Cap1 Introducere Baze de Date

Baze de DateBaze de Date(Proiectarea Bazelor de Date)(Proiectarea Bazelor de Date)

Curshttp://info.tech.pub.ro/BD/

Facultatea de Electronica, Telecomunicatii si Tehnologia Informatiei

Prof. Felicia IonescuProf. Felicia Ionescu

http://info.tech.pub.ro/~fionescu/

Prof. Felicia Ionescu Cap.1 - Introducere in Baze de date

2

Modul de acordare a notelorModul de acordare a notelor

Regulamentil studiilor de licenta:http://www.electronica.pub.ro/informatii/fisiere/2008-UPB_Regulament_pt_ETTI.pdf

Notarea: 40 puncte - laborator

BD: 40 puncte - verificari pe parcurs, 20 puncte - verificare finala

PBD: 60 puncte verificare finala

Conditiile de promovare a disciplinei sunt: minim 20 puncte la laborator (50%) si minim 50 puncte in total

Daca sunt indeplinite conditiile de promovare, nota se calculeaza prin rotunjirea punctajului total obtinut

In cazul nepromovarii disciplinei, se refac toate activitatile aferente acesteia (ca diferen)


3

BibliografieBibliografie

Felicia Ionescu, Baze de date relationale si aplicatii, Editura Tehnica, Bucureti, 2004

C. J. Date, An Introduction to Database Systems, 8th Edition, 2004 R. Elmasri and S. B. Navathe, Fundamentals of Database

Systems, Fourth Edition, 2004

A. Silberschatz, H. Korth, S. Sudarshan, Database System Concepts, Fourth Edition, McGrow Hill, 2004

M. Piatini, O. Diaz (editors), Advanced Database Technology and Design, Artech House, 2005

DOCUMENTATIE:

http://141.85.107.254/Documentatie/Baze_de_date/Baze_de_date_Relationale/


4

Capitolul 1: IntroducereCapitolul 1: Introducere

Definitii baze de date, sisteme de baze de date Componentele sistemelor de baze de date Arhitectura interna a sistemelor de baze de date Avantajele oferite de sistemele de baze de date Clasificari ale sistemelor de baze de date

Clasificare dupa modelul de date

Clasificare dupa numarul de utilizatori

Clasificare dupa numarul de statii pe care este memorata baza de date

Modelarea datelor Modele conceptuale de nivel inalt

Modele specifice de date

Evolutia sistemelor de baze de date


5

Sisteme de baze de date Sisteme de baze de date Bazele de date se folosesc in aproape toate domeniile de activitate actuale:

Activitati bancare si comerciale (depozite bancare, vanzari produse)

Productie (gestiunea stocurilor, gestiunea financiar-contabila, salarizare etc.)

Evidenta populatiei, taxe si impozite

Servicii (servicii medicale, rezervari bilete de calatorie etc.)

Definitie (in sens larg): O baza de date (database) este o colecie de date corelate din punct de vedere logic, care reflecta un anumit aspect al lumii reale i este destinata unui anumit grup de utilizatori. In acest sens pot fi considerate ca fiind baze de date: Fise de evidenta (mentinute manual)

Fisiere de documente sau foi de calcul tabelar (Microsoft Word, Microsoft Excel)

Baze de date mentinute computerizat

Definitie (in sens restrans): O baz de date este o colecie de date creat i meninut computerizat, care permite operaii de: Introducere (insert)

Stergere (delete)

Actualizare (update)

Interogare (query)


6

Componentele unui Sistem de Baze de Date (1)Componentele unui Sistem de Baze de Date (1)

Un sistem de baze de date (Database System) este un sistem computerizat de meninere a evidenei unei anumite activiti, folosind baze de date

Componentele unui sistem de baze de date sunt: hardware, software, utilizatori si date persistente

Hardware: Sistemele de baze de date sunt instalate pe calculatoare de uz general

Bazele de date sunt memorate fizic ca fisiere pe discuri magnetice (hard-discuri)

Software: Sisteme de operare, biblioteci, instrumente de dezvoltare, interfete

Sistemul de Gestiune a Bazelor de Date (SGBD) (Database Management System DBMS) - recepioneaz cererile utilizatorilor de acces la baza de date, le interpreteaz, execut operaiile corespunztoare i returneaz rezultatul

Aplicatii de baze de date: (Database Applications) sunt programe care ofer anumite utilizari ale unei baze de date


7

Componentele unui Sistem de Baze de Date (2)Componentele unui Sistem de Baze de Date (2)

Utilizatori: Programatori de aplicatii

Utilizatori finali

Administratorul bazei de date

Analisti si proiectanti ai bazelor de date

Datele persistente sunt memorate in fisiere pe hard-disk Limbaje conceptuale pentru lucrul cu bazele de date:

Limbaje pentru Definirea Datelor(LDD) (Data Definition Languages DDL)

Limbaje pentru Manipularea Datelor (LMD) (Data Manipulation Languages DML)

SGBD

Baza de date

Utilizatorfinal

Program aplicaie

Date

Date Date

Date


8

Arhitectura interna a unuiArhitectura interna a unui Sistem de BDSistem de BD Arhitectura pe 3 niveluri relativ independente: nivelul intern, nivelul

conceptual i nivelul extern (Standard ANSI/X3/SPARC -1975)

Schema descrierea datelor pe un anumit nivel: schema interna, conceptuala si scheme externe (vedere utilizator)

Corespondente intre niveluri (mappings)

Schema intern

Schema conceptual

Vedere utilizator #1

Vedere utilizator #2

Vedere utilizator #nNivelul extern

SGBD

Nivelul conceptual

Nivelul intern

Datememorate


9

Avantaje oferite de Sistemele de BDAvantaje oferite de Sistemele de BD

Compactitate ridicat a datelor Reprezentarea unor asocieri complexe intre date Timp de dezvoltare a bazelor de date redus Viteza mare de actualizare si regasire a datelor Redundanta controlata a datelor (si cat mai scazuta) Flexibilitate, mentinerea datelor actualizate la zi Independenta datelor fata de suportul hardware utilizat Securitatea datelor: autentificarea utilizatorilor si autorizarea accesului Impunerea de restrictii (constrangeri) de integritate la introducerea si

actualizarea datelor

Mentinerea integritatii datelor in caz de defecte: salvare si refacere Posibilitatea de partajare a datelor intre mai multe categorii de utilizatori Posibilitatea de introducere a standardelor


10

Clasificarea Sistemelor de Baze de Date (1)Clasificarea Sistemelor de Baze de Date (1)

Clasificare dupa modelul de date: Modelul ierarhic de date

Modelul de date retea

Modelul relational

Modelul obiect-orientat

Modelul obiect-relational

Clasificare dupa numarul de utilizatori Sisteme mono-utilizator

Sisteme multi-utilizator

Clasificare dupa numarul de statii pe care este memorata baza de date: Baze de date centralizate

Baze de date distribuite

Arhitectura client-server: Server (back-end): SGBD-ul si baza de date

Client (front-end): program (programe) de aplicatie


11

Clasificarea Sistemelor de Baze de Date (2)Clasificarea Sistemelor de Baze de Date (2)

Sisteme de baze de date centralizate: a- mono-utilizator; b- multi-utilizator

AplicaieClient

SGBD

BD

a

Server

Reeade comunicaie

AplicaieClient

AplicaieClient

AplicaieClient

SGBD

BD

Server

b

Reeade comunicaie

AplicaieClient

AplicaieClient

AplicaieClient

SGBD

BD

Server

SGBD

BD

Server

Sistem de baze de date distribuit


12

Modelarea datelorModelarea datelor Un model este o abstractizare a unui sistem:

capteaz cele mai importante trsturi caracteristice ale sistemului (concepte)

conceptele trebuie sa fie relevante din punct de vedere al scopului pentru care se definete modelul respectiv

Tehnica de identificare a trsturilor caracteristice eseniale ale unui sistem se numete abstractizare

Un model de date stabilete regulile de organizare i interpretare a unei colecii de date.

n proiectarea bazelor de date se folosesc 2 categorii de modele: Modele conceptuale de nivel nalt (modelul Entitate-Asociere, modelul

Entitate-Asociere Extins) descriu concis colectiile de date care modeleaz activitatea dorit fr s detalieze modul de reprezentare sau de prelucrare a datelor - schem conceptual de nivel nalt

Modele specializate (modelul ierarhic, modelul reea, modelul relaional, etc.) -descriu reprezentarea mulimilor de entiti i a asocierilor dintre acestea prin structuri de date specifice - schem conceptual (logic)

Trecerea de la modelul conceptual de nivel nalt la un model de date specific proiectare logic a bazei de date.


13

Modelul EntitateModelul Entitate--AsociereAsociere Modelul Entitate-Asociere (Entity-Relationship Model) defineste multimile

de entiti i asocierile dintre ele, dar nu impune nici un mod specific de structurare i prelucrare (gestiune) a datelor; Introdus n 1976 de P.S. Chen

O entitate (entity) este orice exista in realitatea obiectiva si poate fi identificat n mod distinctiv Exemple: o persoana, o planta, o activitate, un concept etc.

Un atribut (attribute) este o proprietate care descrie un anumit aspect al unei entiti Exemple: persoanele au nume, prenume, adresa etc.

Tip de entitate (entity type): se refera la entittile similare, care pot fi descrise prin aceleasi atribute Exemple: tipul persoana, tipul planta

Multime de entitati (entities set): colecia tuturor entitilor de acelai tip dintr-o baz de date constituie o mulime de entiti Exemple: multimea tuturor persoanelor, multimea tuturor plantelor

O entitate este o instanta a unui tip de entitate si un element al multimii de entitati de acel tip

In exprimarea curenta, adeseori nu se face diferentierea dintre entitate, tip de entitate si multime de entitati, dar diferenta este evidenta

Asemanare cu modelul obiect: tip de entitate - clasa; entitate - obiect


14

AsocieriAsocieri O asociere (relationship) este o legtur (coresponden) ntre entiti din

dou sau mai multe mulimi de entiti; asocierile pot avea atribute Tipul asocierii (relationship type) se refera la asocierile similare, care pot

fi definite intre entitati din 2 sau mai multe multimi de entitati Multime de asocieri (relationship set): multimea asocierilor de acelasi tip O asociere este o instanta a unui tip de asociere si un element al multimii

de asocieri de acel tip

In exprimarea curenta, adeseori nu se face diferentierea dintre asociere, tip de asociere si multime de asocieri, dar diferenta este evidenta

Gradul unui (tip de) asociere (degree): numrul de (mulimi de) entiti asociate; dupa grad, asocierile pot fi: binare (de gradul 2, ntre 2 mulimi de entiti) majoritatea asocierilor multiple (ntre k mulimi de entiti, k > 2)

Categorii (tipuri) de asocieri binare - dup numrul elementelor din fiecare dintre cele dou mulimi puse n coresponden: unul-la-unul (one-to-one) 1:1; exemplu: sot-sotie unul-la-multe (one-to-many) 1:N; exemplu: parinte-fii multe-la-unul (many-to-one) N:1; exemplu: fii-parinte multe-la-multe (many-to-many) M:N; exemplu: profesori-studenti


15

Categorii de asocieri binare (1)Categorii de asocieri binare (1)

Asocieri binare intre multimile de entitati A si B

unul-la-unul 1:1 unul-la-multe- 1:N


16

Categorii de asocieri binare (2)Categorii de asocieri binare (2)

Asocieri binare intre multimile de entitati A si B

multe-la-multe- M:Nmulte-la-unul- N:1


17

Cardinalitatea asocierilorCardinalitatea asocierilor

Cardinalitatea (multiplicitatea) unei asocieri fa de o mulime de entiti(cardinality, multiplicity) este numrul maxim de elemente din acea mulime care pot fi asociate cu un element din alt mulime a asocierii Exemplu: asocierea unul-la-multe dintre mulimile A i B prezint multiplicitatea

1 fa de mulimea A i multiplicitatea N (se nelege o valoare oarecare N > 1) fa de mulimea B

Raport de cardinalitate (cardinality ratio): raportul dintre valorile cardinalitilor unei asocieri fa de dou din mulimile de entiti asociate Exemple pentru asocieri binare: 1:1, 1:N, N:1, M:N

Asocierile multiple (k-are, k > 2) prezint cte un raport de cardinalitate pentru fiecare pereche de mulimi de entiti pe care le asociaz.


18

Diagrama EntitateDiagrama Entitate--Asociere Asociere Diagrama Entitate-Asociere (Entity-Relationship Diagram) reprezint

grafic modelul Entitate-Asociere prin mulimile de entiti i asocierile dintre acestea

Multimi (tipuri) de entitati: Puternice (de sine statatoare)

Slabe (depind de alte multimi de entitati)

Notatii:

A B Asociere binar 1:Nntre 2 tipuri de entiti1 N

Tip entitate Tip de entitate puternic

Tip entitate Tip de entitate slab

Nume atribut Atribut


19

Exemplu de diagrama EntitateExemplu de diagrama Entitate--Asociere (1)Asociere (1) Multimi de entitati puternice:

SECTII (Numar, Nume, Buget)

ANGAJATI (Nume, Prenume, DataNasterii, Adresa, Functie, Salariu)

PROIECTE (Denumire, DataInceperii, Termen, Buget)

Multimi de entitati slabe: DEPENDENTI (Nume, Prenume, DataNasterii, GradRud)

ANGAJATISECTII1 N

DEPENDENTI

1

N

PROIECTE

M

N

LucreazaIntretin

Numr Buget Nume

Denumire BugetGradRudenie

Salariu

Cuprind

Nume


20

Exemplu de diagrama EntitateExemplu de diagrama Entitate--Asociere (2)Asociere (2) Asocieri:

Asocierea SECTII - ANGAJATI - 1:N

Asocierea ANGAJATI - PROIECTE - M:N

Asocierea ANGAJATI - DEPENDENTI - 1:N

Raportul de cardinalitate al unei asocieri este stabilit de proiectant astfel nct s reflecte ct mai corect modul de organizare a activitii modelate

Modul de stabilire a tipurilor de entiti i a asocierilor nu este unic: aceeai funcionalitate se poate obine printr-o varietate de diagrame E-A

O mulime de entiti se denumeste printr-un substantiv, iar o asociere se denumeste (de regula) printr-un verb, deoarece o asociere reprezint o interaciune ntre entiti

Modelul E-A nu precizeaz modul cum sunt realizate asocierile ntre mulimile de entiti: acest aspect depinde de modelul de date specializat utilizat pentru definirea bazei de date

Exemple: n modelul ierarhic asocierile sunt realizate explicit, prin pointeri de la o entitate la entitile asociate; n modelul relaional asocierile se realizeaz prin egalitatea valorilor unor atribute comune ale multimilor de entiti (chei)


21

Modelul EntitateModelul Entitate--Asociere ExtinsAsociere Extins Modelul Entitate-Asociere Extins (Enhanced Entity-Relationship Model)

permite definirea de subtipuri ale unui tip de entiti, care motenesc atribute de la tipul de entitate respectiv

Crearea ierarhiilor: specializare si generalizare Tipurile i a subtipurile formeaza ierarhii de tipuri de entiti complexe,

organizate pe mai multe niveluri

Diagrama Entitate-Asociere Extinsa

ANGAJAT

TEHNICIANSECRETARA

Nume Prenume Salariu

VitezaRedactare Calificare

DataNasterii Adresa

INGINER

Specialitate

d


22

Modelul de date ierarhicModelul de date ierarhic

Modelul ierarhic (Hierarchical Model): baza de date se reprezinta printr-o structur ierarhic de nregistrri (records) conectate prin legturi (links). A fost primul model folosit pentru dezvoltarea bazelor de date

Cel mai cunoscut SGBD ierarhic: sistemul IMS (Information Management System) dezvoltat de IBM n programul de cercetri Apollo, n perioada anilor 1960

O nregistrare de date n modelul ierarhic este o instan a unui tip de nregistrare (record type) i const dintr-o colecie de cmpuri (fields), fiecare cmp coninnd valoarea unui atribut.

Un tip de legtur n modelul ierarhic: tip de asociere cu raportul de cardinalitate 1:N (printe-fiu) ntre dou tipuri de nregistrri

Schema conceptual a unei baze de date n modelul ierarhic se reprezint printr-un numr oarecare de scheme ierarhice

O schem ierarhic este un arbore direcionat, reprezentat pe mai multe niveluri, n care nodurile sunt tipuri de nregistrri, iar arcele sunt tipuri de legturi


23

Baze de date ierarhiceBaze de date ierarhice

Numai legturi de tipul printe-fiu, care corespund asocierilor 1:1 i 1:N din modelul E-A

Asocierile M:N se pot reprezenta prin multiplicarea nregistrrilor de tip fiu, atunci cnd sunt referite de mai multe nregistrri de tip printe mare redundan a datelor

Avantaje: simplitatea i eficiena de calcul Deficiente:

nu exista separare intre descrierea logica si fizica a datelor interogarile trebuie s fie prevzute explicit in structura datelor

Utilizari actuale - aplicatii specializate, baze de date XML

f1 f2 f3

FACULTATI

p1 p2 p3

PROFESORI

s1 s2 s3

STUDENTI

s1 s2 s4

FACULTATI

PROFESORI

STUDENTI

FACULTATI

PROFESORI

STUDENTI

1

N

M

N

(a) Diagrama E-A (b) Schema ierarhica (c) Arbori de instantiare a datelor


24

Modelul de date reteaModelul de date retea Modelul reea (Network Model) folosete o structur de graf pentru

definirea schemei conceptuale a bazei de date

Modelele ierarhic si retea modele pre-relationale Standardizat n 1971, de o comisie DBTG (Database Task Group). Sisteme de gestiune comerciale in modelul retea: IDS II (Honeywell),

UNISYS (Burroughs), IDMS (Computer Associates)

Nodurile grafului sunt tipuri de entiti (nregistrri - records), iar muchiile reprezint asocierile (legturile-links) dintre tipurile de entiti

Asocierile M:N se reprezint fr duplicarea nregistrrilor, fiecare nregistrare putnd fi referit de mai multe nregistrri, ceea ce elimin (micoreaz) redundana

Dezavantaje: aceleasi ca si la modelul ierarhic, la care se adauga complexitatea mare in reprezentarea datelor

Actualmente modelul retea: este rar utilizat pentru baze de date de uz general se utilizeaza pentru aplicaii specializate

de ex, pentru baze de date grafice (scene virtuale)

f1 f2 f3

FACULTATI

p1 p2 p3

PROFESORI

s1 s2 s3

STUDENTI

s4

Modelul retea


25

Modelul de date relationalModelul de date relational Modelul relaional (Relational Model) se bazeaz pe noiunea de relaie

(relation) din matematic, care corespunde unei mulimi de entiti

Fundamentat de E.F. Codd (IBM), prin lucrarea "Un model Relaional de Date pentru Bnci Mari de Date Partajate" (1970)

Dezvoltare extraordinara a sistemelor de gestiune a bazelor de date relationale, datorit simplitii i a fundamentrii matematice a modelului

Alte lucrri ale cercetatorilor C.J. Date, P. Chen, R. Boyce, J.D. Ullman, R. Fagin, W. Armstrong, M. Stonebraker etc. au perfecionat modelul relaional

Primul Sistem de Gestiune a Bazelor de Date Relaionale (SGBDR) a fost prototipul System R (IBM, 1970)

Dup aceasta numeroase companii au realizat sisteme de gestiune relaionale: Oracle, Microsoft, Ingres, Sybase, IBM, Informix

SGBDR folosesc limbajul SQL (Structured Query Language), pentru care au fost emise mai multe standarde ANSI (American National Standardization Institute) si ISO (International Standardization Office)

Majoritatea SGBD-urilor relaionale actuale implementeaz versiunea SQL2 (SQL92) sau versiuni ulterioare (SQL-1999, SQL-2003, SQL-2006)


26

Modelul obiectModelul obiect--orientatorientat Modelul obiect (Object Model) este un concept unificator Necesar in domenii in care se manipuleaza date de tipuri complexe:

proiectarea sistemelor de calcul: programare, hardware, interfete proiectarea asistat de calculator (CAD-CAM) sisteme de informaii geografice fizic, biologie, medicin i altele

Strategii pentru dezvoltarea sistemelor de gestiune a bazelor de date obiect-orientate (SGBDOO): Extinderea unui limbaj de programare obiect-orientat cu capaciti de

administrare a obiectelor persistente: sistemul GemStone (extinde Java si C++)

Extinderea unui limbaj de programare relaional cu capaciti de orientare spre obiecte. Exemplu: limbajul OQL (Object Query Language) (sau Object SQL), Exist mai multe astfel de sisteme, cum sunt: Ontos, Versant, O2.

Dezvoltarea unui limbaj obiect-orientat pentru baze de date complet nou: SIM (Semantic Information Manager).

Dificultati: Complexitate in dezvoltare a bazei de date i a aplicaiilor Interogarile trebuie s fie prevzute explicit in structura datelor

Utilizare SGBDOO: cam 5% din sistemele de gestiune actuale


27

Modelul obiectModelul obiect--relationalrelational

Modelul obiect-relaional (Object-Relational Model) reprezint extinderea modelului relaional cu caracteristici ale modelului obiect

Modelul obiect-relaional pstreaz structurarea datelor n relaii, si, in plus: permite definirea unor noi tipuri de date, ca domenii ale atributelor

permite extinderea tipurilor de date prin motenire

Sistemele de gestiune a bazelor de date obiect-relaionale (SGBDOR) se realizeaz prin extinderea sistemelor relaionale, de regula n mod gradat, adugndu-se de la o versiune la alta ct mai multe caracteristici posibile ale modelului obiect

Aceasta abordare asigur rularea n continuare a aplicaiilor relaionale existente n noile versiuni de sisteme SGBDOR, ceea ce permite productorilor s-i pstreze clienii i domeniile de utilizare

Limbajele de programare pentru SGBDOR sunt implementri de standarde mai recente ale limbajului SQL: SQL3 (SQL-1999), SQL-2003, SQL-2006


28

Complexitatea datelor si a interogarilorComplexitatea datelor si a interogarilor

Clasificare propusa de M. Stonebraker (1996)

SGBDR SGBDOR

Sisteme de fiiere SGBDOO

Complexitatea datelor

Complexitatea interogrilor

SGBDR prelucreaz tipuri simple de date, dar permit interogri complexe SGBDOO prelucreaz tipuri de date complexe, dar n care rezolvarea

interogrilor este destul de dificil

SGBDOR permit prelucrarea datelor complexe i rezolvarea interogrilor complexe; sistemele de baze de date obiect-relaionale sunt considerate sisteme de baze de date universale


29

Evolutia sistemelor de baze de dateEvolutia sistemelor de baze de date1960 Modele prerelationale: ierarhic si retea

Primele produse de baze de date (DBOM, IMS, IDS, Total, IDMS)Standarde Codasyl

1970 Modelul relational prototipuri de SGBDRLucrari teoretice asupra modelului relationalArhitectura interna pe 3 niveluri a bazelor de date (ANSI and Codasyl)Modelul Entitate-Asociere

1980 Dezvoltarea SGBDR comercialePrimul standard SQL (1986 - ANSI, ISO) Baze de date distribuite

1990 Arhitectura client/server a sistemelor de baze de date (two-tier arch.)Baze de date obiect-orientateBaze de date obiect-relationaleStandarde SQL: SQL 92, SQL 99

2000 Arhitectura pe 3 niveluri a sistemelor de baze de date (three-tier arch.)Baze de date in sistemul WWW (World Wide Web)


30

Sisteme de Gestiune a Bazelor de dateSisteme de Gestiune a Bazelor de date

Sisteme ComercialeOracle ($$$$)DB2 (IBM) ($$$)SQL Server (Microsoft) ($$)

Sisteme Open SourcePostgreSQLMySQL


31

Baze de Date(Proiectarea Bazelor de Date)Modul de acordare a notelorBibliografieCapitolul 1: IntroducereSisteme de baze de date Componentele unui Sistem de Baze de Date (1)Componentele unui Sistem de Baze de Date (2)Arhitectura interna a unui Sistem de BDAvantaje oferite de Sistemele de BDClasificarea Sistemelor de Baze de Date (1)Clasificarea Sistemelor de Baze de Date (2)Modelarea datelorModelul Entitate-AsociereAsocieriCategorii de asocieri binare (1)Categorii de asocieri binare (2)Cardinalitatea asocierilor Diagrama Entitate-Asociere Exemplu de diagrama Entitate-Asociere (1)Exemplu de diagrama Entitate-Asociere (2)Modelul Entitate-Asociere ExtinsModelul de date ierarhicBaze de date ierarhice Modelul de date reteaModelul de date relationalModelul obiect-orientatModelul obiect-relationalComplexitatea datelor si a interogarilorEvolutia sistemelor de baze de dateSisteme de Gestiune a Bazelor de date

Cap1 Introducere Baze de Date

Documents

Transcript of Cap1 Introducere Baze de Date