Baza danych jest modelem pewnej rzeczywistości, tą rzeczywistość realną nazywamy obszarem analizy.

Istotne obiekty analizy:

• bloki przedmiotowe- moduły

• studenci

Istotne obiekty analizy nazywamy klasami lub encjami. Związki, które zachodzą między klasami (encjami) są częścią obszaru analizy. Każda klasa posiada właściwości (atrybuty).

Mówimy, że klasy są zidentyfikowane poprzez pewne informacje przechowywane na temat obiektów tej klasy, np.: student identyfikowany jest poprzez nazwisko, imię, numer albumu.

Baza danych jest zbiorem danych reprezentujących pewien obszar analizy. Jednostka danych (lub potocznie dana) jest symbolem lub zbiorem symboli reprezentujących jakiś fakt, jakąś rzecz. Aby fakt był użyteczny musi zostać zinterpretowany. Zinterpretowane dane nazywa się często informacjami. Informacje mają przypisane znaczenie, np.: liczba 23 może oznaczać wiek, numer albumu; bez interpretacji nie wiemy co ona oznacza. Mówimy, że baza danych jest zbiorem faktów (pozytywnych) o pewnym obszarze analizy. Baza danych, w ściśle określonej chwili, jest w pewnym stanie, czyli jest to zbiór faktów dotyczących bazy, zbiór faktów prawdziwych w danej chwili.

Baza zawiera dwa podstawowe elementy:

- zbiór definicji opisujących strukturę - schemat bazy danych tworzenie schematu - projekt bazy lub projektowaniem bazy

- łączny - całkowity zbiór danych w bazie danych.

Integralność oznacza, że baza jest dokładnym odbiciem swojego obszaru analizy.

Proces integralności powinien zapewnić przejście zmianę bazy danych poprzez stany poprawne.

Integralna baza nie powinna posiadać powtarzających się faktów lub przejść, czyli nie powinna posiadać replikacji

Transakcje są to zdarzenia powodujące zmianę stanu bazy danych.

Integralność jest realizowana poprzez więzy integralności - reguły określające w jaki sposób baza ma pozostać dokładnym odbiciem swojego obszaru analizy.

Więzy dzielimy na:

- więzy statyczne (niezmienniki stanu)- są używane do sprawdzania czy wykonywana transakcja nie zmienia stanu bazy w stan niepoprawny.

- więzy przejść- są to reguły wiążące ze sobą stany bazy. Więzy przejść są ograniczeniami nakładanymi na same przejścia.

Podstawowe funkcje bazy danych

Do wykonywania operacji na bazie używamy dwóch rodzajów funkcji:

- funkcje aktualizujące - dokonują one fizycznie zmiany w bazie - np. zaliczamy transakcje zmieniające bazę z jednego stanu w drugi , wiąże się z nimi ciąg warunków reprezentujących więzy integralności oraz ciąg akcji określających co powinno się zdarzyć, jeżeli warunki będą prawdziwe.

- funkcje zapytań - za ich pomocą wydobywa się dane z bazy danych - nie modyfikują samej bazy, głównie sprawdzają czy fakt lub grupa faktów jest spełniona w danym stanie bazy danych. Funkcje te zwracają nie określenie czy zachodzi prawda lub fałsz, ale zwracają pewien zbiór wartości.

Każdy system bazy danych, używa pewnych formalizmów nazywanych modelem danych, inaczej są to ściśle określone reguły za pomocą, których można konstruować system bazy danych. Baza danych może być używana przez jednego użytkownika, jednak często baza danych jest wielodostępna. Ważne jest zachowanie spójności bazy danych, żeby nie zawiodła w przypadku, gdy korzysta z niej dwóch użytkowników.

Bazą danych nazywamy zbiór danych o określonej strukturze zapisany na zewnętrznym nośniku pamięci komputera mogącym zaspokoić potrzeby wielu użytkowników korzystających z niego w sposób selektywny w dogodnym dla siebie czasie.

Baza danych jest to zbiór danych zorganizowanych przez system zarządzania bazą danych

System zarządzania bazą danych SZBD

SZBD ⇔ DBMS

DBMS - DATABASE MANAGEMENT SYSTEM

SZBD - zorganizowany zbiór narzędzi umożliwiających dostęp i zarządzanie bazą lub wieloma bazami danych.

Elementarne zadania SZBD

1.Umożliwienie użytkownikowi utworzenia nowej bazy danych i określenie jej schematu, czyli logicznej struktury danych za pomocą specjalizowanego języka definiowania danych.

2.Udostępnianie użytkownikowi możliwości tworzenia zapytań o dane - query (kwerend-zapytania) oraz aktualizowania danych za pomocą języka zapytań - języka operowania danymi = język zapytań.

3.Zapewnienie możliwości przechowywania ogromnej ilości danych przez dłuższy czas chroniąc je przed przypadkowym, nieprawidłowym dostępem oraz umożliwianie efektywnego dostępu do danych z poziomu języka zapytań i operacji na danych.

4.Sterowanie jednoznacznym dostępem do danych przez wielu użytkowników z zapewnieniem bezkolizyjności oraz ochrony danych przed przypadkowym uszkodzeniem

Funkcje systemu SZBD

1. Zarządzanie plikami

• dodawanie nowych plików do bazy danych

• usuwanie plików z bazy danych

• modyfikowanie struktury istniejących plików

• wstawianie nowych danych do istniejących plików

• modyfikowanie danych w istniejących plikach

• usuwanie danych z istniejących plików

2. Wyszukiwanie informacji

• wydobywanie danych z istniejących plików do stosowania przez użytkowników

• wydobywanie danych z istniejących plików przez programy użytkowe

3. Zarządzanie bazą danych

• tworzenie i monitorowanie użytkowników bazy danych

• ograniczanie dostępu do plików w bazie danych

• monitorowanie działania samej bazy danych.

Właściwości SZBD

1.Współdzielenie danych, przez niektórych nazywane współbieżnością dostępu lub korzystanie z bazy.

2.Integracja danych - jeden logiczny element w bazie powinien być przechowywany tylko w jednym miejscu.

3.Integralność danych - zmiany danych winny być odzwierciedlone w wielu miejscach, gdzie następuje odwołanie do tych zmiennych lub „możliwość stwarzania użytkownikowi definiowania reguł pozwalających zachować warunki integralności”.

4.Poufność i bezpieczeństwo danych.

5.Abstrakcja i opis danych - określenie, wydzielenie niektórych właściwości obiektów przechowywanych w bazie.

Poziom opisu danych:

• opis logiczny (z punktu widzenia użytkownika)

• opis fizyczny

6.Niezależność danych - oddzielenie danych od procesów, które te dane będą używać.

7.Niezawodność - awaria sprzętowa lub programowanie powinna wpłynąć na integralność bazy po usunięciu awarii.

Właściwości powyżej wymienione są w danej bazie osiągnięte tylko częściowo.

Zapytania mogą być sformułowane dwojako:

-poprzez interfejs zapytań bezpośrednich

-poprzez interfejs programów użytkowych

Aktualizacja - dotyczy operacji zmiany danych dwoma drogami:

-poprzez interfejs zapytań bezpośrednich

-poprzez interfejs programów użytkowych

Modyfikacje (modyfikacja samego schematu DBMS) dotyczy administratora bazy.

Moduł Zarządzania Pamięcią w prostych systemach zarządzania może bezpośrednio odpowiadać systemowi plików z podstawowego systemu operacyjnego.

Moduł Zarządzania Plików przechowuje dane o miejscu zapisania pliku na dysku i jest odpowiedzialny za ich przesyłanie w postaci blokowej.

Moduł Zarządzania Buforami obsługuje pamięć operacyjną i jest odpowiedzialny za przydzielanie odpowiednich obszarów pamięci operacyjnej i przydzielenie ich blokom.

Procesor Zapytań nazywany jest Modułem Zarządzania Zapytaniami, przekształca zapytania lub operacje na bazie formułowane zazwyczaj w języku „bardzo wysokiego poziomu”
(np. SQL) w ciąg poleceń żądających dostarczenia odpowiednich danych. Najtrudniej jest optymalizować zapytania, czyli generować odpowiedzi w najkrótszym możliwie czasie.

Moduł Zarządzania Transakcjami ma gwarantować pewność i kompletność przeprowadzania wszystkich operacji „w jednym ciągu”. Opisuje się to za pomocą właściwości poprawności przeprowadzenia transakcji ACID (Atomicity Consistency Isolation Durability - Niepodzielność Spójność Izolacja Trwałość).

1. Atomicity - jest wykonywana albo cała transakcja, albo nic

2. Consistency - po zakończeniu transakcji baza musi zachowywać spójność - niesprzeczność

3. Isolation - przy jednoczesnym przeprowadzaniu kilku transakcji ich działania nie mogą na siebie wpływać

4. Durability - wynik transakcji nie może być utracony z powodu awarii systemu

Do realizacji tych 4 własności wykorzystuje się:

- blokady - MZT blokuje elementy, których dotyczy wykonywana transakcja

- logi - MZT dokonuje zapisu na dysku takich danych jak:

- rozpoczęcie transakcji

- zmiany w bazie przez transakcję

- zakończenie transakcji

- zatwierdzenie transakcji - w chwili gdy transakcja kończy działanie jest gotowa do zatwierdzenia (zmiany są kopiowane do logu, log jest zapisywany na HDD, aktualizacja samych danych)

Modele danych

- Relacyjny Model Danych

• Klasyczny

• Hierarchiczny

• Sieciowy

• Obiektowy Model Danych

RMD- jest tylko jedna struktura danych - relacja. Relacja to tabela, dla której jest spełniony zbiór 7 zasad.

ZASADY:

1.każda relacja w bazie ma jednoznaczną nazwę (relacja ≡ zbiór)

2.każda kolumna w relacji ma jednoznaczną nazwę w ramach jednej relacji (to też zbiór)

3.wszystkie wartości w kolumnie muszą być tego samego typu

4.porządek kolumn w relacji nie jest istotny (lista nazw kolumn to też zbiór)

5.każdy wiersz relacji musi być różny

6.porządek wierszy nie jest istotny

7.każde pole leżące na przecięciu kolumny i wiersza w relacji powinno zawierać wartość atomową (zbiór wartości nie jest dozwolony na jednym polu relacji)

kolumny tabeli w RMD to atrybuty

wiersze tabeli to krotki

liczba kolumn w tabeli to stopień tabeli

liczba wierszy w tabeli to liczebność tabeli

DEF 1. Niech dane będą zbiory D₁,D₂, ... ,D_n. Relacją matematyczną R nad tymi zbiorami nazwiemy dowolny podzbiór iloczynu kartezjańskiego nad tymi zbiorami

R⊆ D₁xD₂x ... xD_n={d₁, d₂, ... , d_n­}:d_i∈D i=1,2, ... ,n

Ta relacja jest relacją n-członową. Ponieważ n-członowa relacja jest zbiorem n-elementowych ciągów, więc istotna jest kolejność D₁xD₂≠D₂xD₁

W RMD chodzi o uniezależnienie się od uporządkowania zbiorów, więc mamy inną konwencję notacyjną. Zamiast traktować elementy n-członowej relacji jako n-elementowe ciągi lub zamiast traktować funkcję f ze zbioru {1,2, ... , n} w zbiór D₁ ∪ D₂ ∪ ... ∪ D_n gdzie f(i)∈D_i traktuje się jako funkcję nad pewnym n-elementowym zbiorem symboli zwanych atrybutami - nie musi być w tym zbiorze żadnych relacji porządkujących.

Niech dany będzie zbiór U={A₁, A₂, ... , A_n}, którego elementy nazywać będziemy atrybutami, i niech A∈U, przyporządkowany zbiór wartości DOM nazywamy domeną lub dziedziną A.

DEF 2. Krotką (TUPLE) typu U nazywamy dowolną funkcję f:U→{DOM(A):A∈U} taką, że dla dowolnego A∈U f(A)∈DOM(A).

Zbiór wszystkich krotek typu U oznaczamy KROTKA(U)

Jeśli zbiór pusty⇒funkcja pusta⇒nazywamy ją ε

DEF 3. Relacją typu U nazywamy dowolny skończony podzbiór KROTKA(U).

Zbiór wszystkich relacji typu U oznaczamy REL(U).

UPROSZCZENIA:

1)Relacje typu U oznaczamy R(U), S(U) lub krócej R,S

2)Krotki typu U oznaczamy r(U), n(U)

3)Podzbiory zbiorów atrybutów oznaczamy X,Y,Z

4)Krotkę r typu U niekiedy utożsamiamy z ciągiem jej wartości

r={(A₁,a₁), (A₂,a₂), ... ,(A_n,a_n)} i a_i=r(A) i=1,2, ... ,n

czyli (a₁,a₂, ...,a_n)

5)Dla zbioru atrybutów {A,B} zamiast R({A,B}) piszemy R(A,B)

Niech U={A₁,A₂, ...,A_n), wówczas krotkę r(U) można przedstawić w postaci tabeli:

Relacja R(U) jest skończonym zbiorem krotek typu U, R=(r₁,r₂,...,r_n­), takich, że r_i(A)∈DOM(A_i) gdzie i=1,2, ..., n.

Wykorzystujemy tabelaryczne przedstawienie relacji R

Właściwości:

1.Nazwa tabeli będzie nazwą relacji

2.Jeżeli U jest zbiorem n-elementowym to tabela będzie miała n kolumn, z których każda ma przyporządkowany jeden z atrybutów ze zbioru U jako nazwę

3.Uporządkowanie kolumn tabeli jest nieistotne

4.W kolumnie o nazwie A∈U mogą występować wartości ze zbioru DOM(A)

5.Żadne z dwóch wierszy w tabeli nie mogą być identyczne

6.Nieistotne jest uporządkowanie wierszy

Zakładamy, że dziedziny DOM(A), przyporządkowane atrybutom A∈U, są zbiorami wartości prostych. O wartości a∈DOM(A) powiemy, że jest wartością prostą, jeżeli nie jest ona ani zbiorem ani ciągiem elementów należących do ∪{DOM(A) : A∈U}.

DEF 4

R(U) jest w pierwszej postaci normalnej jeżeli dziedziny DOM(A) wszystkich atrybutów A∈U są zbiorami wartości prostych.

Operacje na danych (relacjach)

1. wstawianie danych do relacji

2. usuwanie danych z relacji

3. edycja danych

4. wyszukiwanie danych

Algebra Relacyjna

1. selekcja≡ograniczenie

2. rzut (projekcja)

3. złączenie

4. dopełnienie

5. suma

6. przecięcie (przekrój)

7. różnica

8. iloraz (podzielenie)

1-3 główne, 4-8 modelowane na operatorach teorii zbiorów

operacje mnogościowe (zbiory) - suma, różnica, przecięcie, dopełnienie

operacje relacyjne - (def. oparte o rozumienie relacji jako zbioru krotek) projekcja, selekcja, złączenie, iloraz.

Operacje mnogościowe

DEF 5

Relację T(U) nazywamy sumą relacji R(U) i S(U), co oznaczono T=R∪S, wtedy i tylko wtedy, gdy T={t∈KROTKA(U) : t∈R ∨ t∈S}.

DEF 6

Relację T(U) nazywamy różnicą relacji R(U) i S(U), co oznaczamy T=R-S, wtedy i tylko wtedy, gdy T={t∈KROTKA(U) : t∈R ∧ t∉S}.

DEF 7

Relację T(U) nazywamy projekcją (przecięciem) relacji R(U) i S(U), co oznaczamy T=R∩S, wtedy i tylko wtedy, gdy T={t∈KROTKA(U) : t∈R ∧ t∈S}.

DEF 8

Relację T(U) nazywamy dopełnieniem relacji R(U) , co oznaczamy T=-R, wtedy i tylko wtedy, gdy T=KROTKA(U)-R={t∈KROTKA(U) : t∉R }.

dopełnienie jest określone gdy zbiór KROTKA(U)<∞

Przykład

R∩S=-(-R∪-S)

R-S=R∩(-S)=-R(-R∪S)

Operacje Relacyjne

Ograniczenie krotki typu U do zbioru X⊆U

DEF 9

Niech dana będzie krotka r typu U i niech X∈U. Krotkę typu X nazywamy ograniczeniem krotki r do zbioru X, co oznaczamy t=r[X] wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego A∈X, r(A)= t(A), czyli gdy krotki r i t są identyczne na zbiorze X, na zbiorze U-X mogą być różne.

Złączenie krotek

DEF 10

Niech dla dowolnych zbiorów otwartych X,Y⊆U dane będą krotki r typu X i s typu Y. Krotkę t typu Z, gdzie Z=X∪Y nazywamy złączeniem krotek r i s, co oznaczamy t=r
s, wtedy i tylko wtedy, gdy t[X]=r i t[Y]=s, czyli wtedy, gdy ograniczenie krotki t do zbioru X jest tożsame z r i ograniczenie krotki t do Y jest tożsame z s.

Między operacjami ograniczenia i złączenia zachodzi następująca zależność:

t(XY)=r(X)
s(Y)⇔t[X]=r∧t[Y]=s .

Projekcja

DEF 11

Niech dana będzie relacja R typu U oraz zbiór X⊆U. Relację T typu X nazywamy projekcją relacji R na zbiór X, co oznaczamy T=R[X] wtedy i tylko wtedy, gdy

T={t∈KROTKA(X) :(
) t=r[X]}

alternatywnie

Własność 1

Niech dana będzie relacja R typu U, niech X⊆U. Wówczas

R[X]={t∈KROTKA(X) (
) t
s∈R}

Selekcja

Niech U - zbiór atrybutów

A,A`- dowolne atrybuty ze zbioru U

v - dowolna wartość ze zbioru ∪{DOM(A) : A∈U} Θ ∈{=,≠,<,≤,>,≥}

• symbol negacji, ∧-symbol koniunkcji, ∨-symbol alternatywy

1.Elementarnym warunkiem selekcji nazywamy dowolne wyrażenie postaci AΘ lub AΘA`

2.Warunek selekcji definiujemy w sposób rekurencyjny:

a)każdy elementarny warunek selekcji jest warunkiem selekcji

b)jeżeli E i E` są warunkami selekcji, to również (¬E), (E∧E`) oraz (E∨E`) są warunkami selekcji.

DEF 12

Relację T(U) nazywamy selekcją relacji R(U) względem warunku selekcji E, co oznaczamy T=R/E/, wtedy i tylko wtedy gdy T={t∈R: E(t)=true}.

Złączenie

DEF 13

Niech dane będą relacje R typu X i S typu Y. Relację T typu X∪Y nazywamy złączeniem relacji, co oznaczamy T=R
S, wtedy i tylko wtedy, gdy

T={t∈KROTKA(X∪Y):t[X]∈R∧t[Y]∈S}

Własność 2 (alternatywnie)

Niech R będzie relacją typu X, a S relacją typu Y. Wówczas

R
S={t∈KROTKA (X∪Y):(
) (
) t=r
s}

Dla złączenia zachodzą zależności

R
S=S
R

(R
S)
T=R
(S
T)

jeżeli X ⊆U, to R[X]
R=R

jeżeli X∪Y=U, to R⊆R[X]
R[Y]

Podzielenie (wersja teoretyczna)

DEF 14

Niech dana będzie relacja R(U) i zbiór atrybutów X⊆U. Relacja T(U-X) nazywamy podzieleniem (ilorazem) relacji R przez zbiór X, co oznaczamy T=R/X, wtedy i tylko wtedy, gdy

T={t∈KROTKA(U-X): (
) t
s∈R}cc

W praktyce wyznaczanie krotki typu X i U-X jest trudne dlatego przyjmuje się, że zbiory krotek tych typów są projekcjami.

Algorytm podzielenia

1.Utworzenie pustej relacji T typu U-X

2. Czy przeanalizowano wszystkie krotki typu U-X

3.Weź kolejną krotkę typu U-X

4. Czy dla każdej konstrukcji typu X złączenie t
s∈R

5. Włącz t do relacji T

6. Relacją wynikową jest T

Podzielenie (wersja praktyczna)

DEF 15

Niech dana będzie relacja R(U) i niech dla pewnego X⊆U dana będzie relacja S typu X.

Relację T(U-X) nazywamy podzieleniem (ilorazem) relacji R(U) przez relację S, co oznaczamy T=R:S, wtedy i tylko wtedy, gdy

T={t∈R[U-X]: (
) t
s∈R}

Lemat alternatywny:

R:S={t∈R[U-X]: S⊆R [t,X]}

gdzie R[t,X]={s∈R[X]: t
s∈R}

Algorytm:

1. Utwórz pustą relację T[U-X].

2. Wyznacz projekcje R[U-X].

3. Czy przeanalizowano wszystkie krotki z R[U-X] ?

4. Weź kolejną krotkę t∈R[U-X].

5. Wyznacz R[t,X].

6. Czy S⊆R[t,X]?

7. Dołącz t do relacji T.

8. Relacją wynikową jest T.

KLUCZ

Każda relacja musi posiadać tzw. klucz główny, aby uniknąć powtarzania się wierszy w relacji. Jest to jedna lub więcej kolumn w tabeli, która jednoznacznie identyfikuje wiersz. Może być wiele kluczy kandydujących w relacji, ale z nich wybiera się jeden klucz główny. Każdy klucz kandydujący (również główny) musi być jednoznaczny - musi posiadać wartość (nie może posiadać wartości „null”). Null jest trzecią wartością logiczną wg CODD'a. Klucze obce to kolumna lub grupa kolumn czerpiących wartość z tej samej dziedziny co klucz główny powiązany z nią w bazie danych.

SELEKCJA

Jest to pozioma maszynka do cięcia, która wydobywa wartość pasującą do klucza i wysyła ją na wyjście.

RESTRICT <nazwa tabeli> [WHERE<warunek>]→<tabela wynikowa>

np. RESTRICT MODUŁY WHERE SEMESTR=1→ R1

PROJEKCJA (RZUT)

Bierze jedną relację jako argument i produkuje jedna relację wynikową - pionowa maszynka do cięcia, daje jedna lub wiele kolumn na wyjściu.

POJECT <nazwa tabeli> [<LISTA KOLUMN]→<tabela wynikowa>

np. PROJECT MODUŁY [NazwaMod]→R1

ZŁĄCZENIA

Oparte są na relacyjnym operatorze iloczynu kartezjańskiego.

PRODUCT <tabela1>WITH<tabela2>→<tabela wynikowa>

W praktyce są stosowane 3 rodzaje złączeń:

-RÓWNOZŁĄCZENIA

Iloczyn kartezjański po którym wykonywana jest selekcja.

EQUIJOIN <tabela1>WITH<tabela2>→<tabela wynikowa>

np. EQUIJOIN WYKŁADOWCY WITH MODUŁY → R1

Nie usuwa powtarzających się kolumn... (2xNrPrac)

-ZŁĄCZENIA NATURALNE

iloczyn kartezjański+selekcja+rzut

JOIN <tabela1>WITH<tabela2>→<tabela wynikowa>

np. JOIN WYKŁADOWCY WITH MODUŁY→R1

-ZŁĄCZENIA ZEWNĘTRZNE

Są 3 typy - lewo-, prawo- i obustronne

SUMA

Musimy mieć dwie zgodne tabele (taka sama struktura, takie same kolumny określone na tych samych dziedzinach).

<tabela1>UNION<tabela2>→<tabela wynikowa>

np. WYKŁADOWCY UNION ADMINISTRATORZY → R1

PRZECIĘCIE

Uwzględnia tylko wspólne wiersze obu tabel.

<tabela1>INTERSECTION<tabela2>→<tabela wynikowa>

np. WYKŁADOWCY INTERSECTION ADMINISTRATORZY → R1

RÓŻNICA

<tabela1>DIFERENCE<tabela2>→<tabela wynikowa>

np. WYKŁADOWCY DIFERENCE ADMINISTRATORZY → R1

np. ADMINISTRATORZY DIFERENCE WYKŁADOWCY → R1

PROCEDURALNE JĘZYKI ZAPYTAŃ

Zapytanie o to, jakie moduły prowadzi Bryszewski możemy sformułować następująco:

np.

RESTRICT WYKŁADOWCY WHERE NazwiskoPrac=”Bryszewski” → R1

JOIN R1 WITH MODUŁY ON NrPrac → R2

PROJECT R2 (NazwaMod) → R3

lub

JOIN WYKŁADOWCY WITH MODUŁY ON NrPrac → R1

SELECT R1 WHERE NazwiskoPrac=”Bryszewski” → R2

PROJECT R2 (NazwaMod) → R3

lub

PROJECT (JOIN MODUŁY WITH

(RESTRICT WYKŁADOWCY WHERE NazwiskoPrac=”Bryszewski”)

ON NrPrac)

(NazwaMod)

KLASYCZNE MODELE DANYCH

Model podstawowy to tzw.” model prosty” . W tym modelu obiekty są reprezentowane za pomocą struktury rekordów.

Rekord jest rozumiany jako podstawowa jednostka informacji przy zapisie informacji do pliku (pojęcie bezpośrednio wzięte z modelu prostego). Rekord ma w danej strukturze stałą długość. Rekord to odpowiednik krotki lub wiersza.

Głównymi operacjami w tym modelu są operacje na rekordach:

1. zapis rekordu

2. odczyt rekordu

Każdy rekord jest podzielony na pola, posiadające określoną długość, nazwę i typ w ramach zdefiniowanej struktury rekordu. Bezpośrednim rozszerzeniem modelu prostego jest model hierarchiczny, a klasyczny sieciowy jest traktowany jako rozszerzenie modelu klasycznego.

Model hierarchiczny:

- nie posiada jednolitej teoretycznej podstawy

- opracowany w oparciu o analizę istniejących implementacji

- są używane dwie struktury danych:

1) REKORD

2) POWIĄZANIA

Poszczególne rekordy to zbiór pól o określonych atrybutach i przypisanych typach, np. (integer, string[])

Powiązanie- związek określony jako jeden do wielu między dwoma typami rekordów; w tym modelu ma charakter nadrzędny, podrzędny. Inaczej jest to model złożony z wielu typów rekordu, powiązanych za pomocą związków podrzędnych, nadrzędnych.

Różnice między modelem hierarchicznym i relacyjnym:

- model hierarchiczny(typy rekordów) ma inne struktury danych niż model relacyjny(relacje, związki)

- implementacje związków w modelu relacyjnym to poprzez klucze obce, tutaj powiązania typu nadrzędny, podrzędny.

-W modelu hierarchicznym danymi jest wykonywane poprzez wbudowanie funkcji dostępu do bazy w wybranym języku programowania ( w języku gospodarza). Hierarchiczne języki zapytań są opisywane jako proceduralne języki zapytań.

W modelu hierarchicznym występuje wiele wewnętrznych więzów integralności:

1.nie mogą istnieć żadne wystąpienia rekordów poza jednym wyjątkiem - rekordem korzeniem(najwyższym korzeniem w hierarchii).

2.nie mogą istnieć wystąpienia bez powiązania z odpowiednim wystąpieniem rekordu podrzędnego.

3.nie można wstawić rekordu podrzędnego dopóki nie zostanie powiązany z nadrzędnym.

4.usunięcie rekordu nadrzędnego powoduje automatyczne usunięcie wszystkich powiązanych z nim rekordów podrzędnych

5.jeżeli podrzędny typ rekordu ma związane dwa lub więcej nadrzędnych typów rekordów, to rekord podrzędny musi być powielony dla każdego rekordu podrzędnego.

Model sieciowy

W modelu sieciowym tak jak w modelu hierarchicznym są dwa typy danych: rekordy i powiązania.

Różnice pomiędzy modelem sieciowym a hierarchicznym:

1.pola mogą być używane do przechowywania wielu wartości lub do reprezentowania złożonych wartości, które się powtarzają

2.w odróżnieniu od modelu hierarchicznego, gdzie jeden rekord może mieć najwyżej jeden rekord nadrzędny w modelu sieciowym jeden rekord może mieć kilka rekordów nadrzędnych.

3.w modelu sieciowym występują nowe jednostki danych.

Organizacja CODASYL wprowadziła następujące rodzaje danych:

1) dana elementarna DATA ITEM

2) wektor VECTOR

3) grupa powtórzeniowa REPEATING GROUP

Te trzy jednostki nie mogą istnieć samodzielnie, mogą być składowymi rekordu.

4) rekord RECORD

5) kolekcja SET

Skończony zbiór rekordów tego typu możemy nazwać plikiem typu P,R,S.

Przy włączeniu rekordu do pliku jest on w praktyce rozszerzany o jeszcze jedno pole:

Pole klucza - umożliwi to jednoznaczną identyfikację rekordu.

W przypadku wektorów oraz grup powtórzeniowych konieczna jest znajomość aktualnej wartości tzw. Licznika powtórzeń.

Wyróżniki rekordu i grupy powtórzeniowej:

1)grupa powtórzeniowa nie może istnieć samodzielnie w bazie, wchodzą w skład rekordu.

2)Powiązania między grupami powtórzeniowymi mogą mieć tylko charakter zależności hierarchicznych.

4)Jedna grupa powtórzeniowa może być podporządkowana innej wchodząc w jej skład.

5)Między rekordami trzeba ustalić zależności zarówno hierarchiczne jak i sieciowe.

Rekord tego typu może być podrzędny w stosunku do rekordu kilku plików .

W modelu sieciowym takie powiązania realizuje się przez założenie dodatkowej struktury na typy rekordów, poprzez kolekcję.

- Podstawową jednostką dostępu do bazy są rekordy. Dostęp do grupy powtórzeniowej jest możliwy tylko wówczas gdy udostępniony jest rekord zawierający daną powtórzeniową .

- W obrębie rekordu musi być określona wartość licznika powtórzeń dla każdej grupy powtórzeniowej wchodzącej w skład rekordu.

Powiązania między rekordami w modelu sieciowym.

Założenia:

Mamy dwa typy rekordów : R i S

X, Y - pliki odpowiednich typów R i S

Będziemy mówić, że istnieje między rekordami typów R i S powiązanie, jeśli określone są przekształcenia:

f(x) :X->Y

f(y) :Y->X

w zależności od własności przekształceń wyróżnia się trzy rodzaje powiązań:

- 1:1 powiązanie jedno-jednoznaczne

istnieje to powiązanie jeśli f(x), f(y)są funkcjami

np. związek małżeński

- 1:M jedno-wieloznaczne powiązanie (między rekordami R, S istnieje powiązanie 1:M, jeżeli jedno z przekształceń f(x), f(y) jest funkcją ).

- N:M wielo- wieloznaczne ( między rekord R,S zachodzi M:N jeżeli ani f(x), ani f(y) nie jest funkcją).

KOLEKCJA

Podstawowe zadanie, to odzwierciedlenie powiązań 1 do n między poszczególnymi typami rekordów.

Zał. α - jakaś tam nazwa

R,S₁,S₂,...,S_m - pewne typy rekordów takie, że:

- S_i ≠ S_j dla i ≠ j

- Dla pewnego i∈<1,m> może zachodzić R=S_i

- Dla każdego i∈<1,m> między r i s_i istnieje powiązanie 1 i M

Wówczas α, to nazwa typu kolekcji, a zapis α( R,S₁,S₂,...,S_m) to typ kolekcji.

R to typ właściciela (ower) - typ właściciela kolekcji α.

Każdy z rekordów S_i i∈<1,m> nazywamy typem podwładnego (member) lub członka kolekcji α. Graficznie jest to hiperdrzewo złożone z wierzchołków.

Gdzie R,S₁,S₂,...,S_m są wierzchołkami hiperdrzewa, przy czym R jest początkiem hiperkrawędzia, a zbiór {S₁,S₂,...,S_m} jest końcem tej hiperkrawędzi.

Zasadnicze cechy kolekcji:

1.Do wystąpienia kolekcji typu α należy jeden rekord właściciela oraz ciąg rekordów podwładnych. Wszystkie rekordy podwładnych tworzą jeden ciąg.

2.Wystąpienie kolekcji może być traktowane jako łańcuch, którego kotwicą (head) jest rekord właściciela, przy czym możliwe jest przechodzenie między elementami tego łańcucha na różne sposoby (do pierwszego, następnego, poprzedniego, ostatniego rekordu) wśród rekordów podwładnych, jak również do rekordu właściciela.

Niech dany będzie typ kolekcji α( R,S₁,S₂,...,S_m) oraz niech r∈F(R) będzie wystąpieniem typu właściciela. Wówczas wystąpieniem kolekcji typu α z rekordem właściciela r będziemy nazywać ciąg α(r)=(r,s₁,s₂,...,s_L) gdzie s₁,s₂,...,s_L L ≥ 0 są różne i pochodzą ze zbioru F(S₁) lub F(S₂) lub ... lub F(S_m). Każdy rekord należący do tego wystąpienia kolekcji jest rekordem typu R (wystąpienie typu właściciela) lub rekordem jednego z typów podwładnych.

Ponieważ istnieje powiązanie 1:M pomiędzy typem właściciela i każdym z typów podwładnych kolekcji α, to jeden rekord każdego typu podwładnego może należeć co najwyżej do jednego wystąpienia kolekcji α. Do tego typu wystąpienia może należeć wiele rekordów jednego typu podwładnego, ale może też nie należeć żaden - czyli w zbiorze wystąpień kolekcji α każde wystąpienie jest jednoznacznie zidentyfikowane przez właściciela lub typ podwładny.

Niech dane będzie pewne wystąpienie (r,s₁,s₂,...,s_L) L ≥ 0 kolekcji α. Wówczas na rekordach należących do tego wystąpienia zdefiniowane są następujące funkcje:

-owner(α)(r) = r

-owner(α)(s_i) = r ⇔ 1 ≤ i ≤ L

-first(α)(r) = s₁ ⇒ L > 0

END ⇒ L = 0

- first(α)(s_i) = s_L ⇔ 1 ≤ i ≤ L

- last(α)(r) = s_L ⇒ L > 0

END ⇒ L = 0

- last(α)(s_i) = s_L ⇔ 1 ≤ i ≤ L

- next(α)(r) = s₁ ⇒ L > 0

END ⇒ L = 0

- next(α)(s_i) =s_i+1 ⇒ i < L

END ⇒ i = L

- prior(α)(r) = END

- prior(α)(s_i) =s_i-1 ⇒ i > 1

END ⇒ i = 1

Zbiór wszystkich wystąpień α będziemy oznaczać KOLEKCJA(α) = {α(r₁), α(r₂), ... , α(r_N)}

jeśli F(R) = {r₁, r₂, ... , r_N}.

Wyróżnia się:

- kolekcje jednostkowe

- rekurencyjne

KOLEKCJE JEDNOSTKOWE

Mówimy o niej wtedy, gdy typ kolekcji ma postać α(SYSTEM, R), czyli typem właściciela kolekcji jest wyróżniony typ rekordów SYSTEM, a jedynym typem podwładnego jest dowolny typ rekordu ≠ SYSTEM.

Typ rekordu SYSTEM charakteryzuje się tym, że ma tylko jedno wystąpienie i jest ono rekordem pustym.

KOLEKCJE REKURENCYJNE

Wtedy, gdy typ właściciela jest typem podwładnego w tej kolekcji (jednocześnie)

ZALEŻNOŚĆ_SŁUŻBOWA(PRACOWNIK, PRACOWNIK) - każdy pracownik jest powiązany ze zbiorem pracowników będących jego podwładnymi.

Niejednorodności przy przejściu z P₂ do P₃ lub P₂ do P₄. Stosujemy więc specjalne tablice adresowe:

Jeśli α( R,S₁,S₂,...,S_m) jest typem kolekcji (rekurencyjnej lub nie), to dla każdych dwóch rekordów r, r' typu R,

r ≠ r', wystąpienia tej kolekcji spełniają warunek

( α(r) - {r})∩( α(r') - {r'}) = 0

SZCZEGÓLNE PRZYPADKI TYPÓW KOLEKCJI

1. Jeden typ kolekcji może być typem właściciela wielu typów kolekcji:

2. Typ rekordu będący typem właściciela jednego typu kolekcji mogą być typem podwładnym innego typu kolekcji:

3. Typ rekordu będący typem właściciela jednego typu kolekcji może być jednocześnie typem podwładnego tego samego typu kolekcji (kolekcja rekurencyjna):

4. Dwa typy kolekcji mogą mieć wspólne typy rekordów podwładnych:

5. Jeden typ rekordu może być typem właściciela dwóch różnych typów kolekcji, które mają wspólny typ rekordów podwładnych:

BAZA DANYCH - jednostka danych określonego typu wraz z wystąpieniem nazywane stanem bazy danych

BD - baza danych

R₁, R₂, ... , R_N - typy rekordów

α₁, α₂, ... , α_M - typy kolekcji

Zapis BD(R₁, R₂, ... , R_N, α₁, α₂, ... , α_M) lub (R₁, R₂, ... , R_N, α₁, α₂, ... , α_M) będziemy nazywać typem bazy danych.

STAN(BD)={ F(R₁), F(R₂), ... , F(R_N), KOLEKCJA(α₁), KOLEKCJA(α₂), ... , KOLEKCJA(α_M)}

Gdzie:

- F(R_i) - oznacza zbiór wystąpień typu rekordu R_i L ≤ i ≤ N

- KOLEKCJA(α_j) - to zbiór wystąpień kolekcji typu α_j 1 ≤ j ≤ M

Bazę można przedstawić jako hipergraf H=(X, K, w, p) gdzie:

- X -skończony zbiór wierzchołków hipergrafu

- K skończony zbiór hiperkrawędzi

- w - funkcja przypisująca hiperkrawędzi jej początek w: K→X

- p - funkcja przypisująca hiperkrawędzi jej koniec p: K→p(x), którym jest podzbiór X

Proces etykietowania

W procesie etykietowania wierzchołkom i hiperkrawędziom są przypisywane odpowiednio typy rekordów i nazw kolekcji tworzące tzw. alfabet etykietujący.

Alfabet etykietujący - para zbiorów A=(R, K)

R- skończony zbiór typów rekordów,

K- skończony zbiór nazw kolekcji.

Diagram schematu bazy danych będziemy nazywać czwórką uporządkowaną inaczej hipergraf etykietowany.

DSCH=(H, A, ϕ, ψ)

gdzie:

H=(X, K, w, p) - hipergraf

A-alfabet etykietujący A=(R, K)

i dwie funkcje

ϕ:X→R funkcja jedno-jednoznaczna przypisująca wierzchołkom typy rekordów

ψ:X→R funkcja jedno-jednoznaczna przypisująca hiperkrawędziom nazwy kolekcji.

W sieciowej bazie danych będą występowały dane elementarne, rekordy, kolekcja i baza danych.

Typ, który nazwiemy rekordem - będzie się składał tylko z danych elementarnych, a więc nie ma wektora i nie ma grupy powtórzeniowej. Wektor i grupę powtórzeniową będziemy realizować jako rekordy.

Następne uproszczenie:

typ kolekcji może mieć tylko jeden typ podwładny α(R, S)

każdą kolekcję α(R, S₁, S₂, ...,S_n) będziemy traktować jako zbiór kolekcji

α₁(R, S₁)

α₂(R, S₂)

α₃(R, S₃)

..............

α_n(R, S_n)

(nie będzie to efektywne, ale jest możliwe)

co osiągniemy?

Ponieważ typy kolekcji mogą mieć zdefiniowany tylko jeden typ podwładny

powiązania pomiędzy typami rekordów wyrazimy w postaci grafu jako szczególny przypadek hipergrafu.

G=(X, K, w, p)

gdzie

X- skończony zbiór wierzchołków grafu

K- skończony zbiór krawędzi grafu

w: K→X - funkcja przypisująca krawędzi ?

p : K→X ­- funkcja przypisująca krawędzi jej koniec.

Założenia

programy użytkowe pisane w odpowiednich językach proceduralnych będą współpracować z sieciową baza danych za pomocą trzyelementowego języka

1 - język podschematów - pozwala on opisywać podzbiór schematu dla konkretnego programu użytkowego logiczny (zewnętrzny)obraz bazy danych.

Ten język podschematów umożliwia współdziałanie programu użytkowego z podzbiorem danych w bazie. W tym języku jest definiowany tzw. obszar roboczy użytkownika, czyli jest to wydzielona strefa pamięci, w której system

zarządzania baza danych umieszcza wszystkie dane będące odpowiedzią na polecenie użytkownika i gdzie również są kierowane wszystkie dane przeznaczone dla systemu zarządzania bazą danych. Dla każdego elementu danych w podschemacie przydzielona jest nazwa łącznika tego obszaru, inaczej jest to tzw. pozycja łącznikowa obszaru roboczego użytkownika co pozwala na odwołania programów do tego obszaru.

2 - Język manipulowania danymi - jest on wykorzystywany w czasie wykonywania programu użytkowego do sterowania odwołaniami do bazy.

3 - trzeci element jest nazywany językiem opisu pamiętania danych, albo językiem schematu pamiętania - określa on w jaki sposób dane opisane w schemacie mają być organizowane w pamięci niezależnie od systemu operacyjnego i fizycznych rodzajów pamięci. Schemat pamiętania wpływa na efektywność działania programów.

Oddzielenie schematu pamiętania od schematu logicznego izoluje programy użytkowe od zmian wykonywanych w bazie z punktu widzenia efektywności

1.Przebiega z wykorzystaniem komend języka manipulowania danymi. Proces kieruje do systemu zarządzania bazą danych jedno polecenie dotyczące danych w bazie danych.

2.System zarządzania bazą danych jest odpowiedzialny za analizę polecenia i dokonuje ewentualnego uzupełnienia argumentów polecenia o dane ze schematu bazy danych, schematu pamiętania i podschematu, do którego odwołuje się proces wydający polecenie.

3.Na podstawie polecenia i ewentualnych uzupełnień system zarządzania bazą kieruje do systemu operacyjnego żądanie wykonania fizycznych operacji wejścia-wyjścia wymaganych do realizacji tego polecenia.

4.Odzwierciedla współdziałanie systemu operacyjnego z urządzeniami pamięci przechowującymi stan bazy danych.

5.Fizyczna transmisja danych między stanem bazy danych i buforami systemowymi.

6.System zarządzania bazą danych przekazuje dane między buforami systemowymi a obszarem roboczym użytkownika jednocześnie przekształcając dane zgodnie z opisami w schemacie i podschemacie.

7.Na podstawie wyniku realizacji polecenia system zarządzania bazą danych przekazuje procesowi informacje o stanie realizacji polecenia np.: wystąpienie błędu.

8.Przetwarzanie danych w obszarze roboczym użytkownika zgodnie z instrukcjami języka bazowego.

9.Odzwierciedla zarządzanie przez system zarządzania bazą danych buforami systemowymi. Bufory są wykorzystywane wspólnie przez wszystkie procesy za pośrednictwem systemu zarządzania bazą.

Podsumowując

Model sieciowy według organizacji CODASYL

Opis struktury i zawartość bazy danych nazywamy schematem.

Język schematu np.: DLL

Język podschematu i język manipulowania danymi są traktowane jako rozszerzenia proceduralnych języków programowania. Wówczas składnia i inne charakterystyczne elementy są związane z tym językiem np.: C; chyba że jest wykorzystywany samodzielny język zapytań np.: do interakcyjnego korzystania z bazy.

Schemat pamiętania jest to opis sposobu w jaki dane są zorganizowane w środowisku pamięci - abstrahując od systemu operacyjnego i samych fizycznych urządzeń pamięci.

DDL - typowy wzorcowy język schematu. Wywarł on istotny wpływ na tworzenie zarządzania bazą danych. W założeniach liczono na dużą przenoszalność programów. Służy on do definiowania schematu bazy danych, która może być użytkowana wspólnie przez różne programy. Jest niezależny od innych języków, z których korzysta system zarządzania bazą danych.

Dana elementarna - najmniejsza jednostka danych, w stanie bazy reprezentuje ją jej wartość.

Dana zagregowana - zestaw danych elementarnych wewnątrz rekordu.

W sieciowej odmianie klasycznej mam y dwa rodzaje tych danych zagregowanych:

- wektory - jednowymiarowy ciąg danych elementarnych mający identyczne charakterystyki.

- grupy powtórzeniowe - zestaw danych, który może wielokrotnie pojawić się wewnątrz rekordu. Może się składać z danych elementarnych, wektorów, z samej grupy (grup) powtórzeniowej (-ych).

Rekord - zestaw złożony z zera, jednej lub kilku danych elementarnych lub zagregowanych.

W DDL definiujemy typ rekordu. W bazie może dowolna liczba rekordów tego samego typu.

Klucz bazy danych - jednoznaczna (unikalna) wartość identyfikująca rekord w bazie danych. Ta wartość jest dostępna dla procesu, gdy rekord jest wybierany lub zapamiętywany.

Kolekcja - wystąpienie określonego zestawu rekordów. W DDL definiuje się typ kolekcji. Baza danych może zawierać dowolną liczbę wystąpień jednego typu kolekcji. Jeden typ rekordu jest właścicielem, natomiast jeden lub więcej typów rekordów są podwładnymi kolekcji. Wystąpienie kolekcji powinno zawierać jedno wystąpienie właściciela i może zawierać dowolną liczbę wystąpień każdego typu podwładnego.

Obszar - zestaw rekordów, w których nie musi być określona zależność, właściciel - podwładni. Obszar może zawierać rekordy jednej lub większej liczby typów. Natomiast rekordy jednego typu mogą znajdować się w różnych obszarach.

Schemat - składa się ze zdań języka, np. DDL i jest pełnym opisem bazy danych. Zawiera nazwy i opisy wszystkich obszarów, typów kolekcji, typów rekordów i odpowiednich danych elementarnych i zagregowanych istniejących w bazie.

Baza danych - składa się ze zbioru wszystkich rekordów, kolekcji i obszarów, które zostały zdefiniowane w schemacie i są utrzymywane zgodnie z ta definicją.

Program - zestaw instrukcji pewnego języka programowania.

Proces - wykonywanie pewnego programu wraz z przydzielonym środowiskiem.

Język manipulowania danymi - język za pomocą którego organizuje się przekazywanie danych między procesem a bazą danych.

Obszar roboczy użytkownika - strefa pamięci, w której umieszczone są i z której pobierane są dane. Do obszaru systemu zarządzania bazą kieruje dane będące odpowiedzią na zapytania. W tym obszarze są umieszczane wszelki dane do pobrania przez system zarządzania. Każdej danej elementarnej włączonej do podschematu przydzielana jest komórka obszaru roboczego użytkownika i pozwala to na odwołania w programie zgodnie z nazwą określoną w podschemacie.

Schemat pamiętania - wykorzystywany przy opisie środowiska pamiętania dla bazy danych i odwzorowanie go później fizycznie w pamięci.

Ważniejsze funkcje systemu zarządzania bazą danych SZBD:

1.przekształcenia między schematem a podschematem

2.przekształcenia między schematem a schematem pamiętania

3.funkcje związane z utrzymaniem całego systemu.

Podschemat i schemat powinny być od siebie niezależne natomiast istnieją pomiędzy nimi współzależności:

Na podstawie jednego schematu można utworzyć dowolną liczbę podschematów.

Deklaracja jednego podschematu nie ma wpływu na deklarację innego.

Programy użytkowe odwołują się do podschematu, ale jest np. możliwe, że podschemat jest identyczny ze schematem.

Do jednego podschematu mogą się odwoływać różne programy.

Program może wykorzystywać tylko te obszary, rekordy i kolekcje, które zostały opisane w podschemacie, do którego ten program się odwołuje.

Program powinien się odwoływać do podschematu opisanego zgodnie z wymaganiami języka, w którym został program napisany.

Dlaczego rozdziela się podschemat i schemat?

Rozdzielenie schematu i podschematu pozwala oddzielić opis całej bazy od części „widzianej” przez inne oddzielne programy.

Uzasadnienie rozdzielenia schematu od podschematu:

- poszczególni programiści będą mieli do czynienia nie z całą bazą, a tylko z fragmentami, które dotyczą opracowywanych programów.

- dane z bazy mogą się odnosić do wielu zastosowań jak również mogą być wykorzystywane współbieżnie (ułatwia to pisanie i testowanie programów).

- proces jest ograniczony do tej części bazy, która jest określona w podschemacie, wówczas pozostała część bazy jest izolowana od tego procesu.

- rozdzielenie schematu i podschematu pozwala na osiągnięcie pewnego stopnia niezależności w schemacie bazy danych. Wówczas mogą być dokonywane pewne zmiany. Sama baza może być przestrajana bez konieczności zmian w programie. Program będzie zależał tylko od schematu. Jest to możliwe dlatego, że podschemat różni się od schematu pod pewnymi względami, chociaż jest na nim oparty.

- w celu zdefiniowania samej bazy danych można utworzyć albo wykorzystać specjalny język i opisywać tylko tę część bazy, która jest istotna dla konkretnego programu.

Najważniejsze różnice między schematem a podschematem:

a) Na poziomie danych elementarnych

Może być opuszczony opis pewnych danych elementarnych.

Charakterystyki danych elementarnych podschematu mogą się różnić od charakterystyk danych elementarnych ze schematu.

Różne może być uporządkowanie danych elementarnych w schemacie i podschemacie.

b) Na poziomie danych zagregowanych (wektory i grupy powtórzeniowe)

Może być opuszczony opis pewnych danych zagregowanych, może być zmienione uporządkowanie.

Wektory mogą być przekształcone w tablice wielowymiarowe.

Dane elementarne lub dane zagregowane mogą być zgrupowane i opatrzone jedną wspólną nazwą.

Za pomocą języka opisu danych podschematu można opisywać odwzorowania pewnych struktur pomocniczych.

c) Na poziomie rekordów

Może być opuszczony opis pewnych typów rekordów, można wprowadzić opis nowych typów rekordów utworzonych z danych występujących w innych typach rekordów.

d) Na poziomie kolekcji

Można opuścić opis pewnych typów kolekcji, mogą być określone inne kryteria wyboru kolekcji, można opuścić opisy pewnych typów rekordów podwładnych mu kolekcji.

e) Na poziomie obszarów

Mogą być opuszczone opisy pewnych obszarów i włączonych do nich rekordów, wtedy, gdy inne wystąpienia rekordów tego samego typu mogą być włączone do tych obszarów.

Dlaczego rozdzielono schemat od schematu pamiętania?

Rozdzielenie to pozwala na oddzielenie logicznego opisu bazy danych od opisu sposobu jej pamiętania.

Ma to kilka zalet:

Administrator bazy danych może tak zaprojektować strukturę schematu złożoną z rekordów logicznych i kolekcji tak, że będzie ona adekwatna do obecnych zastosowań, ale i również tych perspektywistycznych (przyszłościowych).

Oddzielenie opisu od opisu logicznego bazy ma wpływ na efektywność bazy, bowiem metody pamiętania i odwzorowania schematu pamiętania są określone w samym schemacie pamiętania.

Strojenie systemu może być zrealizowane przez zmianę schematu pamiętania. Unikamy w ten sposób zmiany schematów, podschematów i programów użytkowych. Sam schemat pamiętania opisuje obraz danych za pomocą pojęć niezależnych od konkretnych urządzeń. Dzięki temu baza jest niezależna i administrator może wybrać konkretne nośniki i urządzenia o charakterystykach i potrzebach zgodnych z bieżącymi wymaganiami, to wszystko bez zmiany schematu pamiętania.

Co powinien udostępniać system zarządzania?

- System zarządzania powinien udostępnić języki umożliwiające tworzenie programów pomocniczych wspomagających codzienne utrzymanie bazy danych (programy składowania, redagowania wydruków, ładowania, analizowania danych składowych).

- System zarządzania powinien dawać mechanizmy tworzenia programów odtwarzania bazy danych z możliwością rejestrowania wszelkich działań w bazie jak również organizację punktów kontrolnych, w których następuje sprawdzenie integralności bazy.

- System zarządzania powinien umożliwiać modyfikacje schematu lub podschematu uwzględniając konsekwencje zmian zawartości bazy (Jeżeliby nie udostępniał takich możliwości zmian, wówczas zmiany w schemacie mogłyby następować poprzez opracowanie nowego schematu).

- System powinien określać urządzenia i nośniki dla danych, ale tylko na etapie sterowania buforami i zajmować się organizacją przepełnień.

Administrator bazy danych i jego funkcje:

Ponieważ dane w bazie są wykorzystywane przez wiele programów stąd konieczność centralizacji opracowywania schematu, a czasem również podschematu. Konieczność połączenia programów użytkowych to należy do administratora.

Funkcja administratora polega na utworzeniu i obsłudze bazy oraz jej schematu tak, aby programy użytkowe mogły efektywnie zaspokajać swoje potrzeby.

Od administratora ze strony organizacyjnej wymagamy:

- utworzenie schematu opisującego bazę i wprowadzenie do systemu zarządzania bazą.

- utworzenie schematu pamiętania i wprowadzenie do systemu zarządzania bazą danych.

- załadowanie samej bazy danych.

- określenie zasad kontroli dostępu do bazy w szczególności zamki kontroli dostępu w szczególności dostęp pojedynczych użytkowników poprzez określenie zamków kontroli dostępu i przydzielenie kluczy dostępu.

- określenie urządzeń i nośników danych dla bazy.

-Monitorowanie wykorzystania i wydajności

Zbierania danych statystycznych dotyczących wykorzystania różnych części czy różnych elementów bazy.

Prowadzenie protokołów zmian w bazie, dla jej odtworzenia w przypadku błędu systemu lub użytkownika.

-Reorganizacja i restrukturyzacja bazy w celu zwiększenia wydajności

administrator musi dokonać zmiany schematu i skompilować zmiany w celu uzyskania nowej wersji schematu (to samo z podschematem)

Konieczność zmian jeśli dojdą nowe elementy, zapotrzebowania.

Schemat pamiętania zmiana schematu, aby otrzymać nowy schemat pamiętania.

Zmiana samej bazy, aby była zgodna ze schematem i schematem pamiętania

Usunięcie zbędnych rekordów, które stały się zbędne lub niedostępne i uwzględnienie zwolnienia fragmentów pamięci.

Rozmieszczenie danych na różnych nośnikach i urządzeniach uwzględniając czasy dostępu, zużycie fizyczne nośników itd. Ewentualny wydruk wybranych fragmentów bazy.

- Odtwarzanie bazy danych po błędach lub awariach systemu,

administrator musi zrealizować składowanie części bazy w pamięci pomocniczej (archiwizowanie części bazy).

- Odtwarzanie części bazy z uwzględnieniem protokołów zmian.

Podstawowe procedury struktury bazy

- obecność pewnych specyficznych operacji dla konkretnej bazy danych, przykładowo sprawdzenie poprawności kluczy dostępu.

- obliczanie wartości danych elementarnych jako funkcji wartości innych danych elementarnych

- realizacja algorytmów wyszukiwania

- algorytmy pakowania lub rozpakowywania wartości danych elementarnych

- realizacja obliczeń za pomocą środków systemowych

Procedury te muszą mieć dostęp do

- identyfikatora procesu, z którego zostało przekazanie sterowanie do procedury bazy danych.

- typu funkcji języka manipulowania danymi, z której sterowanie zostało przekazane do procedury bazy danych

-typu zadania lub frazy, z którego nastąpiło przekazanie sterowania

-W specyficznych sytuacjach do całej informacji dostępnej procesowi, z którego przekazano sterowanie do procedury bazy danych, czyli do obszaru roboczego użytkownika danego procesu, do wskaźników stanu również do rejestrów i wszystkich danych w bazie.

Procedury bazy powinny mieć możliwość przekazywania informacji do tego procesu, z którego przekazano im sterowanie.

Ochrona danych

Sam schemat BD powinien przewidywać środki ochrony:

1. ochrona przed nieupoważnionym dostępem do danych (kontrola dostępu).

Realizuje się na różne sposoby, najczęściej realizowany jako mechanizm wzajemnie uzupełniających się zamków określanych w schemacie oraz kluczy, które powinny być podane przez proces, który chce otrzymać prawo dostępu do zamkniętych danych. W zależności od środków, którymi dysponuje podschemat i zależnie od charakteru procesu klucze mogą być przekazywane do podschematu przez sam proces lub interakcyjnie przez użytkownika procesu.

Klucz dostępu jest wartością, której typ i zakres określa implementator. Klucz może być wartością stałą, zmienną lub wynikiem obliczenia procedury.

Zamek dostępu jest albo wartością albo procedurą. Gdy zamek jest wartością (stałą lub zmienną) to dla uzyskania dostępu do danych wymagana jest zgodność klucza. Gdy jest procedurą to wykorzystuje klucz, aby decydować, czy dane należy otworzyć.

Działanie procedury zależy od implementatora a także przy tworzeniu schematu powinien mieć również wpływ administrator bazy.

Zadania (ochrona).

- Przeprowadzenie obliczeń z wykorzystaniem klucza i na tej podstawie sprawdzanie poprawności klucza.

- Rozwiązanie interakcyjne - dialog z osobą pracującą przy terminalu i otrzymanie odpowiedzi na szereg pytań, i na tej podstawie udostępnienie danych po zidentyfikowaniu.

- Zapisywanie do procesu nowej wartości klucza (zmiana klucza po każdym udostępnieniu danych).

- Gdy nastąpiło naruszenie ochrony danych, to wówczas system powinien rejestrować taki przypadek, konieczne jest wysłanie sygnału alarmowego do administratora bądź operatora bazy(jeżeli została taka osoba powołana).

- Przewiduje się również przy powtórnym naruszeniu danych natychmiastowe przerwanie procesu.

- (Rzadko) Stosuje się chwilowe wstrzymanie procesu w celu uzyskania potwierdzenia prawa dostępu.

- Odłączenie terminala użytkownika i żądanie powtórnego logowania przed udostępnieniem prawa dostępu.

Procedura bazy danych musi mieć możliwość identyfikacji procesu (ingerowanie w system).

2.ochrona przed pojawieniem się sprzecznych lub nieprawdziwych danych (kontrola integralności).

DDL umożliwia pewną specyfikację powiązań w strukturach BD.

- Należy przewidzieć środki kontroli poprawności danych (w szczególności danych elementarnych).

- Gdy sam proces próbuje modyfikować rekord lub kolekcję, SZBD powinien sam przeprowadzać kontrolę procedur i odpowiednich wywołań.

Za każdym razem gdy do bazy wprowadzana jest dana lub zostaje zmieniana mówimy o wprowadzaniu danych elementarnych.

Rozproszone bazy danych.

Rozproszony system BD to system, w którym występuje rozłożenie danych przez ich fragmetaryzację (podział) lub repliakcję do różnych konfiguracji sprzętowych i programowych rozmieszczonych fizycznie w różnych miejscach. Fragment danych stanowi podzbiór danych.

Replikacja stanowi kopię całości lub części danych, przechowywanych w innej części BD.

O rozproszeniu możemy również mówić w odniesieniu do funkcji, a rozproszenie funkcji dotyczy całej strategii klient - serwer i baz danych tego typu.

Fragmentaryzację i replikację stosuje się przez zastosowanie operatorów lub rachunku relacyjnego.

Zasadniczym celem rozproszonej BD jest to, aby dla użytkownika wyglądała jak jedna scentralizowana BD. Możemy mówić o trzech strategiach przezroczystości BD:

1. przezroczystość geograficzna - użytkownik nie musi wiedzieć, gdzie są przechowywane dane

2. przezroczystość fragmentaryzacji - użytkownik nie musi wiedzieć, w jaki sposób dane zostały podzielone

3.przezroczystość replikacji - użytkownik nie musi wiedzieć, w jaki sposób dane są powielane.

Zalety i wady rozproszenia

+ dostosowanie do struktury organizacyjnej organizacji przedsiębiorstwa (firmy)

+ większa kontrola nad danymi, dlatego, że można je przechowywać w jednym miejscu, w którym mogą być modyfikowane przez odpowiednio upoważnione osoby

+ utrzymanie replikacji, co zwiększa niezawodność systemu (dotyczy banków - dwie bliźniacze bazy)

+ zwiększenie efektywności przez poprawne rozproszenie danych, większość zapytań będzie do lokalnej (mniejszej) bazy, niż do dużej (scentralizowanej)

- RBD są bardziej skomplikowane od scentralizowanych BD

- trudność w efektywnym zarządzaniu bazą

Wszystkie te elementy wynikają z komunikacji sieciowej.

System zarządzania rozproszoną bazą danych musi być bardziej skomplikowany niż w przypadku bazy scentralizowanej.

- Katalog systemowy rozproszonej bazy danych jest bardziej złożony i musi obejmować więcej informacji, np. informacje o położeniu fragmentów bazy, jak i replikacji.

- Kolejny problem wynika ze zwielokrotnienia problemu ze współbieżnością i aktualizacją szeregu różnych węzłów.

Dla efektywności można stworzyć optymalizator zapytań, który powinien używać informacji topologicznych o sieci, decydując jak najlepiej wykonać dane zapytania.

Aby zapewnić większą odporność na awarie, to system zarządzania rozproszoną bazą danych nie powinien być ulokowany w jednym miejscu (zarówno oprogramowanie, jak i konkretne dane w różnych miejscach).

Wyróżnia się cztery podstawowe typy rozproszonych baz danych:

1. system klient-serwer

Termin system klient-serwer narodził się wraz z pojawieniem się lokalnych sieci. Baza danych na ogół była przechowywana na serwerze, natomiast interfejs użytkownika i narzędzia tworzenia aplikacji znajdowały się na komputerach klientów. Tak jak do dziś w niektórych sieciach.

2. jednorodna rozproszona baza

W jednorodnej rozproszonej bazie dane są rozłożone między dwa lub więcej systemów. Każdy jest oparty na tym samym rodzaju systemu zarządzania bazą danych (Oracle). Również na ogół ten typ działa na tego samego rodzaju sprzęcie i również pracuje pod nadzorem takiego samego systemu operacyjnego.

3. niejednorodna rozproszona baza

W niejednorodnych rozproszonych bazach danych konfiguracje sprzętowe i oprogramowania są różne. Obecnie podstawowym sposobem uzyskiwania niejednorodnego systemu jest łącze gateway. Jest to interfejs z jednego systemu zarządzania BD do drugiego, w praktyce bywa dostarczane przez jednego konkretnego producenta.

4. federacyjny system baz danych

Federacyjny system składa się z pewnej liczby względnie autonomicznych baz, w których niekiedy zachodzi konieczność zebrania części danych lub całości aby wykonać wspólną funkcję. Wykorzystuje się tu systemy otwarte z wykorzystaniem odległych systemów. W praktyce jest on słabo rozwinięty, trwają prace.

System klient-serwer to specjalna architektura oprogramowania, w której dwa systemy współdziałają ze sobą w rolach nadrzędnie-podrzędnych. Proces klienta rozpoczyna współdziałanie przez wysłanie zapotrzebowania. Proces serwera realizuje to zapotrzebowanie i odpowiada na złożone zapotrzebowanie.

Teoretycznie klient i serwer mogą znajdować się na tym samym komputerze, w praktyce raczej na oddzielnych komputerach.

Dla konkretnych aplikacji wyróżnia się cztery podstawowe części:

1.zarządzanie danymi - jest to cała gama funkcji, które zarządzają danymi dla aplikacji, w tym zarządzają transakcjami i współbieżnością oraz przechowywaniem danych i zabezpieczeniami.

2.zarządzanie regułami - gama funkcji, zapewniających zachodzenie wewnętrznych i innych dodatkowych warunków spójności danych.

3. logika aplikacji - zaliczamy te funkcje, które przekształcają dane i zgłaszają zapotrzebowanie na usługi dla serwerów i innego oprogramowania znajdującego się na komputerach klientów.

4.zarządzanie i logika prezentacji - funkcje, które przyjmują dane i zapotrzebowania od użytkownika oraz przedstawiają dane użytkownikowi. Oprogramowanie do prezentacji przekształca dane wyjściowe w postać wymaganą przez serwer i odwrotnie z serwera w postać dogodną dla użytkownika.

W systemach klient-serwer dochodzi oprogramowanie łączące - jest ono przezroczystym łącznikiem, który łączy aplikację klienta z danymi serwera. Dane z serwera są danymi lokalnymi dla aplikacji na komputerze klienta. Oprogramowanie łączące używa oprogramowania sieciowego w celu wymiany komunikatów między klientem a serwerem.

Przy projektowaniu efektywnych systemów klient-serwer należy:

1.umieścić jak najwięcej logiki szczególnie związanej z prezentacją na komputerach klienta, przyspiesza to współpracę z użytkownikiem, zmniejsza obciążenie serwera.

2.umieścić sprawdzanie niektórych reguł zwłaszcza tych dotyczących poprawności wprowadzanych danych na komputerze klienta.

3.dążyć do zminimalizowania ruchu w sieci poprzez ograniczenie liczby i rozmiaru zgłoszeń na usługi serwera.

4.umieszczać sprawdzanie istotnych dla całej organizacji (firmy) reguł na serwerze.

1

Praca pochodzi z serwisu www.e-sciagi.pl

R

SR

R

S

R

S

S

R

S

R

R

S

R

S

T

R

R

S

S

R

S₁

S₂

S_m

P₁

P₃

P₄

P₅

P₆

P₂

R

V

U

T

S

α

β

...

...

...

V

W

U

R

S

α

β

...

...

T

R

S

...

α

R

S

T

U

V

...

...

α

β

S

T

U

R

...

...

α

β

---