4IT218 Databáze. 4IT218 Databáze

Transkript

1 4IT218 Databáze První přednáška Dušan Chlapek (katedra informačních technologií, VŠE Praha) 4IT218 Databáze První přednáška Cíle a základní údaje o předmětu. Základní pojmy. Relační model dat a operace relační algebry.

2 Cíle předmětu 1. Seznámit studenty s podstatou a postupem návrhu struktury datové základny (databázové i souborové koncepce). 2. Ozřejmit návrh datové základny v jednotlivých úrovních návrhu (konceptuální, technologická a implementační úroveň). 3. Poskytnout základní znalosti o personálním, programovém a technickém zabezpečení databázových systémů, nejnovějších trendech a kritériích pro klasifikaci databázových systémů. 4. Seznámit studenty s možnostmi a omezeními objektových databázových systémů. 5. Poskytnout praktické zkušenosti v použití jazyka SQL a CASE nástrojů při vytváření aplikace umožňující manipulovat daty uloženými v objektově-relačním databázovém systému ORACLE. Profese připravované na oboru INFORMATIKA na FIS VŠE Praha Byznys analytik Manažer rozvoje a provozu IS/ICT Obchodník s ICT produkty a službami Vývojář IS architekt Správce aplikací a ICT infrastruktury Pokročilý uživatel IT - metodik Zdroj: Kit FIS VŠE Praha

3 INFORMATION SYSTEMS - profese Základní profesní role Byznys analytik (Business Process Analyst-Designer) Profese: analytik, znalostní inženýr, byznys konzultant, implementátor TASW, informační broker, pracovník competitive inteligence Činnosti / Klíčové znalosti analýza a návrh podnikových procesů a podnikové organizace analýza a návrh byznys efektů dosahovaných prostřednictvím IS/ICT analýza a návrh řízení znalostí v organizaci analýza rizik IS/ICT, business continuity návrh informatických služeb podporujících podnikové procesy nasazení/customizace standardního software návrh, vytváření a vyhledávání informačního obsahu (informatických služeb, portálu, webu, ) na podporu řízení organizace Klíčové znalosti: jak změnit podnikové procesy aby byly rychlejší, výkonnější a méně nákladné a produkovaly kvalitní produkty/služby jak v procesech nejvhodněji využít znalosti a kompetence zaměstnanců a partnerů jaké ICT služby/aplikace je výhodné použít pro podporu byznys procesů jak nejvhodněji lokalizovat a customizovat aplikaci pro potřeby dané organizace Poznámka: vyžadována znalost globálních nejlepších praktik v kombinaci se znalostí lokálních podmínek a podnikové kultury (offshore outsourcing nepravděpodobný) Zdroj: Kit FIS VŠE Praha INFORMATION SYSTEMS - profese Základní profesní role Manažer rozvoje a provozu IS/ICT (ICT Manager) Profese: CIO, manažer projektu, manažer provozu, manažer bezpečnosti Činnosti / Informatické profese řízení ICT projektu vypracování informační strategie vypracování sourcing strategie řízení vztahu s dodavateli řízení informatických služeb (service delivery) řízení provozu IS/ICT podniku řízení změn (problem and change management) řízení rizik řízení bezpečnosti řízení ekonomiky IS/ICT kontrola kvality a audit IS Klíčové znalosti: metody řízení vztahu byznys informatika (jak pomocí ICT podpořit dosažení byznys cílů) jak organizovat a řídit vývoj a provoz ICT služeb, procesů a zdrojů jak řídit a koordinovat ICT projekty trendy ICT a jejich dopady Poznámka: tuto profesi není vhodné outsourcovat Zdroj: Kit FIS VŠE Praha

4 INFORMATION SYSTEMS - profese Základní profesní role Obchodník s ICT produkty a službami (ICT Salesman) Profese: obchodník s ICT produkty a službami, pracovník řídící dodávky externích produktů a služeb do organizace, account manager, relationship manager Činnosti / Klíčové znalosti marketing ICT produktů a služeb prodej ICT produktů a služeb nákup ICT produktů a služeb uzavírání smluv na ICT produkty a služby (SLA) řízení dodavatelsko-odběratelských vztahů dle principů sourcing strategie vyjednávání s partnery s respektováním různých národních a podnikových kultur Klíčové znalosti: znalost globálního a lokálního ICT trhu, metody analýzy trhu znalost významných stávajících/potenciálních partnerů/zákazníků legislativa ovlivňující obchod s ICT strategie a taktiky vyjednávání Poznámka: tuto profesi není vhodné outsourcovat Zdroj: Kit FIS VŠE Praha Software Engineering - profese Základní profesní role Vývojář IS architekt (Developer / IS Architect) Profese: vývojář, programátor, tester, systémový integrátor, IT architekt, systems development manager Činnosti / Klíčové znalosti analýza a návrh aplikací IS návrh databáze dolování dat programování klientských, serverových, databázových a webových aplikací programování gridu testování aplikací dokumentace aplikací (projekční, programová, provozní, uživatelská) údržba a správa verzí aplikací integrace aplikací návrh hardwarové, softwarové a datové architektury IS/ICT organizace Klíčové znalosti: technologie a postupy pro vývoj, integraci a provoz aplikací jak navrhovat uživatelsky přívětivé a provozně nenáročné aplikace návrh vhodné technologické a aplikační architektury IS/ICT organizace řízení vývojářského týmu Poznámka: snadno outsourcovatelné, tyto profese se přesouvají do zemí s nízkými náklady práce (s výjimkou analýzy a návrhu aplikací) Zdroj: Kit FIS VŠE Praha

5 Software Engineering - profese Základní profesní role Správce aplikací a ICT infrastruktury (ICT Administrator) Profese: správce aplikace, správce databáze, správce dat, Činnosti / Klíčové znalosti správa aplikace, školení a podpora uživatelů správa databáze správa datového obsahu správa sítě a základního SW správa konfigurací správa webu Klíčové znalosti: jak pořizovat, udržovat, provozovat a vyřazovat jednotlivé komponenty ICT infrastruktury jak dimenzovat a škálovat ICT infrastrukturu jak podporovat uživatele při využití IS/ICT Poznámka: snadno outsourcovatelné, tyto profese se přesouvají do zemí s nízkými náklady práce. Zdroj: Kit FIS VŠE Praha Cíle předmětu 1. Seznámit studenty s podstatou a postupem návrhu struktury datové základny (databázové i souborové koncepce). 2. Ozřejmit návrh datové základny v jednotlivých úrovních návrhu (konceptuální, technologická a implementační úroveň). 3. Poskytnout základní znalosti o personálním, programovém a technickém zabezpečení databázových systémů, nejnovějších trendech a kritériích pro klasifikaci databázových systémů. 4. Seznámit studenty s možnostmi a omezeními objektových databázových systémů. 5. Poskytnout praktické zkušenosti v použití jazyka SQL a CASE nástrojů při vytváření aplikace umožňující manipulovat daty uloženými v objektově-relačním databázovém systému ORACLE.

6 Vyučující Dušan Chlapek, Ing., Ph.D. Helena Palovská, RNDr., PhD. Pavel Vedral, Ing. další odborníci z praxe (Oracle, Sybase, Microsoft) jedna zvaná přednáška Literatura Z CHLAPEK, D. -- ŘEPA, V. -- STANOVSKÁ, I. Vývoj informačních systémů : (pracovní sešit ke cvičením) Praha Oeconomica Z GÁLA, L. -- TOMAN, P. -- POUR, J. Podniková informatika Praha Grada D DATE, C. J. An introduction to database systems Reading Addison-Wesley D D Dokumentace k databázovém systému ORACLE Interní materiály v ISIS

7 Program přednášek (12 přednášek) Týden Kalendář Program Cíle předmětu, základní pojmy, relační algebra Databázové jazyky. SQL - Přehled norem jazyka SQL. SQL příkaz Select SQL - dokončení manipulačních příkazů, definiční příkazy Nástroje dbs ORACLE pro zadávání a ladění příkazů SQL Vlastnosti relačních databázových systémů. Datové modelování úvod Datové modelování Transformace datového modelu do relačních datových struktur. Normalizace dat Transakční zpracování, ochrana a bezpečnost v databázovém zpracování Odpadá - státní svátek Fyzické struktury implementační úroveň návrhu datové základy. Optimalizace v databázových systémech Architektury databázového zpracování. Další databázové modely objektově relační, hierarchické a síťové dbs Objektové dbs. Trendy a kritéria hodnocení a výběru dbs Demonstrace vybraného databázového systému. Program předmětu 13 cvičení Týden Kalendář Program Úvodní informace, kontrolní (vstupní) test, Relační algebra (RA) Relační algebra, zahájení SQL Procvičování SQL Procvičování SQL Procvičování SQL Dokončení SQL. Datové modelování Datové modelování, návrh datové základny Test SQL Datové modelování, návrh datové základny Datové modelování, návrh datové základny Test z datového modelování Odsouhlasení zadání zkouškového příkladu, řešení zkouškového příkladu - CDM, PDM Řešení zkouškového příkladu - integritní omezení, aplikace

8 Způsob hodnocení předmětu Test SQL 0 až 20 bodů (10 příkladů po 2 bodech) Úkol Test návrhu obsahu databáze 0 až 20 bodů (3 úkoly: KS 5 bodů, CDM 10 bodů a PDM 5 bodů) Zkouškový příklad a jeho obhajoba 0 až 40 bodů (viz samostatný snímek) Absolvování závěrečné zkoušky 0 až 20 bodů (1 otázka seznam viz ) Bodů Celkem maximum bodů Zkouškový příklad Dokumentace bude u zkoušky předána v tištěném i digitálním tvaru. Konzistence návrhu a realizace datové základny budou hlavním předmětem obhajoby zkouškového příkladu. Úkol 1. Stručný popis zobrazené výseče světa datovým modelem a databází, včetně popisu věcných pravidel, která budou podkladem pro definici integritních omezení. Zadání (v textovém editoru) bude obsahovat popis zahrnující: oalespoňčtyři entity (každá s alespoň třemi atributy), oalespoň jeden vztah M:N. 2. Datové modely a) Konceptuální schéma v notaci používané na přednáškách 5 b) Datový model (včetně popisu atributů) bude vytvořen s použitím dostupného CASE prostředku. (např. PowerDesigner - CDM) 3. Návrh logické struktury databáze implementující datový model (relační schémata) a podrobný popis integritních omezení navržené databáze. (výstup z PowerDesigner - PDM, MS-Word) 4. Realizace návrhu databáze v prostředí databázového systému ORACLE, včetně zabezpečení všech ze zadání vyplývajících integritních omezení, naplnění testovacími daty - pro každou tabulku minimálně 3 řádky. K datům budou definována přístupová práva pro následující uživatele: a) uživatel STUDENT: práva pro Select, b) uživatel IT218: práva na operace Select, Insert, Update, Delete Dokumentace bude obsahovat v textovém tvaru všechny skripty (opis použitých příkazů) v členění: a) definice tabulek b) definice integritních omezení c) definice přístupových práv d) definice dalších použitých databázových objektů e) opis vložených dat 5. Aplikace sloužící k ověření integrity databáze. Aplikace musí umožnit prohlížet, aktualizovat (vkládat, měnit i rušit) data ve všech nadefinovaných tabulkách. Aplikace může být vytvořena v libovolném vývojovém prostředí (přístupném v počítačové síti VŠE), které přistupuje k datům uloženým v ORACLE přes standardizované rozhraní, např. ODBC. Počet bodů

9 Zkouškové otázky 1. Uveďte přednosti a nároky databázové koncepce datové základny ve srovnání se souborovou datovou základnou? 2. Jaké další kroky budou následovat po vytvoření konceptuálního schéma dat při realizaci datové základny v prostředí relačního databázového systému? 3. Rozeberte možnosti využitířetězení dat pro realizaci struktury dat. 4. Jaké možnosti ochrany a zabezpečení dat poskytují databázové systémy. 5. Uveďte přehled (obecných) možností fyzické realizace přístupových cest k uloženým datům. 6. Jaké jsou funkce a přínosy použití katalogu (slovníku) dat v databázových systémech? 7. Uveďte kritéria pro porovnání databázových systémů? Uveďte na příkladech dvou vám známých databázových systémů. 8. Vysvětlete podstatu a důvody oddělení návrhu datové základny na konceptuální a implementační úrovni. 9. Vysvětlete podstatu převodu konceptuálního schéma datové základny do implementačního (realizačního) prostředí? 10 Jaké jsou z hlediska datové základny možnostiřešení problému nepřiměřeně dlouhé doby odezvy. 11 Vysvětlete příčiny, důsledky a možnostiřešení redundance v datech. 12 Uveďte, jak se liší popis dat v souborové koncepci datové základy oproti databázové koncepci. 13 Vysvětlete princip a možnosti využití indexování. 14 Rozeberte a vysvětlete základní možnosti (způsoby) fyzické realizace dat. 15 Blíže charakterizujte nějaký Vám známý databázový systém. 16 Nastiňte podstatu relačního modelu. Charakterizujte relační databáze. 17 Vysvětlete rozdíly mezi databázovými systémy založenými na různých datových modelech (stromovém, síťovém, relačním, objektovém)? 18. Jaké zásady (doporučení) je dobré uplatňovat při návrhu a provozu datové základny a proč? 19. Charakterizujte databázové jazyky. Uveďte příklady. 20. Charakterizujte vlastnosti a vývoj jazyka SQL. 21. Charakterizujte transakční zpracování dat. Popište problémy a způsoby jejichřešení. 22. Charakterizujte objektové databázové systémy. Proveďte jejich srovnání s relačními dbs. 23. Co znamená a jakým způsobem jeřešena problematika optimalizace v databázových systémech? Způsob hodnocení předmětu Výsledné hodnocení % % % % 4 59% a méně

10 Hlavní úkoly pro práci na cvičeních Manipulace s daty v relačního modelu dat Seznámení s jazykem SQL na příkazové úrovni Analýza a návrh struktury obsahu datové základny konceptuální, technologické, implementační. Využití (nikoliv jako cíle, ale jako prostředku pro dosažení cílů předmětu) CASE nástroje (PowerDesigner) databázový systém ORACLE Navazující předměty 4IT340 Základy správy databázového systému ORACLE 4IT219 Object-Relational Databases...

11 4IT218 Databáze První přednáška Cíle a základní údaje o předmětu. Základn kladní pojmy. Relační model dat a operace relační algebry. Základní pojmy - 1 Data formalizované a fyzicky zaznamenané znalosti, poznatky, zkušenosti, výsledky pozorování procesů, projevů, činností a prvků světa Informace smysluplná interpretace dat

12 Základní pojmy - 2 Databáze integrovaná počítačově zpracovávaná množina persistentních dat Systém řízení bází dat (SŘBD / DBMS) množina programových prostředků, který umožňuje: vytvoření databáze, použití databáze (manipulaci s daty v databází S,I,U,D), údržbu a správu databáze. Databázový systém (DBS) = SŘBD + Databáze Základní pojmy - 3 Přínosy databázového přístupu sdílení dat, snížení redundance dat, snazší zabránění vzniku nekonzistencí, podpora transakčního zpracování, údržba integrity databáze (integritní omezení), zajištění ochrany databáze před havárií a neautorizovaným přístupem

13 Základní pojmy - 4 Model dat způsob uspořádání a způsob manipulace s daty Lineární Síťový A A B C D B C D Stromový Relační Objektově relační Tabulka A A a a aaa aaaa aaaaa Tabulka A a a aaa Tabulka B aaaa aaaaa Tabulka B b bb bbb bbbb bbbbb b bb bbb bbbb bbbbb B C D Základní pojmy - 5 Modely dat a databázové systémy DBS budovány nad určitým modelem dat Hierarchické DBS (1967) IMS, System M Síťové DBS (1969, 1971) IDMS Relační (1970, 2. pol. 70. let, 80. léta) a objektově relační (90. léta) DBS ORACLE, Informix, Sybase, MS SQL Server, Progress, DB/2, MySQL,... Objektové DBS (90. léta) Orion, GemStone, Ontos, Object Store

14 4IT218 Databáze První přednáška Cíle a základní údaje o předmětu. Základní pojmy. Relační model dat a operace relační algebry. Relační model dat - 1 autorem prof. E.F.Codd (první publikace 1969 a 1970) první komerční implementace 1977 IBM System R model dat založený na predikátové logice prvního řádu k manipulaci s daty možno použít relační kalkul nebo operace relační algebry základní pojmy: Doména množina hodnot stejného významového typu Relační množina množina vztahů mezi prvky několika domén. Podmnožina kartézského součinu nad několika doménami D 1, D 2,... D n. Nemusí platit: D i D j. Atribut relace jméno pro použití hodnoty z domény v relaci

15 Relační model dat doménové množiny: množina jmen, osobních čísel, dat narození. Jména Novák Paták Rosák Osobníčísla Data narození Relační model dat doménové množiny: množina jmen, osobních čísel, dat narození. Množina relací podmnožina kartézského součinu doménových množin Jména Novák Paták Rosák Osobníčísla Data narození

16 Relační model dat - 4 vizualizace ve formě relační tabulky Množina relací podmnožina kartézského součinu doménových množin Zaměstnanci Novák Paták Jména Novák Paták Rosák Osobníčísla Data narození Relační model dat - 5 Relační schéma záhlaví relační tabulky (v čase stálé) obsahuje jméno relační množiny a jména atributů Tělo relace (v čase proměnné) obsahuje množinu kombinací hodnot atributů v jedné relaci (n-tic kartézského součinu, řádků relační tabulky) Zaměstnanci Novák Paták Relační schéma, možno zapsat také: Zaměstnanci (Jméno, Osob_číslo, Datum_naroz) Tělo relace

17 Relační model dat - 6 Zobrazení relační množiny ve formě relační tabulky není přesné. Je možné jej použít za určitých předpokladů: všechny řádky jsou shodné struktury, řádky mají stejný počet hodnot, v rámci sloupce jsou všechny hodnoty jednoho typu (z jedné domény), žádné dva řádky nejsou shodné, nezáleží na pořadířádků a sloupců, každá relační tabulka má jednoznačný název, každý sloupec v rámci tabulky má jednoznačný název, každá relační tabulka má určený primární klíč (viz dále), všechna data v databázi musí být logicky přístupná kombinací názvu tabulky, názvu sloupce a hodnoty primárního klíče Zaměstnanci Novák Paták Relační model dat - 7 Klíč atribut (nebo skupina atributů) jehož hodnota (kombinace hodnot) identifikuje prvky relační množiny (řádky v relační tabulce). Klíče plní funkce vyhledávací a pořádací. Primární klíč (PK) je klíč, který splňuje následující vlastnosti: a) jednoznačnost jednoznačně identifikuje prvek relační množiny (jeden řádek v relační tabulce) b) minimálnost PK se skládá minimálního počtu atributů, tj. žádný z atributů tvořících PK nelze vynechat, aniž by byla porušena jednoznačnost PK. Kandidát primárního klíče (CK) může existovat více atributů, které splňují požadavky PK. Zvolen však musí být pouze jeden. Sekundární klíč (SK) klíč, který identifikuje (potenciálně) množinu řádků (není jednoznačný) Cizí klíč (FK) PK použitý v dalším výskytu k vyjádření vazeb mezi objekty zachycenými v relační databázi. FK FK FK ODDELENI: CIS_ODD NAZEV SEF 1 PROJEKCE 6 2 KNIHOVNA 12 3 PROGRAMOVANI 20 4 BUFET 31 6 SKLAD 41 7 STB 8 PROVOZ POCITACE REDITELSTVI 77 PK ZAMESTNANEC: OS_CIS JMENO FCE PLAT TITUL CIS_ODD NADR 1 KONADRA POSLICEK SYKORA BESTBOY STRNAD SVACINAR KOS PROJEKTANT ING KOS PROJEKTANT ING VOREL BOSS ING DATEL BOSS RNDR MALY POSLICEK DLOUHY KNIHOVNIK PK

18 Relační model dat - 8 Operace relační algebry (RA) základní množinové operace: sjednocení, průnik, rozdíl, kartézský součin speciální operace relační algebry: projekce, restrikce, join Pozn.: a) Operace sjednocení, průnik, rozdíl je možné provádět pouze nad kompatibilními relačními tabulkami. b) Výsledkem použité operace RA je nová (odvozená) relační tabulka. Kompatibilní atributy atributy definované nad shodnou doménou. Příkladem může být např. PK a FK. Kompatibilní relační tabulky tabulky, které jsou stejného stupně (mají stejný počet sloupců) a které obsahují pouze kompatibilní atributy. Programátoři Analytici Novák Paták Relační model dat - 9 Operace relační algebry základní množinové - SJEDNOCENÍ Programátoři Analytici Novák Paták Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o všech zaměstnancích (analyticích i programátorech) Zápis: Programátoři_Analytici = Programátoři Analytici Programátoři_Analytici Novák Paták

19 Relační model dat - 10 Operace relační algebry základní množinové - PRŮNIK Programátoři Analytici Novák Paták Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o zaměstnancích, kteří jsou analytiky a současně i programátory Zápis: Všestranní = Programátoři Analytici Všestranní Relační model dat - 11 Operace relační algebry základní množinové - ROZDÍL Programátoři Analytici Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o všech specialistech - programátorech Novák Paták Zápis: Pouze_programující = Programátoři - Analytici Pouze_programující

20 Relační model dat - 12 Operace relační algebry množinové SYMETRICKÝ ROZDÍL Programátoři Analytici Novák Paták Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o všech specialistech pouze na jednu činnost Zápis: Specialisté = Programátoři - Analytici Specialisté Novák Paták Pozn: Operace symetrický rozdíl není základní operací RA. Je odvoditelná s použitím jiných operací RA. Například kombinací tří operací: Všichni = Programátoři Analytici Všestranní = Programátoři Analytici Specialisté = Všichni - Všestranní Relační model dat - 13 Operace relační algebry speciální - PROJEKCE Zaměstnanci Novák Paták Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o JMÉNECH všech zaměstnanců Zápis: Jména_zaměstnanců = π Zaměstnanci (Jméno) Jména_zaměstnanců Jméno Novák Paták Rosák

21 Relační model dat - 14 Operace relační algebry speciální - RESTRIKCE Zaměstnanci Cis_odd 01 Novák Paták Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o odděleních sídlících ve druhém patře Zápis: Oddělení_Patro2 = ρ Oddělení (Patro = 2) Oddělení Oddělení Cis_odd Název Patro 02 Integrace 2 03 Služeb IS/ICT 2 Cis_odd Název Patro 01 Finančních systémů 1 02 Integrace 2 03 Služeb IS/ICT 2 Relační model dat - 15 Operace relační algebry speciální JOIN (equi) Zaměstnanci Odvození relační tabulky, která bude obsahovat údaje: o údaje o zaměstnancích a názvech jejich oddělení a umístění v patře Zápis: Zam_s_nazvy = join (Zaměstnanci.Cis_odd = Oddělení.Cis_odd) Zam_s_nazvy Cis_odd 01 Novák Paták Oddělení Cis_odd Název Patro 01 Finančních systémů 1 02 Integrace 2 03 Služeb IS/ICT 2 Cis_odd Cis_odd Název Patro Finančních systémů 1 Novák Integrace 2 Paták Integrace Finančních systémů 1 Pozn: Operace join není základní operací RA. Je odvoditelná s použitím operace kartézský součin a restrikce: Součin = Zaměstnanci x Oddělení Zam_s_nazvy = ρ Součin (Zaměstnanci.Cis_odd = Oddělení.Cis_odd)

22 Relační model dat - 16 Operace relační algebry speciální JOIN (equi) - odvození Zaměstnanci Cis_odd 01 Novák Paták Oddělení Cis_odd Název Patro 01 Finančních systémů 1 02 Integrace 2 03 Služeb IS/ICT 2 Pozn: Operace join není základní operací RA. Je odvoditelná s použitím operace kartézský součin a restrikce: Součin = Zaměstnanci x Oddělení Zam_s_nazvy = ρ Součin (Zaměstnanci.Cis_odd = Oddělení.Cis_odd) Součin Cis_odd Cis_odd Název Patro Finančních systémů Integrace Služeb IS/ICT 2 Novák Finančních systémů 1 Novák Integrace 2 Novák Služeb IS/ICT 2 Paták Finančních systémů 1 Paták Integrace 2 Paták Služeb IS/ICT Finančních systémů Integrace Služeb IS/ICT 2