Тема — Системы управления базами данных

Информатика, 11 класс. Урок № 15.

Тема — Системы управления базами данных

При разработке баз данных принято выделять определённые этапы.

Первый этап — постановка задачи. На этом этапе происходит следующее:

• определяется цель, для которой создаётся база данных;

• уточняется предметная область, при этом привлекаются специалисты этой предметной области для получения более качественного результата разработки;

• определяются предполагаемые виды работ: это может быть выборка данных, изменение данных, печать отчёта и др.;

• определяются потенциальные пользователи базы данных.

На втором этапе происходит проектирование базы данных. Этот этап включает в себя определение самих информационных объектов, из которых будет формироваться база данных, а также перечня атрибутов, характеризующих каждый информационный объект.

После чего определяется структура реляционных таблиц, свойства полей, связи между таблицами, а именно:

1. Формируется общий список полей для описания атрибутов таблиц БД.

2. Все поля распределяются по базовым таблицам.

3. Свойства каждого поля определяются в соответствии со свойствами данных.

4. Ключевые поля определяются для каждой таблицы.

5. Определяются связи между таблицами.

Третий этап — это собственно создание базы данных.

Возможны два варианта:

1. Если нужна уникальная база данных, то она пишется на одном из языков программирования, и в этом случае требуются высококвалифицированные программисты.

2. Существует и второй вариант, для которого достаточно базовых пользовательских навыков и понимания принципов работы базы данных (БД) — это использование специального программного обеспечения — систем управления баз данных (СУБД). В дальнейшем мы будем рассматривать только этот способ.

При создании БД происходит следующее:

— запуск СУБД и создание нового файла БД;

— создание таблиц и связей между ними;

— тестирование БД и коррекция;

— разработка требуемых элементов управления данными: это формы, запросы и отчёты;

— заполнение таблиц данными (это может выполнить пользователь БД).

Четвёртый этап — это эксплуатация БД, которая состоит из сортировки, фильтрации и поиска записей, отбора данных по соответствующим критериям, обработку данных и подготовку отчётов.

В общем виде этапы разработки базы данных представлены на схеме.

Программное обеспечение для создания БД, хранения и поиска в них необходимой информации называется СУБД (системой управления базами данных).

Существует настолько большое количество СУБД, что их можно классифицировать по моделям данных, по размещению или по способу доступа к БД.

В зависимости от модели данных СУБД бывают иерархические, сетевые, реляционные и другие.

Если все составляющие СУБД размещаются на одном компьютере, то она считается локальной. Когда данные могут храниться и обрабатываться на разных компьютерах локальной или глобальной сети, то речь идет о распределённых СУБД.

В файл-серверных СУБД файлы с данными размещаются на сервере и доступ с клиентского компьютера к данным осуществляется через локальную сеть. Частным случаем таких СУБД являются размещение как самих данных, так и СУБД на одном клиентском компьютере. Примерами являются Microsoft Access, OpenOffice Base, LibreOffice Base.

Встраиваемые входят в состав таких программных продуктов, как словари, поисковые системы, электронные энциклопедии и др. Примером может служить компактная встраиваемая СУБД SQLite.

Наиболее популярными являются клиент-серверные СУБД. В этом случае на сервере устанавливается полная версия СУБД и БД, где происходят все операции с данными. На клиентском компьютере устанавливается небольшая по объему клиентская версия СУБД для осуществления запросов и вывода результатов обработки, полученных от сервера. Известными клиент-серверными СУБД являются Oracle, MySQL, PostgreSQL.

Рассмотрим начало работы в программной среде СУБД на примере LibreOffice Base.

Для этого нужно открыть приложение.

Далее мастер БД предложит создать новую базу данных и нажать на кнопку «Дальше».

Следующее диалоговое окно предлагает зарегистрировать БД и открыть её для редактирования.

Оставляем предложенный выбор и нажимаем кнопку «Готово».

Далее в диалоговом окне указываем место сохранения БД и указываем имя.

После этого открывается для редактирования окно базы данных.

Одним из главных элементов интерфейса СУБД является окно базы данных.

В нём отражаются все объекты базы данных: таблицы, запросы, формы, отчёты.

Активный объект выделяется курсором. В нашем случае выделены таблицы.

Вся база данных состоит из таблиц и связей между ними.

Теперь перед заполнением необходимых таблиц нужно определиться с их количеством и структурой, типами связей при использовании нескольких таблиц, а также видами и количеством форм, запросов и отчётов.

Структура таблицы определяется набором и свойствами полей.

Вы уже знаете, что записью является строка таблицы, в ней содержится набор данных об одном объекте. А столбец — это поле, в нём содержатся однородные данные, относящиеся ко всем объектам. Основными свойствами полей являются:

1. Имя поля — оно уникально в рамках таблицы, определяет, как нужно обращаться к данным этого поля.
2. Тип поля — определяет тип допустимых данных поля.
3. Размер поля — определяет допустимую длину данных поля.
4. Формат поля — определяет способ форматирования данных.
5. Подпись — определяет заголовок столбца таблицы данного поля, при его отсутствии указывается Имя поля.
6. Значение по умолчанию — вводится автоматически при формировании очередной записи таблицы.
7. Условие на значение — проверка правильности ввода данных.

После создания таблиц нужно установить связи между ними.

СУБД обеспечивает автоматический контроль взаимосвязанных данных из разных таблиц. Это гарантия целостности данных — одного из важнейших свойств БД.

Редактирование таблиц допустимо на любом этапе, т. е. возможны следующие действия:

• добавление/удаление полей;

• изменение типов и свойств полей;

• исправление данных;

• добавление записей.

При работе с таблицами пользователь видит все поля и записи в ней. Это не всегда удобно. Более комфортным для пользователя является работа с данными, представленными в формах.

Формы — это вспомогательные объекты БД, обеспечивающие удобный для пользователя интерфейс при вводе, просмотре или редактировании данных в БД.

Формы содержат не все поля таблицы, а только необходимые пользователю. Дизайн формы можно выбрать в соответствии с назначением и по своему усмотрению, включая в форму рисунки, тестовые надписи, диаграммы, а также используя элементы управления (кнопки, флажки, переключатели и т. п.). Для создания форм в СУБД имеются специальные инструменты.

В LibreOffice Base возможен вариант создания формы по шагам с помощью мастера или создания формы в режиме дизайна. В этом случае открывается окно с инструментами рисования, в котором создаётся форма.

Над данными, хранящимися в БД, можно выполнять различные действия, среди которых:

• сортировка данных;

• обновление, удаление и добавление данных;

• выборка данных.

Действия, выполняемые над данными, хранящимися в БД, называются манипулированием данных.

Для этого существуют инструменты сортировки, фильтров и запросов.

Возможна сортировка по возрастанию или убыванию значений выбранного поля. Для осуществления сортировки в LibreOffice Base достаточно выделить значение одного из полей записи и нажать на кнопку сортировка по возрастанию или сортировка по убыванию. Всегда можно отказаться от сортировки, нажав на соответствующую кнопку.

Поиск данных происходит стандартным образом. Вызвать диалоговое окно поиска данных можно через пиктограмму меню или с помощью комбинации клавиш Ctrl + F.

Если нужно произвести отбор данных, соответствующих определённым условиям, то в этом случае удобно использовать фильтрацию данных.

Фильтр — это условие, по которому производится поиск и отбор записей.

В СУБД LibreOffice Base можно выбрать быстрый фильтр, с помощью которого можно выбрать все записи, у которых значение поля полностью совпадает с выделенным. Если таких записей нет, то фильтр отбирает только текущую запись. Когда необходимо более сложное условие для отбора записей, то можно использовать стандартный фильтр. В этом случае в диалоговом окне нужно указать условия для различных полей и выбрать необходимые логические операторы И, ИЛИ.

Одним из основных инструментов обработки данных являются запросы. Запросы, как и фильтры, осуществляют поиск записей в БД, но запрос — это самостоятельный объект БД, а фильтр привязан к конкретной таблице. Возможны различные способы создания запросов. Для LibreOffice Base — это самостоятельно в режиме дизайна, с помощью мастера или непосредственно указав инструкции в SQL.

Для красивого вывода на печать результатов обработки данных используют отчеты. В отчётах предусмотрены возможности оформления, используемые при печати документов. Кроме того, отчёты позволяют обобщать, сортировать, группировать данные и т. п.

В примере с базой данных «Процессоры» при формировании отчета данные сгруппированы по количеству ядер, расположенных по убыванию, а внутри групп произведена сортировка по цене.

Тема: База данных.

 Тема: База данных.

Тема: Обработка информации в электронных таблицах

 

Тема:  Обработка информации в электронных таблицах

Объекты табличного процессора и их свойства

Прикладные программы, предназначенные для работы с данными, представленными в таблицах, называются табличными процессорами или электронными таблицами. Первый табличный процессор был создан в 1979 году и предназначался для автоматизации рутинных вычислительных процедур. Современные электронные таблицы применяются не только для выполнения расчётов.

Наиболее распространёнными табличными процессорами являются Microsoft Excel и OpenOffice Calc.

После запуска программы Microsoft Excel на экране открываются два окна: окно табличного процессора и окно созданного в нём документа. Документ, создаваемый в табличном процессоре, называется рабочей книгой и по умолчанию получает имя Книга1. Вновь созданная рабочая книга состоит из трёх листов с именами Лист1, Лист2 и Лист3. Имена листов указываются на ярлычках. Пользователь может переименовать листы по своему усмотрению, добавить к книге новые листы или удалить ненужные. В окне рабочей книги отображается содержимое текущего листа. Рабочая область листа с электронной таблицей столбцами и строками разбита на ячейки. Столбцы обозначены буквами латинского алфавита, строки пронумерованы. Адрес ячейки образуется из имени столбца и номера строки, на пересечении которых она находится.

Ячейка — это наименьшая структурная единица электронной таблицы, которая образуется на пересечении столбца и строки.

Две и более ячейки листа электронной таблицы образуют диапазон ячеек. При задании адреса связного диапазона указывают его начальную и конечную ячейки — ячейки левого верхнего и правого нижнего углов (например, А1:А10). Чтобы указать адрес несвязного диапазона ячеек, надо через точку с запятой указать адреса его связных частей.

В таблице приведены объекты табличного процессора, а также их основные свойства, которые далее будут рассмотрены более подробно.

Некоторые приёмы ввода и редактирования данных

Вся информация заносится пользователем в ячейки электронной таблицы. Для того чтобы вводить или редактировать данные в той или иной ячейке, в неё следует поместить табличный курсор, т. е. сделать ячейку активной.

Содержимым ячейки может быть число, текст или формула. Электронные таблицы работают с данными следующих типов:

— числовые значения (например, 143; 51,2; 4/5; 1,23Е+02);

— дата и время суток (например, май 2018; 31.12.2000; 15:00; 3:00 РМ);

— формулы (например, =(А1+В1)/2; =СУММ(А1:А5));

— текстовые значения (например: Всего; Фамилия);

— примечания;

— гиперссылки;

— различные графические изображения.

Табличный процессор самостоятельно пытается распознать тип вводимых данных. По умолчанию числа выравниваются по правому краю ячейки.

Дробную часть числа от целой отделяют запятой или точкой, в зависимости от установок операционной системы. В русскоязычных версиях Windows в качестве разделителя целой и дробной частей числа по умолчанию используется запятая, а при употреблении точки число интерпретируется как дата.

Ввод формулы начинается со знака равенства, который указывает табличному процессору на необходимость выполнения вычислений в соответствии со следующим за ним выражением. При вводе формул необходимо соблюдать следующие правила:

1. Для обозначения арифметических действий используются операторы: +, –, *, / соответственно для сложения, вычитания, умножения и деления.
2. Для обозначения действия возведения в степень используется оператор ^; например, 5³ будет записано как 5^3.
3. Для обозначения действия нахождение процентов используется оператор %; например, формула нахождения 25% от числа 240 будет выглядеть так: =240*25%.
4. Нельзя опускать оператор умножения.
5. Порядок выполнения операций совпадает с порядком, принятым в математике.
6. Для изменения порядка выполнения действий используют круглые скобки.
7. Формула должна быть записана линейно, т. е. в виде строки символов.

Как правило, в формулах используются не сами исходные данные, а ссылки на ячейки, в которых эти данные находятся. При изменении данных в каких-либо ячейках происходит автоматический пересчёт значений всех формул, содержащих ссылки на эти ячейки. Возможность автоматического пересчёта формул при изменении исходных данных — одна из ключевых идей электронных таблиц. Благодаря этому электронные таблицы называют динамическими.

При использовании формул в ячейках электронной таблицы могут появляться сообщения об ошибках.

Ввод текста в ячейку электронной таблицы имеет некоторые особенности. По умолчанию текст выравнивается по левому краю. Если длина текста больше ширины ячейки, то текст на экране может отобразиться полностью, перекрыв свободные ячейки, расположенные правее. Если справа нет свободных ячеек, то видимая часть текста будет обрезана.

Чтобы ввести данные в новой строке ячейки, вставляют разрыв строки, нажав клавиши Alt + Enter.

Иногда требуется сохранить в виде текста числа, даты или формулы. Для этого их ввод в ячейку надо начинать с апострофа.

Копирование и перемещение данных

Для выполнения операций копирования и перемещения данных в электронных таблицах соответствующие ячейку или диапазон ячеек сначала следует выделить, а затем можно воспользоваться командами Копировать, Вырезать, Вставить группы Буфер обмена вкладки Главная.

Для выделения несвязного диапазона ячеек можно выделить первую связную часть, а затем нажать клавишу Ctrl и, удерживая её, выделить следующие связные диапазоны.

По умолчанию при вставке новые данные заменяют данные, имеющиеся в ячейках.

Если содержимым ячейки является формула, включающая ссылки, то при копировании этой ячейки в формуле может происходить автоматическое изменение ссылок.

Ссылка, которая изменяется при копировании формулы, называется относительной.

Ссылка, которая не изменяется при копировании формулы, называется абсолютной.

Ссылка, в которой при копировании формулы изменяется только номер строки или только имя столбца, называется смешанной.

Большинство ссылок в формулах относительные. При копировании в составе формулы в другую ячейку они автоматически изменяются в соответствии с новым положением скопированной формулы, т. е. они изменяются относительно месторасположения формул. В этом состоит суть принципа относительной адресации.

При копировании формулы с относительными ссылками [столбец] [строка] на n строк ниже (выше) и на m столбцов правее (левее) ссылка изменяется на [столбец ± n] [строка ± m]. При копировании формулы в пределах одного столбца (одной строки) обозначения столбцов (номера строк) в формулах не изменяются.

Иногда нужно, чтобы при копировании формул адреса ячеек не менялись. В этом случае используют абсолютные ссылки.

Для создания абсолютной ссылки служит знак . С помощью него можно зафиксировать весь адрес , только столбец  или только строку . В двух последних случаях говорят о смешанных ссылках.

При перемещении формулы имеющиеся в ней ссылки не изменяются.

Пример 1. При работе с электронной таблицей в ячейке В1 записана формула =2*$А1. Выясним, какой вид приобретёт формула, после того как содержимое ячейки В1 скопируют в ячейку С2.

В формуле используется смешанная ссылка: при копировании формулы имя столбца останется неизменным, а номер строки увеличится на 1. Таким образом, после копирования в ячейке С2 будет формула =2*$А2.

Выясним, чему станет равным значение ячейки С1, если в неё скопировать формулу из ячейки С2.

Так как копирование формулы происходит внутри одного столбца, имена столбцов в формуле не изменятся, а номер строки в ссылках уменьшится на единицу. Формула примет вид: =($А1+В1)/2. В ячейке С1 отобразится число 14.

Встроенные функции и их использование

Встроенная функция — это заранее написанная процедура преобразования данных.

Всё многообразие встроенных в табличные процессоры функций принято делить на категории по их назначению, выделяя среди них математические, статистические, логические, текстовые, финансовые и другие типы функций.

Каждая встроенная функция имеет имя — как правило, это сокращённое название производимого ею действия. Функции вызываются с некоторыми аргументами и возвращают единственное значение — аргумент обработки.

Аргументом функции может быть число, текст, выражение, ссылка на ячейку или диапазон ячеек, результат другой функции.

При использовании функции в формуле сначала указывается её имя, а затем в скобках указывается список аргументов через точку с запятой.

Назначение каждой функции, наличие аргументов, их количество и тип можно посмотреть в Справке или в комментариях при вводе функции в формулу.

Для решения математических задач нам могут быть полезны Математические функции, некоторые из которых представлены в таблице.

Пример 3.

Все 5-буквенные слова, составленные из букв К, Л, Р записаны в алфавитном порядке и пронумерованы. Вот начало списка:

1. ККККК

2. ККККЛ

3. ККККР

4. КККЛК

5. КККЛЛ

……

Под каким номером стоит слово ЛКРКЛ?

По условию задачи важно то, что используется набор из трех разных символов, для которых задан алфавитный порядок, поэтому для вычислений можно использовать три любые символа, например, цифры 0, 1 и 2 по возрастанию.

Заменим буквы на цифры: К — 0, Л — 1, Р — 2.

Выпишем начало списка, заменив буквы на цифры:

1. 00000
2. 00001
3. 00002
4. 00010

…

Мы получили числа, записанные в троичной системе счисления в порядке возрастания.

Слово ЛКРКЛ запишется в новом коде так: 10201₃. Переводим это число в десятичную систему:

10201₃ = 13⁴ + 03³ + 23² + 03¹+13⁰ = 81+18+1 = 100

Так как нумерация элементов списка начинается с 1, а числа в троичной системе — с нуля, к полученному результату нужно прибавить 1.

Получаем, что слово ЛКРКЛ стоит под номером 101.

Аналогичные действия можно выполнить и в среде Microsoft Excel 2010, используя математическую функцию ДЕС (число; основание):

Статистические функции позволяют автоматизировать статистическую обработку данных. С их помощью можно вычислить наименьшее значение, подсчитать количество ячеек, содержащих заданную информацию и т.д.

Тема 4: Алгоритмы и элементы программирования.

 

Тема 4: Алгоритмы и элементы программирования.

 

Теоретический материал для самостоятельного изучения

На протяжении всей жизни, в учебе, на работе или в быту человек сталкивается с необходимостью решения огромного количества задач.

Для решения любой задачи надо знать, что дано и что следует получить. Для получения результатов необходимо знать способ решения задачи, т. е. располагать алгоритмом.

Алгоритм — это точная конечная система предписаний, определяющая содержание и порядок действий исполнителя над некоторыми объектами для получения искомого результата.

Исполнитель алгоритма — это субъект или устройство, способные правильно интерпретировать описание алгоритма и выполнить содержащийся в нем перечень действий.

Исполнители бывают неформальными и формальными.

В информатике рассматривают только формальных исполнителей, которые не понимают и не могут понять смысл даваемых команд. К этому типу относятся все технические устройства, в том числе и компьютер.

Свойства алгоритма

Дискретность — алгоритм состоит из отдельных команд, каждая из которых выполняется за конечное число шагов.

Детерминированность (или определенность) — при каждом запуске алгоритма с одними и теми же исходными данными должен быть получен один и тот же результат.

Понятность — алгоритм содержит только те команды, которые входят в систему команд исполнителя, для которого он предназначен.

Конечность (или результативность) — для корректного набора данных алгоритм должен завершиться через конечное время с вполне определенным результатом. При этом результатом может быть и сообщение о том, что задача не имеет решений.

Массовость — алгоритм предназначен для решения не одной частной задачи, а для некоторого класса задач.

Способы записи алгоритмов

Алгоритмы можно записывать разными способами:

— на естественном языке;

— графически в виде блок-схем;

— в виде программы на каком-либо языке программирования.

Если задача имеет алгоритмическое решение вообще, то можно придумать множество алгоритмов ее решения. Критерием выбора наилучшего алгоритма является сложность алгоритма — количество элементарных действий, которые выполняет исполнитель при решении задачи, пользуясь данным алгоритмом.

Сложность алгоритма принято обозначать O(n) (читается «О большое от эн»).

Сложность алгоритма выражают в виде функции от объема входных данных.

Лучшим считается алгоритм, имеющий наименьшую сложность.

 

В 1969 году нидерландский ученый Эдсгер Дийкстра доказал важную теорему. Суть ее в том, что для решения любой логической задачи можно составить алгоритм, используя лишь три алгоритмических структуры: следование, ветвление и повторение. Эти структуры называют базовыми.

Самой простой структурой является «следование».

Алгоритм реализован через последовательную алгоритмическую структуру, если все команды этого алгоритма выполняются один раз, причем в том порядке, в котором они записаны.

Алгоритм, основанный на конструкции «следование» называется линейным алгоритмом. Примером такого алгоритма может служить алгоритм вычисления дискриминанта квадратного уравнения, блок-схема которого приведена на рисунке 1.

                                                                       Рис. 1

Следующей конструкцией является «ветвление». Она встречается, если действия алгоритма зависят от некоторого условия.

Алгоритм реализован через алгоритмическую конструкцию «ветвление», если от входных данных зависит, какие команды будут выполняться. Условие, которое выражает эту зависимость, фактически является вопросом, на который можно ответить либо «да», либо «нет».

Существуют полная и неполная формы ветвления.

В полной форме если условие выполняется, то алгоритм переходит к выполнению первой серии команд, а если не выполняется — то ко второй.

В неполной форме алгоритм выполняет серию команд только если условие истинно. В противном случае ничего не происходит.

Алгоритм, основанный на конструкции «ветвление» называется разветвляющимся алгоритмом. Примером такого алгоритма может служить алгоритм нахождения корней квадратного уравнения, блок-схема которого приведена на рисунке 2.

Рис. 2

И, наконец, последняя алгоритмическая конструкция — «повторение».

Алгоритм реализован с использованием алгоритмической конструкции «повторение», если некая группа подряд идущих шагов алгоритма (она называется телом цикла) может выполняться многократно в зависимости от входных данных.

Алгоритм, содержащий конструкцию «повторение» называется циклическим алгоритмом.

Существует несколько разновидностей циклических алгоритмов.

Первый — цикл с заданным условием продолжения работы (цикл с предусловием или цикл-пока).

Второй — цикл с заданным условием окончания работы (цикл с постусловием или цикл-до).

И третий — цикл с заданным числом повторений (цикл с параметром).

Доказано, что при решении задач можно ограничиться только одним циклом — циклом с предусловием. Но в ряде случаев цикл с постусловием или цикл с параметром делают решение задачи легче.

Примером решения одной и той же задачи с помощью различных циклов может служить задача возведения некоторого числа a в натуральную степень n.

 

 

 

 

Основная литература по теме урока:

Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 11 класса

— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2024