Bazy Danych

Wykład – 30 godz.
Laboratorium – 30 godz.

Zaliczenie:

wykład - egzamin

laboratorium - zaliczenie z oceną

dr inż. Izabela Rojek-Mikołajczak

[e-mail]

,

Instytut Mechaniki Środowiska i Informatyki Stosowanej,

Akademia Bydgoska,

Pl. Weyssenhoffa 11, 85-072 Bydgoszcz, tel. [phone], pok.

6

2

Zakres minimalnych wymagań:

Poznanie teoretycznych i praktycznych problemów
związanych z projektowaniem i zastosowaniem
systemów baz danych oraz samodzielne projektowanie
aplikacji baz danych

Metody oceny:

Laboratorium – wykonanie aplikacji baz danych,
kartkówka

Wykład

– egzamin

3

Literatura



I. Rojek-Mikołajczak, Bazy danych – kurs podstawowy dla

inżynierów informatyków, skrypt, Wydawnictwo Akademii

Bydgoskiej, Bydgoszcz, 2004



C.J. Date, Wprowadzenie do systemów baz danych, WNT, 2000



D. J. Ullman, Podstawowy wykład z systemów baz danych, WNT,

2001



P. Beynon-Davies, Systemy baz danych, WNT, 2001



J. Gnybek, Oracle – łatwiejszy niż przypuszczasz, Helion, 2000



K. Loney, M. Theriault, Oracle8i. Podręcznik administratora baz

danych, Helion, 2002



B. Pribyl, S. Feuerstein, Oracle PL/SQL. Wprowadzenie, Helion,

2002



M. Szeliga, ABC języka SQL, Helion, 2002



S. Roman, Access. Baza danych. Projektowanie i programowanie,

Helion, 2001



S. Forte, T. Howe, K. Wall, P. Kimmel, R. Mulle, Access 2002.

Projektowanie baz da-nych. Księga eksperta, Helion, 2002

4

Zagadnienia



Wprowadzenie do teorii baz danych



Motywacja do rozwoju baz danych, definicje baz danych, podstawowe cechy baz
danych, języki baz danych, systemy baz danych, koncepcja i architektura
systemów baz danych, cykl życia systemu baz danych, klasyfikacja systemów
baz danych



Wielodostęp do baz danych, wprowadzanie danych, aktualność danych,
zgodność z rzeczywistością, trwałość danych, ochrona i bezpieczeństwo
danych, wartość informacji zawartej w bazie danych



Zasady modelowania i projektowania baz danych: podstawowe pojęcia,
narzędzia CASE, etapy projektowania: zdefiniowanie problemu, budowa
modelu, specyfikacja projektu, wykonanie dokumentacji, uruchomienie systemu



Modele danych; modelowanie konceptualne: modele ER, EER, obiekty, związki,
atrybuty; modelowanie implementacyjne: relacyjny model danych, relacyjne
struktury danych, operatory algebry relacji, rachunek relacji, więzy
integralności, zależności funkcyjne, normalizacja schematów logicznych baz
danych; transformacja modelu konceptualnego (EER) na model
implementacyjny (relacyjny)

5

Zagadnienia



Język SQL, język PL/SQL



Instrukcje, operatory, definiowanie zapytań, łączenie

SQL z innymi językami np. C, C++, Pascal, Delhi



Narzędzia do budowy baz danych - MS Access XP



Baza danych: tabele, zapytania, dostęp do danych,

interfejs użytkownika: formularze, raporty,

makroinstrukcje, usuwanie błędów w aplikacjach



Optymalizacja aplikacji, Access i architektura klient-

serwer, interfejs Access do Oracle, zagadnienia

wielodostępu, serwer plików, blokowanie,

bezpieczeństwo, Access a serwer WWW

6

Zagadnienia



Narzędzia do budowy baz danych – Oracle 8i



Architektura bazy danych Oracle 8i, wewnętrzna i zewnętrzna struktura
bazy danych, podstawowa konfiguracja bazy danych, logiczny (OFA –
optymalna elastyczna architektura) i fizyczny układ bazy danych (układ
plików, obciążenie operacjami wejścia/wyjścia, odtwarzalność a wydajność,
konfiguracja sprzętowa oraz mirroring)



Zarządzanie bazą danych, zarządzanie procesem tworzenia aplikacji:
proces zarządzania (definiowanie środowiska, definiowanie ról, zadania),
technologia (narzędzia typu CASE), zarządzanie pakietami, zarządzanie
środowiskiem



Monitorowanie wielu baz danych, strojenie bazy danych: strojenie projektu
aplikacji, wykorzystania pamięci , zabezpieczenie i obserwacja bazy
danych: możliwości zabezpieczenia, wdrażanie zabezpieczeń, szyfrowanie
haseł, procedury wykonywania kopii zapasowych i odtwarzanie danych



Oracle w sieci, SQL*Net i Net8: ogólne wiadomości, stosowane narzędzia,
przykłady zastosowań



Kierunki rozwoju baz danych i przykłady zastosowań,
baza danych jako element systemu informatycznego

7

Zakres laboratorium



Tworzenie bazy danych w Oracle



Połączenie bazy danych w Oracle i
aplikacji w MS Access



Utworzenie aplikacji w MS Access

Bazy danych

Wstęp do teorii baz danych

9

Wprowadzenie

10

Motywacja do rozwoju baz
danych

• Posiadanie dużej ilości danych
• Trudności w przechowywaniu i
udostępnianiu danych

• Konieczność szybkiego dostępu do
informacji

Potrzeba:

Przechowywanie i przetwarzanie informacji
o obiektach występujących w
rzeczywistości

11

Przykład

• Firma sprzedająca pewne produkty
• Pracownicy spędzają dużo czasu na wypełnianiu
dokumentów
w formie papierowej
• Kierownictwo chce usprawnić działanie firmy
• Istnieje zapotrzebowanie na informacje
analityczne:
— Które produkty sprzedają się najlepiej?

— Którzy klienci przynoszą największe zyski?

— Jaka jest dynamika sprzedaży?
• Obecnie wykonanie takich analiz jest
czasochłonne i żmudne
• Aktualne wyniki analiz pozwolą podejmować
decyzje prowadzące do wzrostu zysków firmy

Narzędzie do realizacji zasygnalizowanych
potrzeb:
System informatyczny zastępujący
dotychczasowe prace:
baza danych klientów, sprzedaży, magazynu,
podsumowania

12

Co to jest baza danych

• Struktura do przechowywania informacji
• Związek informacji z rzeczywistością
• Określony format umożliwiający szybki dostęp
do danych

Przykład

Zbiór informacji o książkach w bibliotece:

- jednolity format kart opisujących książki
- porządek alfabetyczny wg nazwisk autorów

Przykład złej organizacji informacji

Kartki ze swobodnym opisem, odręcznym:

- brak jednolitego formatu
- utrudnienie dostępu do informacji
- różnorodność informacji

13

Wnioski

Wprowadzenie określonej struktury
(formatu) pozwala na:

• uporządkowanie informacji
• szybsze i łatwiejsze operowanie informacją

Postulat

należy skonstruować strukturę pozwalającą:

• przechowywać różne dane
• opracować jednolite reguły przetwarzania

takich danych

14

Dane a informacje

Dana

oznacza

absolutne fakty

zapamiętane w bazie danych np. dane o

osobach, miejscach, wydarzeniach, koncepcjach.

Np. 20.

Informacja

jest

przetworzoną daną

w takiej formie, która może być użyta do

podjęcia decyzji. Jest ona ujęta w kontekście.

Np. Robert ma 20 lat.

Informacja wywodzi się z pamiętanej danej przez przestawienie, selekcję,

łączenie, sumowanie lub przekształcanie innych operacji na danych.

Np.

Jeśli my prosto wydrukujemy pamiętane jednostki w bazie danych mamy
dane (rysunek tabelki). Jeśli my wydrukujemy sformatowany raport
pokazujący dane w postaci pomagającej w podjęciu decyzji mamy
informacje.

W praktyce większość ludzi używa tych terminów (dana, informacja)

zamiennie.

15

Definicje bazy danych

Baza danych jest abstrakcyjnym, informatycznym odzwierciedleniem

wybranego fragmentu rzeczywistości, nazywanego miniświatem.

Zmiany w tym mini świecie są odzwierciedlane w bazach danych.
Fragment rzeczywistości może odzwierciedlać rzeczywistość fizyczną
i konceptualną.

Rzeczywistość fizyczna

- to ta, którą postrzegamy na co dzień.

Przykładem takiej rzeczywistości jest Akademia Bydgoska w której
dostrzegamy, z jednej strony, pracowników, studentów, natomiast z
drugiej sale dydaktyczne, publikacje naukowe, indeksy itp.

Rzeczywistość konceptualna

- to ta, która istnieje zwykle w wyobraźni

osób, które chcą ją dla określonych celów odzwierciedlić w bazie
danych.
Przykładem rzeczywistości konceptualnej jest projekt nowej wersji
obrabiarki, której wizja istnieje jedynie w sferze dyskusji i wyobraźni
zespołu projektantów.

16

Definicje bazy danych cd.

Baza danych jest to

uporządkowany zbiór danych

, które:

-

są ze sobą wzajemnie powiązane,

-

pamiętane są bez zbędnej redundancji (nadmiarowości),

-

znajdują się pod wspólną kontrolą, zapewniającą ich
niesprzeczność (integralność) oraz bezpieczeństwo.

Baza danych

odnosi się do pewnego fragmentu

rzeczywistości

(np. przedsiębiorstwo, biblioteka, wydział)

oraz

posiada określony krąg użytkowników.

17

Definicje bazy danych cd.

Baza danych

składa się

z plików (zbiorów, kartotek):

Plik (tabela) –

zestaw danych odnoszących się do jednej klasy

obiektów lub do powiązań między klasami obiektów; plik
składa się z rekordów,

Rekord –

zestaw danych opisujących jeden konkretny obiekt lub

konkretne powiązanie między obiektami; rekord składa się z
pól,

Pole –

najmniejsza jednostka danych w bazie danych, posiada

wartość i nazwę.

18

System zarządzania bazą danych
(SZBD)

SZBD

jest to

zbiór programów

umożliwiających

tworzenie i

eksploatację bazy danych

. SZBD jest oprogramowaniem

ułatwiającym procesy definiowania, konstruowania i
przekazywania baz danych dla różnych aplikacji.

Definiowanie baz danych

polega na specyfikacji typów danych

przechowywanych w tej bazie.

Konstruowanie baz danych

polega na zapamiętaniu danych na

nośniku kontrolowanym przez SZBD.

Przekazywanie baz danych

polega na generowaniu zapytań do baz

danych w celu wyszukania potrzebnych danych, uaktualnianiu
danych zgodnie ze zmianami zachodzącymi w mini świecie i
generowaniu raportów o przechowywanych danych.

19

Systemy baz danych

Korzyści z zastosowania systemu
bazy danych

• ukrycie fizycznych

aspektów
przechowywania danych
• standardowy język
manipulacji danymi (SQL)
• umożliwienie

projektowania na
poziomie pojęć

odpowiadających
obiektom występującym w
rzeczywistości

System bazy
danych

Implementacja
pojęć
i związków

Interfejs
użytkownika

SQL

20

Producenci systemów baz
danych

Oracle
IBM (DB2)
Microsoft (SQL Server)
Informix
Sybase
Interbase

Microsoft Access – oprogramowanie
umożliwiające realizację prostych
jednostanowiskowych baz danych. Zawiera
pakiet do graficznego projektowania i
realizacji aplikacji

21

System baz danych

System baz danych

System bazy danych

składa się z

bazy danych

i

systemu

zarządzania bazą danych

.

22

Cechy bazy danych

1. Niezależność aplikacji i danych

Cecha ta ma dwa aspekty. Po pierwsze, dane mogą być wprowadzane

do baz danych bez konieczności modyfikacji korzystających z nich
aplikacji. Po drugie aplikacje mogą być modyfikowane np. w celu
ich ulepszenia, niezależnie od stanu bazy danych.

2. Abstrakcyjna reprezentacja danych

Przygotowanie aplikacji bazy danych jest realizowana przy użyciu tzw.

dedykowanych języków programowania. Twórcę aplikacji nie
interesuje kolejność danych w bazie danych, ani też sposób ich
reprezentacji i wyszukiwania. Pracuje jedynie w kategoriach „co
robić” a nie „jak robić”.

23

Cechy bazy danych

3. Różnorodność sposobów widzenia

danych

Te same dane mogą być „widziane” w

różny sposób przez różnych
użytkowników.

m o d e l ś w i a t a

r z e c z y w i s t e g o

z a s ó b s y s t e m u

i n f o r m a t y c z n e g o

z b i ó r s t r u k t u r

d a n y c h

e l e m e n t s k ł a d o w y

s y s t e m u

i n f o r m a t y c z n e g o

u n i v e r s u m

i n t e r p r e t a c j i

j ę z y k a d a n y c h



Model świata rzeczywistego



Zasób systemu informatycznego

(baza danych traktowana jest jako nieprzywłaszczalny zasób

SI, o którego przydział współzawodniczą procesy współbieżne)



Element składowy SI

( w tym przypadku szczególnie interesujące jest ustalenie związku między

systemem zarządzania bazą danych a systemem operacyjnym komputera oraz analiza środków
sprzętowych i programowych służących do przechowywania danych, ich transmisji i komunikacji z
człowiekiem)



Uniwersum (dziedzina) interpretacji języka bazy danych

( baza danych traktowana jest jako

zbiór wartości wyrażeń języka danych. Dane w bazie danych pojawiają się wtedy, gdy zostaje
sformułowane wyrażenie języka danych, gdyż z takim wyrażeniem związany jest określony zbiór
operacji na bazie danych: tworzenie danych, ich strukturyzowanie, usuwanie, zmiana lub
odczytywanie



Zbiór struktur danych

(zbiór struktur danych, składających się na schemat bazy danych, jej stan,

ścieżki dostępu. Struktury te przetwarzane są przez różne algorytmy: przeszukiwania, sortowania,
modyfikowania, synchronizacji, optymalizacji

24

Cechy bazy danych

4. 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 bazach danych.

Logiczna niezależność danych

ma dwa aspekty.

Po pierwsze, wprowadzanie nowych danych do baz danych nie
dezaktualizuje starych danych.

Po drugie dane, które nie są wzajemnie powiązane tzw.
związkami integralnościowymi mogą być usuwane z baz danych
niezależnie od siebie.

25

Modele danych

Fundamentalną cechą systemów baz danych jest zapewnienie

wyższego poziomu abstrakcji widzenia danych przez użytkowników,
przesłaniając szczegóły dotyczące fizycznej organizacji danych.

Uzyskuje się to dzięki oferowanym przez bazy danych

modelom

danych

.

Przez model danych rozumiemy zbiór koncepcji stosowanych do

opisu struktury bazy danych.

Struktura ta obejmuje:
- typy danych, związki pomiędzy danymi i więzy integralnościowe

nałożone na dane,

- zbiór operacji służących do definiowania, wyszukiwania i uaktualniania

baz danych

26

Kategorie modeli danych



konceptualne modele danych

, zwane też modelami

koncepcyjnymi lub semantycznymi. Są to

modele

najbardziej zbliżone poziomem abstrakcji do wymagań
projektantów baz danych

, stosowane w pierwszych

etapach projektów w celu weryfikacji wyróżnionych w
mini świecie obiektów i związków między nimi.



implementacyjne modele danych

, stosowane

do

transformacji wcześniej przygotowanego modelu
konceptualnego do konkretnego modelu danych baz
danych

, a więc do postaci, która jest zgodna z

wymaganiami określonego SZBD. Wśród modeli
implementacyjnych wyróżniamy modele: hierarchiczny,
sieciowy, relacyjny, obiektowy i dedukcyjny.

27

Kategorie modeli danych



fizyczne modele danych

określające

sposoby

organizacji danych w pamięci zewnętrznej
komputera

. Modele te można rozpatrywać w

sposób bardziej lub mniej szczegółowy.
Przy najwyższym stopniu szczegółowości
rozważa się poszczególne bity
przechowywane w pamięci, ich znaczenie i
adres. Natomiast na niższym stopniu
szczegółowości operuje się pojęciami takimi
jak rekord i plik.

28

Projektowanie schematu bazy
danych

1.

Poziom wewnętrzny

(ma schemat wewnętrzny)

opisuje

fizyczną strukturę baz danych

używa fizycznego

modelu danych i opisuje wszystkie szczegóły o
pamiętanych danych oraz ścieżki dostępu do baz
danych.

2.

Poziom konceptualny

zawiera schemat konceptualny,

który opisuje strukturę całej bazy danych w celu
komunikacji z użytkownikiem

. Schemat konceptualny

ukrywa szczegóły pamięci fizycznej i koncentruje się
na opisie obiektów, typów danych, relacji (związków),
operacji użytkownika i ograniczeń. Na tym poziomie
może być użyty model danych wyższego poziomu lub
model implementacyjny danych.

29

Projektowanie schematu bazy
danych

3.

Poziom zewnętrzny

lub poziom widoku obrazu

zawiera schematy zewnętrzne lub obrazy
użytkowników

. Każdy schemat zewnętrzny

opisuje część bazy danych konkretnej grupy
użytkowników zainteresowanej tą częścią i
ukrywa resztę bazy danych innych grup
użytkowników.
Na tym poziomie może być użyty model
danych wysokiego poziomu lub model
implementacyjny danych.

30

Trójpoziomowa architektura systemu
baz danych

31

Języki baz danych

Użytkownik (projektant) bazy danych ma do dyspozycji zwykle cztery

różne języki.



Język definiowania danych (DDL- Data Definition Language),
który umożliwia definiowanie struktury danych przechowywanych
w bazie danych a więc tworzenie schematu implementacyjnego).



Język manipulowania danymi (DML - Data Manipulation
Language), który umożliwi wypełnienie bazy nowymi danymi, ich
aktualizację i usuwanie;



Język sterowania danymi (DCL - Data Control Language), który
umożliwia użytkownikowi bazy danych sterowanie jego
transakcjami, np. ich wycofanie i zatwierdzanie;



Język zapytań (Query Language), który umożliwia pobieranie z
bazy danych informacji zgodnie z wyspecyfikowanymi warunkami;

32

Klasyfikacja systemów baz danych ze
względu na:

1. Model danych, który jest głównym kryterium używanym do

klasyfikacji systemów baz danych

• Model sieciowy 1961 Bachman
• Model hierarchiczny 1965 - 1970
• Model relacyjny 1970 Codd
• Model obiektowy 1985
• Model dedukcyjny ’90

Na te modele nakładane są nowe możliwości baz danych.

Wyróżniamy przestrzenne (spatial) bazy danych, temporalne
bazy danych, multimedialne i hipermedialne bazy danych - ’90.

33

Klasyfikacja systemów baz danych ze
względu na:

2. Liczbę użytkowników

 Systemy jednoużytkowe obsługują w danej chwili jednego

użytkownika. Najczęściej występują na PC.

 Systemy wieloużytkowe, występujące w większości baz danych,

obsługują jednocześnie wielu użytkowników.

34

Klasyfikacja systemów baz danych ze
względu na:

35

Klasyfikacja systemów baz danych ze
względu na:

4. Koszt DBMSs.

5. Baza danych może być ogólnego przeznaczenia lub specjalnego.

Kiedy wyniki są podstawowym czynnikiem , specjalne
przeznaczenie (cel) DBMS może być zaprojektowane i utworzone
dla specjalnej aplikacji. Np. wiele systemów lotniczej rezerwacji
jest DBMSs specjalnego przeznaczenia.

36

Koniec wykładu