Разработка базы данных "Состояние здоровья учащихся" на примере МОУ СОШ № 44

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Программирование


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

РАЗРАБОТКА БАЗЫ ДАННЫХ «СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ УЧАЩИХСЯ» на примере МОУ СОШ № 44

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретические основы проектирования баз данных

1.1 Понятие базы данных. Модели данных

1.2 Классификация баз данных. Системы управления базами данных

1.3 Этапы проектирование базы данных. Подходы к проектированию базы данных

Глава 2. Проектирование Б Д «Состояние здоровья учащихся» для МОУ СОШ № 44 г. Нижнего Тагила Свердловской области

2.1 Описание предметной области

2.2 Проектирование базы данных «Состояние здоровья учащихся» на примере МОУ СОШ № 44

2.3 Разработка базы данных «Состояние здоровья учащихся» для школьного врача МОУ СОШ № 44

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Введение

Основы современной информационной технологии составляют базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД), роль которых как единого средства хранения, обработки и доступа к большим объемам информации постоянно возрастает. При этом существенным является постоянное повышение объемов информации, хранимой в БД, что влечет за собой требование увеличения производительности таких систем. Резко возрастает также в разнообразных применениях спрос на интеллектуальный доступ к информации. Это особенно проявляется при организации логической обработки информации в системах баз знаний, на основе которых создаются современные экспертные системы.

Записи школьного врача, результаты обследований, дата вакцинации для каждого учащегося должны фиксироваться в электронной форме и оставаться доступными для последующего использования. Внедрение современных информационных технологий в области здравоохранения окажет кардинальное воздействие на такие характеристики медицинского обслуживания, качество, повсеместная доступность.

Для автоматизации учета состояния здоровья больных используются могут использоваться такие программы как «Электронная медицинская карта» и «МедКарта». Однако данные программы школьному врачу применять достаточно сложно, так как они, с одной стороны, позволяют реализовать не все функции школьного врача, а с другой — достаточно сложны и для работы с ними требуется специальная подготовка кадров. Это обуславливает необходимость разработки базы данных для автоматизации ведения врачом необходимой документации.

Целью данной работы является автоматизация ведения врачом МОУ СОШ № 44 документации, необходимой для учета состояния здоровья учащихся.

Объект исследования процесс автоматизации ведения документации школьным врачом.

Предмет исследования — документы, содержащие сведения о состоянии здоровья учащихся (отчеты школьного врача, медицинские справки, сведения об учащихся и т. д.).

Для решения поставленных задач использовались методы научного исследования: изучение и анализ литературы и нормативных документов; беседы с учителями школ, школьным врачом и администрацией, по проблеме исследования для выяснения процессов, подлежащих автоматизации; систематизации; проектирование; моделирование; тестирование БД; анкетирование школьного врача МОУ СОШ № 44.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. Проанализировать предметную область деятельности школьного врача.

2. Провести сравнительную характеристику программных продуктов для автоматизации ведения документации школьным врачом.

3. Разработать базу данных для школьного врача, которая позволит автоматизировать ведение документации, необходимой для учета состояния здоровья учащихся.

Глава 1. Теоретические основы проектирования баз данных

1.1 Понятие базы данных. Модели данных

Фундаментальные идеи современных информационных и коммуникационных технологий базируются на концепции базы данных. Согласно этой концепции, все данные должны быть организованы в базы данных с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей. При этом под данными понимается информация, представленная в определенном виде, позволяющем автоматизировать ее сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством [1].

Определим понятие «база данных» и рассмотрим и ее назначение.

М.П. Малыхина считает, что база данных — это организованная структура, предназначенная для хранения информации [1].

И. Харитонова, В. Михеева понимают под базой данных информационную модель, позволяющую хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором свойств [2].

А.Д. Хомоненко, В. М. Цыганкова, М. Г. Мальцева, В. А. Каймин считают, что база данных представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области [3].

Ю.А. Шафрин считает, что база данных (в общем смысле) — совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области или ее разделе [4].

В таблице 1 (приложение 1) приведен контент-анализ понятия «база данных».

Следует отметить, что хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру, то есть описываются некоторой моделью представления данных (моделью данных). К числу классических относятся следующие модели данных [3]:

— иерархическая,

— сетевая,

— реляционная.

Рассмотрим данные модели.

Иерархическая модель

Иерархическая модель — это логическая модель данных в виде древовидной структуры [16]. В иерархической модели связи данными можно описать с помощью упорядоченного графа (или дерева). Упрощенно представление связей между данными в иерархической модели показано на рис. 1.

Рис. 1. Представление связей в иерархической модели

Для описания структуры иерархической БД на некотором языке программирования используется тип данных «дерево». Иерархической базой данных является Каталог папок Windows (рис. 2), реестр Windows (рис. 3), доменная система имен подключенных к Интернету компьютеру [15].

Рис. 2 Иерархическая модель данных, представленная в виде папок Windows

Рис. 3 Иерархическая модель данных, представленная в виде реестра Windows

Таким образом, достоинства иерархической модели является эффективное использование памяти ПК и хорошие показатели выполнения основных операций над данными. Недостатком данной модели является громоздкость для обработки информации с достаточно сложными связями, сложность понимания, допустимость только навигационного принципа доступа к данным, доступ к данным производится только через корневое отношение.

Сетевая модель.

Сетевая модель — это логическая модель данных в виде произвольного графа [16]. Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи данных, обобщая тем самым иерархическую модель данных (рис. 4).

Для описания схемы сетевой БД используется две группы типов: «запись» и «связь». Тип «связь» определяется для двух типов «запись»: предка и потомка. Переменная типа «связь» являются экземплярами связей.

Сетевая база данных образуется обобщением иерархической за счет допущения объектов, имеющих более одного предка, т. е. каждый элемент вышестоящего уровня может быть связан одновременно с любыми элементами следующего уровня. При этом на связи между объектами в сетевых моделях не накладывается никаких ограничений.

Сетевой базой данных фактически является Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет (рис. 5) [31]. Гиперссылки связывают между собой огромное количество документов в единую распределенную сетевую базу данных.

Рис. 5. Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет

К числу важнейших операций манипулирования данными баз сетевого типа можно отнести следующие [3]: поиск записи в БД; переход от предка к первому потомку; переход от потомка к предку; создание новой записи; удаление текущей записи; обновление текущей записи; включение записи в связь; исключение записи из связи; изменение связей и т. д.

Таким образом, к достоинствам указанной модели относится эффективность реализации по показателям затрат и оперативности и возможность доступа к данным через значения нескольких отношений, недостатки заключается в высокой сложности для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем и допустимость только навигационного принципа доступа к данным. Сетевая модель является универсальной, однако достаточно сложной для проектирования и разработки.

Реляционная модель

Реляционная модель данных предложена сотрудниками фирмы IBM Эдгаром Коддом и основывается на понятии отношение (relation) [3].

Отношение представляет собой множество элементов, называемых кортежами [3]. Наглядной формой представления отношений является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица.

Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая строка таблицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам таблицы соответствуют кортежи, а столбцам атрибуты отношения (рис. 6) [1]. Атрибут описывает данные о сущности, которые нужно сохранить.

Рис. 6. Реляционная модель данных

С помощью одной таблицы удобно описывать такой вид связей между данными, а именно деление одного объекта (явления, сущности, системы и проч.), информация о котором хранится в таблице, на множество подобъектов, каждому из которых соответствует строка или запись таблицы. При этом каждый из подобъектов имеет одинаковую структуру или свойства, описываемые соответствующими значениями полей записей.

Реляционная модель данных широко используется при построении баз данных, так как она проста в использовании, и информация, введенная в одну таблицу, может быть связана с одной или несколькими записями из другой таблицы.

При проектировании реляционной модели данных необходима нормализация.

Нормализация — это процесс, позволяющий гарантировать, эффективность структур данных в реляционной базе данных [8]. Реляционная база данных считается эффективной, если она обладает следующими характеристиками: отсутствие избыточности, минимальное использование null-значений, предотвращение потери информации.

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т. е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т. е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определенный набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

Нормализация отношений формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных [7].

Анализ литературы [3, 7] позволяет сделать вывод, что существует 5 нормальных форм и нормальная форма Бойса-Кодда. Однако на практике используются три нормальные формы отношений и разработан механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.

Первая нормальная форма требует, чтобы все значения полей были атомарными (неразложимое) и все записи уникальными.

Модель находится во второй нормальной форме, если она, во-первых, находится в первой нормальной форме; и, во-вторых, не содержит не ключевых атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависимости от первичного ключа. Не ключевой атрибут это атрибут, который не был выбран ключевым. Уникальный первичный ключ позволяет однозначно идентифицировать каждую строку столбца.

Модель находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме и не имеет транзитивных зависимостей. Транзитивная зависимость — это зависимость между не ключевыми атрибутами.

При проектировании базы данных может возникнуть избыточность данных (повторение данных в базе данных), аномалия обновлений (противоречивость данных, вызванная их избыточностью и частичным обновлением), аномалия удалений (непреднамеренная потеря данных, вызванная удалением других данных), аномалия ввода (невозможность ввести данные в таблицу, вызванная отсутствием других данных). Нормализация позволяет защитить целостность данных, устранять избыточность и дублирование информации.

Следует отметить, что в последние годы появились, и стали более активно внедрятся на практике следующие модели данных:

— постреляционная,

— многомерная,

— объектно-ориентированная.

Постреляционная модель

Классическая реляционная модель предполагает неделимость данных хранящихся в полях записей таблиц [1].

Постреляционная модель данных представляет собой расширенную реляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных, хранящихся в записи таблиц. Постреляционная модель данных допускает многозначные поля поля, значения которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встроенной в основную таблицу.

Кроме обеспечения вложенности полей постреляционная модель поддерживает ассоциированные многозначные поля (множественные группы). Совокупность ассоциированных полей называется ассоциацией. При этом в строке первое значение одного столбца ассоциации соответствует первым значениям всех других столбцов ассоциации. Аналогичным образом связаны все вторые значения столбцов и т. д.

На длину полей и количество полей в записях таблицы не накладывается требование постоянства. Это означает, что структура данных и таблиц имеет большую гибкость.

Постреляционная модель данных поддерживается uniVers, системами Bubba и Dasdb.

Многомерная модель

Многомерный подход к представлению данных в базе появился практически одновременно с реляционным. Многомерная система позволяет оперативно обрабатывать информацию для проведения анализа и принятия решения.

Многомерность модели данных означает не многомерность визуализации цифровых данных, а многомерные логическое представление структуры информации при описании и в операциях манипулирования данными.

Примерами систем, поддерживающих многомерные модели данных, являются Essbase, Media Multi-matrix, Oracke Express Server и Cache.

Объектно-ориентированная модель

В объектно-ориентированной модели при представлении данных имеется возможность распознать отдельные записи базы. Между записями базы данных идентифицировать их обработку устанавливаются взаимосвязи с помощью механизмов, подобных соответствующим средствам в объектно-ориентированных языках программирования.

Структура объектно-ориентированной БД графически представима в виде дерева, узлами которого являются объекты. Свойства объектов описываются некоторым стандартным типом или типом, конструируемым пользователем.

Создание и модификация БД сопровождается автоматическим формированием и последующей корректировкой индексов (индексных таблиц), содержащих информацию для быстрого поиска данных.

Таким образом, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная модель данных являются улучшенной и дополненной моделью, чем иерархической, сетевой и реляционной модель данных. Постреляционная модель представляет собой расширенную модель реляционной, данные в ней хранятся более эффективно и при обработке не требуется выполнять операцию соединений данных из двух таблиц. Объектно-ориентированная модель позволяет идентифицировать отдельные записи данных, чтобы упростить функции их обработки.

Для работы с этими моделями данных нужны высококвалифицированные специалисты.

Достоинства и недостатки различных моделей представлены в таблице 2 (приложение 1).

Таким образом, от выбора модели зависит правильное функционирование системы, которая упростит работу пользователя, ее простота использования.

В данной работе объектом нашего исследования будет являться реляционная модель данных, которая является достаточно удобной для введения новой информации в базу данных и более доступной для современного пользователя.

1.2 Классификация баз данных

Системы управления базами данных

Каждая БД предназначена для решения определенного класса задач, для которых характерен свой набор объектов и их признаков.

Базы данных классифицируются: по характеру хранимой информации, по способу хранения данных и по структуре организации данных.

Рис. 7 Классификация баз данных

1. По характеру хранимой информации [15]:

фактографические: картотеки; краткая информация в строго определенном формате. Структурированные системы, в них организация данных представлена в виде некоторой структуры. Основное назначение — организация хранения различных сведений об объектах и поиск этих данных.

документальные: всевозможные документы (текстовые, графические, видео, звук). Неструктурированные или слабоструктурированные, т. е. организация данных представлена в виде файлов с текстами, графическими сведениями, презентациями и т. д. Они предназначены для хранения информации и ее поиска, при этом сама информация не характерно какие-то объекты окружающей среды. Она является некоторой справочной.

2. По способу хранения данных [15]:

централизованные: вся информация хранится на одном компьютере. Вся информация в централизованной БД хранится на компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи или клиенты.

распределенные: информация может хранится на нескольких компьютерах (используются в локальных, глобальных сетях). Распределенные Б Д используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.

3. По структуре организации данных [15]:

табличные;

иерархические;

сетевые.

В настоящее время наибольшее развитие получили определенные типы баз данных, которые связаны с внедрением информационных технологий в специализированные отрасли хозяйства [7]:

документографические и документальные БД, создаваемые в средствах массовой информации;

ѕ БД по промышленной, строительной и сельскохозяйственной продукции;

ѕ БД по экономической и конъюнктурной информации (статистическая, кредитно-финансовая, внешнеторговая);

ѕ фактографические базы социальных данных, включающие сведения о населении и о социальной среде;

ѕ БД транспортных систем;

ѕ справочные данные для населения и учреждений (энциклопедии и справочники, расписания самолетов и поездов, адреса и телефоны граждан и организаций и др.);

ѕ ресурсные БД, включающие фактографическую информацию о природных ресурсах (земля, вода, недра, биоресурсы, гидрометеорология, вторичные ресурсы и отходы, экологическая обстановка);

ѕ фактографические базы и банки научных данных, обеспечивающие фундаментальные научные исследования;

ѕ фактографические БД в области культуры и искусства;

ѕ лингвистические БД, т. е. машинные словари разного типа и назначения.

Таким образом, БД представляет собой совокупность организованных сведений, в соответствии с поставленной целью. Она может быть иерархического, сетевого и реляционного типов. Для проектировании базы данных для школьного врача мы будем использовать реляционную модель данных, так как она более приемлема для ведения состояния здоровья учащихся, данные можно заносить в удобную для использования таблицу (форму), структурировать и обрабатывать.

Для работы с БД, представленными в электронном виде, существуют специальный класс программ, называемых системами управления базами данных (СУБД).

Основная особенность СУБД — это наличие процедур для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры.

Система управление базами данных (СУБД) — это программное обеспечение, с помощью которого пользователи могут определить, создавать и поддерживать базу данных, а также осуществлять к ней контролируемый доступ [2]. Например, MS Access, Oracle, FoxPro, dBase и др.

СУБД обрабатывает обращения к базе данных, поступающие от пользователей, прикладных процессов и выдает необходимые им сведения. СУБД характеризуется используемой моделью и средствами администрирования, разработки прикладных процессов, работы в информационной сети.

Выделяются следующие функции СУБД [1, 5].

1. Непосредственное управление данными во внешней памяти.

Данная функция предоставляет пользователю возможность выполнения основных операций с данными — хранение, извлечение и обновление информации. Она включает в себя обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным. СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

2. Управление транзакциями

Транзакция — это последовательность операций над данными, выполняющаяся как единое целое (принцип «все или ничего») и переводящая базу данных из одного целостного состояния (т.е. состояния, в котором удовлетворены все ограничения целостности, определенные для базы данных) в другое целостное состояние [5]. Транзакция позволяет вернуть базу в первоначальное непротиворечивое состояние (отменить все выполненные изменения).

3. Журнализация

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя (аварийное выключение питания, аварийное завершение работы СУБД или аварийное завершение пользовательской программы) [6]. Следует отметить, что в любом случае для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией. Наиболее распространенным методом поддержания надежности хранения является ведение журнала изменений БД.

4. Восстановление базы данных.

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера; жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти.

Для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией. Другими словами, поддержание надежности хранения в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна хранится особо надежно.

5. Поддержка языков БД

СУБД включает язык определения данных, с помощью которого описывается предметная область: именуются объекты, определяются их свойства и связи между объектами. Он используется главным образом для определения логической структуры БД [1]. Кроме того, СУБД позволяет вставлять, удалять, обновлять и извлекать информацию из базы данных посредством языка управления данными — языка запросов, предназначенный для управления доступом к информации, хранящейся в базе данных. Он содержит набор различных операторов (заносить данные, удалять, модифицировать, выбирать и т. д.) [8]. Процесс извлечения данных и их обработка скрыты от пользователя.

Таким образом, СУБД называют программную систему, предназначенную для создания ПК общей базы данных для множества приложений, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения эффективности доступа пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных им полномочий. В реляционных системах управления базами данных данные представляются в форме таблиц, определяющих взаимосвязь записей. Реляционные СУБД характеризуются простотой, гибкостью и точностью.

Следует отметить, что предметом нашего исследования являются документы, которые необходимо автоматизировать для учета состояния здоровья учащихся. В сети Интернет размещены различные БД для автоматизации деятельности врача. Сайт www. esag. biz принадлежит Экспертной системе ESAG [22]. Данная экспертная система разработала БД «Электронная медицинская карта». Сайт www. dpb6. ru является официальным сайтом Детской психиатрической больницей № 6 г. Москва. На указанном сайте размещена программа «МедКарта» и руководство к ней [23].

Проанализируем каждую из перечисленных БД.

Для облегчения ведения медицинских карт для врача была разработана «Новая электронная медицинская карта» экспертной системой «ESAG». Авторские права принадлежат НПФ «Инженер-ЛТД» (рис. 8).

Рис. 8. Электронная медицинская карта

Врач с помощью данной «Электронной медицинской карты», может создавать новую карту, в которой вводит все необходимые данные (рисунок 9).

Рис. 9. Создание новой медицинской карты

При создании новой медицинской карты необходимо заполнять следующие поля: Паспорт, Анализ, Приемный покой, Адрес.

Вкладка приемный покой (рис. 10) вводятся дата поступления, от кого направлен, сфера деятельности, диагноз, температура и артериальное давление.

Рис. 10. Ввод данных при поступлении в приемный покой.

На вкладе Адрес вводится место жительство (рисунок 11).

Рис. 11. Ввод места жительства

Электронная медицинская карта включает в себя список скринингов, который позволяет полностью заполнить медицинскую карту от поступления до выписки (рисунок 12).

Рис. 12. Список скринингов

Таким образом, данная программа позволяет автоматизировать и упростить работу врача.

Рассмотрим БД «МедКарта» разработанная для Детской психиатрической больницей № 6 г. Москва.

После запуска программа МедКарта открывается в главном окне. Главное окно программы МедКарта можно назвать его рабочим столом или экраном (рисунок 13).

Рис. 13. Рабочий стол программы «МедКарта»

В программе может быть создано несколько баз, в которые могут быть загружены данные, например, могут быть базы данных для детских больниц, психоневрологических диспансеров, наркологических диспансеров и т. д. В каждый момент можно работать только с одной базой данных (рисунок 14).

Рис. 14. Выбор базы данных

Ввод данных в полях формы возможен c помощью редактора строки или словаря. Фамилию, имя, отчество можно набирать строчными буквами. Программа сама сделает первые буквы заглавными. Пол определяется автоматически, иначе его указывает пользователь (рисунок 15).

Рис. 15. Форма для ввода новой записи.

В каждый момент можно работать только с одной базой данных. Благодаря своей скорости и доступности «МедКарта» достаточно хорошо подходит для работы школьного врача по учёту учащихся. Однако разработка баз данных в данной программе требует от врача знаний в работе с данной программой, поэтому требуется дополнительная подготовка медицинских кадров в области информатики.

Проведем сравнительный анализ указанных программ. В качестве основных критериев выделим функции деятельности врача, которые необходимо автоматизировать:

формирование отчетов;

оперативность ответов по запросам врача;

осуществление выборки учащихся по возрастным группам;

своевременная вакцинация учащихся;

отслеживание графика обследования учащихся;

постановка диагноза;

формирование и ведение базы электронной медицинской карты;

распространяется бесплатно как демо-версия;

архивация и дублирование данных.

Таблица 4. Сравнительна характеристика программ по автоматизации деятельности врача

Электронная медицинская карта

МедКарта

Создание новых учетных записей для входа в систему, устанавливая для них Login и Пароль.

Автоматический вход в программу без аутентификации.

Выбирать автоматически загружаемый интерфейс, который будет устанавливаться при каждой загрузке программы.

Выбор оптимальных шрифтов в формах ввода и журналах, настраиваемые цветовые схемы в каждой базе данных.

Проведение сбора данных на локальном компьютере без использования сервера, на компьютерах, объединенных в сеть с использованием одного из локальных компьютеров в качестве файлового сервера, на компьютерах, объединенных в сеть с использованием выделенного сервера, на компьютерах, необъединенных в сеть с объединением информации с помощью операции экспорта и импорта.

Установка и работа программы в локальной сети.

Осуществлять сортировку списка карт по любым параметрам.

Сортировка записей результата запроса по любым критериям.

Использовать каталоги для ввода параметров.

Использование фильтров в справочниках.

Создание и использование различных справочников.

Создавать таблицы с определенным набором колонок, отображающим совокупность параметров списка карт.

Представление записей в табличном виде с использованием разных стилей.

Заполнять бланки разработанные пользователем в WORD и выводить их на печать.

Копировать полученную информацию в Word.

Создание документов по шаблону Microsoft Word, OpenOffice. org Writer или МедКарта.

Импорт и экспорт записей таблицы в другие форматы.

Общаться пользователям между собой, используя встроенную почтовую систему.

Отправлять сообщения всем пользователям сразу.

Массовая рассылка извещений клиентам базы данных.

Данные программы предназначены для работы в регистратуре и приемном покое при заполнении истории болезни или для лечащего врача в больнице (поликлиники) и не позволяют автоматизировать ведение документации школьным врачом, например, нет учета вакцинации учащихся. При этом доступны только демо-версии этих программ (сами программы распространяются платно) и для работы с данными программами врач должен иметь необходимые навыки пользователя. Поэтому мы будем проектировать собственную, отвечающую всем необходимым требованиям, СУБД с помощью MS Access.

Microsoft Access реляционная СУБД корпорации Microsoft. Данная программа имеет широкий спектр функций, включая связанные запросы, сортировку по разным полям, связь с внешними таблицами и базами данных. Благодаря встроенному языку VBA, в Access можно писать приложения, работающие с базами данных [10].

Выбор СУБД Microsoft Access 2003 определяется следующими преимуществами:

1. Достаточно быстрый поиск таблиц, запросов, форм и отчетов, которые связаны зависимостью с конкретным объектом базы данных.

2. Новая функция проверки ошибок помечает общие ошибки в формах и отчетах, существенно ускоряя процесс тестирования и исправлений. После того как ошибки выявлены, пользователю предлагаются варианты их исправления, что значительно экономит время и повышает качество форм и отчетов.

3. При изменении свойства поля в таблице может быть выполнено автоматическое изменение всех форм и отчетов, чьи элементы управления связаны с ней.

4. Access 2003 позволяет сохранить в другом месте копию базы данных, с которой работает пользователь.

5. Использование совместимых форматов файлов. В Access 2003 для новых баз данных по умолчанию используется формат файла Access 2000. Поскольку Access 2002 и Access 2000 могут использовать и изменять одну и ту же базу данных, организации имеют возможность выполнять развертывание Access 2003, обеспечивая поддержку для текущих пользователей и решений Access.

1.3 Этапы проектирование базы данных

Подходы к проектированию базы данных

Создание и внедрение в практику современных информационных систем автоматизированных баз данных выдвигает новые задачи проектирования, которые невозможно решать традиционными приемами и методами. От того, насколько успешно будет спроектирована база данных, зависит эффективность функционирования системы в целом, ее жизнеспособность и возможность расширения и дальнейшего развития. Поэтому вопрос проектирования баз данных выделяют как отдельное, самостоятельное направление работ при разработке БД.

Определим понятие «проектирование» и выделим его этапы.

По мнению В. В. Кирилова проектирование БД — это сокращение избыточности хранимых данных, а следовательно, экономия объема используемой памяти, уменьшение затрат на многократные операции обновления избыточных копий и устранение возможности возникновения противоречий из-за хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте [17].

Д. Крёнке утверждает, что проектирование — операция, которая выделяет заданные атрибуты отношения [18].

Т.С. Карпова понимает под проектированием процесс последовательных переходов от неформального словесного описания информационной структуры предметной области к формализованному описанию объектов предметной области в терминах некоторой модели [14].

Таким образом, проектирование — это операция по созданию визуальной модели базы данных из поставленной задачи. Основной целью процесса проектирования является обеспечение пользователей точными и полными данными, необходимыми им для выполнения поставленных задач, а также обеспечение эффективности функционирования, т. е. требований ко времени реакции системы на запросы пользователей и обновления БД.

Следует отметить, что на стадии проектирования БД должна быть выполнена следующая работа [13]:

исследование предметной области автоматизации;

определение объектов и перечня их атрибутов, для каждого объекта должны выделены первичные ключи и реализована нормализация;

установление всех связей между объектами, построение схемы проекта со всеми объектами и связями;

выработка технологии обслуживания БД, т. е. определение порядка сбора, хранения данных в БД, частоты и формата ввода-вывода данных, правил работы всех групп пользователей;

выбор компьютера и инструментальных средств (конкретной СУБД) для реализации;

проверка корректности проекта — проект должен адекватно, на требуемом уровне детальности, отображать предметную область;

На стадии программной реализации необходимо выполнить следующее:

описать средствами СУБД и ввести в ПК схемы всех отношений;

разработать интерфейсы пользователей с БД разработать экранные формы для ввода и отображения данных, удобные экранные способов обращения и доступа к данным в БД, порядок ввода и обновления данных;

разработать программное обеспечение БД для всех приложений;

отладка БД;

провести тестирование системы и скорректировать технологию ее обслуживания;

составить необходимые инструкции по системе управления базами данных и обучить пользователей.

Кроме этого при проектировании БД необходимо обеспечить [13]:

защиту данных от разрушений при сбоях оборудования, от некорректных обновлений, и, если необходимо, от несанкционированного доступа;

выполнение ограничений на конфигурацию вычислительной системы, в первую очередь на ресурсы памяти;

простоту и удобство эксплуатации БД;

гибкость, т. е. возможность развития и последующей адаптации системы к изменениям в предметной области и к новым потребностям пользователей.

Таким образом, под проектированием мы понимаем операцию по созданию визуальной модели базы данных из поставленной задачи. Проектирование баз данных представляет собой трудоемкий, длительный и во многих случаях невоспроизводимый процесс. Основной целью процесса проектирования является обеспечение пользователей точными и полными данными, необходимыми им для выполнения поставленных задач, а также обеспечение эффективности функционирования.

С учетом перечисленных выше требований рассмотрим основные этапы проектирования БД. Данные, используемые для описания предметной области можно представить в виде трехуровневой схемы (так называемая модель ANSI/SPARC) [12].

Рис. 16. Схема модели ANSI/SPARC

Внешнее представление (внешняя схема) данных является совокупностью требований к данным со стороны некоторой конкретной функции, выполняемой пользователем. Концептуальная схема является полной совокупностью всех требований к данным, полученной из пользовательских представлений о реальном мире. Внутренняя схема это сама база данных.

Т. Тиори, Дж. Фрай выделяют следующие основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных [11]:

1. Концептуальное проектирование сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:

обследование предметной области, изучение ее информационной структуры;

выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами;

моделирование и интеграция всех представлений.

Проектирование концептуальной модели основывается на анализе решаемых задач по обработке данных. Задачей концептуального проектирования является определение информационных потребностей, а также процессов и данных, необходимых для решения поставленных задач и достижения цели проектирования.

2. Логическое проектирование преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

Процесс логического проектирования БД включает в себя выбор конкретной модели СУБД и отображение концептуального представления в логическую модель, основанную на структурах, характерных для выбранной СУБД. Для реляционных БД это разработка структуры записей данных, организация их в наборы, определение связей между наборами и полей для их реализации (ключевых полей), оптимизация создаваемой модели БД (устранение избыточности и дублирования информации с целью обеспечения достоверности и непротиворечивости данных).

3. Физическое проектирование определение особенностей хранения данных, методов доступа и т. д.

Физическое проектирование БД заключается в расширении ее логической модели характеристиками, которые необходимы для определения способов физического хранения и использования БД, типа устройств для ее хранения, методов доступа, размеров логических единиц, объема памяти и эффективности, правил обновления и сопровождения БД и т. п. За пользователем остается и право решения вопроса об объединении таблиц.

Основными критериями, которым должна удовлетворять спроектированная БД, считается обеспечение функциональных требований приложений, целостности и согласованности информации, то есть методы хранения данных и их использования должны гарантировать защиту данных от потери и некорректных действий, обеспечивать секретность и защиту от несанкционированного доступа. Дублирующиеся данные должны соответствовать одному уровню обновления, чтобы обеспечить достоверность данных для пользователя. База данных должна обладать способностью к расширению и модификации.

Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования представлено в таблице 3 (приложение 1).

Как и любой программный продукт, база данных обладает собственным жизненным циклом (ЖЦБД).

Рассмотрим стадии создания БД согласно ГОСТу 34. 601−90.

Стадии и этапы создания БД, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ (рис. 17).

Процесс проектирования БД очень трудоемок, он требует много времени на сбор информации о создаваемом проекте и его анализе. Создание и внедрение в практику современных баз данных выдвигает новые задачи проектирования, которые невозможно решать традиционными приемами и методами. Проектирование баз данных выделяют как отдельное, самостоятельное направление. От того, насколько успешны будут решены задачи проектирования базы данных на разных этапах, зависит эффективность функционирования БД, ее жизнеспособность и возможность расширения и дальнейшего развития.

Методология проектирования БД описывает процесс создания и сопровождения БД в виде жизненного цикла (ЖЦ). БД, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов [9]. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и т. д. Такое формальное описание ЖЦ БД позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом.

Жизненный цикл БД можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования [9].

Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной БД и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования [9].

В настоящее время известны и используются определенные модели жизненного цикла [9].

1. Каскадная модель (рис. 18) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.

2. Поэтапная модель с промежуточным контролем (рис. 19). Разработка Б Д ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

3. Спиральная модель (рис. 20). На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка. Особое внимание уделяется начальным этапам разработки анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов (макетирования).

Рис. 19. Поэтапная модель с промежуточным контролем

Рис. 20. Спиральная модель ЖЦ БД

Следует отметить, что каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении относительно простых БД, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования к системе.

На данный момент используется большое количество подходов к проектированию БД. Важнейшими из подходов являются структурный (функциональный), объектно-ориентированный, и отдельно выделяют методология ARIS [30].

Структурный подход. Сущность данного подхода заключается в ее разбиении на автоматизированные функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и т. д.

В качестве структурного анализа и проектирования, наиболее распространены следующие нотации:

— SADT. Для новых систем SADT (IDEF0) применяются для определения требований для разработки системы реализующей выделенные функции. Для уже существующих — IDEF0 может быть использована для анализа функций, выполняемых системой. Модель в нотации IDEF0 представляет собой совокупность иерархически упорядоченных взаимосвязанных диаграмм.

— DFD диаграммы поток данных. Диаграммы DFD обычно строятся для наглядного изображения текущей работы системы документооборота организации.

— IDEF3. Методология моделирования IDEF3 позволяет описать процессы, фокусируя внимание на течении этих процессов, позволяет рассмотреть конкретный процесс с учетом последовательности выполняемых операций.

— ER диаграммы «сущность-связь». Методология описания данных (IDEF1X).

Модели SADT (IDEF0) наиболее удобны при построении функциональных моделей. Они наглядно отражают функциональную структуру объекта: производимые действия, связи между этими действиями. Таким образом, четко прослеживается логика и взаимодействие процессов организации.

DFD позволяет проанализировать информационное пространство системы и используется для описания документооборота и обработки информации. Поэтому диаграммы DFD применяют в качестве дополнения модели бизнес-процессов, выполненной в IDEF0.

IDEF3 хорошо приспособлен для сбора данных, требующихся для проведения анализа системы с точки зрения рассогласования/согласования процессов во времени.

Что касается IDEF1X, наряду со многими достоинствами, существенным недостатком является невозможность адекватно и полно описать предметную область. Поэтому, код клиентского приложения, генерируемый в дальнейшем на основе информации о структуре БД, не позволяет построить эффективное приложение со сложной бизнес — логикой. Это вызвано тем, что данные для хранения в БД необходимо представить в таблицах, к структуре которой предъявляются требования нормализации.

Объектно-ориентированный подход. В настоящее время объектный подход стал особенно популярен и характеризуется разработчиками как универсальное средство проектирования. Однако методология применения UML на этапах анализа и проектирования описана достаточно слабо.

UML предоставляет средства для создания визуальных моделей, которые единообразно понимаются всеми разработчиками, вовлеченными в проект, и являются средством коммуникации в рамках проекта. Диаграмма в UML это графическое представление набора элементов. Диаграммы рисуют для визуализации системы с разных точек зрения. При визуальном моделировании на UML используются восемь видов диаграмм, каждая из которых может содержать элементы определенного типа.

Методология ARIS. Определяет принципы моделирования различных аспектов деятельности организаций, основывается на концепции интеграции, предлагающей целостный взгляд на бизнес-процессы, и представляет собой множество различных методологий, интегрированных в рамках единого системного подхода.

К преимуществам методологии ARIS относят следующие:

— возможность рассматривать объект с разных точек зрения: при анализе деятельности каждому аспекту можно уделять достаточное внимание и только после детального изучения всех аспектов можно перейти к построению интегрированной модели, отражающей все существующие связи между подсистемами организации;

— богатство методов, позволяет моделировать широкий спектр систем;

— все модели и объекты создаются и хранятся в единой базе проекта, что обеспечивает построение интегрированной и целостной модели предметной области.

В данной работе предметом нашего исследования является каскадная модель, так как данная модель предлагает разработку законченных продуктов на каждом этапе: технического задания, технического проекта, программного продукта и пользовательской документации. Разработанная документация позволяет не только определить требования к продукту следующего этапа, но и определить обязанности сторон, объем работ и сроки, при этом окончательная оценка сроков и стоимости проекта производится на начальных этапах, после завершения обследования.

Выводы по первой главе

1. База данных представляет собой совокупность организованных сведений, в соответствии с поставленной целью (например, о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области или ее разделе, которые хранятся в памяти ПК).

2. Для работы с БД, представленными в электронном виде, существуют специальный класс программ, называемых системами управления базами данных. Система управление базами данных (СУБД) — это программное обеспечение, с помощью которого пользователи могут определить, создавать и поддерживать базу данных, а также осуществлять к ней контролируемый доступ.

3. Существуют следующие модели БД: сетевая, иерархическая, реляционная. Каждая модель характеризуется определенными свойствами. Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи данных, обобщая тем самым иерархическую модель данных. В иерархической модели связи данными можно описать с помощью упорядоченного графа (или дерева). Реляционная модель данных широко используется при построении баз данных, так как она проста в использовании, и информация, введенная в одну таблицу, может быть связана с одной или несколькими записями из другой таблицы.

4. Проектирование — это операция по созданию визуальной модели базы данных из поставленной задачи. Можно выделить следующие этапы проектирования: формирование требований, разработка концепций, техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочая документация, ввод в действие, сопровождение.

5. При проектировании реляционной модели данных требуется нормализация. Нормализация — это процесс, позволяющий гарантировать, эффективность структур данных в реляционной базе данных.

6. Методология проектирования БД описывает процесс создания и сопровождения БД в виде жизненного цикла (ЖЦ). БД, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. В настоящее время известны и используются определенные модели жизненного цикла: каскадная, поэтапная модель с промежуточным контролем, спиральная. Выбор модели жизненного цикла зависит от простоты или сложности проектирования БД, от требований к системе.

7. Анализ программ «Электронная медицинская карта» и «МедКарта» позволяет сделать вывод, что они не подходят и возникает необходимость в разработке собственной БД «Состояние здоровья учащихся», которая удовлетворяла бы всем потребностям школьного врача.

8. Существуют структурный (функциональный), объектно-ориентированный подходы и отдельно выделяют методология ARIS для проектирования БД. Наиболее оптимальным, на наш взгляд, является структурный (функциональный) подход, так как он наглядно отражает функциональную структуру объекта: производимые действия, связи между этими действиями.

Глава 2. Проектирование Б Д «Состояние здоровья учащихся» для МОУ СОШ № 44 г. Нижнего Тагила Свердловской области

2.1 Описание предметной области

В практике работы каждого врача возникает достаточно много вопросов, для решения которых требуется применение информационных и коммуникационных технологий. Базы данных в медицине используются для различных целей. Например, в деятельности школьного врача их используют для заполнения медицинской карты и формирования отчетов.

Современная российская школа должна обеспечить все условия для формирования здоровья школьников. Наряду с формированием у учащихся умений и навыков здорового образа жизни, необходимо воспитывать у молодого поколения сознательное и ответственное отношение к сохранению и укреплению здоровья [21].

Гигиеническое обучение и воспитание является важным условием сохранения и укрепления здоровья и должно носить комплексный и непрерывный характер, побуждать учащихся к активным и сознательным действиям, направленных на [21]:

улучшение собственного физического и психического здоровья;

отказ от поведения, нанесенного вред своему здоровью и здоровью окружающих;

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой