Bazy danych

1. Bazy danych

2. Baza danych • pojęcie sięgające wieków • informacja – pewien zasób • ludzie od zawsze próbują gromadzić informację i wnioskować na jej podstawie • komputery – tylko ułatwiają przetwarzanie informacji

3. Informacja ma wartość gdy jest: • dokładna (nie za dużo, ani nie za mało) • dostępna gdy mamy „zły” sposób poszukiwania informacji możemy nie być w stanie jej odszukać • może nam zabraknąć życia! • komputer tu nic nie pomoże

4. Baza danych • metoda strukturalizacji zarządzania informacją • dotyczy fragmentu rzeczywistości i stanowi kolekcję danych • część systemu informacyjnego • aplikacja bazy danych (oprogramowanie) • system informatyczny (sprzęt)

5. Przykładowa baza danych dla diagnostyki

6. Funkcjonalna struktura bazy danych

7. Elementy bazy danych dla diagnostyki

8. Bazy danych często służą do wspomagania procesów zarządzania

9. System zarządzania bazami danych (SZBD) (ang. Data Base Management System, DBMS) SZBD to oprogramowanie służące do zarządzania komputerowymi bazami danych. Systemy baz danych mogą być sieciowymi serwerami baz danych lub udostępniać bazę danych lokalnie Większość obecnie spotykanych systemów działa w trybie klient-serwer, gdzie baza danych jest udostępniana klientom przez SZBD będący serwerem. Serwer baz danych może udostępniać dane klientom bezpośrednio lub przez inny serwer pośredniczący (np. serwer WWW lub aplikacji).

10. Podstawowe pojęcia ze słownika baz danych … • Co to jest baza danych ? • Rekordy, pola, klucze • Co to jest język SQL ? • Rodzaje baz danych: • plikowe, • relacyjne, • obiektowe • obiektowo-relacyjne • sieciowe

11. Cechy bazy danych • trwałość (aplikacja powinna działać przez długi okres czasu – dane są przechowywane „latami”) • zgodność z rzeczywistością zmiana rzeczywistości musi być uwzględniona w bazie danych

12. Tytuł: Tytuł: Tytuł: Potop Pan Tadeusz Quo Vadis Autor: Autor: Autor: H.Sienkiewicz H.Sienkiewicz A.Mickiewicz ISBN: ISBN: ISBN: ....... ....... ....... POLE REKORD Przykład danych do bazy BIBLIOTEKA

13. Atrybuty Ujęcie projektowe Dane przechowywane w tabeli: Rekordy Klucz Pole

14. Przykładowa struktura rzeczywistego rekordu medycznej bazy danych

15. W bazie danych, musimy • kontrolować redundancję (powtarzanie się danych) • jeden fakt powinien być reprezentowany na jeden sposób • problem dostępności i dokładności poszukiwanych danych (czas dostępu oraz nadmiar danych)

16. Posługiwanie się bazą danych • wyszukiwanie danych • modyfikacja (aktualizacja) danych • dopisywanie danych • usuwanie danych

17. Problem jednej tabeli

18. Najbardziej popularne są relacyjne bazy danych

19. Relacyjny model danych • twórca E.F.Codd (1970) • terminologia matematyczna – baza danych to zbiór relacji • relacja jest reprezentowana przez tablicę (kolumny i wiersze) • np. dla zadanej kolumny mamy w wierszu odpowiednią wartość

20. Model relacyjny -rys historyczny 1970 Najbardziej znany, najczęściej cytowany artykuł E.F.Codd’a z IBM proponujący oparcie się na teorii relacji jako podstawie ideologicznej i teoretycznej architektury, języków i interfejsów systemów zarządzania bazami danych. Koncepcja została określona jako “relacyjny model danych”, RDM. 1971 - 1975 Zażarta walka ideologiczna pomiędzy zwolennikami RDM a zwolennikami koncepcji sieciowych baz danych opartych o propozycję grupy DBTG komitetu CODASYL. Walka toczy się o pieniądze rzędu 100 miliardów $ w skali 20 lat. 1971 - 1985 Intensywny rozwój teorii związanych z RDM. RDM stał się ulubionym konikiem grup teoretycznych na całym świecie (kilka tysięcy publikacji). 1975-1989 Intensywny rozwój technologii opartych o RDM. Kariera wielu systemów zarzadzania relacyjnymi bazami danych, takich jak: DB2, Oracle, Ingres, dBase; następnie Informix, Progress, Sybase, i wiele innych. Szerokie zastosowania na skalę przemysłową, ogromna popularność i pieniądze.

21. Model relacyjny -rys historyczny – cd. 1975 Pierwsze publikacje na temat języka Sequel, poprzednika SQL, autorów z IBM (Chamberlin). 1986 Pierwszy standard języka SQL zaaprobowany przez ANSI. Wykazuje liczne odstępstwa od RDM. 1989, 1992 Następne standardy SQL. 1987 E.F.Codd, sfrustrowany odstępstwami od RDM, publikuje słynne 12 reguł “prawdziwego” systemu relacyjnego. Żaden z istniejących systemów nie jest “prawdziwym” systemem relacyjnym. Ma rację, ale nikt tym się nie przejmuje. “Prawdziwego” systemu relacyjnego chyba już nigdy nie będzie. 1985-2006 Intensywna krytyka wad RDM. Świat naukowy zredukował swoje zainteresowanie RDM praktycznie do zera. Świat komercyjny rozbudowuje systemy bez jakiejkolwiek troski o ideologię RDM.

22. Model relacyjny - podstawowe założenia Baza danych składa się z prostokątnych tablic, każda o określonej liczbie kolumn i dowolnej liczbie wierszy. Takie tablice sa okreslane jako relacje. Wiersz relacji jest nazywany krotką. Elementy krotek są atomowe (niepodzielne) i są bezpośrednio wartościami. Niedozwolone jest tworzenie wskaźników prowadzących do innych krotek. Niedozwolone jest, aby element krotki był zbiorem wartości. Jest to tzw pierwsza forma normalna (1NF). Porządek krotek nie ma znaczenia. Porządek kolumn również nie ma znaczenia. Jakiekolwiek cechy odnoszące się do reprezentacji relacji lub usprawnienia dostępu do relacji są ukryte przed użytkownikiem.

23. Model relacyjny - podstawowe założenia- cd. Relacje i ich kolumny posiadają nazwy. Nazwy kolumn są określane jako atrybuty. Każda relacja posiada wyróżniony atrybut lub grupę atrybutów określną jako klucz. Wartość klucza w unikalny sposób identyfikuje krotkę relacji. Jakakolwiek inna identyfikacja krotki (np. wewnętrzny identyfikator) jest niewidoczna dla użytkownika. Manipulacja relacjami odbywa się w sposób makroskopowy przy pomocy operatorów algebry relacji lub innego tego rodzaju języka. Przetwarzanie “krotka po krotce” jest niedozwolone.

24. Zalety i wady relacyjnych baz danych

25. Ważnym pojęciem w bazie danych jest dziedzina danych Przykład: Nie wystarczy stwierdzenie, że dane mają postać liczb całkowitych. Dziedzina precyzuje to dokładniej.

26. Bazy danych - transakcyjne i analityczne

27. session users user password function session id user time data privilege bases user base grants mask Diagram encji i relacji jako jeden z ważnych składników koncepcji relacyjnej bazy danych

28. Przykładowa struktura fragmentu projektu medycznej bazy danych

29. Proces wprowadzania danych do bazy za pośrednictwem wypełnianych przez użytkownika „formatek ekranowych”.

30. Baza danych na przykładzie Microsoft Access • płaszczyzna projektanta • płaszczyzna użytkownika • wyszukiwanie, modyfikacja, dopisywanie, usuwanie danych – w obu płaszczyznach • na podstawie mechanizmów płaszczyzny projektanta możliwe jest tworzenie płaszczyzny użytkownika (interfejs użytkownika)

31. Wyszukiwanie danych • filtr – doraźnie • kwerenda – trwale

32. Relacyjna Baza Danych Autor Książka Wydawnictwo tytuł nazwa imię ISBN adres nazwisko opis adres rok wyd ... ...

33. Relacyjna Baza Danych Książka Autor

34. Dane osobowe imię Hobby nazwisko nazwa ...... opis ..... Przedmiot nazwa Oceny opis ocena opis Uczeń

35. Rzeczywiste relacyjne bazy danych bywają dosyć rozbudowane

36. W bazie danych może być wyróżniona warstwa aplikacji i warstwa prezentacji

37. Najważniejsze narzędzie baz danych: SQLStructured Query Language, czyli strukturalny język zapytań SQL jest wszechstronnym językiem baz danych. Obejmuje polecenia związane z definiowaniem danych, tworzeniem zapytań oraz aktualizacją danych. Pełni jednocześnie rolę języka DDL i języka DML. Standard SQL umożliwia definiowanie perspektyw dla baz danych, określanie zabezpieczeń i metod uwierzytelniania, definiowanie więzów integralności oraz sterowanie wykonywaniem transakcji.

38. SQL: podstawowy format zdania select • select [all | distinct] expression {, expression} • from table_name [corr_name] {.table_name [corr_name] } • [where search_condition1] • [group by column {, column}] • [having search_condition2] Zapytania SQL moga być bardzo złożone. Semantyka jest dość często niejasna (“SQL puzzles”). • Oprócz zdania select SQL wprowadza: • zdania definicji danych • zdania manipulacji danymi (update, insert, delete ) • Mimo to, SQL nie jest pełnym językiem programowania, w związku z czym wymaga: • Zanurzenia zdań SQL w uniwersalny język programowania • Zdań pośredniczących, które umożliwiają takie zanurzenie

39. SQL SQL: proste zdania select Zakładamy tablice: PRACOWNIK( NR, NAZWISKO, ZAROBEK, NRDZ) DZIAŁ( NRDZ, NAZWA, LOKALIZACJA ) Podaj nazwiska pracowników zarabiających mniej niż 1000: select NAZWISKO from PRACOWNIK where ZAROBEK > 1000 Podaj nazwiska i nazwy działów pracowników pracujących w Radomiu: select P.NAZWISKO, D.NAZWA from PRACOWNIK P, DZIAŁ D where P.NRDZ = D.NRDZ and D.LOKALIZACJA = ‘Radom’ Semantyka Zaczynamy od from: Specyfikujemy tablice do przeszukania oraz ew. ich lokalne synonimy (ściślej: zmienne krotkowe). Tworzymy iloczyn kartezjański tablic. Następnie where: Usuwamy z tablicy lub iloczyny kartezjańskiego takie krotki, które nie spełniają warunku. Na końcu select: Bierzemy z każdej wynikowej krotki to, co jest potrzebne. Na bazie tego prostego pomysłu utworzono gigantyczną odwróconą piramidę (setki stron specyfikacji)

40. Przykład interfejsu użytkownika w klinicznej bazie danych „Neonatologia”

41. Co to jest niezgodność pomiędzy modelem pojęciowym i modelem implementacyjnym? Celem twórcy bazy danych jest uzyskanie jak najmniejszej luki pomiędzy myśleniem o rzeczywistości a myśleniem o danych i procesach, które zachodzą na danych. Mentalna percepcja świata rzeczywistego Model pojęciowy Schemat relacyjnej struktury danych W modelu relacyjnym model pojęciowy jest budowany w oparciu o model encja-związek. Model encja-związek stara się odwzorować świat rzeczywisty, lecz nie może być bezpośrednio zaimplementowany, gdyż relacyjna baza danych na to nie pozwala. W rezultacie: - schemat struktury danych gubi znaczną część semantyki danych, - użytkownik musi kojarzyć dane explicite w zdaniach SQL, co zwiększa ich złożoność i powoduje wzrost czasów wykonania.

42. Niezgodność modelu pojęciowego i relacyjnego(1) Mama Zatrudnia Osoba Nazwisko Adres * RokUrodz Departament NrD NazwaD Lokacja * Pracownik NrPrac Zawód * Wypłaty * Dziecko Pracuje_w Dziecko Szef Tata Ile schematów relacyjnych potrzeba, aby zaimplementować tę strukturę? Czytelna pojęciowa struktura zamieniła się na 11 nieczytelnych schematów relacji Pojawiły się nowe atrybuty - klucze Semantyka wyrażona poprzez liczności została częściowo zgubiona Semantyka dziedziczenia została zgubiona Odtworzenie semantyki - użytkownik musi zrobić explicite poprzez zapytania SQL Departament( NrD, NazwaD ) Lokacja( NrLokacji, NazwaLok, NrD ) Szef( NrD, NrPrac) Pracownik( NrPrac, NrOsoby) PracDept( NrPrac, NrD) Zawód( IdZawodu, NazwaZawodu, NrPrac ) Wypłata ( IdWypłaty,Wysokość, NrPrac ) Osoba( NrOsoby, Nazwisko, RokUrodz ) Adres( NrAdresu, Miejsce, NrOsoby ) Mama( NrOsoby, NrOsoby ) Tata( NrOsoby, NrOsoby )

43. Osoba Nazwisko Imię * Adres * Zatrudnienie Wypłata * Ocena * Firma Nazwa Miejsce * Niezgodność modelu pojęciowego i relacyjnego(2) Pracownik Zawód * FZ PZ Firma( NrF, Nazwa) Lokal( NrF, Miejsce) Zatrudnienie( NrF, NrP) Pracownik( NrP, NrOs) Oceny( NrOceny, Ocena, NrF, NrP) Osoba( NrOs, Nazwisko) Dochód( NrDochodu, Wypłata, NrF, NrP) Wyszkolenie( Zawód, NrP) Imiona( NrOs, Imię) Adresy( NrOs, Adres)

44. Garby modelu relacyjnego Z góry ustalony konstruktor typu danych (relacja), rozszerzany ad hoc przez wytwórców systemów relacyjnych. Brak złożonych obiektów. Informacje o pojęciach wyróżnialnych i manipulowalnych w rzeczywistości są rozproszone w krotkach wielu tablic. Skojarzenie tych informacji następuje w zapytaniach SQL, przez co wzrasta ich złożoność oraz czas wykonania (optymalizacja zapytań tylko częściowo to rozwiązuje). Brak wyspecjalizowanych środków do realizacji powiązań pomiędzy danymi. Brak środków do przechowywania danych proceduralnych. Wszelkie informacje wykraczające poza strukturę relacyjną (perspektywy, procedury bazy danych, BLOBy, aktywne reguły,...) są implementowane ad hoc. Brak środków hermetyzacji i modularyzacji: wykroczenie przeciwko zasadom abstrakcji i oddzielenia implementacji od specyfikacji. Brak uniwersalności środków dostępu do danych, powodujący konieczność zanurzenia ich w uniwersalne języki programowania, znacznie niższego poziomu; niezgodność impedancji (impedance mismatch). Niespełnione obietnice przetwarzania makroskopowego (wiele-w-tym-samym-czasie); powrót do niewygodnej techniki jeden-w-tym-samym-czasie. Niespójne mechanizmy wartości zerowych, brak wariantów, brak porządku w relacjach.

45. Obiektowe bazy danych Teza: bazy danych zawsze były obiektowe, chociaż nie realizowały wszystkich pojęć obiektowości, takich jak klasy, metody i dziedziczenie. Podstawowy wyróżnik: trwałe obiekty + identyfikatory obiektów Zmniejszenie dystansu pomiędzy fazami analizy, projektowania i implementacji Zwiększenie poziomu abstrakcji w myśleniu programistów i użytkowników Uwzględnienie informacji proceduralnej (metody) Stworzenie nowego potencjału dla ponownego użycia Docelowa tendencja - ortogonalna trwałość: Programista podczas programowania nie musi nic wiedzieć o bazie danych, operując na jej obiektach tak jak na obiektach/zmiennych programu. Baza danych powinna być niewidoczna (przezroczysta).

46. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Biblioteki procedur i funkcji Procedury bazy danych, perspektywy, reguły Co zdarzyło się w systemach po przejściu na technologie obiektowe? Część informacji semantycznej, która tradycyjnie tkwiła w bibliotekach, typach, aplikacjach, modułach została umieszczona i usystematyzowana w ramach klas. Relacyjna struktura aplikacji Obiektowa struktura aplikacji Pasywne dane (relacje) Powiązane obiekty Klasy i typy ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Typy Biblioteki procedur i funkcji Moduły aplikacyjne Moduły aplikacyjne Procedury bazy danych, perspektywy, reguły Słowniki, katalogi Słowniki, katalogi

47. Dodatkowe zalety baz obiektowych Klasyczne funkcje SZBD: • Zarządzanie pamięcią zewnętrzną • Zarządzanie schematem • Sterowanie współbieżnością • Zarządzanie transakcjami • Odtwarzalność • Przetwarzanie zapytań • Kontrola dostępu Do tych funkcji dołożone są: • Złożone obiekty • Typy definiowane przez użytkownika • Tożsamość obiektów • Powiązania pomiędzy obiektami • Hermetyzacja, interfejsy do obiektów • Typy i/lub klasy oraz hierarchia dziedziczenia • Przełanianie/przeciążanie/późne wiązanie • Kompletność obliczeniowa (pragmatyczna)

48. Manifest obiektowych baz danych M.Atkinson, F.Bancilhon, D.DeWitt, K.Dittrich, D.Maier, S. Zdonik Cechy obowiązkowe • złożone obiekty • przesłanianie z dynamicznym wiązaniem • tożsamość obiektów • rozszerzalność • hermetyzacja • kompletność obliczeniowa • dziedziczenie • zarządzanie pamięcią pomocniczą • typy lub klasy • współbieżność, odtwarzanie • trwałość • udogodnienia dla zapytań ad hoc wielokrotne dziedziczenie, kontrola typów, rozproszenie, transakcje projektowe, wersje Cechy opcyjne paradygmat programowania, metody reprezentacji obiektów, system typów, jednolitość (kompatybilność) Cechy otwarte

49. Mimo licznych zalet obiektowe bazy danych są ciągle w fazie embrionalnej

50. Jak budujemy bazę danych? • w sposób przyrostowy - dla każdego elementu osobna baza, potem próba łączenia • wada – brak globalnej wizji (redundancja, niespójność) • od razu jako zintegrowany system