Bazy danych wstęp, informatyka


Baza danych to zbiór informacji zapisanych w ściśle określony sposób w strukturach odpowiadających założonemu modelowi danych. W potocznym ujęciu obejmuje dane oraz program komputerowy wyspecjalizowany do gromadzenia i przetwarzania tych danych.

Program taki (często zestaw programów) nazywany jest „Systemem Zarządzania Bazą Danych” (ang. DataBase Management System - DBMS). W ścisłej nomenklaturze baza danych oznacza zbiór danych, który zarządzany jest przez system DBMS.

System Zarządzania Bazą Danych, SZBD (ang. DataBase Management System - DBMS) nazywany też Serwerem Baz Danych lub Systemem Baz Danych - SBD - to oprogramowanie bądź system informatyczny służący do zarządzania komputerowymi bazami danych. Systemy baz danych mogą być sieciowymi serwerami baz danych lub udostępniać bazę danych lokalnie.

Bazy danych operują głównie na danych tekstowych i liczbowych, lecz większość współczesnych baz umożliwia przechowywanie danych binarnych typu: grafika, muzyka itp.

SQL (ang. Structured Query Language) to strukturalny język (informatyka) zapytań używany do tworzenia, modyfikowania baz danych oraz do umieszczania i pobierania danych z baz danych.Język SQL jest językiem deklaratywnym. Decyzję o sposobie przechowywania i pobrania danych pozostawia się systemowi zarządzania bazą danych DBMS.

Jest to język zapytań opracowany w latach siedemdziesiątych w firmie IBM. Stał się on standardem w komunikacji z serwerami relacyjnych baz danych. Wiele współczesnych systemów relacyjnych baz danych używa do komunikacji z użytkownikiem SQL, dlatego mówi się, że korzystanie z relacyjnych baz danych, to korzystanie z SQL-a. Pierwszą firmą, która włączyła SQL do swojego produktu komercyjnego, był Oracle. Dalsze wprowadzanie SQL-a, w produktach innych firm, wiązało się nierozłącznie z wprowadzaniem modyfikacji pierwotnego języka.

Rodzaje baz danych

Bazy danych można podzielić według struktur danych, których używają:

I. Bazy proste:

  1. Kartotekowe

  2. Sieciowe

  3. Hierarchiczne

II. Bazy złożone:

  1. Relacyjne

  2. Obiektowe

  3. Relacyjno-obiektowe

  4. Strumieniowe

  5. Temporalne

  6. Zaopatrzeniowe

Bazy kartotekowe  - każda tablica danych jest samodzielnym dokumentem i nie może współpracować z innymi tablicami. Z baz tego typu korzystają liczne programy typu: książka telefoniczna, książka kucharska, spisy książek, kaset i inne. Wspólną cechą tych baz jest ich zastosowanie w jednym wybranym celu.

Sieciowe bazy danych  - charakteryzują się największą dowolnością powiązań; nie opierają się praktycznie na żadnych regułach - każda jednostka informacji może być powiązana z dowolną liczbą pozostałych.

Hierarchiczne bazy danych  - to struktury danych złożone z relacji, w których istnieje pojedyncza jednostka macierzysta i wiele jej podległych. Przeszukiwanie takich zbiorów informacji polega na schodzeniu po drzewie zależności, a następnie przeszukiwaniu go wszerz na poszczególnych poziomach. Przykładem hierarchicznej bazy danych jest opracowana przez IBM baza IMS (ang. Information Management System).

Bazy relacyjne  - w bazach relacyjnych wiele tablic danych może współpracować ze sobą (są między sobą powiązane). Bazy relacyjne posiadają wewnętrzne języki programowania, wykorzystujące zwykle SQL do operowania na danych, za pomocą, których tworzone są zaawansowane funkcje obsługi danych. Relacyjne bazy danych (jak również przeznaczony dla nich standard SQL) oparte są na kilku prostych zasadach:

  1. Wszystkie wartości danych oparte są na prostych typach danych.

  2. Wszystkie dane w bazie relacyjnej przedstawiane są w formie dwuwymiarowych tabel (w matematycznym żargonie noszących nazwę „relacji”). Każda tabela zawiera zero lub więcej wierszy (w tymże żargonie - „krotki”) i jedną lub więcej kolumn („atrybutów”). Na każdy wiersz składają się jednakowo ułożone kolumny wypełnione wartościami, które z kolei w każdym wierszu mogą być inne.

  3. Po wprowadzeniu danych do bazy, możliwe jest porównywanie wartości z różnych kolumn, zazwyczaj również z różnych tabel, i scalanie wierszy, gdy pochodzące z nich wartości są zgodne. Umożliwia to wiązanie danych i wykonywanie stosunkowo złożonych operacji w granicach całej bazy danych.

  4. Wszystkie operacje wykonywane są w oparciu o algebrę relacji, bez względu na położenie wiersza tabeli. Nie można, więc zapytać o wiersze, gdzie (x=3) bez wiersza pierwszego, trzeciego i piątego. Wiersze w relacyjnej bazie danych przechowywane są w porządku zupełnie dowolnym - nie musi on odzwierciedlać ani kolejności ich wprowadzania, ani kolejności ich przechowywania.

  5. Z braku możliwości identyfikacji wiersza przez jego pozycję pojawia się potrzeba obecności jednej lub więcej kolumn niepowtarzalnych w granicach całej tabeli, pozwalających odnaleźć konkretny wiersz. Kolumny te określa się jako „Klucz podstawowy” (ang. primary key) tabeli.

Bazy obiektowe  - dane w nich są przechowywane w strukturach obiektowych (zdefiniowanych jako klasy). Koncepcje akademickie dotyczące baz obiektowych były popularne w latach 90., obecnie prace nad nimi są w zaniku.

Bazy relacyjno-obiektowe  - pozwalają na manipulowanie danymi jako zestawem obiektów, posiadają jednak bazę relacyjną jako wewnętrzny mechanizm przechowywania danych.

Strumieniowa baza danych  - dane są przedstawione w postaci zbioru strumieni danych. System zarządzania taką bazą nazywany jest strumieniowym systemem zarządzania danymi (DSMS - ang. Data Stream Management System).

Większość strumieniowych baz danych w chwili obecnej (początek 2005r.) znajduje się w fazach prototypowych i nie powstały dotychczas rozwiązania komercyjne.

Strumieniowe bazy danych z reguły implementują języki ciągłych zapytań opartych na SQL-u (istnieją jednak wyjątki od tej reguły - np. rozwiązania graficzne).

Temporalna baza danych - jest odmianą bazy relacyjnej, w której każdy rekord posiada stempel czasowy, określający czas, w jakim wartość jest prawdziwa. Posiada także operatory algebry relacyjnej, które pozwalają operować na danych temporalnych (wyciągać historię).

Niezbędne mechanizmy

Dodatkowe mechanizmy:

SZBD działające w architekturze klient-serwer

Większość obecnie spotykanych systemów działa w trybie klient-serwer, gdzie baza danych jest udostępniana klientom przez SZBD będący serwerem. Serwer baz danych może udostępniać dane klientom bezpośrednio lub przez inny serwer pośredniczący (np. serwer WWW lub aplikacji).

Systemy bazy danych w architekturze klient-serwer to m.in.:

Bezserwerowe SZBD

Czasem jednak stosowanie serwera nie jest konieczne. Istnieją bazy danych, które nie muszą być współdzielone przez wielu użytkowników w tym samym czasie.

Do takich zastosowań używane są bezserwerowe bazy danych takie jak:

RELACYJNA BAZA DANYCH

Poprzez RELACYJNĄ BAZĘ DANYCH rozumiemy uporządkowany zbiór danych przechowywanych w pamięci komputera. Dane są wprowadzane i zapamiętywane w formie strukturalnej. Oznacza to, że są one zgrupowane w pewne struktury.

Elementarna struktura w bazie danych nazywa się REKORDEM (ang. record) i może być przedstawiona w postaci pełnego rzędu zawierającego wszystkie potrzebne informacje o jednym podmiocie bazy danych (np. Janie Kowalskim).

Zbiór wielu rekordów nazywamy PLIKIEM. Każdy rekord składa się z szeregu pól informacyjnych, które mogą przyjmować postać kolumny z rodzajem informacji wspólnym dla każdego z podmiotów danych (np. data urodzenia, data zatrudnienia, zarobki itp.).

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

Nr ewidencyjny

pacjenta

Nazwisko

Imię

Data przyjęcia

Rozpoznanie

1

Kowalski

Jan

11-04-2003

0x08 graphic
0x08 graphic
grypa

2

Nowak

Małgorzata

24-06-2003

żółtaczka

3

Wiśniewska

Teresa

30-06-2003

zapalenie płuc

4

0x08 graphic
Nowak

Grzegorz

7-08-2003

odra

0x08 graphic

Jednostką informacji są relacje.

Relacja zawiera może zawierać:

Podstawowe pojęcia

    1. Pole - podstawowy element bazy danych

    2. Rekord - grupa pól

    3. Plik - grupa rekordów zawierających podobne informacje

    4. Encja - grupa danych o podobnych właściwościach (np.pacjenci, wyniki badań laboratoryjnych)

    5. Kwerenda - zapytanie do bazy danych

    6. DBMS - system wspomagający użytkownika w operacjach zapamiętywania i odzyskiwania danych

    7. DBMS izoluje programy użytkownika od systemu plików

Zadania DBMS

  1. Operacje zachowywania, modyfikacji, odzyskiwania danych

  2. Przekształcanie zewnętrznego modelu danych do pojęciowego

  3. Przekształcanie modelu pojęciowego do fizycznego

  4. Sprawdzanie reguł integralności i spójności danych

  5. Kontrola dostępu

  6. Kontrola współbieżności

  7. Zabezpieczanie danych (transaction logging)

Kontrola danych

  1. Kontrola współbieżności

  2. Kontrola dostępu

  3. Kontrola spójności i integralności danych

  4. Przetwarzanie transakcji

  5. Bezpieczeństwo danych

Moduły są to zbiory procedur i funkcji napisane w języku Access Basic.

KLUCZ PODSTAWOWY

Klucz podstawowy jest najważniejszym ze wszystkich kluczy. To on reprezentuje całą tabelę w bazie danych. Musi też spełniać wszystkie te same kryteria, co klucz kandydujący. Dzięki niemu możliwe jest tworzenie relacji pomiędzy tabelami. Klucz podstawowy wybieramy spośród kluczy kandydujących.

Zasady definiowania klucza podstawowego:

1. Każda tabela powinna posiadać dokładnie jeden klucz podstawowy (kluczy kandydujących może być kilka);

2. Wszystkie klucze podstawowe w bazie danych muszą się od siebie różnić - dwie tabele nie mogą posiadać identycznego klucza podstawowego.

KLUCZ OBCY

Klucz obcy wykorzystywany jest do tworzenia relacji pomiędzy parą tabel. Jest on kombinacją jednego lub więcej atrybutów przedstawionych w dwóch lub większej liczbie relacji.

Model relacyjny oparty jest na tylko jednej podstawowej strukturze danych -- relacji. Pojęcie relacji można uważać za pewną abstrakcję intuicyjnego pojęcia tabeli, zbudowanej z wierszy i kolumn, w której na przecięciu każdej kolumny z każdym wierszem występuje określona wartość.

Baza danych jest zbiorem relacji, o następujących własnościach:

Do wiązania ze sobą danych przechowywanych w różnych tabelach używa się kluczy obcych.

Klucz obcy to kolumna lub grupa kolumn tabeli, o wartościach z tej samej dziedziny, co klucz główny tabeli z nią powiązanej. Np. baza danych instytucji składającej się z wielu zakładów może zawierać tabele zakłady i pracownicy: tabela zakłady zawiera m. in. kolumny kod_zakladu (klucz główny), nazwa, adres, kierownik,...; a tabela pracownicy: kolumny nr_prac (klucz główny), nazwisko, zakład, pokój, telefon, email,...; kolumna zakłady.kierownik może być kluczem obcym odnoszącym się do kolumny pracownicy.nr_prac; zaś kolumna pracownicy.zakład - kluczem obcym odnoszącym się do zakłady.kod_zakładu, etc. Unika się w ten sposób powielania tych samych danych w różnych tabelach, co m. in. ułatwia utrzymanie zgodności pomiędzy zawartością bazy danych a stanem faktycznym.

Encja (entity) - to pewna rzecz; obiekt materialny lub niematerialny, pojęcie, fakt, zdarzenie itp, w której chcemy przechowywać informacje. Encja posiada pewne charakterystyczne dla siebie cechy.

Np.: grupa danych o podobnych właściwościach (np. pacjenci, wyniki badań laboratoryjnych).

Przykładem encji będącej obiektem materialnym może być np. samochód (wraz z cechami, np.: model, nr fabryczny, kolor, zużycie paliwa), osoba (imię, nazwisko, adres, nr pesel), a niematerialnym np. konto bankowe (numer, posiadacz, dopuszczalny debet, saldo),

zdarzeniem - wysłanie towaru (data wysłania, nazwa towaru, symbol, nazwa i adres odbiorcy), faktem - znajomość języka (nazwa języka, czas nauki, stopień znajomości).

Atrybut (attribute) - sposób przypisania właściwości elementom w dokumencie. Atrybut posiada nazwę oraz wartość. Definiując strukturę dokumentu przy pomocy DTD lub XML Schema, określa się nazwy, typy oraz domyślne wartości atrybutów niezależnie dla poszczególnych elementów.

Atrybut encyjny (entity attribute) - atrybut zadeklarowany przy pomocy słowa kluczowego ENTITY, służący do umieszczania odwołań do encji nieprzetwarzanych. Deklaracja atrybutu encyjnego określa notację, z którą zawartość encji nieprzetwarzanej powinna być zgodna. Zgodność ta nie jest oczywiście weryfikowana przez procesor XML. Notacja określona w deklaracji jest jedynie wskazówką dla aplikacji przetwarzającej, jakiego formatu zawartości encji nieprzetwarzanej może oczekiwać.

Element (element) - podstawowa jednostka logicznej struktury dokumentu XML. Cały dokument XML ma postać jednego elementu głównego (root element). Zawartością elementów są: tekst oraz inne elementy. Struktura elementów jest kodowana w dokumencie przy pomocy znaczników.

Encja (entity) - 1. Jednostka fizycznej budowy dokumentu, pozwalająca na jego elastyczną organizację, np.: wielokrotne wykorzystywanie tych samych fragmentów tekstu, dołączanie fragmentów dokumentu z zewnętrznych plików, itp. Encja posiada swoją nazwę oraz zawartość. 2. Fizyczna reprezentacja obiektu informacyjnego przechowywanego w systemie (np. jako plik lub pole w bazie danych), lub tworzonego w locie przez program. Uogólnienie pojęcia plik.

Encja nieprzetwarzana (unparsed entity) - encja zewnętrzna, która nie jest przetwarzana przez procesor XML. Encje nieprzetwarzane są zwykle używane do formułowania odwołań do grafiki, dźwięku i innych obiektów binarnych, które nie mogą być bezpośrednio umieszczone w dokumencie XML. Odwołania do encji nieprzetwarzanych koduje się przy pomocy atrybutów encyjnych.

Encja ogólna (general entity) - każda encja, która nie jest encją parametryczną. Encje ogólne są używane w treści dokumentów.

Encja parametryczna (parameter entity) - encja, zadeklarowana przy pomocy specjalnej składni, która może być używana wyłącznie w DTD, najczęściej w celu wielokrotnego wykorzystania tych samych fragmentów definicji w wielu miejscach.

Encja predefiniowana (predefined entity) - encja, do której można się odwoływać bez jej wcześniejszego zadeklarowania. Pięć encji predefiniowanych pozwala używać w dokumentach XML znaków zastrzeżonych dla składni XML, np. encja &lt; reprezentuje znak <.

Encja przetwarzana (parsed entity) - encja (wewnętrzna lub zewnętrzna), której zawartość jest przetwarzana przez procesor XML w miejscu wystąpienia odwołania do encji na równi z pozostałą zawartością dokumentu. Interpretacja odwołania do encji przetwarzanej polega na zastąpieniu odwołania przez zawartość encji.

Encja wewnętrzna (internal entity) - encja (ogólna lub parametryczna), której zawartość jest podana w miejscu jej deklaracji.

Encja zewnętrzna (external entity) - encja (ogólna lub parametryczna, przetwarzana lub nie), której wartość pobierana jest z systemu (np. z pliku, z Internetu), z miejsca określonego identyfikatorem zewnętrznym.

Identyfikator publiczny (public identifier) - identyfikator zewnętrzny poprzedzony słowem kluczowym PUBLIC, definiujący położenie obiektu przy pomocy ustalonego, unikatowego ciągu znaków, który nie zależy od miejsca przechowywania obiektu w konkretnym systemie. Aplikacje wspierające wykorzystanie identyfikatorów publicznych znajdują położenie obiektu dzięki konfiguracji określającej położenie obiektów o danych identyfikatorach publicznych.

Identyfikator systemowy (system identifier) - identyfikator zewnętrzny poprzedzony słowem kluczowym SYSTEM, definiujący położenie obiektu przy pomocy URI.

Identyfikator zewnętrzny (external identifier) - ciąg znaków definiujący odwołanie do obiektu znajdującego się poza encją, w której występuje. Wyróżniamy identyfikatory systemowe oraz publiczne.

Instrukcja przetwarzania (processing instruction) - konstrukcja składniowa niewchodząca w skład struktury hierarchicznej dokumentu XML, niewymagająca deklarowania w DTD ani w dokumencie, interpretowana w całości przez aplikację przetwarzającą dokument. Instrukcje przetwarzania służą do kodowania - poza strukturą elementów - poleceń lub informacji przeznaczonych dla konkretnej aplikacji. Składnia informacji zawartych w instrukcji przetwarzania jest dowolna. Ich interpretacja zależy od aplikacji, dla której instrukcja jest przeznaczona (identyfikowanej przy pomocy podmiotu instrukcji przetwarzania).

Bazy danych_wstęp_oprac.Ewa A.Paulo

5

Pole

Rekord

Nagłówek

pola


Wyszukiwarka