МГТУ имени Н.Э.Баумана

Кафедра "Электронные технологии в машиностроении"

Беликов А.И.

Конспект лекций по курсу

«Информационное обеспечение разработок»

редакция 2015/1

Цель дисциплины – приобретение теоретических знаний и практических навыков в области информационных систем на основе баз данных (БД), овладение методологией разработки оптимальной структуры реляционных баз данных, моделирующих предметную область для широкого спектра технических задач, освоение программных средств, обеспечивающих реализацию модели БД, накопление и использование информации.

1. Структура дисциплины

Семестр 1 4+2	Трудоемкость в кредитн. ед.	Часы общ./ауд.	Контрольные мероприятия	Рейтинг макс./мин
Модуль 1	0,3	10/6	Проверка д/з	15/10
Модуль 2	0,7	22/14	Тест	35/20
Модуль 3	0,5	20/14	Проверка д/з	25/15
Модуль 4	0,5	20/14	Коллективное обсуждение	25/15

1. Содержание дисциплины

1. Виды учебной работы

Виды учебной работы	Объем в часах по семестрам
	Всего	08 семестр 12 недель
Лекции	12	12
Семинары	24	24
Лабораторные работы	12	12
Практические занятия
Самостоятельная работа	24	24
Итого в часах	72	72
Итого в зачетных единицах*):	2	2
Проверка знаний:		Зачет

Модуль 1 «Основы построения информационных систем на основе баз данных» трудоемкостью 0,3 зачётной единицы, включает следующие виды аудиторных занятий: лекций - 4, семинарских занятий – 2. В состав модуля также входит самостоятельная работа студентов, которая предусматривает подготовку реферата (аналитического обзора) – 4 час.

1. История зарождения и развития компьютерных баз данных. Недостатки файловых систем. Этапы развития компьютерных баз данных, взаимосвязь аппаратной части и программного обеспечения. Компании-разработчики и программные средства для реализации баз данных. Базы и банки данных. Терминология.

2. Основные компоненты систем на основе баз данных. Языки описания и манипулирования данными. Жизненный цикл и этапы проектирования баз данных. Уровни схематических моделей баз данных. Проектирование баз данных. Понятие «отношения» и требования к нему. Реляционная модель, используемая терминология. Идентификация информации в базах данных. Виды ключей и принципы их выбора и использования. Классический подход к проектированию баз данных.

Модуль 2 «Разработка оптимальной структуры базы данных» трудоемкостью 0,7 зачётная единица, включает следующие виды аудиторных занятий: лекций - 6, семинарских занятий - 8. В состав модуля также входит самостоятельная работа студентов, которая предусматривает выполнение домашнего задания объемом 6 час, подготовка презентации в интерактивном виде – 2 час.

1. Реляционная модель базы данных. Аномалии модификации и избыточность информации в отношениях базы данных. Функциональные зависимости ключевых и неключевых атрибутов. Подходы к нормализации отношений. Нормальные формы, способы выявления аномалий в отношениях и их преобразование к нормальной форме. Доменно-ключевая нормальная форма.

2. Инфологическая модель «Сущность-связь». Виды связей. Схематические обозначения, применяемые при составлении и описании модели данных. Преобразование схемы «сущность-связь» в реляционную модель базы данных. Программные средства для построения моделей.

Модуль 3 «БД «Вакуумные насосы» трудоемкостью 0,5 зачётной единицы, включает следующие виды аудиторных занятий: семинарских занятий – 6, лабораторные занятия – 8. В состав модуля также входит самостоятельная работа студентов, которая предусматривает выполнение домашнего задания объемом 6 час.

1. Принципы функционирования и использования при разработке базы данных типовой системы управления базами данных (Microsoft Access). Анализ предметной области и разработка модели базы данных с детальной проработкой таблицы «насосы». Определение ключевых атрибутов и форматов полей.

2. Реализация ссылочной целостности в базе данных, особенности контроля и процедуры обеспечения целостности в типовой СУБД.

Модуль 4 «БД «Оборудование и технологии» трудоемкостью 0,5 зачётной единицы, включает следующие виды аудиторных занятий лекций – 2, семинарских занятий – 8, лабораторные занятия – 4. В состав модуля также входит самостоятельная работа студентов, которая предусматривает выполнение домашнего задания объемом 6 час.

1. Основные подходы к анализу предметной области, выявление сущностей, определение их свойств для назначения требований к атрибутам. Проектирование отношений на основе анализа предметной области. Идентификация сущностей, назначение ключей. Определение требований к связям между отношениями. Разработка моделей данных.

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире важность информации и объем данных постоянно повышаются. Сегодня трудно представить предприятие или организацию, которые не использовали бы базы данных, на основе которых, как правило, строится вся их деятельность. С увеличением объема информации все более важным становится эффективное использование данных, качественный анализ и обработка. Роль информации в научно-технической области также велика. Большой объем проводимых разработок и исследований, обязательное структурирование и упорядочение полученных данных, их анализ, – непременный атрибут эффективного развития и прогресса. Окружающая среда содержит множество технических объектов, обладающих многими характеристиками, и количество объектов, их разновидности размножаются в геометрической прогрессии, в соответствии с бурным развитием научно-технического прогресса. Решению многих проблем, возникающих на этом пути, призваны системы на основе баз данных.

История зарождения и развития компьютерных баз данных

Причины появления баз данных

Вся история развития и применения вычислительной техники (ВТ) в деятельности человека связана, в основном, с решением на каждом этапе развития средств ВТ двух основных задач: вычислительной и информационной. В первом случае – осуществляется обработка относительно небольшого объема информации по сложным алгоритмам, во втором – применяется узкий набор алгоритмов обработки и доступа к информационным массивам большой величины. На заре вычислительной техники аппаратные возможности по хранению больших объемов информации были очень скудными. Приемлемое решение информационной задачи стало возможным после появления устройств долговременного хранения больших объемов информации, таких, как дисковые накопители, использующие магнитный принцип хранения и обеспечивающие произвольный доступ к информации.

Наиболее востребованными системами на первом этапе были такие, как автоматизированные системы управления хозяйственной деятельностью крупных предприятий, банковские системы, системы резервирования авиационных и железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.п.

Среди требований, предъявляемых к таким системам, были следующие: надежное хранение информации, выполнение специфических для данной предметной области процедур обработки информации и соответствующих вычислений, предоставление удобного интерфейса, который могли легко освоить пользователи учреждения.

Простейшей системой, обеспечивающей хранение информации, можно считать файловую систему. Файловая система обеспечивает размещение и хранение файлов на носителе, а также доступ к информации, содержащейся в них. Однако файловые информационные системы при относительно простой организации хранения данных имеют ряд недостатков:

1. Избыточность данных. Файловые системы характеризуются значительной избыточностью, поскольку одни и те же данные могут размещаться в разных файлах. Следовательно, возникает неопределенность при идентификации информации, а дублирование данных приводит к тому, что дисковое пространство используется неэкономно, информация об одном и том же объекте может размещаться в различных файлах. При такой системе организации информационная модель предметной области усложняется с увеличением количества объектов и становится трудно воспринимаемой.

2. Несогласованность данных. Поскольку одна и та же информация может размещаться в различных файлах, становится очень сложным вносить изменения по объекту одновременно во все файлы, увеличивается вероятность ошибки. Из-за этого может возникнуть несогласованность данных, когда информация об одном и том же объекте в разных файлах может иметь разные значения.

3. Зависимость структур данных и прикладных программ. При файловой организации структуры файла должны соответствовать описанию в прикладной программе. Прикладную программу требуется приводить в соответствие при любом изменении структуры файла, и наоборот. Этот недостаток приводит к значительному увеличению стоимости сопровождения и модернизации программных средств, обеспечивающих хранение и доступ к информации. Иногда дешевле разработать новую систему, чем вносить большое количество изменений в существующую.

4. Ограниченные возможности по использованию и анализу информации. Над файлом можно выполнить только ряд стандартных операций: создать файл, открыть ранее созданный файл, прочитать из файла некоторую запись (строку), внести изменения в файл (на место текущей записи новую, добавить новую запись).

Для преодоления ограничений, накладываемых такой системой на эффективное использование информации, был предложен новый подход, основанный на таких новых программных средствах, как Системы Управления Базами Данных (СУБД), а сами массивы специальным образом организованной информации, которые работали под управлением таких систем, получили название «базы данных» (БД).

Исторические этапы развития баз данных

Вернемся назад, в историю. Первые базы данных были созданы для больших ЭВМ. В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД система IMS фирмы IBM. В 1975 году появился первый стандарт ассоциации по языкам систем обработки данных — Conference of Data System Languages (CODASYL), который определил ряд фундаментальных понятий в теории систем баз данных, которые и до сих пор являются основополагающими для сетевой модели данных.