Projektowanie baz danych - Tadeusz Jeleniewski - str.85.pdf - bazy danych - kuba85krk

USM - Tadeusz Jeleniewski – Projektowanie baz danych / W 1

1 z 13

Wykład 1

• Litaratura

• Wprowadzenie

• Podstawowe pojęcia

• Proces projektowania systemów baz danych

• Konstrukcja modelu konceptualnego bazy danych

• Relacyjny model n-członowy

• Zależność funkcyjna i klucz relacji

• Schematy relacji

Kurs obejmuje podstawy teoretyczne relacyjnych baz danych oraz podstawy,

metody i narzędzia projektowania systemów baz danych ze szczególnym

uwzględnieniem systemów klient/serwer. Ćwiczenia laboratoryjne są

przeznaczone na praktyczne zapoznanie się z narzędziami wspomagającymi

projektowanie i budowę systemów relacyjnych baz danych.

Literatura

Ullman J.D., Widom J. – Podstawowy wykład z systemów baz danych, WN - T, Warszawa,

1999

Date C.J. – Wprowadzenie do systemów baz danych, WN – T, Warszawa, 2000

Pankowski T. - Podstawy baz danych. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1992

Date C.J., Darwen H. – SQL. Omówienie standardu języka, WN – T, Warszawa, 2000

Celko J. – SQL – zaawansowane techniki programowania, wyd. Mikom, Warszawa 1999

Beynon – Davies P. - Systemy baz danych. WN – T, Warszawa 1998

Henderson K. – Bazy danych w architekturze klient/serwer. Wydawnictwo Robomatic,

Wrocław, 1998,

Reisdorph K., Henderson K. – C++ Builder. Wydawnictwo Helion, Gliwice, 1998,

Chałon M. – Systemy baz danych. Wprowadzenie, Oficyna Wydawnicza Politechniki

Wrocławskiej, Wrocław, 2001

aktualizowanie zawartych w niej informacji.

Aktualnie trudno byłoby znaleźć dobrze funkcjonujące przedsiębiorstwo, które nie

korzystało by z systemów baz danych. Dobrze zaprojektowany system bazy danych jest

jedynym sposobem gwarantującym szybkość i elastyczność dostępu do informacji oraz jej

wiarygodność.

W bazie danych są zapisywane informacje o faktach i zdarzeniach dotyczących

pewnego wycinka rzeczywistości, po to, aby możliwe było ich odtworzenie i analiza w

dowolnej chwili. Poprawne i efektywne działanie na bazie danych zależy od właściwej

E:\VARIA\USM-lato-2003\WYKLAD1\WYKLAD_1.DOC

• Wprowadzenie

Pojęcie baza danych pojawia się ostatnio coraz częściej w różnych kontekstach, często

w luźny sposób związanych z informatyką i jej zastosowaniami. Najbardziej ogólna definicja

bazy danych wg C.Delobel’a i M.Adib’y brzmi:

„Bazą danych nazywamy zbiór danych o określonej strukturze, zapisany na

zewnętrznym nośniku pamięciowym komputera, mogący zaspokoić potrzeby wielu

użytkowników korzystających z niego w sposób selektywny w dogodnym dla siebie czasie”.

System bazy danych to baza danych wraz ze środkami programowymi umożliwiającymi

współbieżne operowanie na niej - w szczególności współbieżne wyszukiwanie i

USM - Tadeusz Jeleniewski – Projektowanie baz danych / W 1

2 z 13

interpretacji zawartych w niej informacji. Wymaga to wiernego i pełnego opisu semantyki

modelowanego wycinka świata rzeczywistego. W systemach baz danych narzędziem opisu

semantyki odwzorowywanego fragmentu świata rzeczywistego jest model danych. Terminem

tym określa się zbiór abstrakcyjnych pojęć umożliwiających reprezentację określonych

własności tego świata. Zbiór tych pojęć użyty do opisu własności konkretnego fragmentu

świata rzeczywistego, istotnych z punktu widzenia danego zastosowania jest schematem bazy

danych.

Istnieje wiele rożnych modeli danych. Ze względu na poziom abstrakcji można je

podzielić na dwie grupy:

Modele konceptualne - najbardziej zbliżone do sposobu analizy modelowanej

rzeczywistości, jej obiektów i zależności między nimi, wykonywanej przez projektanta bazy

danych. Najczęściej stosowanym modelem konceptualnym jest model związków i encji

(encja, z ang. entity - jednostka, element). W modelu tym podstawowymi pojęciami są encje,

atrybuty i związki.

Modele implementacyjne , które służą do reprezentacji określonych na poziomie

modelowania konceptualnego encji, atrybutów i związków w konkretnym systemie bazy

danych. Najczęściej obecnie stosowanym modelem implementacyjnym w komercyjnych

systemach baz danych (Oracle, Ingres, Sybase, Progress, Isis, Informix, dBase4 i in.) jest

model relacyjny.

Pojawienie się tanich i efektywnych graficznych stacji roboczych spowodowało

wzrost zainteresowania nowymi zastosowaniami systemów baz danych w systemach

komputerowego wspomagania projektowania i zarządzania, komputerowego wspomagania

inżynierii oprogramowania (metoda CASE), systemach informacji biurowej i w systemach

ekspertowych. Zastosowania te wymagają znacznie bardziej skomplikowanych struktur

danych niż relacyjne. Konieczne jest pamiętanie nie tylko informacji w postaci tekstu, ale

obrazów o dużej rozdzielczości, rysunków, dźwięków, efektów animacji, itp. W wyniku

poszukiwań nowych modeli danych pojawiły się na rynku obiektowe bazy danych, lada dzień

ukażą się systemy, w których wykorzystano dedukcyjny model danych.

• Podstawowe pojęcia

Baza danych jest logicznie spójnym zbiorem danych posiadających określone

znaczenie. Spójność logiczna danych w bazie należy rozumieć jako wierność odwzorowania

modelowanego fragmentu rzeczywistości. Przykładowo - baza danych, w której są

ewidencjonowani pracownicy przedsiębiorstwa nie może zawierać informacji o osobach,

które w danym przedsiębiorstwie nie pracują.

Baza danych jest projektowana, budowana i zapełniana danymi dla określonego celu.

Każda baza danych ma określoną grupę użytkowników. Użytkownikami bazy danych mogą

być określone grupy pracowników przedsiębiorstwa, mogą być nimi również procesy (proces

to najogólniej wykonywany aktualnie program). Projektanci bazy stanowią szczególną grupę

jej użytkowników. Definiują oni strukturę bazy oraz opracowują programy umożliwiające

korzystanie z bazy danych (aplikacje bazy danych). Poprawnie zaprojektowana baza danych

jest najpierw wypełniana danymi, a następnie przetwarzana. Wypełnianie bazy danymi i ich

przetwarzanie wymaga istnienia odpowiednich środków sprzętowych i programowych. Grupy

użytkowników wypełniających bazę danymi i przetwarzających te dane mogą być rozłączne.

Coraz częściej projektanci baz danych muszą zapewnić jednoczesny dostęp do bazy więcej

niż jednemu użytkownikowi.

System zarządzania bazą danych (SZBD), często mylnie utożsamiany z bazą

danych to zbiór programów umożliwiających tworzenie i eksploatację bazy danych.

Oprogramowanie SZBD ułatwia definiowanie, konstruowanie, i przetwarzanie bazy.

Definiowanie bazy danych polega na specyfikacji typów danych przechowywanych w niej.

Konstruowanie bazy danych sprowadza się do zapamiętania danych na nośniku

E:\VARIA\USM-lato-2003\WYKLAD1\WYKLAD_1.DOC

USM - Tadeusz Jeleniewski – Projektowanie baz danych / W 1

3 z 13

kontrolowanym przez SZBD. Przetwarzanie bazy danych polega na generowaniu zapytań w

celu wyszukania potrzebnych danych, aktualizacji danych zgodnie ze zmianami

zachodzącymi w odwzorowanym świecie i wydawaniu raportów o danych interesujących

użytkownika.

Podstawowe funkcje jakie musi spełniać SZBD to:

• optymalizacja zapytań - takie przekształcanie zapytań kierowanych do bazy przez

jej użytkowników aby czas oczekiwania na odpowiedź był możliwie najkrótszy,

• zapewnienie integralności danych - uniemożliwienie przejścia bazy do stanu,

który nie istnieje w modelowanej rzeczywistości,

• zarządzanie współbieżnym dostępem wielu użytkowników w taki sposób aby każdy

z nich był niewidoczny („przeźroczysty”) dla innych użytkowników; każdy z

użytkowników musi być przekonany o tym, że jest wyłącznym właścicielem

danych,

• odporność na awarie (niezawodność bazy danych) - możliwość odtworzenia

poprawnego stanu bazy danych sprzed awarii,

• ochrona danych - uniemożliwienie dostępu nieuprawnionych użytkowników do

poufnych danych innych użytkowników.

Na rysunku 1 pokazano (w dużym uproszczeniu) strukturę systemu bazy danych.

Składa się ona z bazy danych oraz z systemu zarządzania bazą danych. Użytkownicy

kontaktują się z systemem za pomocą tzw. transakcji. Transakcja stanowi elementarną

jednostkę pracy, taką, że baza danych jest w stanie spójnym przed i po zakończeniu

transakcji. Jeżeli dana transakcja została wykonana poprawnie, to zmiany, które wprowadziła

do bazy zostaną w niej zapamiętane. Transakcja stanowi ciąg akcji elementarnych. Każdej

akcji elementarnej odpowiada jedno odwołanie do SZBD.

Moduł zarządzania transakcjami umożliwia jednoczesne korzystanie z bazy

danych wielu użytkownikom. Powinien on działać tak, aby każdy z użytkowników miał

wrażenie, że on i tylko on jest wyłącznym właścicielem i użytkownikiem danych. Moduł

zarządzania dostępem do danych umożliwia właściwą interpretację danych

przechowywanych w pamięciach zewnętrznych, wprowadzanie nowych danych oraz

modyfikację i aktualizację istniejących danych.

Dane zawarte w bazie opisują cechy modelowanych obiektów rzeczywistych.

Schemat jest opisem struktury (formatu) przechowywanych danych oraz ich wzajemnych

powiązań. Schemat bazy danych pozwala nam „wyciągnąć” z bazy interesujące nas

informacje.

Cechami charakterystycznymi baz danych są:

Niezależność aplikacji i danych - dane mogą być wprowadzane do bazy bez

konieczności modyfikacji korzystających z nich programów czy systemów użytkowych, a z

drugiej strony aplikacje mogą być modyfikowane niezależnie od stanu baz danych.

Abstrakcyjna reprezentacja danych . Programy i systemy użytkowe (aplikacje) są

tworzone przy użyciu tzw. deklaratywnych języków programowania (w odróżnieniu od

języków imperatywnych). Twórca aplikacji nie musi np. interesować się kolejnością danych

w bazie, ani sposobem ich reprezentacji i wyszukiwania. Precyzuje jedynie warunki selekcji

informacji. Twórca aplikacji decyduje zatem „co zrobić”, a nie „jak zrobić”.

E:\VARIA\USM-lato-2003\WYKLAD1\WYKLAD_1.DOC

USM - Tadeusz Jeleniewski – Projektowanie baz danych / W 1

4 z 13

Użytkownicy

Transakcje

S System

Z bazy

B Moduł zarządzania danych

D transakcjami

Moduł sterowania

dostępem do danych

Schemat Baza

bazy danych danych

Rys.1. Schemat funkcjonalny systemu bazy danych

Różnorodność sposobów widzenia danych . Te same dane zawarte w bazie mogą

być „widziane” w różny sposób przez różnych użytkowników. Efekt ten uzyskuje się przez

stosowanie różnych „filtrów” (perspektyw) nakładanych na te same dane.

Fizyczna i logiczna niezależność danych . Fizyczna niezależność danych polega na

tym, że rozszerzenie systemu komputerowego, na którym pracuje SZBD o nowy sprzęt nie

narusza danych w bazie. Logiczna niezależność danych polega na tym, że - po pierwsze

wprowadzanie nowych danych do bazy nie deaktualizuje starych, po drugie - dane, które nie

są wzajemnie powiązane tzw. związkami integralnościowymi mogą być usuwane z bazy

niezależnie od siebie.

E:\VARIA\USM-lato-2003\WYKLAD1\WYKLAD_1.DOC

USM - Tadeusz Jeleniewski – Projektowanie baz danych / W 1

5 z 13

• Projektowanie systemów baz danych

Na rysunku 2 pokazano schemat procesu projektowania systemu baz danych.

Modelowany fragment rzeczywistości

Kostrukcja modelu

konceptualnego

fragm entu

rzeczywistości

Diagramy EER

Transformacja modelu

konceptualnego

do modelu relacyjnego

Relacje

Normalizacja

modelu relacyjnego

Relacje znormalizowane

W ybór struktur

fizycznych i określenie

ścieżek dostępu

Fizyczne struktury danych

Strojenie systemu

Rys.2. Schemat procesu projektowania systemu baz danych

Pierwszym etapem w cyklu projektowym jest wyróżnienie fragmentu

rzeczywistości, który chcemy odwzorować w bazie danych. W wyniku dokładnej analizy tego

fragmentu otrzymujemy jego model konceptualny reprezentowany przez tzw. diagramy

związków i encji (Diagramy EER).

Podstawowymi elementami tzw. modelu rozszerzonego (ang. EER - Extended

Entity Relationship) są encja, atrybut i związek. Modelowanie w systemie komputerowym

określonego wycinka rzeczywistości wymaga rozpoznania występujących w nim obiektów.

Ogólnie można wyróżnić dwa rodzaje takich obiektów: materialne (człowiek, budynek,

samochód), koncepcyjne (zamówienie, rachunek, stanowisko służbowe). Każdy z takich

obiektów materialnych czy funkcjonalnych w modelu EER stanowi encję. Encje tego samego

typu można grupować w zbiory encji. Każda z encji jest jednoznacznie określona za pomocą

nazwy. Encje pochodzące z różnych zbiorów różnią się nazwami, a przede wszystkim

własnościami. Do modelowania własności służą atrybuty.

Encje niosą ze sobą niepełną informację o modelowanym wycinku rzeczywistości.

Niech np. encje Kazimierz i Anna będą elementami zbioru Pracownicy , a encje kierownik

pracowni i zaopatrzeniowiec - elementami zbioru Stanowiska . Sam fakt przynależności

encji do określonych zbiorów nie opisuje wystarczająco dokładnie sytuacji w modelowanym

przedsiębiorstwie. W systemie należałoby zapisać m.in. informację o stanowiskach jakie

zajmują poszczególni pracownicy. Jeżeli Kazimierz jest zatrudniony na etacie kierownik

pracownik , a Anna - na etacie zaopatrzeniowca , to do umieszczenia tej informacji w bazie

danych należy wprowadzić związek o nazwie pracuje_na_etacie pomiędzy zbiorami encji

Pracownicy a Stanowiska . Związki (relacje) mogą łączyć elementy również tego samego

zbioru. Z formalnego punktu widzenia związek jest relacją R pomiędzy zbiorami encji

E:\VARIA\USM-lato-2003\WYKLAD1\WYKLAD_1.DOC

E n

1 ,...,

Projektowanie baz danych - Tadeusz Jeleniewski - str.85.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: