Государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский
университет имени академика И.П. Павлова»
Кафедра физики, математики и информатики
Проектирование медицинских баз данных
Санкт-Петербург
Издательство СПбГМУ
2016
УДК 61:681.142.37.001.12(075.5)
ББК 53.433.8я7
П84
Авторы: канд. физ.-матем. наук, доцент А.В. Тишков;
Ф.Ю. Марченкова;
Е.М. Родионова;
Е.А. Делакова;
Н.И. Омирова;
к.п.н., М.Л. Никонорова.
Под редакцией зав. кафедрой физики, математики и информатики ГБОУ ВПО ПСПбГМУ им. И.П. Павлова, канд. физ.-матем. наук, доцента А.В. Тишкова.
Рецензент: руководитель лаборатории информационных технологий в образовании Санкт–Петербургского института информатики и автоматизации РАН, к.т.н., с.н.с. В.И. Салухов.
Утверждено на заседании ЦМК по медико-биологическим и медико-профилактическим дисциплинам ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова. Протокол № 3 от 1 декабря от 2014 г..
| П84 | Проектирование медицинских баз данных: учебное пособие для студентов 1 и 2 курсов / А.В. Тишков [и др.]; под ред. А.В. Тишкова. – СПб.: Издательство СПбГМУ, 2015. – 48 с. ISBN 978-5-88999-362-9 |
В данном учебном пособии рассмотрены основы проектирования БД, рабочая среда СУБД Microsoft Access и методические рекомендации к практическим занятиям по теме «Разработка базы данных Лечебно-профилактического учреждения с помощью СУБД Microsoft Office Access».
Пособие предназначено для студентов 1 и 2 курса лечебного, стоматологического, педиатрического факультетов, факультета адаптивной физической культуры, отделений спортивной медицины и клинической психологии, изучающих дисциплины «Медицинская информатика» и «Информатика» в объеме учебной программы. Пособие может быть полезно интернам, клиническим ординаторам и аспирантам медицинских ВУЗов для понимания основ проектирования медицинских баз данных.
ISBN 978-5-88999-362-9
© Издательство СПбГМУ, 2015
Проектирование баз данных
В федеральном законе Российской Федерации «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» под информационной системой понимается совокупность содержащейся в ней информации, её обработка с помощью информационных технологий и технических средств. Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах реального мира и представление необходимой информации. … Информационная система должна работать с данными конкретной предметной области, для которой должно существовать описание в виде информационной модели [1].
Предметная область – это часть реального мира, образующая совокупность объектов, которые находятся между собой в определенных отношениях и связях. В теории проектирования информационных систем предметную область принято рассматривать в виде трех представлений: в реально существующем виде, в виде восприятия ее человеком (проектировщик базы данных), в виде формального описания. База данных – это поименованная совокупность структурированных данных некоторой предметной области [1].
Модель предметной области – знания о закономерностях предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области, выраженные в виде словесных моделей: наборы должностных инструкций, амбулаторные карты пациентов, бланки анализов и т.п. Мы имеем дело с описанием (представлением) реальности и с данными, которые отражают это представление, то есть с информационными моделями. Применительно к базам данных информационные модели получили название – модель данных [1].
Основные модели данных.
Иерархическая модель данных. Представляется в виде иерархической структуры и отображается в виде графа. Один информационный объект является главным (верхний уровень), остальные – подчиненными (второй уровень). Информационным объектам второго уровня подчиняются несколько информационных объектов третьего уровня и т.д. Примером такой модели данных является служба имен доменов в Интернет (DNS) позволяющая переводить имена доменов Интернет из символов в числовые адреса протокола передачи данных IP или предметный каталог библиотеки. В обобщенном виде модель изображается в виде дерева, элементами которого являются узлы, распределенные по уровням и дуги. Узел представляет информационную модель объекта, находящегося на данном уровне иерархии. Дуги показывают связи между объектами разных уровней [1].
Сетевая модель данных. Все элементы имеют вертикальные и горизонтальные связи. Базируется на тех же понятиях: узел, уровень, связь. Каждые узлы одного уровня могут быть связаны с любым количеством узлов другого уровня. Узлы одного уровня образуют класс. Примером сетевой модели данных является служба WWW сети Интернет.
Реляционная модель данных. Английское слово relation (отношение) дало название модели данных, которая строиться по принципу взаимосвязанных таблиц. Каждая таблица описывает один класс объектов. При этом столбцы таблицы называются полями, а строки – записями. Поля содержат определенные названия параметров (характеристики) объектов и отображают структуру записи. В записи хранится информация об одном конкретном объекте. Таким образом, мы получаем описание объектов в виде двумерной таблицы. Если записи во многих полях дублируют друг друга, то такую таблицу удобнее представить в виде нескольких таблиц, относящихся к различным классам, и, затем, связать их между собой.
Связи между таблицами могут быть одного из трех типов:
1. «один-к-одному» - связанные таблицы имеют одинаковое количество записей и между этими записями установлено взаимно-однозначное соответствие.
2. «один-ко-многим» означает, что каждой записи в одной (главной) таблице соответствует несколько записей в другой (подчиненной) таблице, а запись в подчиненной таблице не может иметь более одной соответствующей ей записи в главной таблице.
3. «многие-ко-многим» возникает между двумя таблицами в тех случаях, когда: одной записи в первой таблице могут соответствовать несколько записей во второй таблице и наоборот. Две таблицы, находящиеся в отношении «многие-ко-многим», могут быть связаны только с помощью третьей (связующей) таблицы.
В большинстве случаев любые две таблицы связаны отношением «один-ко-многим».
Реляционная модель данных была изобретена в 70-х годах британским ученым Эдгаром Коддом (Ted Codd), в которой устранены недостатки сетевой и иерархической моделей данных. В настоящее время, для организации данных реляционная модель данных считается самой мощной и эффективной.
На основе информационной модели предметной области создается логическая модель данных.
Логическая модель данных. Логическая модель описывает объекты предметной области, их взаимосвязь и ограничения, налагаемые предметной областью. Примеры объектов – «пациент», «врач», «отделение», «палата». Примеры взаимосвязей между понятиями – «у каждого пациента есть история болезни», «врач может вести много историй болезни», «на одном отделении расположено несколько палат». Логическая модель отражает сведения о структуре базы данных, записях и связях между записями.
Физическая модель данных – описываетреализацию конкретной логической модели данных с помощью специальных программных средств. Для создания, наполнения и обработки баз данных разработаны системы управления базами данных (СУБД). Отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, параметры объектов становятся столбцами таблиц, каждый из которых имеет определенный тип данных, для ключевых полей создаются уникальные индексы, определяются особенности хранения данных, методов доступа, т.д.
При проектировании базы данных должно быть определено содержание базы данных, эффективный способ организации данных для будущих пользователей и инструментальные средства управления данными. Почти все современные СУБД основаны на реляционной модели данных, в которой связи между таблицами обеспечивают целостность базы данных и позволяют автоматизировать задачи обслуживания.
Рабочая среда СУБД Microsoft Access
СУБД MS Access является наиболее распространенной программной для работы с базами данных, предназначена для разработки информационных моделей, использует реляционную модель данных и характерный графический интерфейс Windows (титульная строка, главное меню, панель инструментов, поля для работы и строки состояния). Позволяет решать как несложные информационные задачи (без использования программирования: создание, редактирование, обработка данных), так и создавать сложные приложения с использованием языка программирования Visual Basic for Application. СУБД MS Access входит в состав офисного программного обеспечения Microsoft Office.
Информационную модель с одинаковым набором свойств в СУБД MS Access можно сохранить в одном файле (MS Access 2007, 2010 расширение.accdb и.mdb, MS Access 2003 и более ранние версии расширение.mdb). В один момент времени допускается работа только с одной БД, в составе которой может быть различное количество таблиц.
Структура таблицы определяется в процессе разработки модели данных и создается при вводе данных. При добавлении каждого нового имени поля необходимо задать тип данных(Тип данных. Характеристика поля, определяющая тип данных, который может содержать это поле. Существуют следующие типы данных: Boolean, Integer, Long, Currency, Single, Double, Date, String и Variant (по умолчанию).) поля в зависимости от вводимых данных.
Основными свойствами любого поля являются:
- Имя. Имена полей должны быть уникальны.
- Формат. Устанавливает тип (формат) данных.
- Размер поля, измеряется в байтах, отражает количество информации, которое может в нем поместиться.
Основные типы данных:
- текстовый – текст объемом не более 255 символов;
- числовой – числовые данные (байт, целое, длинное целое, действительное);
- дата/время – дата или время;
- логический – логические данные, длина всегда равна 1 байту, имеет только два значения («ИСТИНА» - 1, «ЛОЖНО» - 0) и применяется в логических операциях;
- денежный – числа в денежных единицах (рубли, доллары и т.д.);
- поле объекта OLE – встроенные объекты из других прикладных сред: фото, рисунки, клипы, видеозаписи, таблицы Excel;
- поле МЕМО – текст большого объема до 64 Кбайт;
- гиперссылка – ссылка на информационный ресурс в Интернете;
- счетчик – число со свойством автоматического наращивания. При вводе новой записи автоматически увеличивается на 1 по сравнению с предыдущей записью. Обычно применяется для нумерации записей и устанавливает формат ключевого поля. Каждая таблица должна содержать, по крайней мере, одно ключевое поле, содержимое которого уникально для каждой записи в таблице.
Для создания связей между таблицами необходимо в каждой таблице определить ключевое поле. В качестве такового выбирают поле, данные в котором повторяться не могут (например, идентификационный код или счетчик).
Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.
Внешний (вторичный) ключ – это одно или несколько полей (столбцов) в таблице, содержащих ссылку на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц.
Главная таблица всегда содержит первичный ключ.
При неправильно спроектированной базе данных возникает проблемаплоских таблиц: избыточность данных. Это приводит к неправильному выполнению операций вставки, обновления и удаления данных. Решением данной проблемы является декомпозиция таблиц. Декомпозиция должна сохранять зависимости, то есть восстановление исходного отношения без потерь.
Нормализация отношений – формальный аппарат ограничений на формирование отношений, которое позволяет устранять дублирование данных, обеспечивает их непротиворечивость.
- Первая нормальная форма: на пересечении каждой строки и каждого столбца находится только одно значение, является обязательной.
- Вторая нормальная форма: находится в первой нормальной форме, каждый описательный атрибут (каждое свойство объекта) функционально полно зависит от всего составного ключа (ключ может объединять несколько свойств объекта).
- Третья нормальная форма: находится во второй нормальной форме, не имеет описательных атрибутов (свойств объекта), находящихся в транзитивной зависимости от первичного ключа. Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один описательный атрибут (свойство объекта) зависит от ключа, а другой описательный атрибут зависит от первого описательного атрибута (рисунок 1).
Рисунок 1. Транзитивная зависимость.
Связи между таблицами обеспечивает таблица отношений (Изменение связей). Отношением называется совокупность свойств, характеризующих объект. Таблица отношений обеспечивает связь между таблицами, состоит только из внешних ключей, связанных с первичными ключами базовой таблицы.
Запустить программу MS Access можно несколькими способами, 
после запуска системы появляется главное окно программы MS Access (рисунок 2).
Рисунок 2. Окно Microsoft Access 2010
Рабочее пространство MS Access состоит из следующих областей:
Лента; 2. Панель быстрого доступа; 3. Вкладки, контекстные вкладки (главная, создание, внешние данные, работа с базами данных); 4. Группы команд (представление, буфер обмена, шрифт, текст RTF, записи, сортировка и фильтрация, найти); 5. Область переходов, в которой можно создавать группы.
В приложении Access 2010 (таблица 1) выбрав вкладку Файл можно перейти в представление Backtage, где можно открывать, сохранять, выводить на печать базы данных и управлять ими. Для выхода из представления Backtage необходимо открыть любую другую вкладку. Каждая вкладка содержит несколько групп, а каждая группа – набор родственных команд. Часто используемые команды можно добавить на панель быстрого доступа с помощью правой клавиши мыши, после нажатия которой появляется контекстное меню и выбирается команда Добавить на панель быстрого доступа. Набор команд на Ленте можно настраивать, создавая собственные вкладки и располагая кнопки в нужных группах. Для этого выберите вкладку Файл, диалоговое окно Параметры Access в списке Выбрать команды выбираем пункт Команды не на Ленте. Затем находим команду и добавляем ее на настраиваемую вкладку или в группу.
Таблица 1.
Задачи и команды
| Задача | Расположение команд |
| Создание новых таблиц, форм и других объектов | Вкладка Создание, выберите команду для создания нужного объекта |
| Просмотр и изменение отношений в БД | Вкладка Работа с базами данных, в группе Отношения выберите команду Схема данных |
| Сохранение базы данных в формате другой версии приложения Access | Вкладка Файл, выберите команду Сохранить и опубликовать и в разделе Сохранить базы данных как щелкните необходимый формат |
| Импорт и экспорт данных | Вкладка Внешние данные, выберите нужный формат для импорта или экспорта. |
В строке Заголовка – отображается имя активной в данный момент программы.
В Строке состояния (нижняя часть рабочего экрана) отображается информация о состоянии среды разработки, в правой части отображаются кнопки, позволяющие быстро перейти в тот или иной режим разработки БД.
