Структура интерфейса электронной таблицы

Команды главного меню
Вспомогательная область управления
Строка ввода
Рабочее поле А	В	С	…	АА
Строка Столбец 1.
2.
3.
Ячейка с адресом С3 Строка подсказки

Размер рабочего поля определяется объемом памяти ЭВМ и особенностей табличного процесса. Например, в процессоре Excel, при достаточном объёме памяти, он может содержать более 1 млн. ячеек.

Команды главного меню включают в себя команды работы с файлами (открыть, закрыть, сохранить файл, печать файла), и команды работы с окнами (переход к новому окну в табличном процессоре Excel называется переходом к новой книге).

Вспомогательная область управления включает в себя команды форматирования (возможны следующие форматы – числа, формулы, текст, даты), редактирования (возможны следующие команды – перемещение, копирование и удаление), и команды для работы с электронной таблицей, как с базой данных (основные операции – это поиск и сортировка данных в таблице).

Строка ввода – определяет данные, вводимые в конкретную ячейку.

Строка подсказки – обеспечивает сервис и получение справочной информации о работе табличного процессора.

Графические возможности табличного процессора обычно включают в себя стандартные средства построение диаграмм. Возможны линейные диаграммы, круговые, стопочные и вертикальные столбовые диаграммы. Примеры диаграмм представлены на следующем рисунке.

Первый табличный процессор появился в США в 1979 году, в виде программы VisiCalc (первоначально для компьютеров Apple). Далее появился табличный процессор Lotus 1-2-3 для компьютеров серии IBM (1982г). Следом за ними были разработаны табличные процессоры VP Planner и Quattro Pro. И, наконец, в 1987 году появился самый популярный табличный процессор Excel фирмы Microsoft. Появление других табличных процессоров, например Lotus, не привело к существенному изменению на рынке этих программных средств.

База данных и Система управления базой данных (субд).

При определении базы данных важное значение имеет понятие структурированности.

Структурированность – это введение соглашений о способах представления данных. Пример структурированных данных – это любая таблица, например

Ф.И.О.	Дата рождения
Иванов И.И.	01.01.01
Петров П.П.	02.02.02
Сидоров С.С.	03.03.03

Неструктурированными обычно называют данные, записанные в каком либо текстовом файле. После введения понятия структурированности можно дать определение базы данных (БД) и системы управления базой данных (СУБД).

База данных – это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области, а система управления базой данных – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания базы данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных осуществляется централизованно с помощью специального программного инструментария – СУБД – системы управления базой данных и под управлением группы лиц, администраторов базы данных.

Классификация баз данных.

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных – хранится в памяти одной ЭВМ и если у этой ЭВМ есть выход в сеть, то возможен множественный доступ со стороны нескольких пользователей к такой базе данных.

Распределенная база данных состоит из нескольких частей, хранящихся в различных ЭВМ, соединенных в сеть. Работа с такой базой осуществляется с помощью СУРБД – системы управления распределенной базой данных.

Централизованная база данных с сетевым (удаленным) доступом может иметь следующие архитектуры.242424242424242424242424242424242424242424242424

Архитектура клиент – сервер предполагает, что помимо хранения данных, центральная машина (сервер базы данных) выполняет основной объем обработки данных.

Запрос на поиск данных, выдаваемый клиентом рабочей станции, порождает извлечение данных на сервере и извлеченные данные (но не файлы) передаются по сети от сервера к рабочей станции и клиенту.

Для архитектуры клиент – сервер используется стандартный язык запросов – SQL.

Основные структурные элементы базы данных – это поле, запись и файл (таблица).

Поле – это элементарная минимальная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту.

Например, фамилия – _{0 99}  длина реквизита.

Запись – это совокупность логически связанных полей. Например, фамилия, дата рождения – _{0 99},

_{0 99}  длина записи.

Файл (таблица) – это совокупность экземпляров записей одной структуры.

Виды (типы) моделей данных.

Модель данных – это совокупность структур данных и операций по их обработке. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Все СУБД основываются на использовании этих моделей или их комбинаций.

Иерархическая модель данных.

Основными понятиями иерархической структуры являются – уровень, узел, элемент, связь.

Д анные понятия соответствуют описанию графического представления иерархической модели в виде ориентированного графа (перевернутое дерево).

Каждый элемент иерархической структуры соответствует некоторому атрибуту базы данных. Каждой записи в базе данных соответствует единственный путь, ведущий от корневой вершины к оконечным атрибутам (листьям). Например путь А;В3;С4 – это запись в базе данных. Если под А; понимать атрибут – институт № (например МИРЭА), а под В3; - атрибут группа № (например ВУС – 6.99), а под С4; - атрибут студент № (например Иванов), то данная структура является описанием логической структуры базы данных студентов МИРЭА.

В базе данных может быть несколько корневых вершин.

Сетевая модель данных.

В сетевой модели при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. Графическое представление сетевой структуры представлено на следующем рисунке:

Рис.

Реляционная модель данных.

Понятие реляционная база данных (от англ. relation – отношение) связанно, прежде всего, с именем американского специалиста по базам данных Е. Кодда.

Реляционная модель – это организация данных в виде двухмерных таблиц. Каждая таблица при этом обладает следующими свойствами:

каждый столбец (атрибут или домен) имеют уникальное имя;

одинаковые строки в таблице отсутствуют;

все элементы в столбце имеют одинаковый тип и формат;

порядок следования строк и столбцов – произвольный.

В базе данных может быть несколько таблиц, но каждая таблица при этом должна иметь уникальное имя.

Н а следующем рисунке представлен пример реляционной модели, построенной на основе отношений: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

Поле т.е. один или несколько доменов, значение которого однозначно определяет соответствующую запись называется ключевым, или ключом. В табл. 1 и 2 ключом является поле “номер зачетной книжки”. Для того что бы связать две таблицы, надо ключ одной таблицы ввести в состав ключа другой таблицы. Например чтобы связать таблицы 2 и 3 надо в табл. 3 и 2 использовать атрибут “результат”. Если бы его не было в одной из таблиц, то его необходимо было бы ввести.

С реляционным подходом к построению баз данных тесно связано понятие инфологической модели.

Инфологическая модель.

Инфологическая модель основывается прежде всего на понятии информационного объекта. Информационный объект – это описание реального объекта в виде совокупности логически связанных реквизитов, или показателей, или иначе информационных элементов.

Множество информационных объектов образует класс (или тип), которому присваивается определенное уникальное имя.

Информационный объект может иметь несколько ключей, т.е. реквизитов однозначно его определяющих.

П ример представления информационного объекта в виде графа представлен на следующем рисунке:

Группировка реквизитов в информационных объектах может происходить различными способами, но желательно, чтобы она была рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки. Достигается рациональность при помощи нормализации отношений.

Нормализация отношений – это формальный аппарат ограничений на формирование отношений, который позволяет устранить дублирование данных, обеспечивает их непротиворечивость и уменьшает трудозатраты на ведение данных (т.е. их ввод и корректировку).

Е. Коддом выделены 3 нормальные формы отношений и предложен механизм их получения.

Первая нормальная форма. Отношение находится в первой нормальной форме (1 НФ), если все его атрибуты являются неделимыми. Например, атрибут “Ф.И.О.” не находится в 1 НФ, т.к. может быть разбит на “Фамилия”, “Имя”, “Отчество”, т.е. приведен к 1 НФ.

Для определения второй нормальной формы (2 НФ) необходимо пояснить понятие функциональной зависимости. Функциональная зависимость атрибутов – это зависимость, при которой в экземпляре информационного объекта каждому одному значению ключа соответствует только одно значение не ключевого (т.е. описательного) атрибута.

П ример функциональной зависимости представлен на рисунке:

Помимо функциональной существует также понятие функционально – полной зависимости.

Функционально полная зависимость заключается в том, что каждый не ключевой атрибут функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Отношение будет находиться во 2 НФ, если оно находится в 1 НФ и каждый ключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.

Пример т-осного отношения (во 2 НФ) – это отношение студент = (, фамилия, имя, отчество, дата, группа) – которое также находится и в 1 НФ.

Отношение успеваемость = (номер, фамилия, имя, отчество, дисциплина, оценка) находится в 1 НФ и имеет составной ключ номер + дисциплина. Но это отношение не находится во 2 НФ, т.к. атрибуты фамилия, имя, отчество, не находятся в полной функциональной зависимости от составного ключа отношения (иными словами фамилия, имя, отчество функционально зависят от части составного ключа – атрибута номер и это функционально полную зависимость).

Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии транзитивной и не транзитивной зависимости.

Транзитивная зависимость существует между двумя описательными (не ключевыми) атрибутами, если один из них зависит от ключа, а другой описательный атрибут зависит от него (т.е. первого описательного атрибута).

Отношение будет находиться в третьей нормальной форме (3 НФ), если оно, находясь во 2 НФ не имеет не ключевых атрибутов транзитивно зависящих от первичного ключа.

П римером транзитивной зависимости для отношения “Студент” может служить атрибут “Староста”, который определяется номером “группы”.

В этом случае фамилия “Старосты” будет многократно повторяться во многих экземплярах информационного объекта “Студент”, что вызывает неоправданный расход памяти и затруднения в корректировке данных при замене старосты.

Для устранения транзитивной зависимости необходимо произвести “расщепление” исходного информационного объекта. В результате расщепления часть атрибутов удаляется из исходного информационного объекта – см. рис.

П остроение информационно – логической (инфологической) модели.

Инфологическая модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.

При разработке базы данных инфологическая модель строится первой. Это сопровождается анализом и нормализацией отношений.

П ример графического представления инфологической модели, связывающей информационные объекты “Студент”, “Сессия”, “Стипендия”, “Преподаватель” приведен на рис.

На основании инфологической модели строятся концептуальная (логическая), внутренняя (физическая) и внешняя модели базы данных.

Концептуальная модель состоит из множества экземпляров различных типов данных, структурированных в соответствии с требованиями СУБД к логической структуре базы данных (т.е. фактически это незаполненные шаблоны для ввода данных).

Внутренняя модель состоит из отдельных экземпляров записей, физически хранимых во внешних носителях.

Внешняя модель поддерживает частные представления данных, требуемые конкретным пользователем.