ТИМОИ

• область применения;
• теоретические основы;
• аппаратные средства;
• программные средства:

              - среда;
              - режим работы;
              - система команд;
              - данные.

Изучение темы следует начать с описания области применения компьютерных информационных систем, с обоснования актуальности данного приложения компьютерной техники. Задачу можно сформулировать следующим образом: имеется большой объем данных о какой-то реальной системе объектов или событий. Например, о книгах в библиотеке, работниках предприятия, товарах на складе, дорожно-транспортных происшествиях за длительный период времени и т.п. Необходимо организовать хранение этой информации таким образом, чтобы ее было удобно просматривать, пополнять, изменять, искать нужные сведения, делать любые выборки, осуществлять сортировку в любом порядке. Такой работой людям приходилось заниматься и задолго до появления компьютеров. Основным средством хранения данных была бумага. Данные хранились в виде списков в толстых журналах, папках, на картонных карточках. Последний способ используется, например, в библиотечных каталогах. Большинству учеников он хорошо знаком: на каждой карточке записаны сведения об отдельной книге. В алфавитном каталоге карточки систематизированы по фамилиям авторов в алфавитном порядке, в предметном каталоге — по тематике книг. Подобные систематизированные картотеки используются в отделах кадров предприятий. Они удобны тем, что легко можно извлечь нужную карточку, заменить, добавить новые карточки, сохраняя установленный порядок. Тем не менее если такая картотека содержит тысячи карточек, то, как бы совершенна ни была ее организация, обработка данных в ней — дело длительное и трудоемкое.

Другой пример — архивы различных документов. Например, существуют исторические архивы, архивы судебных дел, архивы патентов на изобретения и многие другие. Порой такие архивы занимают целые здания. Поиск в них нужных документов требует значительных усилий. Кроме того, существуют киноархивы, фотоархивы, архивы звуковых записей.

В наше время решению описанных проблем помогают компьютеры.

Компьютерные информационные системы позволяют хранить большие объемы данных, осуществлять в них быстрый поиск, вносить изменения, выполнять всевозможные манипуляции с данными (группировать, сортировать и пр.). Следует привести примеры таких информационных систем. Например, система продажи железнодорожных и авиационных билетов. Другой знакомый ученикам пример: во время телерепортажей с крупных международных соревнований, олимпийских игр на экран мгновенно выводится досье любого спортсмена, о котором говорит комментатор — это работает компьютерная информационная система.

Основой всякой информационной системы является база данных — организованная совокупность данных на магнитных дисках. Ученики уже хорошо знают, что информация на дисках хранится в виде файлов. Поэтому первый вывод, который можно сделать относительно организации больших баз данных — это то, что они требуют больших объемов дисковой памяти.

 

Тема «Базы данных и информационные системы» насыщена теоретическими понятиями. Эти понятия пересекаются с другими содержательными линиями базового курса: информационное моделирование, представление информации (в частности, логической информации). Активное развитие теории баз данных началось в 1970-х гг. Особое место в ней занимает теория реляционных баз данных (РБД), разработанная Е. Коддом. Элементы этой теории рассмотрены в подразделе 10.3 настоящего пособия.

К теоретическим вопросам, рассматриваемым в рамках базового курса, относятся вопросы классификации БД, структуры однотабличной РБД.

Классификация баз данных. Базы данных классифицируются по разным признакам. По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные. Если проводить аналогию с описанными выше примерами информационных хранилищ, то фактографические БД — это картотеки, а документальные — это архивы. В фактографических БД хранится краткая информация в строго определенном формате. В документальных БД — всевозможные документы. Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и звук (мультимедиа).

Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные и распределенные. Вся информация в централизованной БД хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.

Третий признак классификации БД — по структуре организации данных. В разделе «Формализация и моделирование» говорилось о трех способах организации данных: табличном, иерархическом и сетевом. Базы данных, использующие соответствующий способ организации информации, называются реляционными (табличные БД), иерархическими и сетевыми БД.

В базовом курсе информатики рассматриваются лишь фактографические реляционные базы данных. Это связано не только с ограниченностью школьного курса, но и с тем фактом, что реляционный тип БД используется сегодня наиболее часто и является универсальным. Теоретически доказано, что любая система данных может быть отражена с помощью таблиц. Простейшая реля-. ционная БД содержит одну таблицу, более сложная может состоять из множества взаимосвязанных таблиц.

Структура однотабличной реляционной БД. О табличной форме информационной модели речь шла в подразделе 10.1. Таблица содержит информацию о некоторой системе объектов или событий. В разных строчках содержится информация о разных объектах описываемой системы, а столбцы соответствуют различным атрибутам этих объектов. В терминологии реляционных баз данныхстроки таблицы называются записями, столбцы — полями. Само название «реляционная БД» происходит от английского слова «relation», что переводится как «отношение». Здесь термин «отношение» понимается как взаимосвязь между полями таблицы. В реляционном подходе таблица называется отношением.

Объяснение данного материала следует проводить на конкретных примерах. Например, в учебнике [15] в качестве примеров используются разнообразные таблицы: «Домашняя библиотека», «Погода», «Успеваемость», «Факультативы». Следует подчеркнуть, что в базах данных каждая таблица должна иметь свое имя. Учителю будет удобно работать, если эти таблицы вынести на плакаты.

Основные понятия, связанные с записями и полями: главный ключ записи, имя поля, значение поля, тип поля.

Главный ключ — это поле или совокупность полей, которое однозначно определяет запись в таблице. Можно еще сказать так: главный ключ — это идентификатор записи. В базах данных слово «ключ» имеет несколько употреблений: ключ поиска — поле, по значению которого ищется запись в БД, ключ сортировки — поле, по значению которого происходит упорядочение записей. Поэтому идентификатор записей приходится называть главным ключом.

Учителю важно понимать, что тема «Базы данных» содержит в себе ряд узловых вопросов, имеющих фундаментальное значение для курса информатики в целом. В этой теме ученики впервые встречаются с понятием величины. В дальнейшем это понятие будет широко использоваться в электронных таблицах, в алгоритмах и программах. Величина — это отдельный информационный объект, имеющий собственное имя и занимающий место в памяти компьютера. С этой точки зрения поля являются величинами. Каждое поле в таблице имеет имя, для каждого поля определен тип. Понятие типа величины связано с тремя ее свойствами:

• множеством значений, которые может принимать величина;

• множеством операций, которые можно выполнять с этой величиной;

• формой внутреннего представления в памяти ЭВМ.

В большинстве случаев в базах данных используются четыре основных типа: символьный, числовой, дата и логический. Поле символьного типа может хранить значение любой последовательности символов; числовые поля могут содержать целые или дробные десятичные числа; дата — день/месяц/год; логические поля — значения логических величин (да — нет, лстина — ложь, true — false).

В данном разделе впервые в курсе информатики ученики встречаются с логическим типом данных, с логическими величинами. Первое понятие о логической величине можно дать как ответ на альтернативный вопрос. Например: «Имеется ли данная книга в библиотеке?», или «Поступил ли абитуриент в университет», или «На улице идет дождь?» и т.п. Ответами на такие вопросы могут быть только «да» или «нет». Синонимами являются «истина», «ложь»; «true», «false». Если поле таблицы будет принимать только такие значения, то ему назначается логический тип.

4.Аппаратные средства обеспечения технологии

 

 

5.Программные средства для работы с текстом
6.На примере СУБД MS ACSESS раскрыть:

• Среда СУБД

• Режимы работы

• Система команд
• Данные

7.Типы решаемых задач

 Подобно большинству тем базового курса, изучение темы «Базы данных» может происходить на разных уровнях. Обозначим два уровня изучения: минимальный и углубленный. Задача первого уровня: дать общие представления о базах данных, научить работе с готовой БД: осуществлять поиск информации; сортировку, удаление и добавление записей. Дополнительные задачи второго уровня: познакомить с основами проектирования БД; научить создавать структуру и заполнять БД.

Работа с СУБД начинается с запуска соответствующей программы, поэтому ученикам необходимо показать, где хранится программа и как ее запустить на исполнение.

Первое понятие, которое должны усвоить ученики: БД хранится в файле; чтобы начать с ней работать, необходимо открыть файл с БД. Затем учитель должен показать, как можно просмотреть на экране записи таблицы. Для этого должна быть заранее подготовлена демонстрационная БД. (В приложении к подразделу 5.4 задачника-практикума [3] содержатся разнообразные таблицы, которые можно использовать в этих целях.)

Представляя ученикам демонстрационную БД, необходимо обратить внимание на то, что наряду с самой таблицей в памяти компьютера хранится описание ее структуры, откуда пользователь может узнать параметры полей: имя, тип, формат и др. В СУБДAccess это делается в режиме «Таблица — Конструктор».

Запросы на поиск данных. Основная задача любой информационной системы — поиск информации в БД. Поиск происходит по запросу пользователя. На языке гипотетической СУБД, используемом в учебнике [15], команда запроса имеет следующую структуру:

 .справка <список выводимых полей> для <условие поиска>

 В результате выполнения запроса получается таблица, состоящая из полей, указанных в команде. В эту таблицу включается информация из тех записей, которые удовлетворяют условию поиска. Условие поиска представляет собой логическое выражение. Здесь мы встречаемся еще с одной фундаментальной составляющей данной темы курса — с основами математической логики. Помимо прикладного применения в информатике эта тема имеет большое общеобразовательное значение.

Методические вопросы изучения элементов математической логики, применительно к БД, рассмотрены в подразделе 8.4. Там же обсуждены способы представления простых и сложных условий поиска в БД.

Переходя к работе с конкретной СУБД, учитель знакомит учеников с правилами формирования в ней команды запроса. Если отсутствует диалоговая оболочка и команды задаются посимвольным вводом, то нужно описывать синтаксис команд, обращая внимание на все детали. Например, на языке dBASE команда вывода на экран записей из БД «БИБЛИОТЕКА», относящихся к книгам Л.Н.Толстого, стоящим на 3-й полке, выглядит так:

 .DISPLAY FOR AVTOR="Толстой Л.Н." .AND. POLKA=3

 При использовании диалоговой оболочки (например, работа в режиме ассистента в СУБД «Ребус») команда формируется в диалоге. Система подсказывает пользователю каждый шаг и предоставляет меню для выбора очередного элемента команды. При этом пользователь видит на экране формируемую команду.

В СУБД Access для создания запросов используется конструктор запросов. Формируемая команда оказывается скрытой от пользователя. Работа с конструктором требует определенных навыков, которые следует отрабатывать на упражнениях. Целесообразно поступать следующим образом: выполнение любого задания на поиск данных в БД начинать с записи в тетради команды на языке гипотетической СУБД, а затем, перейдя в режим создания запроса на выборку, соответствующим образом заполнить поля конструктора.

В СУБД Access используется своеобразный табличный способ представления условий поиска. В ячейках таблицы конструктора запросов записываются условия, накладываемые на значения соответствующих полей. Условия, стоящие в одной строке, должны выполняться одновременно, т.е. соединены между собой операцией И; условия в разных строках соединены операцией ИЛИ. Таблица играет роль фильтра при отборе записей из БД: сначала отбираются записи, удовлетворяющие условиям первой строки, затем к ним добавляются записи, удовлетворяющие условиям второй строки и т.д.

Вернемся к примеру из подраздела 8.4. Рассматривается формальная БД, представленная следующей таблицей (табл. 12.3):

Таблица 12.3

Записи	Поля
	А	Б	С
R1	1	2	3
R2	1	3	1
R3	2	2	2
R4	3	3	3
R5	3	2	3

 

На языке конструктора запросов Access нужно сформулировать 10 условий поиска к этой базе, представленных в виде следующих логических выражений:

1)А=1 и В = 2;                                2)А=1 или А=3;

3)А=1 или В-2;                               4) А= 1 или В = 2 или С- 3;

5) А=1 и В = 2 и С = 3;                            6) не А= 1;

7) А = 1 и В = 2 или С = 3;            8) А = 1 или В = 2 и С - 3;

9) не А- 1 или В = 2 и С = 3;                   10) (А= 1 или В = 2) и С = 3.

Решения содержатся в следующей таблице (табл. 12.4):

Таблица 12.4

Условие	А	В	С	Условие	А	В	С
1) А=1 и В=2	= 1	= 2		6)  не А=1	<>1
2) А— 1 или А— 3	= 1			7) А=1 и В=2 или С=3	=1	=2
	=3						= 3
3) А=1 илиВ=2	=1			8) А=1 или В=2 и С=3	=1
		= 2				=2	=3
4) А-1 илиВ-2или С Ъ	=1			9)не А=1 или В=2 и С=3	<>1
		= 2				=2	=3
			= 3
5) А-1 и В~2 и С=3	=1	= 2	= 3	10) (А=1 или В=2) и С=3	= 1		=3
						=2	=3

 

Обратите внимание на последнее условие. При записи в таблицу фактически произошло раскрытие скобок, и данное логическое выражение заменилось эквивалентным выражением:

А=1 и С = З или В = 2 и С = 3.

В ячейках конструктора условий отбора можно непосредственно записывать логические операции. Например, условие поиска в БД «Библиотека», представленное логическим выражением:

(АВТОР = «Толстой Л.Н.» или АВТОР = «Беляев А.Р.») и ПОЛКА>=2 и ПОЛКА<=5, в конструкторе запроса на выборку может быть реализовано следующими двумя способами (табл. 12.5):

Таблица 12.5

АВТОР		ПОЛКА
= «Толстой Л.Н.»		> = 2 and < = 5
= «Беляев А. Р.»		>=2and<=5
АВТОР	ПОЛКА
= «Толстой Л.Н.» ог = «Беляев А.Р.»	> = 2 and < = 5

 Запросы на удаление данных. Условия поиска в форме логических выражений используются и в командах удаления записей из таблицы. Команда имеет следующую структуру:

 .удалить для <логическое выражение>

В Access с помощью конструктора формируется запрос на удаление и условие для отбора удаляемых записей задается в табличной форме, так же как и в запросе на выборку.

Запросы на сортировку. Еще один важный вид манипулирования информацией в базе данных — сортировка записей. Здесь основными понятиями, которые должны усвоить ученики, являются «ключ сортировки» и «порядок сортировки». Ключ сортировки — это поле, по значению которого происходит упорядочение записей в таблице. Порядок сортировки имеет два варианта: по возрастанию значений ключа и по убыванию значений.

Например, на языке гипотетической СУБД команда сортировки базы данных «Библиотека» в алфавитном порядке по ключевому полю АВТОР выглядит так:

.сортировать Библиотека по АВТОР/возрастание

Если ключей несколько, то среди них устанавливается иерархия: первичный ключ, вторичный ключ и т.д. В первую очередь записи сортируются по значению первичного ключа; внутри группы записей с одинаковыми значениями первичного ключа происходит сортировка по вторичному ключу и т.д. Например, если предыдущую задачу сортировки уточнить следующим образом: записи с одинаковым значением поля АВТОР упорядочивать по убыванию года издания книги, то соответствующая команда будет выглядеть так:

.сортировать Библиотека по АВТОР/возрастание по ГОД/ убывание

СУБД Access позволяет сортировать записи как во всей исходной таблице, так и в таблицах, получаемых в результате выполнения запроса на выборку.

Проблемы проектирования реляционных баз данных, которые могут быть рассмотрены в варианте углубленного изучения
8.Методические особенности обучения (применяемые методы, формы контроля, дидактические средства обучения ит.д.)