ITPodatkovne baze

Sistemi podatkovnih baz in njihova uporaba pri

modeliranju gradbenih in prometnih objektov

D. Rebolj, FG 2007/2008

Literatura

Tomaž Mohorič: Uvod v podatkovne baze. BI-TIM. Ljubljana, 1995

Shaku Atre: Database. John Willey, 1988 L. Peters: Advanced Structured Analysis

and Design, Prentice Hall, 1987 C.J.Date: An Introduction to Database

Systems. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. Reading, Mass., etc. 1990

Podatki in informacije

Podatek je predstavitev dejstva, koncepta ali navodila na formalni način (ANSI, ISO)

Informacija je pomen, ki ga ima podatek ob upoštevanju dogovorov glede njegove predstavitve (ANSI, ISO)

I = i(D, S, t) I – vsebina informacije, D – podatek, S – struktura sprejemnika, t - čas

Organizacija podatkov

Hierarhija podatkov: bit beseda (binarno število ali znak)

polje stavek (zapis) blok datoteka (organiziran vir podatkov).

Operacije z datotekami: vnos, iskanje, spreminjanje, izpis, sortiranje,

…

Vrste datotek glede na metodo pristopa: zaporedne, indeksne, direktne, kombinirane

(odvisno od fizične organizacije pomnilnika).

Pomanjkljivosti pri uporabi datotek vsaka aplikacija uporablja svoje datoteke -

ni centralnega nadzora nad podatki, popolna odvisnost programov od podatkov, datoteke fizično ločujejo podatke - logično

jih povezujejo uporabniki z ustreznimi programi za vsak problem posebej,

visoka redundanca podatkov, nizka produktivnost pri implementaciji

kompleksnih informacijskih sistemov.

Definicija podatkovne bazeOsnove Podatkovna baza (DB) oz. sistem (DBS) je

računalniško vodena generalizirana zbirka podatkov in njihovih opisov.

Za razliko od neposrednega shranjevanja podatkov v datotekah se uporabnik sistema podatkovne baze ne ukvarja s fizično predstavitvijo podatkov na pomnilnem mediju temveč le z njihovo logično predstavitvijo.

DBS predstavlja podatke na višji abstraktni ravni.

Definicija podatkovne bazeOsnovne funkcije Enemu ali več uporabnikom hkrati omogoča:

dodajanje novih podatkovnih struktur (opisov podatkov) in njihovih povezav v podatkovno bazo,

vstavljanje, spreminjanje in brisanje podatkov, odstranjevanje opisov podatkov in povezav iz

podatkovne baze.

Z integracijo omogoča DBS povezave različnih podatkovnih struktur v unificirane logične celote, kar zmanjšuje redundanco podatkov.

Database Management System (DBMS)Database Management System (DBMS)

Definicija podatkovne bazeShema DBS

Database (DB)Database (DB)

UporabnikiUporabniki AplikacijeAplikacije

Cilji uporabe DBS

Nadzor nad redundanco podatkov Zagotavljanje konsistentnosti podatkov Ista količina podatkov – več informacij Ločitev opisa podatkov od podatkov samih Kontrola integritete podatkov Standardni dostop do podatkov Večja kompaktnost podatkov in hitrejši

dostop do njih Sočasna uporaba podatkov Nadzor nad zaščito podatkov

Podporne funkcije DBMS

Konkurentna uporaba DB:posebni mehanizmi za obnavljanje, sinhronizacijo, “rollback” ,

zaščita podatkov (fizična, operacijska, autorizacijska),

modifikacija in optimizacija, Data Dictionary (DD), jeziki in usluge (DML, SQL, sistemski jeziki), DB Control System, Recovery (log file, Do/Undo/Redo,…)

Arhitektura DBSPredstavitvene ravni

Zunanja shema (uporabniškZunanja shema (uporabniški i pogledipogledi))organizacijaorganizacija

Konceptualna shema (logična Konceptualna shema (logična raven):raven):

konceptualni in logični modelkonceptualni in logični modelformalizacijaformalizacija

Notranja shema (pomnilna raven):Notranja shema (pomnilna raven):fizična predstavitev podatkov (sistem fizična predstavitev podatkov (sistem

datotek, porazdeljen sistem podatkovne datotek, porazdeljen sistem podatkovne baze, …)baze, …)

Arhitektura DBSPredstavitvene ravni

indeks ime priimek naslov emailindeks

indeks ime priimek naslov email EMŠO

Type Student indeks as Long char ime (20); char priimek (20); char naslov (50); char email (50); char EMSO (13);}Index indeks;

Arhitektura DBSKonceptualno modeliranjeAbstrakten in splošen opis realnostiUporaba:

povezuje interese in vidike uporabnikov uporaben opis za komunikacijo omogoča osnovo za izgradnjo DBS omogoča učinkovito predstavitev DB predstavlja model opazovanega okolja

Arhitektura DBSKonceptualno modeliranjeLastnosti konceptualnega modela

izraznost (izberemo najustreznejši koncept) preprostost (v nasprotju z izraznostjo!) minimalnost (vse ima svoj pomen) formalnost (enoumna, natančna interpr.) grafična polnost (vse je grafično predst.) berljivost (dosledni in jasni simboli)

Arhitektura DBSKonceptualno modeliranje

Dober konceptualni model lahko preprosto opišemo kot:

Vse, kar je potrebno je tu –vse kar je tu, je potrebno.

Arhitektura DBSKonceptualno modeliranjeModeliranje podatkov v fazi konceptualnega oblikovanja DB omogoča oblikovanje abstraktne strukture podatkovne baze za predstavitev realnega sveta na kar se da realen način. Rezultirajoči konceptualni model zagotavlja neodvisen razvoj DB glede na strojno in programsko opremo.

Arhitektura DBSKonceptualno modeliranje

Koraki pri oblikovanju konceptualnega modela:

podatkovna analiza in zbiranje zahtev

oblikovanje Entitetno – relacijskega

(E-R) modelanormalizacija

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranjePodatkovna analizaOpredelitev skupin uporabnikov in

področij uporabeAnaliza operativnega okolja in

zahtev procesiranjaProučitev izvorov informacij in

podatkov

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R modelzagotavlja sistematično predstavitev

entitet in relacij s ciljem zajeti vse neločljive pomene posamezne aplikacije

najpomembnejši prispevek predstavlja diagramska tehnika, ki na jedrnat in opisen način predstavlja aplikacijo

E-R diagram predstavlja komunikacijsko orodje za oblikovanje podatkovne baze

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: osnovni gradnikiEntiteta: neodvisni podatkovni objekt,

ki je po definiciji nosilec podatkov (npr. študent, knjiga, cestni odsek)

Atribut: zagotavlja informacije o entiteti ali relaciji z opisom lastnosti (npr. ime študenta, naslov knjige, dolžina odseka)

Domena atributa: množica dovoljenih vrednosti atributa

Ključ (identifikator): vodilni atribut, ki omogoča identifikacijo entitete (kandidacijski, primarni, sekundarni, sestavljeni, zunanji)

Entitetni tip: množica entitet s skupnimi atributi (npr. prometne poti)

Šibka entiteta: entiteta brez lastnega ključnega atributa (npr. izposoja knjige)

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: osnovni gradniki

Relacija: povezava med entitetamiRelacijski tip: je povezava med

entitetnimi tipi Kardinalnost: je udeleženost

entitete v relaciji stopnje kardinalnosti: 1:1, 1:n ali n:m

(npr. med študenti in učitelji)

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: osnovni gradniki

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: osnovni gradniki

pretvorba kardinalnosti stopnje n:m: ker ni zaželjena, jo pretvorimo v dve relaciji 1:n in šibko entiteto

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: Notacije Primer

nepraktične notacije

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: Notacije Chenova notacija Sračja (James

Martinova) notacija

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: Notacije Primeri uporabe

Chenove notacije

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: Notacije E-R diagram E-R

modela

Komercialna orodja za modeliranje podatkovne baze (ER-Designer, Erwin, MastER Plus, Etity-RElationship MOdel)

Orodja CASE- Computer-Aided Software Engineering (Excelerator, ADW, POSE,...)

Sistemi za upravljanje s podatkovno bazo (ORACLE)

prototipi in raziskovalni projekti (DDEW, Gembit, SIT, VCS)

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: orodja

Odkrivanje entitet; entitete so lahko: ljudje (kot nosilci različnih funkcij) objekti in predmeti (gradbeni objekti) elementi prostora (kraji, ceste, reke) organizacije (skupine, podjetja, oddelki) koncepti (npr. projekti, aktivnosti) dogodki

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: oblikovanje modela

Poimenovanje entitet v obliki množinskega samostalnika,

lahko tudi s pridevnikom (npr. cestni_odseki)

imen ne kodiramoOdkrivanje relacij

običajno relacijo zapišemo kot preprost stavek z osebkom (E1), povedkom (G) in predmetom (E2); npr. študent obiskuje predavanja

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: oblikovanje modela

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje E-R model: oblikovanje modelaPoimenovanje relacij

v obliki glagola (npr. “obiskuje”, “ima”,...)

Odkrivanje kardinalnosti odvisna je od pravil, ki vladajo v

sistemu izberemo izhodiščno entiteto (npr. E1)

in se vprašamo, kolikokrat se v relaciji pojavi povezana entiteta (E2)

Arhitektura DBS: Koncept. modeliranje NormalizacijaRelacijski model podatkovne baze

zahteva normalizacijo entitete vsaj v 1NF preden jo predstavimo kot tabelo.

Posamezne normalne forme (NF) pomenijo: 1NF: atributi se ne ponavljajo (ni

agregatov), 2NF: ni delnih odvisnosti, 3NF: ni posrednih odvisnosti.

Modeli DBS

Predrelacijski modeli: invertirane liste, hierarhični modeli (drevesne

strukture), mrežni modeli, ...

Modeli DBS

Relacijski model - podatki so strukturirani kot tabele, operatorji temeljijo na relacijski algebri

Postrelacijski modeli: predmetno usmerjeni, XML db deduktivni in semantični modeli, ekspertni (baze znanja), ...

Relacijska algebra

Osnova relacijske algebre izhaja iz teorije množic.

Operatorji: unija presek razlika projekcija

selekcija produkt združitev delitev

Značilnosti sodobnih RDBMS Enostavna definicija tabel (deklarativno ali

prototipno), asociacij in poizvedb (query), Generiranje vnosnih obrazcev in poročil Hitra izdelava aplikacij (RAD + “čarovniki”) Podpora distribuiranemu delovanju (SQL

odjemalec / strežnik) Generiranje spletnih strani “Posojanje” komponent drugim programom