Transport CFR1.1. ArgumentCeea ce doresc să obţin prin acest proiect este îmbunătăţirea sistemului feroviar printr-o bază de date realizată la nivelul clasei a XII-a utilizând Oracle. 

Unul din cele mai importante mijloace de transport este trenul. Poate din cauza siguranţei oferite în paralel cu celelalte mijloace de transport sau poate pur şi simplu datorită faptului că este mai comod şi mai la îndemână. Proiectanţii circulaţiei susţin cu toată certitudinea că pentru transportul intern de mărfuri şi călători cel mai bun mijloc rămâne calea ferată. Drumurile aglomerate, lungile întârzieri înspre şi dinspre aeroport i-a întors pe mulţi către calea ferată. 

Căile Ferate Române (CFR) este compania naţională de transport feroviar a României. CFR administrează a patra reţea feroviară din Europa ca volum de pasageri şi marfă. Reţeaua este integrată semnificativ cu alte reţele feroviare europene, oferind servicii paneuropene de transport de pasageri şi marfă. CFR, ca instituţie, a fost fondată în 1880, după ce prima cale ferată pe teritoriul actual al României a fost deschisă în 1854. Aşadar de ani de zile mai marii ţării noastre se străduie constant să îmbunătăţească sistemul feroviar. Dacă am petrece o zi în preajma unui proiectant de căi ferate am realiza că este o adevărată corvoadă. Nu este uşor să lucrezi în domeniu deoarece ştiinţa şi tehnologia avansează constant şi mereu apar lucruri noi: noi modele de trenuri, de programe pc, noi miniştri ba chiar noi mentalităţi şi e foarte greu să ţii pasul atunci când lucrezi cu persoane fizice şi pentru acestea. 

1.2. Prezentarea generală a proiectului

Voi parcurge o serie de etape, începând cu modelul conceptual, ERD-ul realizând în final operaţiuni complexe şi comenzi. 

Primul pas în realizarea unei aplicaţii de baze de date este analiza datelor şi realizarea unei scheme conceptuale a acestora. În această etapă sunt analizate natura şi modul de utilizare ale datelor. Sunt identificate datele care vor trebui memorate şi procesate, apoi se împart aceste date în grupuri logice şi se identifică relaţiile care există între aceste grupuri. 

Ideea de bază a analizei datelor şi a construirii modelului conceptual este „să măsori de două ori şi să tai o singură dată”. Odată obţinute aceste informaţii ele trebuie reprezentate într-o formă convenţională care să poată fi uşor înţeleasă de toată lumea. 

O astfel de reprezentare este diagrama entităţi-relaţii, numită şi harta relaţiilor sau ERD-ul (Entity Relationship Diagram). Aceste scheme sunt un instrument util care uşurează comunicarea dintre specialiştii care proiectează bazele de date, programatori, pe de o parte şi beneficiari, pe de altă parte. Aceştia din urmă pot înţelege cu uşurinţă o astfel de schemă, chiar dacă nu sunt cunoscători în IT.

A. Modelul conceptual2.1. Erd-ul şi componentele sale2.2. Relaţiile ERD-ului2.3. Tipurile de relaţii ce pot exista între entităţi 2.4. Rezolvarea relaţiilor many-to-many2.5. Normalizarea2.6. Tipuri şi subtipuri

2.7. Relaţii exclusive(arce)

2.1.Erd-ul şi componentele sale:

O entitate este o clasă de obiecte, reprezentată în ERD printr-un dreptunghi cu colţurile rotunjite. Numele entităţii este întodeauna un substantiv la singular şi se scrie în partea de sus a dreptunghiului cu majuscule. Pentru orice entitate există mai multe instanţe ale sale.

O instanţă a unei entităţi este un obiect, persoană, eveniment particular din clasa de obiecte care formează entitatea.

Un atribut este orice detaliu care serveşte la identificarea, clasificarea, cuantificarea sau exprimarea stării unei instanţe a unei entităţi. În cadrul unui ERD atributele se vor scrie imediat sub numele entităţii, cu litere mici. Un atribut este un substantiv la singular. Un atribut poate fi obligatoriu şi este precedat de un asterisc (*), sau opţional şi este precedat de un cerculeţ (o). Atributele care definesc în mod unic instanţe unei entităţi se numesc identificatori unici (UID) şi sunt precedate de semnul diez (#). Atributele din UID sunt întodeauna obligatorii, însă semnul (#) este suficent, nu mai trebuie pus şi semnul * în faţa acestor atribute.

O relaţie este o asociere, legătură, sau conexiune existentă între entităţi şi care are o semnificaţie pentru afacerea modelată. În lumea reală obiectele nu există izolat una de cealaltă ci sunt în conexiune cu alte obiecte. Aşadar, după identificarea entităţilor urmează o altă etapă: stabilirea relaţiilor între entităţi. Orice relaţie este caracterizată de următoarele elemente: numele relaţiei, opţionalitatea relaţiei şi cardinalitatea relaţiei.

2.2. Relaţiile ERD-ului

Fiecare tren trebuie să apară într-una sau mai multe intersecţii.Fiecare intersecţie trebuie să dirijeze un singur tren.

Fiecare tren poate circula pe o singură rută.Fiecare rută poate fi folosită de unul sau mai multe trenuri.

Pentru fiecare rută pot fi eliberate unul sau mai multe bilete.Fiecare bilet trebuie să fie eliberat pentru o singură rută.

Fiecare bilet trebuie să fie eliberat de o singură casă de bilete.Fiecare casă de bilete poate elibera unul sau mai multe bilete.

Fiecare staţie trebuie să aibă una sau mai multe intersecţii.Fiecare intersecţie trebuie să fie stabilită pentru o singură staţie CFR.

Fiecare staţie CFR trebuie să fie alcătuită din una sau mai multe birouri.Fiecare birou trebuie să aparţină unei singure staţii CFR.

Fiecare birou poate avea unul sau mai mulţi angajaţi.Fiecare angajat trebuie să lucreze pentru un singur birou.

Fiecare angajat trebuie să fie plătit printr-un singur cont.

Fiecare cont poate fi repartizat unui singur angajat.

Fiecare angajat trebuie să fie plătit printr-un singur card.Fiecare card poate fi repartizat unui singur angajat.

Fiecare angajat trebuie să fie plătit printr-un singur cec.Fiecare cec poate fi repartizat unui singur angajat.

2.3. Tipurile de relaţii ce pot exista între entităţi sunt :

Atunci când o relaţie poate fi dedusă din alte relaţii, spunem că acea relaţie este redundantă.

2.4. Rezolvarea relaţiilor many-to-many:

Relaţiile many-to-many pot apărea într-o primă fază a proiectării bazei de date însă ele nu au voie să apară în schema finală. Aşadar relaţiile many-to-many trebuie dizolvate în relaţii one-to-many; acest lucru se realizează prin introducerea unei noi entităţi numită entitate de intersecţie, pe care o legăm de entităţile originale prin câte o relaţie one-to-many.

2.5. NormalizareaÎn parcurgerea etapelor realizării modelului conceptual trebuie respectate unele condiţii astfel încât să fie evitate anumite anomalii şi inconsistenţe ale datelor. Acest proces se numeşte normalizare. Pentru ca normalizarea să fie realizată o entitate trebuie să se găsească în cele trei forme normale:a) Prima formă normală: O entitate se găseşte în prima formă normală dacă şi numai dacă:- nu există atribute cu valori multiple- nu există atribute sau grupuri de atribute care se repetăb) A doua formă normală: O entitate se găseşte în a doua formă normală dacă şi numai dacă se găseşte în prima formă normală şi în plus, orice atribut care nu face parte din UID va depinde de întregul UID, nu doar de o parte a acestuia.c) A treia formă normală: O entitate se găseşte în a treia formă normală dacă şi numai dacă se găseşte în a doua formă normală şi în plus nici un atribut care nu este partea UID-ului nu depinde de un alt atribut non-UID. Cu alte cuvinte, nu se acceptă dependenţe tranzitive, adică un atribut să depindă de UID în mod indirect.

2.6. Tipuri şi subtipuri

În lumea reală obiectele sunt de obicei clasificate. E normal ca în modelarea bazelor de date să putem modela şi astfel de clasificări.Un subtip sau o subentitate este o clasificare a unei entităţi care are caracteristici comune cu entitatea generală, precum atribute şi relaţii. Subtipurile se reprezintă în cadrul hărţii relaţiilor ca entităţi în interiorul altei entităţi. Atributele şi relaţiile comune tuturor subtipurilor se vor reprezenta la nivelul supertipului sau superentităţii. Atributele şi relaţiile supertipului vor fi moştenite de către subtipuri. Un subtip poate avea la rândul său alte subtipuri incluse.Subtipurile trebuie să respecte două reguli importante:- trebuie să acopere toate cazurile posibile de instanţe ale supertipului. De multe ori ERD-urile includ un subtip „Altul” pentru a acoperi toate situaţiile şi pentru a permite viitoare dezvoltări ale modelului.- subtipurile trebuie să se excludă reciproc.

2.7. Relaţii exclusive(arce)

În unele situaţii, relaţiile se pot exclude reciproc, adică dintr-un grup de relaţii, la un moment dat doar una dintre ele poate avea loc. Un grup de relaţii exclusive este reprezentat în harta relaţiilor printr-un arc peste relaţiile care fac parte din respectivul grup. Toate relaţiile ce fac parte din grupul de relaţii exclusive trebuie să aibă aceeaşi opţionalitate. Un arc aparţine unei singure entităţi, adică va include doar relaţii care pleacă de la aceeaşi entitate. O entitate poate avea mai multe arce, dar o anumită relaţie nu poate face parte decât dintr-un singur arc.

Există două tipuri de relaţii exclusive:

- relaţii exclusive obligatorii în care toate relaţiile ce fac parte din arcul respectiv sunt obligatorii, ceea ce înseamnă că de fiecare dată, una din relaţii are obligatoriu loc.

- relaţii exclusive opţionale caz în care toate relaţiile ce fac parte din arc sunt opţionale. În acest caz, de fiecare dată are loc cel mult una dintre relaţii, existând posibilitatea ca pentru o instanţă a entităţii căreia aparţine arcul să nu aibă loc niciuna dintre relaţiile din grupul respectiv.

B. Transformarea modelului conceptual al bazei de date (ERD-ul) în modelul fizic (tabelele bazei de date)2.1. Modelul relaţional2.2. Reguli de integritate2.3. Maparea relaţiilor one-to-many2.4. Maparea relaţiilor barate2.4. Maparea relaţiilor brute2.5. Maparea tipurilor şi subtipurilor2.6. Maparea arcelor2.7. Crearea şi modificarea structurii tabelelor2.8. Definirea constrângerilor2.9. Pentru realizarea comenzilor

2.1. Modelul relational

- este modelul folosit de mine în realizarea acestei baze de date şi reprezintă cel mai utilizat model de stocare a datelor, în care datele sunt organizate sub formă de tabele între care există diverse legături; modelul relaţional este un model simplu, bazat pe algebra relaţională, care a făcut posibilă dezvoltarea limbajelor relaţionale sub forma unui software specializat ce asista procesul de implementare a bazelor de date. Astfel de limbaje sunt SQL-ul (Structured Query Language) si QBE (Query By Example).

Transformarea modelului conceptual, a ERD-ului, în modelul fizic, adică baza de date propriu-zisă, se numeşte mapare. Acest proces implică transformarea fiecărui element al ERD-ului.Prima etapă a acestui proces constă în crearea tabelelor bazei de date. Astfel:1) fiecărei entităţi îi va corespunde câte un tabel. Spre deosebire de entitate, un tabel va avea numele un substantiv la plural. De exemplu entitate BILET se va transforma în entitatea BILETE.2) fiecare atribut al unei entităţi va deveni o coloană a tabelei. Fiecare coloană va memora date de acelaşi tip.

3) fiecare instanţă a unei entităţi se va transforma într-un rând (sau înregistrare) a tabelului corespunzător.4) unicul identificator al unei entităţi devine cheia primară a tabelei. Coloana sau combinaţia de coloane care identifică în mod unic toate liniile unui tabel se numeşte cheie primară.Informaţiile despre o tabelă a bazei de date vor fi prezentate folosind diagramele de tabelă, în care vom nota numele coloanelor pe care le va avea tabela bazei de date. Notăm dacă o coloană face parte din cheia primară, caz în care vom scrie un PK (primary key) în coloana a treia, sau dacă face parte din cheia străină, caz în care vom scrie în coloana a doua un FK (foreign key), iar în ultima coloană vom nota dacă atributul este opţional sau obligatoriu. Pentru aceasta vom folosi aceleaşi simboluri ca şi în cazul ERD-ului. Deci orice tabelă are linii şi coloane şi conţine datele organizate conform anumitor structuri. În limbajul bazelor de date, coloanele se numesc câmpuri. Fiecare coloană reprezintă un câmp cu o denumire unică, de un anumit tip (şir de caractere, numeric, dată calendaristică, etc), având o dimensiune prestabilită. În tabelul următor sunt prezentate principalele tipuri de date pe care le pune la dispoziţie Oracle:

2.2. Reguli de integritate:

garantează că datele introduse în baza de date sunt corecte şi valide. Aceasta înseamnă că dacă există orice regulă sau restricţie asupra unei entităţi, atunci datele introduse în baza de date respectă aceste restrictii. În Oracle, regulile de integritate se definesc la crearea tabelelor folosind constrângerile. Regulile de integritate sunt următoarele:

- Integritatea entităţilor: indică faptul că nici o coloană ce face parte din cheia primară nu poate avea valoare NULL. În plus, pentru fiecare înregistrare, cheia primară trebuie să fie unică.- Integritatea de domeniu: acest tip de reguli permite ca într-o anumită coloană să se introducă doar valori dintr-un anumit domeniu.

- Integritatea referenţială: este o protecţie care asigură că fiecare valoare a cheii străine să corespundă unei valori a cheii primare din tabela referită.

2.3. Maparea relaţiilor one-to-many

În general, la maparea unei relaţii de tip one-to-many, vom introduce în tabela corespunzătoare entităţii de pe partea many a relaţiei, cheia primară a entităţii de pe partea one a relaţiei. Câmpurile astfel introduse se vor numi cheie străină (foreign key).

Aşadar:- cheia străină a unei tabele este cheia primară din tabela de referinţă;- cheia straină este întotdeauna introdusă în tabela corespunzătoare entităţii din partea many a relaţiei.Tabela TRENURI

Tabela STAŢIE CFR

Tabela INTERSECŢII

2.4. Maparea relaţiilor barate

relaţiile barate se transformă în urma mapării în cheie străină în tabela aflată în partea many a relaţiei, la fel ca la maparea oricărei relaţii one-to-many. Bara de pe relaţie exprimă faptul că acele coloane ce fac parte din cheia străină vor deveni parte a cheii primare a tabelei din partea many a relaţiei barate.

2.5. Maparea tipurilor şi subtipurilor

Niciun sistem de gestiune a bazelor de date nu suportă în mod direct supertipurile şi subtipurile. Putem adopta mai multe soluţii ale acestei probleme.Vom exemplifica doar una din variante, fără a folosi subentitatea ALTUL, presupunând că nu avem nevoie de ea. În cazul variantei alese de mine vom crea o tabelă pentru supertip şi câte o tabelă pentru fiecare subtip.

Tabela BIROURI

Tabela BIROURI IMPEGAŢI

Tabela BIROURI INFORMAŢII

Tabela POLIŢIA TF

Tabela BIROURI BAGAJE

Tabela CASE DE BILETE

2.6. Maparea arcelor

Pentru a mapa un arc vom crea atâtea chei străine câte relaţii există în arcul respectiv. Deşi relaţiile din arc sunt obligatorii, cheile străine corespunzătoare au fost setate ca fiind opţionale, deoarece pentru fiecare înregistrare trebuie să avem completată una din cele două chei străine, iar cealaltă cheie străină trebuie să rămână necompletată (principiul exclusivităţii).Va trebui să implementăm o condiţie de integritate care să verifice această condiţie.

Tabela ANGAJAŢI

Tabela CONTURI

Tabela CARDURI

Tabela CECURI

2.7. Crearea şi modificarea structurii tabelelor

Pentru crearea tabelelor se foloseşte comanda CREATE TABLE. Cea mai simplă formă de creare a acestei comenzi este:

CREATE TABLE numetabel (coloana 1 tip 1, coloana 2 tip 2, ..., coloana n tip n)- unde numetabel este numele atribuit tabelului nou creat- coloana 1, coloana 2, ..., coloana n sunt numele coloanelor din tabela nou creată- tip 1, tip 2, ..., tip n reprezintă tipul datelor ce vor fi reţinute în coloanele tabelei nou create şi dimensiunea (dacă este cazul)De exemplu pentru crearea tabelei RUTE, folosim comanda:CREATE TABLE rute (denumire varchar2(20), nr_km number(5), durata varchar2(6), nr_tren number(4))

În cadrul comenzii CREATE TABLE, putem utiliza clauza DEFAULT pentru a defini o valoare implicită pentru o coloană a tabelei. Această clauză precizează ce valoare va lua un atribut atunci când la inserarea unei linii în tabelă, nu se specifică în mod explicit valoarea atributului respectiv. Clauza default apare după precizarea tipului coloanei şi este urmată de constanta care defineşte valoarea implicită. Exemplu:

CREATE TABLE carduri(cod_pin number(5), data_exp date DEFAULT SYSDATE, sold_curent varchar2(8) DEFAULT '100 lei')

2.8. Definirea constrângerilor

Restricţia NOT NULL – necompletarea în tabelă a unei celule conduce la completarea ei cu valoarea NULL, semnificând faptul că celula respectivă are de fapt o valoare nedefinită. Într-un ERD, un atribut poate fi obligatoriu, lucru pe care îl marcăm cu o steluţă în faţa atributului respectiv. În baza de date această condiţie se traduce prin faptul că valoarea coloanei respective trebuie obligatoriu completată, adică nu poate conţine valoarea NULL. Pentru definirea acestui tip de restricţii folosim restricţia NOT NULL pentru coloana respectivă, fie la crearea tabelei, fie mai târziu la modificarea structurii acesteia.

Restricţia PRIMARY KEY – cheia primară este o coloană sau o combinaţie de coloane care identifică în mod unic liniile unei tabele. Coloanele care fac parte din cheia primară vor fi automat de tip NOT NULL fără a mai fi necesară precizarea explicită.

Restricţia UNIQUE - precizează că valoarea coloanei definită ca UNIQUE sau combinaţia valorilor coloanelor ce definesc restricţia UNIQUE trebuie să fie unice pentru toate liniile din tabelă. Cu alte cuvinte, într-o coloană definită ca UNIQUE nu pot exista valori duplicate.

ATENŢIE! Coloanele definite ca UNIQUE pot conţine valori NULL, iar acestea pot fi oricâte, adică valoarea NULL este singura valoare ce poate fi duplicată într-o coloană UNIQUE.

Restricţia FOREIGN KEY - la definirea unei chei străine se poate utiliza o clauză suplimentară ON DELETE CASCADE care precizează că la ştergerea unei linii din tabela părinte se vor şterge automat din tabela copil acele linii care fac referire la linia ce se şterge din tabela părinte.

o Restricţia CHECK - acest tip de constrângeri specifică o condiţie ce trebuie să fie îndeplinită de datele introduse în coloana (sau coloanele) asupra căreia acţionează. O astfel de constrângere poate limita valorile care pot fi introduse în cadrul unei coloane.

2.9. Pentru realizarea comenzilor

Adăugarea unei noi coloane se realizează folosind clauza ADD a comenzii ALTER TABLE. Sintaxa este foarte similară cu cea a creării unei coloane în cadrul comenzii CREATE TABLE.

Ştergerea unei coloane se realizează folosind clauza DROP COLUMN a comenzii ALTER TABLE.

Adăugarea datelor în tabelă se realizează cu ajutorul comenzii INSERT. Forma generală a acestei comenzi este următoarea:

INSERT INTO nume_tabela (lista_coloane) VALUES (lista_valori)

Modificarea datelor dintr-o tabelă se realizează cu comanda UPDATE, care are sintaxa:

UPDATE nume_tabelaSET coloana1=valoare1,coloana2=valoare2,...WHERE conditie

Comanda select este utilizată pentru a extrage date din baza de date. Setul de date returnate prin intermediul unei comenzi SELECT este compusă, ca şi tabelele bazei de date, din linii şi coloane, şi vor putea fi simplu afişate, sau vom putea popula o tabelă cu datele returnate de către comanda SELECT. Cea mai simplă formă a comenzii SELECT are sintaxa:

SELECT lista_expresii FROM tabela.- Într-o tabelă putem avea mii şi mii de informaţii. Pentru a selecta doar informaţiile care ne interesează folosim în cadrul comenzii SELECT clauza WHERE. În această clauză vom preciza condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească o linie pentru a fi afişată. Aşadar clauza WHERE permite realizarea operaţiei de selecţie.- Pentru a preciza criteriile după care se ordonează datele folosim clauza ORDER BY. În această clauză se vor preciza criteriile după care se vor ordona liniile unei tabele înainte de a fi afişate.- Gruparea datelor dintr-o tabelă se poate realiza într- comandă cu ajutorul clauzei GROUP BY. Atunci când folosim clauza GROUP BY trebuie ca toate câmpurile care apar în SELECT în afara funcţiilor de grup trebuie să apară în clauza GROUP BY.- Pentru a filtra grupurile obţinute în urma utilizării comenzii GROUP BY folosim clauza HAVING.OBSERVAŢIE: Putem folosi clauza GROUP BY fără clauza HAVING, însă clauza HAVING poate fi folosită doar atunci când este prezentă clauza GROUP BY.

O subinterogare este o interogare ce se află în interiorul unei alte comenzi SQL. Subinterogările sunt în general folosite atunci când dorim să afişăm informaţii dintr-o tabelă pe baza informaţiilor preluate din aceeaşi tabelă sau din alte tabele.

Există două tipuri de subinterogări: - simple, ce returnează o singură linie;- multiple, ce returnează mai multe linii şi/sau mai multe coloane

OBSERVAŢII! - o subinterogare va fi întotdeauna inclusă în paranteză;- subinterogarea nu poate conţine clauza order by.

Rularea comenzilor

- Pentru rularea comenzilor vom utiliza server-ul ORACLE: Oracle Application Express sau pe scurt „Apex”.

- O altă metodă pentru rularea comenzilor este folosirea lui „Database 10g Express Edition”, o versiune simplificată a server-ului de pe Oracle, care este ideal pentru utilizarea pe calculatorul de acasă, fiind de dimensiuni mult reduse faţă de versiunea comercială a programului.

Utilitatea proiectului:

Bazele de date au o importanţă enormă întrucât sunt utilizate în toate domeniile. Baza de date realizată în acest proiect ajută la o desfăşurare mai bună a CFR-ului. Cu ajutorul comenzilor putem schimba constant informaţiile în această bază de date: putem adăuga, şterge, modifica şi chiar extrage informaţii. Doar prin tastarea a două comenzi putem obţine orarul unei anumite staţii CFR.

Bibliografie

Manual de informatică pentru clasa a XII-a (L&S Info-mat)Baza de date a calculatorului CFR din cadrul biroului INFORMAŢII.