающие приложения могут обмениваться через сервер сообщениями.

Для доступа к БД используется утилита Windows Interactive SQL (WISQL), входящая в комплект InterBase и SQL Explorer, входящий в поставку Delphi. Для просмотра и анализа процессов, проходящих на сервере при реализации пользовательского запроса, используется утилита SQL Monitor.

Ниже дается краткое описание и примеры определения большинства структур, необходимых для успешного выполнения лабораторной работы. Для получения более подробной информации обращайтесь к литературе по работе с базами данных в среде Delphi.

Создание новой базы данных.

Предполагается, что сервер InterBase уже запущен

Запустить WISQL (Пуск | Программы | Interbase Client 5.1 | WISQL

File Create Database

Отметить Local Engine, в Database ввести путь и имя создаваемого файла базы данных. Стандартное расширение -- .gdb, В поле User Name ввести SYSDBA, в поле Password ввести masterkey. В поле Databasse Options ввести DEFAULT CHARACTER SET WIN1251. Нажать OK.

Если сообщений об ошибках не было, база данных создана. Теперь необходимо ее наполнить. Об этом -- в следующих разделах.

База данных может также быть создана и средствами языка SQL, например:

CREATE DATABASE "C:\Work\PV51\MiD\Walmart.gdb" PAGE_SIZE 1024

USER 'SYSDBA' PASSWORD 'masterkey' DEFAULT CHARACTER SET WIN1251;

Открытие существующей базы данных.

Предполагается, что сервер InterBase уже запущен

Запустить WISQL (Пуск | Программы | Interbase Client 5.1 | WISQL

File | Connect to DataBase

В появившемся окне ввести те же параметры, что и при создании БД

Нажать OK. Если сообщений об ошибках не поступало, то открытие базы данных прошло успешно.

Создание доменов

Домены определяют множества значений, которые могут храниться в соответствующем домену столбце таблицы. Пример определения домена:

CREATE DOMAIN TPHONE AS CHAR(8) CHECK (VALUE LIKE "___-____");

Создание таблиц

После создания или открытия базы данных требуется создать в ней таблицы. Создание таблиц может производиться через WISQL или с помощью SQL Explorer'а. В последнем случае все происходит гораздо проще и нагляднее, поэтому разберем сначала его. После двойного щелчка на псевдониме базы данных и ввода имени пользователя и пароля, щелкаем правой кнопкой на Tables, выбираем New, вводим название таблицы. После этого два раза щелкаем на новой таблице, щелкаем правой кнопкой на Columns, вводим название столбца, задаем его тип или домен, соответствующий ему. Аналогичным образом назначаем первичные ключи, определяем ссылочную целостность. После произведенных изменений выбираем Apply (синяя стрелка на верхней панели инструментов) для сохранения изменений.

Создание других компонентов (триггеров, генераторов, индексов) в программе SQL Explorer осуществляется аналогичным образом, поэтому дальше будут рассматриваться приемы создания структур с использованием WISQL.

Создание таблиц в WISQL

В окне SQL Statement необходимо ввести оператор создания таблицы. Пример:

CREATE TABLE MAIN (

SITE CHAR(30) CHARACTER SET WIN1251 NOT NULL,

ZIP CHAR(5) CHARACTER SET WIN1251,

ADDR CHAR(50) CHARACTER SET WIN1251,

PHONE TPHONE NOT NULL,

STORENUM INTEGER NOT NULL,

PHARMACY TBOOLEAN,

PHOTO TBOOLEAN,

TIRES TBOOLEAN,

CONSTRAINT CPHONE UNIQUE (PHONE),

CONSTRAINT ISTORENUMM PRIMARY KEY (STORENUM));

Создание индексов

Для создания индексов в окне WISQL можно ввести оператор определения индекса. Пример:

CREATE INDEX ISITE ON MAIN(SITE);

Создание генераторов

Генераторы используются для присвоения уникальных значений ключевым полям. В этом смысле они аналогичны полям автоинкремента в таблицах Paradox. Создание генераторов можно проиллюстрировать примером:

CREATE GENERATOR GSTORENUM;

Создание просмотров (отображений, представлений, виртуальных таблиц)

Ядром представления является оператор Select, который и формирует содержимое виртуальной таблицы. Он записывается в теле представления. В заголовке описываются выводимые поля. Пример:

CREATE VIEW PHARMACY (SITE, GRIDLOC, ZIP, ADDR, STATE, AREACODE, PHONE) AS

SELECT M.SITE, S.GRIDLOC, M.ZIP, M.ADDR, S.STATE

FROM MAIN M, SITEDETAIL S

WHERE (M.PHARMACY="Present") AND (M.SITE=S.SITE);

Создание хранимых процедур

Хранимые процедуры компилируются, хранятся и выполняются на сервере, посылая клиенту по сети лишь результаты исполнения. Пример определения хранимой процедуры:

SET TERM

CREATE PROCEDURE GET_INFO

RETURNS (NUM_SITES INTEGER, NUM_STATES INTEGER, SUM_INCOME INTEGER,

NUM_EMPLOYEES INTEGER, AVG_RATING FLOAT, OLDEST_EMPLOYEE DATE) AS

BEGIN

SELECT COUNT(DISTINCT M.SITE), COUNT(MD.STATE), SUM(S.ANNUALINCOME), COUNT(E.EMPNAME), AVG(E.RATING), MIN(E.BIRTHDATE)

FROM MAIN M, MONEYDETAIL MD, STOREDETAIL S, EMPLOYEEDETAIL E

INTO :NUM_SITES, :NUM_STATES, :SUM_INCOME, :NUM_EMPLOYEES, :AVG_RATING,:OLDEST_EMPLOYEE;

SUSPEND;

END

Определение функций пользователя.

Функции пользователя позволяют расширить функции базы данных, наделяя ее такими свойствами, которыми она ранее не обладала. Для подключения функций необходимо заранее создать и откомпилировать DLL- библиотеку, содержащую эту функцию. Если библиотека пишется на Delphi, то после заголовка функции должны быть указаны ключевые слова CDECL;EXPORT;, а сам модуль должен оформляться не как unit, а как library.

Пример описания функции пользователей в СУБД Interbase:

DECLARE EXTERNAL FUNCTION DELS CSTRING(256) CHARACTER SET WIN1251

RETURNS CSTRING(256) CHARACTER SET WIN1251

ENTRY_POINT "DelSpaces" MODULE_NAME "C:\Work\PV51\MiD\WalDll.dll";

Создание триггеров

Триггеры -- это процедуры, которые автоматически запускаются при внесении изменений в таблицы базы данных. С помощью них можно поддерживать ссылочную целостность, производить каскадные изменения, подсчитывать агрегатные функции и выполнять любые другие действия над таблицами. Следующий пример иллюстрирует применение триггера для обновления информации в двух таблицах, получения значения от генератора и вызова функции, определяемой пользователем:

CREATE TRIGGER BI_MAIN FOR MAIN

ACTIVE BEFORE INSERT POSITION 0

AS

BEGIN

NEW.STORENUM=GEN_ID(GSTORENUM,1);

NEW.SITE=DELS(NEW.SITE);

INSERT INTO STOREDETAIL (STORENUM,SQFEET,EMPLOYEES,ANNUALINCOME)

VALUES (NEW.STORENUM,0,0,0);

IF (NOT EXISTS (SELECT * FROM SITEDETAIL WHERE SITE=NEW.SITE)) THEN

INSERT INTO SITEDETAIL (SITE,GRIDLOC,STATE,AREACODE)

VALUES (NEW.SITE, "?-??","??","????");

END

Лабораторная работа 5. Создание программ обработки данных по SQL запросам

база данные рациональный запрос

Цель работы: Приобретение навыков работы по составлению запросов к базе данных на SQL.

Задание к работе

Создать клиентское приложение для работы с базой данных, созданной в первой лабораторной работе. Это клиентское приложение должно отвечать следующим требованиям:

Приложение должно представлять собой главную форму, из которой будут вызываться другие формы. Допускается использование компонента TPageControl (закладок)

Для каждой таблицы или просмотра базы данных должна быть своя форма (или страница), в которой можно было бы осуществлять ее просмотр и редактирование

Для управления базой данных должны использоваться все необходимые элементы управления (TDBMemo, TDBEdit, TDBRichText, TDBGrid, TDBNavigator, и т.д.)

В проекте должна присутствовать хотя бы одна форма, которая бы отражала две таблицы, связанные в отношении Master-Detail с помощью свойств Master Source, Master Fields.

В проекте должна присутствовать хотя бы одна форма, которая отражала бы использование компонентов TDBLookup (list box или combo box)

В проекте должен присутствовать Visual Query Builder, с помощью которого можно было бы создавать запросы не только с переменными параметрами, но и с гибкой настройкой структуры, связывания таблиц, выбора условий, полей, способа сортировки и т.д.

В проекте должны быть два отчета -- простой и сложный (содержание которого формируется на основе нескольких таблиц, применяется группировка, подсчет итогов, и т.д.)

В проекте должны быть графики, отображающие какую-то статистику по базе данных

В программе должен быть реализован более-менее понятный интерфейс, заголовки полей в компонентах DBGrid должны быть нормальными русскими, немного нужно подумать о дизайне и эстетике программы

Теоретические сведения

Для того, чтобы более детально узнать о построении приложений, работающих с базами данных, обращайтесь к соответствующей литературе по Delphi или к справочной системе самой среды Delphi.

Создание программ в архитектуре клиент-сервер имеет следующую специфику:

Не рекомендуется использовать компонент TTable, поскольку он требует передачи всех данных результата выполнения запроса к серверу; в отличие от этого, компонент TQuery получает от сервера только ту их часть, которая должна быть визуализирована;

Изменение записей БД следует производить не методами Insert, Edit, Delete, Post, Cances, которые оперируют с одной (текущей) записью, а при помощи SQL-операторов INSERT, UPDATE, DELETE, которые оперируют сразу множеством записей;

Необходимо особое внимание уделять управлению транзакциями и в первую очередь -- выбору адекватного потребностям программы уровня изоляции транзакций;

Бизнес-правила, где это возможно, нужно переносить на сервер, разгружая от них клиентское приложение;

Следует как можно чаще использовать хранимые процедуры, выполняющиеся быстрее обычных SQL-запросов и уменьшающие загрузку сети;

Следует везде. где это необходимо, явно вызывать методы TDataBase.StartTransaction и TDataBase.Commit для старта и подтверждения транзакций; подтверждение единичных изменений БД неявно стартуемыми и завершаемыми (в режиме SQLPASSTHRU=SHARED AUTOCOMMIT) транзакциями ведет к возрастанию загрузки сети и, как следствие, к замедлению работы, часто весьма существенному.

Необходимо уделять существенное внимание оптимизации запросов к БД, особенно при чтении данных (SELECT), поскольку оптимально построенный запрос может выполняться в несколько раз быстрее и требовать меньшего количества ресурсов.

Соединение с БД из программы производится с помощью компонента TDataBase.

В параметре Alias name выбираем псевдоним ранее созданной базы данных, в окне Parameter Overrides вводим USER NAME=SYSDBA PASSWORD=masterkey

Снимаем галочку с опции Login prompt для отмены запроса пароля в диалоге. Нажимаем OK.

Для соединения с БД устанавливаем свойство Connected в True.

Работа с таблицами БД в клиентском приложении

Для каждой из таблиц создаем объект TTable

В свойстве DataBase каждого из них ставим ссылку на псевдоним нашей БД

В свойствах TableName выбираем соответствующее имя таблицы для каждого компонента

Для каждого компонента TTable создаем свой компонент TDataSource, и дальше действуем как при работе с обыкновенными локальными таблицами.

Просмотры или виртуальные таблицы для клиентского приложения выглядят как обыкновенные реальные таблицы, поэтому для них тоже можно использовать компоненты TTable.

Описание использования других компонент достаточно объемно и выходит за рамки методических указаний. Поэтому для получения этой информации обращайтесь к соответствующей литературе.

Создание отчетов

Для создания отчета используется компонент TQuickRep, на котором с помощью компонентов TQRBand, TQRSubDetail, TQRGroup задаются области отчета, на которых размещаются компоненты TQRLabel, TQRDBText,TQRExpr, TQRSysData и другие, которые отображают информацию в отчете.

Далее будут перечислены компоненты и их назначение, для более подробной информации обращайтесь к литературе по Delphi и встроенной помощи Delphi.

TQRBand -- область для расположения данных, заголовков, титула отчета и др. Свойство BandType позволяет более конкретно определить функцию этого компонента в отчете.

TQRSubDetail -- область отчета, в которой располагаются данные подчиненной таблицы при реализации в отчете связи Master-Detail.

TQRGroup -- применяется для группировки данных в отчете согласно значению выражения, которое задается в свойстве Expression данного компонента

TQRLabel -- позволяет разместить в отчете статический текст, надписи и т.д.

TQRDBText -- позволяет разместить в отчете содержимое полей наборов данных.

TQRExpr -- позволяет разместить в отчете значения. являющиеся результатом вычисления выражений. Алгоритм вычисления выражений строится с помощью редактора формул этого компонента.

TQRMemo -- для вывода значений полей комментариев

TQRRichText -- вывод полей RTF

TQRShape -- вывод графических фигур, например рамок, линий

TQRImage -- вывод графической информации из баз данных

TQRChart -- вывод в отчет графиков, построенных, например, по информации, содержащейся в базе данных.

TQRSysData -- позволяет встроить в отчет вывод некоторой специальной информации. например текущей страницы, колонки, даты, времени, количества информации в наборе данных и т.д.

Простой отчет должен демонстрировать применение основных компонентов типа TQRLabel. TQRShape, TQRDBText.

Сложный отчет должен включать в себя использование колонтитулов, выборку данных из нескольких таблиц, группировку данных, подсчет агрегатной информации.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятию предметная область.

2. Что понимается под моделью "Сущность-связь"?

3. Определите понятие "Базовые элементы модели "Сущность-связь"".

4. Каким образом отображается модель "Сущность-связь" в структуры базы данных?

5. На какие этапы делится процесс проектирования базы данных?

6. На какой стадии проектирования базы данных учитываются особенности конкретной СУБД?

7. Что понимается под физической моделью базы данных?

8. Какую роль играют ключи в реляционной схеме базы данных?

9. Какие исходные данные необходимы и достаточны для формирования системы запросов к базе данных?

10. Что под понятием "Реляционная база данных"?

11. Дайте определение понятию "Схема базы данных.

Литература

1. Четвериков В.Н. и другие "Базы и банки данных". Москва, ВШ, 1987г.

2. Кливерт Ч. Энциклопедия пользователя Delphi2,DiaSoft,Киев,1996г.

3. Т. Коннолли, К Брегг. Базы данных. проектирование, реализация и сопровождение теория и практика, Университет Пейсли, Шотландия, изд М * СПБ *Киев, 2003.

4. А.Я. Архангельский Delphi 7, Москва, изд. «Бином», 2003.

Размещено на Allbest.ru