Úvod do databázových systémů Lekce 1
Sylabus Základní pojmy DBS Životní cyklus DB, normalizace dat Modelování DBS, ER diagram Logická úroveň modelu, relační model Relační algebra a relační kalkul Funkční závislosti, Armstrongova pravidla, funkční uzávěr Dotazovací jazyky, SQL základní definice, transakce SQL příklady, referenční integrita SQL základní příkazy a struktury Lekce 1 2
Sylabus - pokračování Agregační funkce, vnitřní a vnější spojení Vnořené dotazy, triggery, pohledy Fyzická organizace dat v DB Transakce, uspořádatelnost, zotavitelnost DB Protokoly, zámky, zotavení DB Lekce 1 3
Literatura Pokorný, Halaška: Databázové systémy. Skripta FEL ČVUT Halaška, Pokorný, Valenta: Databázové systémy, cvičení. Skripta FEL ČVUT Palovská: Databáze jako informační zdroj pro uživatele. Skripta VŠE ke stažení zde Otte: Databázové systémy. Skripta VŠB Sheldon: SQL, začínáme programovat Ricardi: Principles of Database Systems. Connoly: Database Solutions Lekce 1 4
Časová dotace + klasifikace Časová dotace předmětu: 2 + 2 Pozn. Nebudou striktně odděleny přednášky a cvičení (podle potřeby) Zápočet Aktivní účast na seminářích Zpracování projektů zadaných na cvičeních Zkouška Písemná část Ústní část 5 kreditů Lekce 1 5
Data vs. informace Data jsou údaje získané pozorováním nebo měřením Informace jsou data, kterým rozumíme, mají pro nás nějaký smysl Potenciální informace se stane informací teprve tehdy, když je využit její informační obsah k určité činnosti Lekce 1 6
Data vs. informace Příklad učení se cizímu jazyku: Nejprve se student učí slovíčka, gramatiku a také výslovnost. Slovíčka napsaná ve slovníčku, texty v učebnici či hlasový záznam na kazetě je možné považovat za data. Informací se stanou až ve chvíli, kdy student použije slovíčka ke skladbě vět, o kterých ví, jaký dávají smysl. Lekce 1 7
Data vs. informace Případně, pokud v nějakém seznamu najdeme následující data: KAREL NOVÁK Informační technologie 32500 Přidáme-li k datům určitý smysl (kontext) a způsob reprezentace, pak lze z takových dat získat následující informace: jméno zaměstnance: KAREL NOVÁK oddělení: Informační technologie plat: 32 500,-Kč Lekce 1 8
Databáze a informační systémy Databáze (báze dat, datový sklad) = organizovaný a uložený soubor dat Rozsáhlejší systémy pro zpracování dat se nazývají informační systémy Informační systém = systém pro sběr, uchovávání, vyhledávání a zpracovávání dat za účelem poskytování informací Lekce 1 9
Databáze a informační systémy V papírové podobě např. kartotéka V elektronické podobě počítačová databáze Lekce 1 10
Klasicky a počítačově zpracovaná data Lekce 1 11
Historie hromadného zpracování dat 1959 COBOL první jazyk pro počítačové zpracování dat 1965 první systémy řízení báze dat (SŘBD, RDBMS) 70.léta SEQUEL (později SQL) 1980 SQL databáze Oracle 80.léta další SQL databáze (DB2, Informix, SyBase, Progres) Lekce 1 12
Hromadné zpracování dat Lekce 1 13
Souborový přístup Data jsou uložena do jednoho nebo více datových souborů uložených na vhodném paměťovém médiu (např. na magnetické pásky). Součástí souboru dat je i jejich popis. Aplikace je v tomto případě úzce vázána na strukturalizaci dat. Lekce 1 14
Nevýhody souborového přístupu redundance dat opakování dat ve vztahu k problémovému využívání týchž dat pro různé aplikace, dochází k duplicitě uložených dat a tím k růstu celkového objemu dat izolovanost dat neexistuje struktura mezi jednotlivými soubory nekonzistence dat problém s časovými změnami dat. Např. je-li některý údaj redundantní, pak musí mít ve všech souborech stejnou hodnotu (konzistence dat). Při změně údajů se mohou data stát nekonzistentními, protože se údaj nezmění všude, kde je zapsán. nezajištění integrity dat omezená pravdivost dat a jejich celistvost, všechna data v datových souborech musí odpovídat stavu reálného světa a součástí aplikačních programů musí být kontrola vstupních dat. Lekce 1 15
Nevýhody souborového přístupu obtížná dosažitelnost dat každý nový požadavek uživatele vyžaduje vytvořit speciální program, což vede k časovým prodlevám a omezení uživatele. nezabezpečení proti nedůslednosti uživatele uživatelský přístup problémy se současným přístupem více uživatelů. Navíc není umožněno sdílení dat mezi více různými uživateli (např. mezi jednotlivými odděleními ve společnosti). programy a data jsou vzájemně závislá pokud je nutné změnit organizaci dat, je třeba tyto změny promítnout do všech programů, které s daty pracují. Lekce 1 16
Databázový přístup U databázového přístupu jsou odstraněny nevýhody souborově orientovaného přístupu. Vzniká zde komplikovanější struktura, která je řízena Systémem řízení báze dat (SŘBD) V tuto chvíli hovoříme o Databázových systémech, které vznikají spojením Systému řízení báze dat (SŘBD) a vlastní Báze dat. Lekce 1 17
Databázový systém Lekce 1 18
Výhody databázového přístupu zamezení redundance dat správně navržená databáze eliminuje redundanci, ale s největší pravděpodobností ji nikdy neodstraní úplně (některé záznamy je vhodné duplikovat pro zvýšení výkonu DB systému nebo kvůli zpětné kontrole) zajištění konzistence dat zamezením či kontrolou redundance se snižuje i riziko vzniku nekonzistence dat. V celé databázi je omezen počet stejných položek a tím je menší riziko, že při aktualizaci dané položky se na některou z duplikovaných položek zapomene integrita dat SŘBD může díky správně nastaveným pravidlům a integritním omezením vynucovat na uživateli zadávání takových dat, která dané podmínky splní a zároveň zabezpečit jejich celistvost Lekce 1: Úvod 19
Výhody databázového přístupu sdílení dat vytvoření možnosti paralelního přístupu k datům s případným omezením dle autorizovaného přístupu ochrana dat před zneužitím je vyřešena nezávislost dat na aplikaci datové soubory jsou striktně odděleny od aplikační části a spravují se společně přístup k datům je možný pouze prostřednictvím databázových programů data je možné vyhodnocovat různými způsoby včetně grafických přehledů možnost ukládání velkých objemů dat v závislosti na kapacitě úložného prostoru využití jazyka SQL jazyk SQL tvoří standard, který umožňuje použití datových zdrojů z různých databázových systémů Lekce 1 20
Databáze (Báze dat) Báze dat (DB) je množina souborů a jejich popisu, které jsou vzájemně v určitém logickém vztahu Pro databáze je vytvořena jediná interní organizace dat, společná pro všechny oblasti a způsoby využití Někdy se zaměňuje pojem databáze a databázový systém, který zahrnuje ještě SŘBD Lekce 1 21
SŘBD (DBMS) Systém řízení báze dat (SŘBD) je programový systém, který umožňuje definování struktury, ukládání, výběr a ochranu dat, zabezpečuje databázi a komunikaci mezi uživatelem a systémem. Zjednodušeně jde tedy o softwarový prostředek, který řídí sdílený přístup k bázi dat a poskytuje mechanismy určené k zajištění bezpečnosti a integrity dat. Lekce 1 22
SŘBD (DBMS) Zahrnuje: DDL = Data Definition Language (jazyk pro definici dat) DML = Data Manipulation Language (jazyk pro manipulaci s daty Lekce 1 23
SŘBD (DBMS) Jazyk pro definici dat DDL (Data Definition Language) prostředky pro popis dat, sloužící k vytvoření všech definic uživatelských dat potřebných v aplikaci, včetně určení omezujících podmínek. Pomocí příkazů tohoto jazyka lze vytvářet strukturu databáze, tedy jednotlivé tabulky a jejich strukturu. Zároveň do této skupiny patří příkazy, které umožňují realizovat případné změny nebo odstranění existujících objektů. Jazyk pro manipulaci s daty DML (Data Manipulation Language) prostředky pro popis algoritmu, které se používají k aktualizaci dat (přidávání, změny a rušení dat) a k výběru dat z databáze na základě kladených požadavků. Lekce 1 24
SŘBD (DBMS) Umožňuje: vytvoření báze dat vkládání dat aktualizace dat rušení dat výběr z báze dat tvorbu vstupních a výstupních formulářů, výstupních sestav a vytváření aplikací. Lekce 1 25
Příklady DBSM Microsoft SQL server MySQL Oracle Informix SyBase Microsoft Access Lekce 1 26
Entita Entita je libovolný objekt reálného světa, který je zachycen v datovém modelu Entita musí být rozlišitelná od ostatních entit a existovat nezávisle na nich. Příklady entity: zaměstnanec, student, kniha v knihovně Výskyt entity jde o jeden konkrétní prvek definovaný v množině entity. Lekce 1 27
Atribut Atribut je vlastnost entity podstatná z hlediska zkoumané oblasti a její evidence Atribut přiřazuje každé entitě z množiny entit hodnotu z nějaké neprázdné množiny. Příklad: Atributem entity zaměstnanec bude jeho osobní číslo, jméno, příjmení, atd. Lekce 1 28
Klíčový atribut (klíč) Klíčový atribut (klíč) je jeden atribut či množina atributů, jejichž hodnoty jednoznačně určují (identifikují) každou entitu v množině entit. Příklad: Jako klíčový atribut lze brát například rodné číslo u člověka, osobní číslo u studenta či zaměstnance, VIN kód u motoru vozidla apod. Lekce 1 29
Relace Vztah mezi dvěma nebo více entitami Obvykle bývá vyjádřena slovesem, např. má, obsahuje, zapůjčil si apod. Věta učitel vyučuje studenta je vyjádřením vztahu vyučuje mezi entitami učitel a student Relace mohou mít své atributy. Př.: Věta zákazník zakoupil zboží vyjadřuje vztah zakoupil mezi entitami zboží a zákazník. Potřebujeme-li vědět kdy, za kolik a v jakém množství, pak toto jsou již atributy daného vztahu zakoupil. Lekce 1 30
Kardinalita Představuje omezení v počtu instancí druhé entity, které mají vztah s jakoukoliv instancí první entity, se kterou jsou ve vztahu. Kardinalita vztahů může nabývat hodnot: 1:1 1:N N:M Lekce 1 31
Kardinalita Lekce 1 32
Parcialita Povinnost resp. nepovinnost existence relace mezi entitami Povinný vztah = totální Nepovinný vztah = parciální Lekce 1 33
Integrita Integrita databáze znamená, že databáze vyhovuje zadaným pravidlům integritním omezením. Tato integritní omezení jsou součástí definice databáze, a za jejich splnění zodpovídá SŘBD Integritní omezení se mohou týkat jednotlivých hodnot vkládaných do polí databáze (například známka z předmětu musí být v rozsahu 1 až 5), či může jít o podmínku na kombinaci hodnot v některých polích jednoho záznamu (například datum narození nesmí být pozdější než datum úmrtí). Lekce 1 34
Integrita Integritní omezení se může týkat i celé množiny záznamů daného typu může jít o požadavek na unikátnost hodnot daného pole či kombinace polí v rámci celé množiny záznamů daného typu, které se v databázi vyskytují (například číslo průkazu v záznamech o osobách). Lekce 1 35
Refereční integrita Velmi často používaným integritním omezením v relačních databázích je tzv. referenční integrita. Jedná se o požadavek, aby pro pole záznamu, jež má obsahovat odkaz na jiný záznam někde v databázi, takový odkazovaný záznam skutečně existoval, tedy aby takový odkaz nevedl do prázdna a nejednalo se o tzv. databázového sirotka. Lekce 1 36
Lekce 1 37