8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě 1 2 Databázové systémy V této kapitole se dozvíte: Historii vývoje databázových systémů a jejich použití při zpracování údajů. Popisy struktur a charakteristiky databázových systémů. Po jejím prostudování byste měli být schopni: vysvětlit základní pojmy z oblasti databázových systémů; objasnit charakteristické znaky jednotlivých architektur databází, uspořádání modelů dat; charakterizovat vlastnosti relačních databázových systémů Klíčová slova kapitoly: databázový systém, báze dat, systém řízení báze dat, relační databázová systém. Keywords of the Section: database system, database, database management system, relation database system. Průvodce studiem Kapitola se zabývá problematikou základními pojmy potřebnými pro pochopení architektury databázových systémů a modelů uspořádání dat v bázi dat. Na zvládnutí této kapitoly budete potřebovat asi 1 hodin/y, tak se pohodlně usaďte a nenechte se nikým a ničím rušit. Rozvoj IS je spjatý s rozvojem výpočetní techniky, především počítačů. V počátcích se zpracovávaly velké objemy informací na jednom počítači, tomuto způsobu říkáme systém hromadného zpracování dat nebo agendové zpracování. Data se zapisovala do připravených formulářů, dále se přepisovala ručně na záznamové médium (děrné pásky, později diskety), pak se teprve na centrálním počítači primárně a sekundárně zpracovávala. Výsledkem bylo vytištění výstupních sestav (většinou v papírové podobě) a zpětná distribuce k prvotnímu pořizovateli. Celková doba takovéhoto zpracování byla velmi dlouhá, proto nebylo možno zpracovávat dynamické informace. Typickým
2 8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě příkladem byly měsíční statistické sestavy (mzdy, uzávěrky). Programy pro zpracování byly jednoúčelové bez možnosti změn výstupů, realizované byly v nejjednodušších jazycích (Cobol a pod.). Pro odstranění těchto nevýhod bylo nutné oddělení dat od programu. Data jsou uložena v bázi dat (BD) a programy si z ní vybírají potřebné informace, této části se říká systém řízení báze dat (SŘBD). Databázový systém vzniká spojením systému řízení báze dat a vlastní báze dat. Počátky těchto systémů spadají do 60. let a proti předchozímu stavu přestavují kvalitativní skok. Tato změna byla umožněna přechodem od sálových počítačů k počítačům stolním a později osobním. Obr. 2.1: Princip agendového zpracování dat. 2.1 Základní pojmy Systém řízení báze dat je možno chápat jako soubor procedur a datových struktur, které zajišťují nezávislost databázových aplikací na fyzickém uspořádání paměťových struktur počítače. SŘBD podporuje tvorbu formulářů (vstupní a výstupní obrazovky, formuláře - Forms) pro zadávání dat, výstupních sestav (přehledy, uzávěrky - Reports) a aplikačních programů.
8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě 3 Další pojmy, se kterými operují databázové systémy jsou: Data jsou údaje, které jsou předem určeným způsobem uspořádány v různých formách (např. tabulky, grafy, akustické signály a pod.). Jsou to určitým způsobem uspořádané informace o popisovaných objektech v atributech. Z těchto dat můžeme získat požadované informace pro řídící procesy. Záznam (Record) je souhrn údajů o daném popisovaném objektu (atributu), které jsou uloženy v položkách (polích - Field). Datové typy (type) určují typ údaje v položce. Nejčastěji se používají typy: Text - textový řetězec složený z alfanumerických znaků, Číslo - číselný údaj o předem stanovené max. délce a počtu desetinných míst, Logický typ - dvoustavová hodnota typu Ano/Ne, True/False apod., Datum - položka pro záznam datumu a času, Memo - položka pro textové řetězce libovolné délky. Označení konkrétních typů se liší podle konkrétního databázového systému. Příklad: Jako příklad mohou sloužit informace o motorovém vozidle: typ vozidla, modifikace typu, datum výroby, SPZ, příjmení majitele, jméno majitele. Data pak tvoří obsah jednotlivých položek záznamu pro konkrétní motorové vozidlo, např.: Škoda Felicie, LX, 10.1999, OVX 19 90, Novák, Josef. 2.2 Architektura databází Lokální architektura Všechny části DBS jsou umístěny v jednom, izolovaném počítači. Přístup je možný jen přes rozhraní tohoto počítače (klávesnice, monitor, tiskárna).
4 8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě Obr. 2.2: Příklad lokální architektury. Centrální architektura U databázového systému tohoto typu je báze dat i systém řízení báze dat v centrálním počítači. Komunikaci s uživateli zprostředkovávají terminály na pracovištích. Po síti se přenášejí vstupní údaje z terminálu do centrálního počítače a tam se zpracovávají centrálním programem. Tím, že data se zpracovávají na centrálním počítači, kde může probíhat i více úloh, mohou mít odezvy na dotazy určité zpoždění. Obr. 2.3: Centrální architektura. Architektura file-server Tento typ architektury souvisí s rozšířením PC a lokálních sítí. Data v BD jsou umístěna na počítači pracujícím jako file-server a jsou sdílena pro jednotlivé aplikace a SŘBD na jednotlivých počítačích. Vzhledem k tomu, že k datům může přistupovat více aplikací, musí být zajištěna ochrana používaných záznamů. Komunikace probíhá podle následujícího postupu:
8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě 5 uživatelský dotaz, SŘBD zpracuje dotaz a odešle požadavek na DB, file-server odesílá bloky dat na lokální počítač, kde jsou data dále zpracovávána SŘBD, výsledky se zpravidla uloží na PC, zobrazí na monitoru, event. vytisknou jako sestava. Obr. 2.4: Architektura file-server. Architektura klient-server Tato architektura je umožněna rozvojem sítí LAN (lokálních sítí) spojujících osobní počítače (PC) a databázový server, stejně jako v předchozím případě. Na PC běží aplikace, které předávají dotazy na datový server (většinou pomocí dotazovacího jazyka), který je zpracovává a potřebné výsledky předává zpět na PC. Proto je server nejvíce zatíženým počítačem. Průběh je následující: aplikace na PC připraví dotaz na data v podobě SQL a odešle jej na server, server zpracuje dotaz, výsledek dotazu je odeslán na PC, kde jej aplikace převede do výstupní podoby. Tato architektura snižuje požadavky na množství dat pohybujících se v síti, proto vyhovuje i rozsáhlým aplikacím od renomovaných firem.
6 8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě Obr. 2.5: Architektura klient-server. Architektura distribuovaných databází V tomto systému jsou data rozložena v několika počítačích. Navenek se tváří jako jediná veliká databáze. Je charakterizovaná třemi vlastnostmi: Transparentnost - klientovi připadá, že data jsou zpracovávána na jediném serveru v síti, není specifikováno místo uložení dat, to řídí SŘBD. Autonomnost - s každou částí BD je možno pracovat samostatně, data jsou spojována dynamicky podle potřeby SŘBD. Nezávislost na typu sítě - architektura podporuje různé typy sítí a jejich vzájemné propojení. Pro komunikaci se nejčastěji používá strukturovaný dotazovací jazyk SQL. Obr. 2.4: Architektura distribuovaných databází. Web architektura Přístup je možný kdykoli a z kteréhokoli místa přes standardní internetový prohlížeč. Toto minimalizuje síťový provoz a eliminuje nákup drahého HW. Systém je vybudován na otevřených internetových standardech jako Java a XML.
8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě 7 Pro přístup k systému si jednotliví uživatelé mohou alternativně vybrat dvě základní uživatelská připojení: - rozhraní na bázi použité datové platformy s plug-in prohlížečem, který nabízí bohatší uživatelské rozhraní s rozsáhlou interaktivitou a s vysokou rychlostí přenosu, které podstatně zdokonaluje produktivitu přenosu dat. - univerzální HTML rozhraní, které umožňuje uživatelům intuitivní a jednoduchý přístup k informacím a k funkcionalitám. Rozhraní umožňuje přístup s jednoduše konfigurovatelným bezproblémovým HTML prostředím. Systém nabízí personalizovanou funkcionalitu, která umožňuje individuální nastavení přístupu, funkcí a uživatelských vlastností na základě individuálního přístupového práva konkrétního uživatele. Obr. 2.6: Web architektura. 2.3 Modely datových struktur Model dat je souhrn pravidel pro reprezentaci logické organizace dat v databázi. Rozeznáváme tři základní modely datových struktur - hierarchický, síťový a relační. Nejnovější a zároveň nejpoužívanější je relační model, který odstraňuje některé nedostatky ostatních modelů.
8 8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě Hierarchický model dat Data jsou organizována do stromové struktury. Každý záznam představuje uzel v této struktuře. Vzájemný vztah mezi záznamy můžeme označit jako rodič a potomek. Obr. 2.7: Hierarchický model dat [Farana,1995]. Použití tohoto modelu je vhodné tam, kde i popisovaná skutečnost má obdobnou stromovou strukturu. Při pohybu v datech se pohybujeme směrem dolů (od rodiče k potomkovi), nahoru ( od potomka k rodiči) nebo na stejné úrovni (od potomka přes rodiče k potomkovi sourozenci). Nevýhody tohoto hierarchického modelu: v některých případech nepřirozená organizace dat (zejména obtížné znázornění vztahu mezi více rodiči a více potomky), složité operace vkládání a rušení záznamů. Síťový model dat Síťový model dat je v podstatě zobecněním hierarchického modelu dat, doplněný o mnohonásobné vztahy, které předchozí model přímou cestou neumožňoval. Tyto propojují záznamy různého či stejného typu, přičemž spojení může být realizováno na jeden nebo více záznamů.
8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě 9 Obr. 2.8: Schéma síťového modelu báze dat a její zobrazení pro dva záznamy [Farana,1995]. Nevýhodou síťové modelu databáze je zejména nepružnost a obtížná změna její struktury. Relační model dat Nejmladším modelem je model relační. V současnosti je tento model nejčastěji využíván u SŘBD. Pro tento model platí následující vlastnosti: 1. Databáze je chápana uživatelem jako množina relací a nic jiného. 2. V relačním SŘBD jsou k dispozici minimálně operace selekce, projekce a spojení (viz dále), aniž by se vyžadovaly explicitně předdefinované přístupové cesty pro jednotlivé relace. Relační databázový model má jednoduchou strukturu. Data jsou organizována v tabulkách (v některých literaturách označovaných jako relace), které se skládají z řádků a sloupců. Všechny operace s daty jsou prováděny na těchto tabulkách. Pro práci v tomto modelu je nezbytné, aby každá tabulka v databázi měla své jedinečné jméno. Záznam (Record) jako souhrn stanovených údajů o daném objektu. V tabulce je reprezentován jedním řádkem. Sloupec tabulky definuje jednu položku
10 8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě (pole, Field) záznamu, musí mít svůj název a musí být určeného datového typu. Z popisu tabulkového vyjádření tohoto modelu vyplývají tyto vlastnosti: 1. Homogenita sloupců - v každém sloupci jsou všechny údaje stejného typu. 2. V tabulce neexistují dva stejné řádky, což je dáno přítomností primárního klíče, který popisuje konkrétní záznam a je pro daný záznam jedinečný. 3. Pořadí řádků je nevýznamné, protože jednotlivé řádky jsou identifikovatelné pomocí primárního klíče. 4. Pořadí sloupců (položek) je nevýznamné, protože sloupce jsou označeny názvem položky. Obr. 2.9: Příklad tabulky relačního modelu dat. Shrnutí kapitoly Začátek počítačového zpracování dat představuje agendové zpracování dat. Databázový systém se skládá z báze dat a systému řízení báze dat. Architektura databázového systému představuje způsob spolupráce a umístění základních částí databázového systému. Základní modely dat v databázových systémech jsou: Hierarchický model dat Síťový model dat Relační model dat
8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě 11 Summary of the section The beginning of computer data processing is represented by agent data processing. Database systems consist of the database and the database management system. The database system architecture represents the possibility of cooperation and placement of basic parts of the database system. Basic data models in the database systems are: Hierarchical data model. Network data model. Relation data model. Kontrolní otázky a úkoly: 1. Charakterizujte základní pojmy záznam, pole. 2. Popište princip agendového zpracování dat. 3. Vyjmenujte základní architektury databází. 4. Popište rozdíl mezi lokální a centrální architekturou databází. 5. Jaký je zásadní rozdíl mezi zpracováním dat u architektury file-server a klient-server? 6. Charakterizujte základní vlastnosti modelů datových struktur. 7. Definujte základní vlastnosti relačního datového modelu. Otázky k zamyšlení: 1. Pro které oblasti použití byl vhodný systém agendového zpracování dat? 2. Jaké je použití distribuované architektury databáze? 3. Ve které oblasti je možno použít hierarchický model dat? 4. Která databázová prostředí používají relační model dat? Citovaná a doporučená literatura FARANA, Radim. Aplikace počítačů v řízení: relační databáze. Ostrava : Slezskomoravský svaz VTSaP, 1995. 130 s. ISBN 80-02-01042-6
12 8 Informační a rezervační systémy v letecké dopravě ŠIROKÝ Jaromír. Informační systémy v dopravě I. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2005. 140 s. ISBN 80-248-0979-6