Systemy Baz Danych Wykład 1 Na podstawie książki Database Systems: Design, Implementation, and Management, Sixth Edition, Rob and Coronel

W trakcie tego wykładu, poznamy: różnicę pomiędzy danymi i informacją, definicję baz danych, ich różne typy i dlaczego są one pomocne w procesie podejmowania decyzji dlaczego proces projektowania baz danych jest taki ważny jak współczesne bazy danych ewoluowały z systemów plików Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

W trakcie tego wykładu, poznamy: Wady systemu plików (jako prekursora baz danych) Czym baza danych różni się od systemu plików i jak funkcjonuje DBMS wewnątrz systemu baz danych Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Dane czy Informacja Dane: Surowe fakty; tworzą bloki informacji Nieprzetworzona informacja Informacja: Przetworzone dane w calu ujawnienia znaczenia Dokładne, istotne i podane na czas informacje są kluczem do podejmowania właściwych decyzji. Podejmowanie właściwych decyzji jest kluczem do „przeżycia” w środowisku globalnym. Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Przykład: Sprzedaż przypadająca na danego pracownika w dwóch działach Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Prezentacja bazy danych i DBMS Baza danych (ang. database) — współdzielona, zintegrowana struktura (komputerowa) która przechowuje: Dane użytkownika końcowego (surowe fakty) Metadata (dane o danych) Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Prezentacja bazy danych i DBMS (kontynuacja) DBMS (ang. database management system): Zestaw programów do zarządzania strukturą bazy danych i do kontrolowania dostępu Powala na współdzielenie danych pomiędzy wiele aplikacji i użytkowników Pozwala na bardziej wydajne i efektywne zarządzanie danymi Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

DBMS pozwala na zarządzanie danymi bardziej wydajnie i efektywnie Użytkownicy mają ułatwiony dostęp do lepiej zarządzanych danych Promowanie zintegrowanych widoków operacji Prawdopodobieństwo wystąpienia braku spójności jest znacznie zredukowane Możliwość generowania szybkich odpowiedzi na zapytania typu „ad hoc” Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

DBMS zarządza interakcją pomiędzy użytkownikami a bazą danych Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Typy baz danych Single-user: Desktop: Multi-user: Obsługa tylko jednego użytkownika w danej chwili Desktop: Baza danych typu Single-user uruchomiona na komputerze osobistym Multi-user: Obsługa wielu użytkowników w danej chwili Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Typy baz danych (kontynuacja) Workgroup: Baza danych typu Multi-user obsługująca małą grupę użytkowników lub pojedynczy oddział (wydział) Enterprise: Baza danych typu Multi-user obsługująca dużą grupę użytkowników lub całą korporację Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Lokalizacja bazy danych Scentralizowane: Obsługa danych zlokalizowanych w jednym określonym miejscu Rozproszone: Obsługa danych rozproszonych pomiędzy wiele miejsc Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Bazy danych – podział ze względu na zastosowanie Transakcyjna (lub produkcyjna): Obsługa codziennych operacji w firmie Hurtownie danych: Przechowuje dane używane uzyskiwania informacji niezbędnej to podejmowania taktycznych lub strategicznych decyzji Takie decyzje wymagają ogromnej ilości danych Często używana do przechowywania historycznych danych. Ich struktura jest odmienna. Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Dlaczego proces projektowania jest taki ważny Definiujemy oczekiwane działanie i użycie bazy danych Różne podejścia muszą być stosowane do różnych typów baz danych Unikamy nadmiarowości danych (niepotrzebnie duplikowanych) Źle zaprojektowana baza danych generuje błędy  to prowadzi do podjęcia błędnych decyzji może to spowodować upadek firmy Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Co było przed bazami danych? Pliki i systemy plików (plikowe) Chociaż zarządzanie danymi poprzez system plików jest przestarzałe, to : Zrozumienie relatywnie prostej charakterystyki systemu plików pozwala na lepsze zrozumienie istoty projektowania baz danych Świadomość problemów występujących przy zarządzaniu systemem plików pomaga unikać podobnych problemów z DBMS Znajomość systemu plików jest pomocna gdy planujesz konwersję przestarzałego systemu plików do DBMS Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

„Ręczne” systemy plików Składały się ze zbioru plików (akt, dokumentów papierowych) przetrzymywanych w gablocie. Schemat folderów był opracowany na podstawie oczekiwanego użycia danych Taki system był odpowiedni dla malej ilości danych i niewielkiego systemu raportowania Odszukiwanie i korzystanie z danych w rosnącym zbiorze folderów plików (akt) stawało się czasochłonne i nieefektywne. Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Od ręcznego do komputerowego systemu plików Technicznie skomplikowany proces, wymaga pracy wielu specjalistów od przetwarzania danych (ang. data processing -DP) Specjaliści DP tworzyli strukturę plików, pisali oprogramowanie i projektowali aplikację do obsługi systemu plików Powstało wiele odmiennych systemów plików Początkowo, struktura plików komputerowych była podobna do plików ręcznych (zobacz rysunek 1.3) Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Przykładowa zawartość pliku Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Podstawowa terminologia (dla plików) Dane : surowe fakty, takie jak : numery telefonów , data urodzin lub wielkość sprzedaży. Dane nie mają wielkiego znaczenia dopóki nie będą ułożone w pewien logiczny sposób. Najmniejszy „kawałek” informacji może być rozpoznany przez komputer (np. jeden znak).   Pole: Zbiór znaków alfanumerycznych który ma specificzne znaczenie. Pole definuje i przechowuje dane Rekord: Logicznie połaczony zbiór pól które opisują osobę, miejsce lub rzecz. Plik: Zbiór powiązanych rekordów. Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Przykład wczesnego projektowania baz danych Specjaliści DP pisali programy do tworzenia raportów : Miesięcznej sprzedaży różnego typu polis ubezpieczeniowych przez agentów Miesięcznej listy klientów którzy będą dokonywali wznowienia polis Sprzedaży polis i ich typów przez poszczególnych agentów Sprawozdań wysyłanych do klientów Dodatkowe raporty były przygotowywane gdy zachodziła taka potrzeba Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Przykład wczesnego projektowania baz danych (kontynuacja) Inne działy wymagały również baz danych specjalnie dla nich Baza danych SPRZEDAŻ dla działu sprzedaży Baza danych AGENT dla działu osobowego Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Przykład: zawartość pliku agenta Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Ewolucja prostego systemu plików Od czasu gdy liczba baz danych rosła, ewoluowały też systemy plików Każdy plik używał innej aplikacji do obsługi. Każdy plik był przechowywany przez użytkownika lub grupę użytkowników którzy zlecili stworzenie tego pliku. Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Prosty system plików Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Prosty system plików (kontynuacja) Rozbudowa systemu wymagała nowych umiejętności (programistycznych) od specjalistów DP Dodatkowi programiści byli wymagani Specjaliści DP zostali podzieleni na DP managerów DP, i kierowników DP Podstawowymi zadaniami specjalistów DP pozostało programowanie Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Problemy z plikowym systemem zarządzania danymi Każde zadanie wymaga programowania w językach 3-ciej generacji (3GL) Programista musi dokładnie zdefiniować zadanie i to w jaki sposób musi to być zrobione Współczesne bazy danych korzystają z języków 4-tej generacji (4GL) Pozwalają użytkownikowi na zdefiniowanie co musi być zrobione bez potrzeby definiowania jak to ma być zrobione Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Programowanie w 3GL Czasochłonne Programista musi znać fizyczną strukturę plików Gdy system rozrasta się to zarządzanie dostępem do plików staje się trudniejsze i prowadzi do niesprawności systemu Skomplikowane kodowanie wymaga precyzyjnego umiejscowienia plików, komponentów systemu i charakterystyk danych Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Programowanie w 3GL (kontynuacja) Zapytania typu „Ad hoc” są niemożliwe Pisanie programów do tworzenia nowych raportów jest czasochłonne Gdy liczba plików wzrasta, zarządzanie systemem staje się coraz trudniejsze Wprowadzanie zmian do istniejącej struktury plików jest bardzo trudne Zmiany w strukturze pliku wymagają modyfikacji we wszystkich programach które korzystają z tego pliku Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Programowanie w 3GL (kontynuacja) Jakiekolwiek modyfikacje po prostu generują błędy, dlatego wymagany jest dodatkowy czas na debugowanie programu. Wprowadzenie zagadnień ochrony danych jest bardzo trudne i dlatego często omijane Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Zależności strukturalne i danych Zależność strukturalna Dostęp do pliku zależy od jego struktury Zależność danych Zmiany w strukturze bazy danych powodują zmiany w dostępie programu do danych Logiczny format danych Jak ludzie widzą dane Fizyczny format danych Jak komputer „widzi” dane Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Definicje pól i konwencje nazewnictwa Elastyczne definicje rekordów „przewidują” wymagania dla procesu raportowania poprzez podział pierwotnych pól na komponenty Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Przykładowe pola pliku Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Nadmiarowość danych Nadmiarowość danych prowadzi do niespójności danych Różne i sprzeczne wersje tych samych danych pojawiają się w różnych miejscach Błędy najczęściej powstają gdy dokonujemy zmian w wielu miejscach danego pliku i powtarzamy tą czynność w jednym lub wielu plikach Anomalie danych pojawiają się gdy wymagane zmiany w nadmiarowych danych nie są zakończone sukcesem Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Anomalie danych Anomalie modyfikacji Anomalie wstawiania Mają miejsce gdy dokonujemy zmian w istniejących rekordach Anomalie wstawiania Mają miejsce gdy wprowadzamy nowe rekordy Anomalie kasowania Mają miejsce gdy kasujemy rekordy Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Baza danych vs. System plików Wrodzone problemy systemu plików motywują nas do budowy i rozwoju prawdziwych baz danych System plików Wiele oddzielnych i niezależnych plików Baza Danych Logicznie połączone dane przechowywane w jednej strukturze Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Porównanie bazy danych i systemu plików Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Środowisko systemu baz danych System baz danych składa się z 5-ciu podstawowych części: Sprzętu (ang. hardware) Oprogramowania (ang. software) Systemu operacyjnego Oprogramowania DBMS Aplikacji i programów narzędziowych Ludzi Procedur Danych Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Środowisko systemu baz danych (kontynuacja) Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Funkcje DBMS Wykonuje operacje które gwarantują integralność i spójność danych Zarządzanie słownikiem danych Definiuje elementy danych i ich zależności Zarządzanie magazynowaniem danych Przechowuje dane oraz formularze do wprowadzania danych i raportowania itp.. Prezentacja i przetwarzanie danych Przetwarza logiczne żądania na fizyczne polecenia lokalizacji i pobierania żądanych danych Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Funkcje DBMS (kontynuacja) Zarządzanie ochroną danych Narzuca reguły prywatności danych Sterowanie dostępem dla wielu użytkowników Tworzone są odpowiednie struktury tak aby wielu użytkowników mogło jednocześnie uzyskać dostęp do danych Tworzenie kopii zapasowych i przywracanie systemu Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Funkcje DBMS (kontynuacja) Zarządzanie integralnością danych Wprowadza i egzekwuje reguły integralności w celu eliminacji problemów ze integralnością danych Języki dostępu do danych oraz interfejsy aplikacji i programowania Dostęp do danych poprzez język zapytań Bazodanowe interfejsy komunikacji Pozwalają bazie danych na akceptowanie żądań użytkowników przesyłanych siecią komputerową Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Metadata w Microsoft Access Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

System przechowywania danych w Oracle Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Podsumowanie Informacja jest pozyskiwana z danych które są przechowywane w bazie danych Do budowy i zarządzania bazą danych używamy DBMS Proces projektowania bazy danych definiuje jej strukturę Projektowanie jest bardzo ważne Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel

Podsumowanie (kontynuacja) Pierwowzorem baz danych były systemy plików Ponieważ systemy plików nie posiadały DBMS, zarządzanie danymi było bardzo utrudnione (zwłaszcza gdy rosła l. plików) DBMS zostały wprowadzone aby przezwyciężać wewnętrzne słabości systemu plików Database Systems: Design, Implementation, & Management, 6th Edition, Rob & Coronel