Bazy Danych LITERATURA C. J. Date, Wprowadzenie do systemów baz danych, WNT - W-wa, (seria: Klasyka Informatyki), 2000 J. D. Ullman, Systemy baz danych, WNT - W-wa, 1998 J. D. Ullman, J. Widom, Podstawowy wykład z systemów baz danych, WNT, W-wa, 2000 (seria: Klasyka Informatyki) H. Garcia-Molina, J. D. Ullman, J. Widom, Implementacja systemów baz danych, WNT, 2003 (seria: Klasyka Informatyki) P. Beynon-Davies, Systemy baz danych (wyd. 3 zmienione i rozszerzone), WNT - W-wa, 2003
Bazy Danych PLAN WYKŁADU 1. Podstawowe pojęcia związane z bazami danych 2. Modele baz danych 3. Architektura SZBD 4. Język zapytań baz danych SQL. 5. Algebra relacyjnych baz danych 6. Podstawy integralności w relacyjnym modelu baz danych 7. Projektowanie baz danych 8. Zależności funkcyjne 9. Model związków encji 10. Normalizacja relacji baz danych 11. MySQL 12. ORACLE
I. Podstawowe pojęcia Bazy Danych - jest to dziedzina informatyki zajmująca się gromadzeniem, przechowywaniem, wyszukiwaniem, przetwarzaniem i wizualizacją informacji masowej. Krotka (ang tuple) uporządkowana kolekcja stałych wartości. Struktura danych przechowująca stałe wartości o rożnych typach. Rekord pojedynczy wpis do bazy. Encja zobrazowanie rzeczywistego obiektu w danych cyfrowych. Osoba (Pesel, Imie, Nazwisko) Dom (Ulica, Numer)
Pojęcia Koncepcyjny język opisu danych. Służy do opisu zawartości bazy danych w odniesieniu do obiektów świata rzeczywistego. Schemat Formalny opis w języku opisu danych DDL Wizja Pogląd użytkownika na zawartość bazy danych. Odwzorowanie koncepcyjne Reguły opisujące jak wizja koncepcyjna jest reprezentowana przez obiekty bazodanowe
Pojęcia Język opisu danych DDL. Służy do opisu typów danych w odniesieniu do obiektów świata rzeczywistego. Język operowania danymi DML Służy do operacji na danych jak; tworzenie, kasowanie, zmiana i kopiowanie.
Pojęcia Słownik bazodanowy (meta-dane). Opis danych na wszystkich poziomach; koncepcyjnym, logicznym i fizycznym Podjęzyk danych Część języka DML nakierowana na operacje na danych Język macierzysty (host language) Język programowania ogolnego przeznaczenia w którym zanurzone są komendy DML. Wewnętrzny język opisu danych icdml Język do opisu przechowywanych danych (nazwy,typy,rozmiary).
Pojęcia Administrator bazy danych DBA. Osoba lub grupa osób odpowiedzalna za ogolna kontrolę całości systemu. Zadania -Decyzja o informacyjnej zawartości bazy danych. -Decyzja o strukturze pamięci i strategiach dostępu. -Udostępnianie systemu użytkownikom -Zabezpieczenia i integralność -Archiwizacja danych i start systemu po awarii. -Kontrola wydajności i przydział zasobów. Akcesoria. Wbudowane funkcje systemu bazodanowego wspomagające administratora i innych użytkowników baz danych.
Pojęcia Interfejs użytkownika. Część systemu odpowiedzialna za wymianę informacji między systemem a użytkownikami. Ten fragment systemu jest tylko dostępny dla użytkownika. Język zapytań/kwarend (QL). Język bardzo wysokiego poziomu służący do uzyskania dostępu do bazy danych. Oparty o zasady: niezależności od danych, równoczesnego dostępu do wielu danych, a czasami nieproceduralności.
Pojęcia Autoryzacja, kontrola dostępu. Prawa dostępu do danych. Różne osoby moga mieć różne prawa dostępu do danych. Spójność bazy danych, integralność -Spójność fizyczna: operacje bazodanowe kończą się sukcesem -Spójność logiczna: baza danych jest spójna fizycznie, a jej zawartość odpowiada schematowi bazy danych i dodatkowym ograniczeniom. -Integralność: logiczna spójność i zgodność ze stanem świata rzeczywistego opisywanego przez dane.
Baza danych podstawowe zadania 1. Odwzorowanie rzeczywistego świata 2. Gromadzenie olbrzymich ilości danych. 3. Długotrwałe przechowywanie danych.
Modele baz danych 1. Hierarchiczny model danych 2. Sieciowy model danych 3. Relacyjny model danych 4. Obiektowy model danych
Hierarchiczny model danych Dane w postaci kolejnych poziomów drzewa danych. Zbiór rekordów w postaci katalogów. Przykłady: systemy plików (FAT32, NTFS, EXT3 itd) Reguły Każdy rekord posiada tylko jednego rodzica (katalog nadrzędny) w przeciwnym wypadku dane muszą być skopiowane. Drzewo posiada tylko jeden korzeń.
Sieciowy model danych Model danych, w którym związki asocjacyjne pomiędzy danymi są reprezentowane poprzez powiązania wskaźnikowe. Struktura danych tworzy więc graf, czyli sieć. Reguły Każdy rekord posiadać wielu rodziców (przez wskazania)
Relacyjny model danych Dane w postaci tabel. Każda tabela ma zdefiniowany klucz danych, który jednoznacznie identyfikuje dany rekord w tabeli. Twórca systemu: E. F. Codda Reguły Między tabelami mogą być określone dowolne relacje.
Objektowy model danych (ang. Object data model) Model danych zbudowany zgodnie z kanonami programowania obiektowego, tj. operujący abstrakcyjnymi typami danych, zagnieżdżonymi relacjami, klasami i dziedziczeniem. Przykłady HTML, XML
Systemy Baz Danych Baza Danych Zbiór tabel System Zarządzania Bazą Danych (SZBD) (DBMS) Tabela zbiór rekordów W ramach jednej encji
System Zarządzania Bazą Danych (SZBD) (DBMS) Oprogramowanie organizujące współpracę użytkowników z bazami danych. Komunikacja z użytkownikiem za pomocą języka baz danych. Rozróżniamy dwa podjęzyki baz danych: 1. Język opisu danych (DDL) 2. Język operowania danymi (DML)
Architektura systemu DBMS Modyfikacja Schematu Zapytanie Aktualizacje Wejście do systemu Procesor zapytań Moduł zarządzania transakcjami Moduł zarządzania pamięcią Dane Meta dane
Architektura systemu DBMS Zbiornik na dane i meta dane Meta dane struktury danych, typy, indeksy z bazy danych. Index jest strukturą danych, która pomaga w szybkim odnajdywaniu włściwych danych.
Architektura systemu DBMS Moduł zarządzania pamięcią Wybieranie właściwych danych z pamięci i wrazie potrzeby dostosowanie ich do wymagań modulow z wyższych poziomów systemu. SKŁADOWE 1. Moduł zarządzania plikami. 2. Moduł zarządzania buforami. Procesor zapytań Zadaniem jego jest przekształcanie zapytań wydanych w języku wysokiego poziomu (takich jak SQL) w ciąg poleceń żądajacych dostarczenia określonych danych. Do jego zadań należy także układanie zapytań tak aby ich czas wykonania był możliwie najkrótszy. Plan kosztów zapytań
Architektura systemu DBMS Moduł zarządzania transakcjami Odpowiada za spójność systemu. Musi gwaranotować, że kilka jednocześnie przetwarzanych zapytań nie będzie sobie wzajemnie przeszkadzać. Musi gwarantować, że żadne dane nie zostaną utracone nawet w przypadku awarii. Właściwości Niepodzielność (atomicity) Żądamy, aby albo cała transakcja byla przeprowadzona albo wcale. Spójność (consistency) Baza musi spełniać warunki spójności. Izolacja (isolation) Gdy dwie transakcje są przetwarzane jednocześnie ich działania nie mogą na siebie wpływać. Trwałość (durability) Jeśli transakcje się zakończy to jej wynik nie może zostać utracony z powodu awarii systemu. System zarządzania transakcjami dokumentuje wykonanie transakcji zapisem w pliku tzw Logiem
Wejście do systemu Architektura systemu DBMS Zapytanie Są to pytania o dane 1. Poprzez interfejs zapytań bezpośrednich. 2. Poprzez interfejsy programow użytkowych. Aktualizacje Są to operacje zmiany danych. Modyfikacje schematu Polecenia wydaje DBA. Uprawnione do zmiany schematu bazy danych i tworzenia nowych baz danych.
System Zarządzania Bazą Danych (SZBD) (DBMS) Architektura klient-server Klient program użykownika TCP/IP Server DBMS Współbieżność dostępu do baz danych. Wielodostęp do pojedynczej informacji