Curs 1 Baze de date - Modelul relational

Componentele modelului: - structura relationala a datelor --> organizeaza datele sub forma unor tabele bidimensionale, sub forma de relatii - operatorii modelului relational (cei 7) --> definesc operatiile care se pot efectua asupra relatiilor, in scopul realizarii functiilor de prelucrare asupra bazei de date: consultare, inserare, modificare, stergere. - restrictiile de integritate --> permit definirea starilor coerente ale bazei de date.

Cap. 1 Structura relationala a datelor

-impune definirea notiunilor de: domeniu, relatie, atribut si schema unei relatii.-> Domeniu = ansamblu de vaalori caracterizat printr-un nume. Este de 2 feluri: explicit (prin enumerarea tuturor valorilor apartinannd acestuia), implicit (prin precizarea proprietatilor pe care le iau valorile din cadrul domeniului). Domeniu nu este egal cu tabel! Pentru un ansamblu de n domenii, produsul cartezian al acestor domenii reprezinta un ansamblu de tupluri (inregistrari).-> Relatie = subansamblu al produsului cartezian al mai multor domenii, subansamblu caracterizat de un nume si care contine tupluri cu semnificatie. O reprezentare a relatiei este tabelul bidimensional sau tabela de date in care: linii = tupluri, coloane = domenii. Cardinalul relatiei = nr de tupluri, iar gradul relatiei = nr val dintr-un tuplu.-> Atribut = coloana unui tabel de date, caracterizata printr-un nume. Numele colanei (atributului) exprima de obicei semnificatia valorilor din cadrul coloanei respective. Tipuri de atribute: compus (bloc) - are cel putin 2 atribute(apare in FN1), iar valoarea sa este reprezentata de valorile atributelor componente; calculat(dedus) - valoarea sa nu este cunoscuta direct, ci se calculeaza pe baza valorilor altor atribute; simplu - valorile sale s

unt atomice, si NU este nici compus si nici calculat; repetitiv (multivaloare) - atribut care, la un moment dat, are mai multe valori care apar sub forma unei liste de valori.-> Schema unei relatii = numele relatiei, urmat de lista atributelor, pentru fiecare atribut precizandu-se domeniul asociat. Aceasta mai este cunoscuta si sub numele de INTENSIA UNEI RELATII - ca expresie a proprietatilor comune si invariante ale tuplurilor care compun relatia. --> Spre deosebire de intensie, extensia unei relatii = ansamblul tuplurilor care compun la un moment dat relatia, ansamblu care este variabil in timp.Curs 2 Baze de date II - Structura relationala a datelor (continuare)

Extensia unei relatii + semnficatia unei relatii virtuale-->OBS: de obicei, extensia unei relatii este stocata fizic in spatiul ascoiat bazei de date relationale, caz in care relatia poarta numele de relatie de baza.--> Exista insa si situatii in care extensia nu este memorata in baza de date, fiind cazul asa-numitelor relatii virtuale, cunoscute si sub numele de relatii derivate sau viziuni. Relatia virtuala nu este definita explicit, precum relatiile de baza (prin ansamblul tuplurilor componente), ci implicit - pe baza altor relatii, prin intermediul unei expresii relationale (relatii).

Cap.2 Operatorii modelului relational--> modelul relational ofera 2 colectii de operatori pe relatii si anume: -> algebra relationala; -> calculul relational - compus si el din 2 tipuri: calcul relational orientat pe tuplu si calcul relational orientat pe domeniu.

Algebra relationala--> E.F. Codd a introdus algebra relationala (AR)

ca fiind o colectie de operatii pe relatii, fiecare relatie avanad drept operanzi mai multe relatii si producand ca rezultat o alta relatie.--> Operatiile AR pot fi grupate in: -> traditionale pe multimi: reuniunea, intersectia, diferenta, produsul cartezian; -> relationale speciale: selectia, proiectia, jonctiunea sau complementarea.Reuniunea--> reprezinta o operatie a AR definita pe doua relatii R1 si R2, ambele cu aceeasi schema, operatie care consta din construirea unei noi relatii R3, cu schema identica cu R1 si R2 si avand drept extensie tuplurile din R1 si R2, luate impreuna o singura data.--> Notatiile uzuale sunt: or (R1,R2); append(R1,R2); union (R1,R2) - pt oracle. - exemplu: relatia municipii(localitati, judete, populatie)-orase(localitati, judet, populatie)-localitati(localitati D1, judet, populatie), cu componenta: - Mun. > brasov, brasov, 400.000 targoviste, dambovita, 300.000 - Orase > brasov, brasov, 400.000 sacele, brasov, 60.000 - Localiatati > brasov, brasov, 400.000 sacele, brasov, 60.000 targoviste, dambovita, 300.000Curs 3 baze de date II - Operatorii modelului relational

discipline la licenta: psi, c++, arhitectura, sql, baze de date I.

Continuare

Diferenta--> represinta o operatie AR definita pe doua relatii: R1 si R2, ambele cu aceeasi schema, ce consta din construirea unei noi relatii R3, cu schema identica cu a operanzilor (R1 si R2) si avand drept

extensie tuplurile din R1 care nu se regasesc si in R2.--> notatii uzuale: R1-R2; REMOVE (R1,R2); MINUS (R1,R2);--> exemplu: baza de date cu componenta urmatoare: localitate, judet, populatie -> localitati: targoviste, dambovita, 300.000 -> municipii: brasov, brasov, 400.000 targoviste, dambovita, 300.000 -> orase: brasov, brasov, 400.000 sacele, brasov, 60.000Produsul cartezian--> reprezinta o operatie a AR definita pe 2 relatii R1 si R2, operatie care consta din construirea unei noi relatii R3, a carei schema se obtine prin concatenarea schemelor relatiilor R1 si R2 si a carei extensie cuprinde toate combinatiile tuplurilor din R1 ce cele din R2--> notatii uzuale: R1xR2; PRODUCT (R1,R2); TIMES(R1,R2);--> exemplu: aceeasi baza de date ca mai sus, cu urmatoarea componenta: -> transport urban: brasov, brasov, trmavai, 10.000 targoviste, dambovita, tramvai, 10.000 brasov, brasov, autobuz, 20.000 targoviste, dambovita, autobuz, 20.000 -> municipii - la fel ca mai sus -> tarife: transport, tarif - tramvai, 10.000 - autobuz, 20.000Proiectia--> reprezinta o operatie a AR definita asupra relatiei R, operatie care consta din contruirea unei noi relatii P, in care se regasesc numai acele atribute din R specificate explicit in cadrul operatiei.--> suprimarea unor atribute din R inseamna efectuarea unor "taieturi verticale" asupra lui R, care pot avea ca efect aparitia unor tupluri duplicate, ce se cer a fi eliminate!--> prin operatia de proiectie se trece de la o re

latie de "grad n" la o relatie de "grad p" mai mic decat cel initial (p notatii uzuale: R [Ai, Aj, ..., Am]; PROJECT[Ai, Aj, ..., Am];--> exemplu: proiectie dupa judet: -> judete(dupa judet): brasov -> municipii - aceeasi compunere ca mai sus.Selectia--> reprezinta o operatie AR definita asupra relatiei R, operatie care consta din construirea unei relatii S, a carei schema este identica cu cea a relatiei R, dar a carei extensie este constituita din acele tupluri din R care stisfac o conditie mentionata explicit in cadrul operatiei. --> intrucat cel mai adesea nu toate tuplurile din R satisfac aceasta conditie, selectia inseamna efectuarea unor "taieturi orizontale" asupra relatiei R, adica: eliminarea de tupluri.--> conditia din cadrul operatie este de forma: atribut -> operator de comparatie -> valoare.--> notatii uzuale: R[conditie]; RESTRICT (R, conditie);--> exemplu: tabelul municipii mari: brasov, brasov, 400.000, cu restrictia populatie> 350.000(ex de grila de la licenta 2014: urmatoarea secventa de instructiuni identifica urmatoarele operatii:a) selectie;b) proiectie;c) selectie si proiectie; - raspuns corectd) intersectie;tabelul produse: codp, denp, UM, pret P1, prod1, buc, 10 P2, prod2, buc, 20codul: select codp, denpfrom produse where codp='P2'; )Jonctiunea (Join-ul)--> reprezinta o operatie AR definita pe doua relatii R1 si R2 ambele cu o aceeasi schema, operatie care consta din construirea unei noi relatii R3, p

rin concatenarea unor tupluri din R1 cu tupluri din R2.--> OBS: se concateneaza doar acele tipuri din R1 si R2 care satisfac o anumita conditie, specificata explicit in cadrul operatiei.--> extensia R3 va contine deci combinatiile acelor tupluri care satisfac conditia de concatenare.Curs 6 baze de date - Operatiile relationale - continuare

- de discutat cu Mr. Pop formele normale din sql-la test: AR, FN-uri, oracle-sgbd relational, la 4 crearea unor tabele folosind oracle; la 5 un select.

Join--> notatii uzuale: join (R1, R2, conditie);--> In general, conditia de concatenare mentionata in cadrul operatiei de jonctiune este urmatoarea: atribut din R1 -> conditie -> atribut din R2.--> OBS: In functie de operatorul de comparatie din cadrul conditiei de concatenare, joinul poate fi de mai multe tipuri, dar cel mai frecvent utilizat este Equijoin-ul. el reprezinta jonctiunea dirijata de o conditie de forma: atribut din R1 = atribut din R2.

Intersectia--> reprezinta o operatie a AR definita pe doua relatii R1 si R2, ambele cu aceeasi schema, operatie care consta din construirea unei noi relatii R3, cu schema identica cu a operanzilor R1 si R2 si avand drept extensie tuplurile comune dintre R1 si R2.--> notatii uzuale: intersect(R1,R2); and(R1,R2);

Complementarea--> reprezinta o operatie aditionala a AR care permite determinarea complementului unei relatii. Complementul unei relatii este definit drept ansamblul tuplurilor din produsul cartezian al domeniilor asociate atributelor relatiei, care nu figureaza in extensia relatiei considerate. Este obligatoriu

ca domeniile sa fie finite. Cardinalitatea rezultatului poate fi extrem de mare, ceea ce face ca operatia de complementare sa fie relativ putin folosita.--> notatii uzuale pentru complementare: not(R); comp(R);

Splitarea/Spargerea--> reprezinta o operatie aditionala a AR definita asupra unei relatii R, operatie care, pe baza unei conditii definite asupra atributelor din R, permite construirea a doua relatii R1 si R2, cu aceeasi schema ca si R. Extensia lui R1 va contine tuplurile din R care satisfac conditia specificata, iar R2 va contine tuplurile din R care nu verifica aceasta conditie.

Cap. III - Restrictiile de integritate (Reguli de integritate)

-->reprezinta principalul mod de integritate a semanticii datelor in cadrul modelului relational al datelor, mecanismele de definire si verificare a acestor restrictii reprezentand principalele instrumente pentru controlul semnatic al datelor. Se indentifica doua categorii, in cadrul modelului relational: - restrictii de integritate minimale - sunt obligatoriu de definit si de respectat atunci cand se lucreaza cu modelul relational: unicitatea cheii, cea referentiala, restrictia entitatii; - alte restrictii de integritate: nu definesc o categorie obligatoriu de respectat, dar exista cazuri cand aplicarea lor este impetuos necesara pentru rafinarea si coerenta modelului: dependentele intre date; restrictiile de comportament.Curs 7 Baze de date II - Restrictii de integritate (continuare)

Restrictii de integritate minimala--> restrictiile de integritate minimale sunt definite in raport cu notiunea de cheie a unei relatii.

--> aspecte de retinut pt notiunea de cheie: - relatia se prezinta ca o multime de tupluri - intrucat o multime nu poarte contine elemente duplicate, atunci relatia nu poate nici ea prezenta tupluri identice. - intrucat tuplurile sunt unice, trebuie sa existe posibilitatea idetificarii lor in cadrul unei relatii. - identificarea unui tuplu in cadrul unei relatii, fara a se face apel la toate valorile din tuplu, a impus aparitia notiunii de cheie.--> tipuri de chei: simple, compuse, candidate, primara, alternate.--> Cheie externa = atribut/grup de atribute dintr-o relatie R1 ale carui/caror valori sunt definite pe acelasi/aceleasi domeniu/domenii ca si cheia primara a unei relatii, R2 si care are rolul de a modela asocierea intre entitatile reprezentate prin relatiile R1 si R2. Aici, R1 este denumita relatie care refera, in timp ce R2 poarta numele de relatie referita.Tipuri de restrictii:--> 1. Restrictia de unicitate a cheii: reprezinta restrictia de integritate care impune ca intr-o relatie R care are cheia K, oricare ar fi tuplurile t1 si t2 sa fie satisfacuta inegalitatea t1(K)!=t2(K). Semnificatia restrictiei: intr-o relatie nu pot exista doua tupluri cu o aceeasi valoare pentru atributele cheie.--> 2. Restrictia referentiala (Integritatea referirii): reprezinta restrictia de integritate care impune ca intr-o relatie R1 care refera o relatie R2, valorile cheii externe sa figureze printre valorile cheii primare din relatia R2 sau sa fie valori NULL. Semnificatia restrictiei: O asociere nu poate exitsta decat intre parteneri cunoscuti, adica parteneri deja definiti. Atunci cand intr-o anumita situatie, asocierea nu este aplicabila, unul dintre parteneri va fi desemnat prin valoare NULL cu semnificatia de partener inexistent.--> 3. Restrictia entitatii (Intergritatea entitatii): reprezinta restrictia de integritate care imp

une ca intr-o relatie, atributele cheii primare sa fie nenule. Semnificatia restrictiei: unicitatea cheii impune ca la incarcarea unui tuplu, valoarea cheii sa fie cunoscuta, pentru a se putea verifica faptul ca aceasta valoare nu exista deja incarcata (tuplul nu figureaza deja in baza de date). Cu valori de tip NULL, cheia isi pierde rolul de indentificator de tuplu. Aceasta restrictie nu se aplica cheilor externe dintr-o relatie, daca acestea nu apartin cheilor primare!Alte restrictii de integritate--> 1. restrictii referitoare de la dependenta datelor - semnifica modul in care datele depind unele de altele. Aceasta dependenta intre date poate fi de mai multe tipuri: dependenta functionala(FN2 si FN3), multivaloare(FN4), jonctiune(FN5).--> 2. restrictiile de comportament - in functie de realitatea descrisa in baza de date, se pot defini de catre utilizatori mai multe tipuri de integritate de comportament: de domeniu, temporale.Curs 8 Baze de date II - Oracle- sgbd relational

Q: caracteristicile limbajului ORCLA: raspunsul este prezent in notele dela curs (12 la numar, trebuie stiute cel putin 2 pentru testul de la curs)

--> Inca de la aparitia sa, sgbd Oracle a fost definit ca un ansamblu complex de programe care asigura interfata intre o baza de date si userii acesteia. Astfel, rolul Oracle a fost acela de a organiza si prelucra volume mari si complexe de date in memoria externa.--> Principalele criterii care au trebuit sa fie indeplinite de sgbd oracle pentru a fi considerat un sgbd relational, sunt urmatoarele: - 1. Indeplineste functiile unui sgbd: descriere, manipulare, utilizare, si administrare - implementate prin -> a. LDD (limbajul de descriere a datelor, prin comenzi din sql); -> b. LMD (limbajul de manipulare a datelor

- prin comenzi sql, PL/SQL, Java); -> c. Interfete si instrumente specializate (Oracle Developer, Express, etc.) - 2. Indeplineste obiectivele unui SGBD: independenta datelor, redundanta minima si controlata, facilitati de utilizare, securitatea si integritatea datelor, partajabilitatea datelor, legaturile intre ele, performante globale, administrarea si controlul datelor. Obiectivele sunt indeplinite prin toate componentele sistemului Oracle. - 3. Implementeaza modelul de date relational sub toate cele trei aspecte ale sale: -> a. structurarea datelor se face cu ajutorul notiunilor: domeniu, tabela (relatie), tuplu, atribut, chei, schema relatiei; -> b. restrictiile de integritate se implementeaza prin LDD din SQL. Acestea sunt: unicitatea cheii (unique, primary key), referentiala (references - foreign key), entitati (not null), de comportament (check). -> c. operatorii relationali implementati, provin din algebra relationala: selectie, proiectie, jonctiune, reuniune, diferenta, intersectie. Toti operatorii prezenti sunt implementati prin clauze specifice in comanda select. - 4. Implementeaza limbajul relational SQL (Structured Query Language): -> a. in Oracle este implementata o varianta extinsa de SQL standard, numita SQL PLUS; -> b. pentru a suplini lipsa facilitatilor procedurale din SQL, Oracle reprezinta un limbaj imperativ propriu - numit PL/SQL (programming Language SQL); - 5. Functioneaza in arhitectura Client-Server cu procesele corespunzatoare: la instalarea sistemului Oracle, exista definite componente pentru server si componente pentru arhitectura client; -> a. Clientul: concentreaza cererile de regasire, transmite cererile serverului, primeste rezultatele si le prezinta (dar nu cunoaste localizarea datelor); -> b. Serverul: lucreaza multitasking, asi

gura concurenta la date, asigura integritatea bazei de date, prelucreaza cererile de regasire, realizeaza optimizarea alocarii si a accesului (realizeaza accesul), asigura control complex pentru baze de date foarte mariCurs 11 Baze de date II - Oracle - sgbd relational

--> Continuarea celor 12 caracteristici -> 6. Functioneaza in mediu distribuit, respectand cele 12 reguli ale lui C.J. Date, dare are si versiuni de lucru pe statii individuale (workstations); -> 7. Detine instrumente CASE (Computer Aided Software Engineering) - instrumentul se nnumeste Ratinal Rose (CASE - de la IBM) - pentru activitatile de analiza si proiectare a aplicatiilor cu baze de date. Componenta Oracle Designer este cea care asigura aceasta facilitate. -> 8. Se incadreaza in arhitectura multi-nivel (multi-tyer), realizand trecerea de la arhitectura pe 3 nivele (pe componente), spre arhitectura NC (Network Computing). -> 9. Indeplineste cele 13 reguli ale lui Codd, privind cerintele ca un sgbd sa fie complet relational. -> 10. Indeplineste toate caracteristicile unui sgbd relational: - a. caracteristici globale (limbaje relationale, controlul integritatii semantice a datelor, coerenta datelor, optimizarea cererilor de regasire, utilizare); - b. caracteristici particulare (facilitati de descriere a datelor, facilitati de manipulare a datelor, facilitati de utilizare si administrare a datelor); -> 11. Extensia sistemului Oracle, este implementata intr-o serie de facilitati, dictate de contextul informatic si de noile cerinte ale economiei informationale (digitale). --> Cele mai importante facilitati Oracle sunt: lucrul distribuit in reteaua globala de calculatoare, facilitati de lucru orientate obiect, fa

cilitati multimedia, gestionarea bazei de date pentru Internet, gestionare baze de date de mare volum (Data Warehouse), implementare tehnologii pentru analize complexe ale datelor (OLAP, Data Mining).

Arhitectura sgbd Oracle--> Sgbd oracle este structurat pe 3 nivele, - inter-legate strans de baza de date- : - interfete de dezvoltare: developer, designer, express - nucleul Oracle: sql plus, PL/SQL, Java (structura de baza) - instrumente de intretinere: administrator tools, net products, browsere si editoare.--> 1. Nucleul sistemului Oracle: - contine componentele care implementeaza tipul relational in sgbd oracle - a. limbajul relational de regasire - sql - b. limbajul procedural propriu - pl/sql--> Sistemul Oracle creeaza si intretine automate dictionarul de date (pentru lucrul efectiv de comenzi). Acesta face parte din baza de date Oracle si contne un set de tabele si viziuni accesibile utilizatorului, doar in consultare.--> 2. Interfetele sistemului Oracle: sunt componentele care permit dezvoltarea aplicatiilor cu baze de date. acestea sunt: - DEVELOPER: este componenta destinata dezvoltatorilor (programatorilor) de aplicatii; contine generatoarele : forms (meniuri si videoformate), reports (rapoarte), si graphics (pentru grafica); - DESIGNER: este componenta destinata analistilor de aplicatii; ofera elemente de tip CASE pentru proiectarea aplicatiilor cu BD; - EXPRESS: este destinat analizei datelor multidimensionale, folosind tehnologia de tip OLAP (On-line Analytical Processing); - ORACLE APPLICATIONS: permite dezvoltarea unor aplicatii de intreprindere (Financials, Manufacturing, projects etc.); - WEB DEVELOPER: permite lucrul in mediul i

nternet cu serviciile oferite de acesta.Curs 12 Baze de date II - Arhitectura sgbd Oracle - continuare

-->3. Instrumentele sistemului Oracle: sunt destinate intretinerii si bunei functionari a unei baze de date Oracle. Acestea sunt: -Administrator tools: contine mai multe utilitare destinate adminului bazei de date (pentru deschidere / inchidere baza de date), autorizarea accesului, refacerea structurii initiale sau conversii de date. - Net products: contine utilitare pentru lucrul distribuit in retea, protocoale de comunicatie API (Application Programe Interface), acces la Internet (via e-mail) - Browsere: pentru cautarea si intretinerea bazei de date.

Structuri si Mecanisme in sgbd Oracle--> Pentru a permite dezvoltarea unei aplicatii cu baze de date, sistemul Oracle detine o serie de elemente si mecanisme interne, care sunt activate automat, atunci cand este necesara utilizarea lor.--> I. Elementele unei baze de date Oracle: pentru a putea fi construita in Oracle, baza de date va avea alocate automat o serie de resurse de sistem, precum: - 1. Zonele de memorie interna - alocate standard de sgbd Oracle: - Zona globala de sistem (SGA - System Global Area), ce contine buffere de informatii (zone de memorie) despre o sesiune Oracle, care servesc pentru memorarea temporala a tranzactiei; - Zona globala de program (PGA - Program Global Area), ce contine buffere alocate de server pentru fiecare client conectat la baza de date; - Zona de context (CA - Context Area), ce contine un buffer alocat automat unei comenzi SQL lansate de un client; - 2. Procesele Oracle: sunt prelucrari care se executa la un moment dat, intr-o zona de lucru. A

cestea pot fi: - CLIENT (Utilizator), procese create pe noduri, la conectarea utilizatorului la server; - SERVER, sunt procese create pe server, pentru diferite operatii asupra bazei de date: acces la tabele, comunicare, etc. Nota: combinatia dintre zonele de memorie si procesele Oracle se numeste instanta. - INSTANTA (Oracle Instance!): zonele de memorie, procesele si instantele sunt elementare auxiliare ale unei baze de date Oracle; - 3. Obiectele de tip Oracle: sunt independente de alocarea fizica pe disc si alcatuiesc Structura logica a unei baze de date. Acestea sunt: - BAZA DE DATE: ce defineste o colectie de tabele tratate unitar; - TABELA DE DATE: este unitatea de memorare si tratare a datelor intr-o baza de date; - TABELA VIRTUALA (viziunea): reprezinta modul cum "vede" un utilizator, la un moment dat, baza de date; deci, practic, este o structura logica ce contine o cerere de regasire complexa. - TIPURILE DE DATE FOLOSITE IN ORACLE: sunt tipurile de date utilizate pentru descrierea datelor in memoria interna sau externa, sunt cele din standardul SQL (char/varchar2, number, date etc.); - FISIERELE: fisierele aflate pe disc pentru memorarea datelor formeaza structura fizica a bazei de date Oracle - Structura fizica a bazei de date Oracle:

- a. Fisierele cu date (tabelele): o baza de date poate avea unul sau mai multe de astfel de fisiere, dar un fisier se poate aloca numai cu o singura baza de date; astfel de fisiere sunt: tabelele de baza (table_name), indecsii, clusteri, segmente, dictionarul de date (user_nume - unde nume indica obiectul apelat din dictionar: utilizator, restrictii, viziuni etc.) - b. Fisiere de control: contin informatii despre baza de date (parametrii, informatii de sincronizare, statistici) si descriu structura f

izica a bazelor de date. Sunt fisiere binare de mici dimensiuni. O baza de date unul sau mai multe fisiere de control, dar un fisier de control se poate asocia unei singure baze de date. - c. Fisiere jurnal (Redo - Log): se inregistreaza in ele automat de catre sistem toate modificarile efectuate asupra bazei de date, la o sesiune curenta, pentru a se putea reface ulterior in caz de avarii. - d. Alte fisiere: sunt fisiere care se folosesc pentru instalarea sistemului Oracle sau pentru intretinerea bazei de date Oracle; astfel de fisiere sunt: fisiere de parametrii (cu extensia .ORA), fisiere de arhivare, fisiere de parole.

ce va fi la testul de la curs (din 05.01.2015):- partea de teorie: o intrebare din algebra relationala, o intrebare din arhitectura sgbd oracle (figura din cursul 11)- partea aplicata: creare, inserare valori + modificare structura tabele; secvente (definire, modificare), functii de tip data, functii de tip sir de caractere.