PANEVROPSKI UNIVERZITET APEIRON FAKULTET POSLOVNE
INFORMATIKE
Predmet RDBMS (SQL administracija & CASE alati) Click
RELACIONI MODEL BAZA PODATAKA to edit Master subtitle style
Predmetni nastavnik: Prof. dr Zoran . Avramovi, dipl.in.elek.
Januar, 2012. godine
Kandidat: Saa Blagojevi 83-11/VNI
4/22/12
Uvod
Baza podataka je softverska konstrukcija namjenjena za
pohranjivanje, analizu i pretraivanje grupe srodnih i povezanih
podataka Baza podataka sastoji se od jedne ili vie
(dvodimenzionalnih) tabela koje meusobno mogu biti povezane. Svaka
tabela uva istovrsne podatke (npr. podatke o nekoj osobi, predmetu
i sl.). Svaki red u tabeli predstavlja jedan slog u tabeli
(najmanja grupa podataka u bazi koja u potpunosti opisuje neki od
koncepata koje baza modelira), a svaka kolona jedno od polja unutar
tog sloga. Slog se u literaturi jo ponegdje naziva i entitet, a
polje se naziva atribut. Skup svih moguih vrijednosti nekog
atributa naziva se domenom tog atributa. Svaki slog tabele se moe
jedinstveno identificirati putem jedne ili kombinacijom vrijednosti
nekog od polja tog sloga. To polje ili kombinaciju polja tada
nazivamo primarni dio ili osnovni klju. U jednoj tabeli moe
postojati vie polja ili kombinacija polja koji mogu biti kao
primarni klju. Pored toga to primarni klju ima ulogu jedinstvenog
identificiranja sloga on igra ulogu i u povezivanju tabela.
4/22/12
TerminologijaTerminologija - RDB Relaciona DB Relacija Atribut
Instanca (n-torka) Kardinalnost relacije Stepen relacije Domen
Terminologija - tabele Skup tabela Pojedinana tabela Naziv kolone u
tabeli Red podataka u tabeli Broj redova u tabeli Broj kolona u
tabeli Skup dozvoljenih vrijednosti za podatke u
kolonama4/22/12
Organizacija podataka
Da bi postigli dobro kreiranu bazu podataka, podatke bi trebalo
organizovati tako da su lako dostupni i da omoguavaju lako
odravanje baze podataka. Treba odrediti koji e podaci ulaziti u
bazu podataka, zatim koji e se podaci smjestiti u odreene tabele
meu kojima e biti uspostavljen odnos, te kakav je odnos meu tim
podacima. Potrebno je smanjiti mogunost koliko je mogue da se isti
podatak zapisuje vie puta (redundacija), jer viestrukim
zapisivanjem nastaju problemi ouvanja stvarne, jedinstvene
vrijednosti svih podataka pri auriranju. Potrebno je upravljati
smjetanjem podataka i ouvanja tih podataka od namjernih i
nenamjernih unitenja tj. da ne doe do gubitka integriteta podataka.
Neke podatke treba zatititi od toga da ih neovlateni korisnici ne
mijenjaju to se zove tajnost ili privatnost podataka.
4/22/12
Kreiranje baze podatakaU svakodnevnom ivotu da bi poeli neto
praviti, kreirati potrebno je da unaprijed odredimo dizajn, nacrt.
Pri kreiranju baze podataka, takoe prethodno trebamo organizovati
podatke, odrediti ciljeve. Ciljevi dizajniranja/kreiranja:
eliminisati suvine podatke omoguiti brzo pronalaenje pojedinanih
podataka sauvati jednostavno odravanje baze podataka Kljune
aktivnosti pri kreiranju baze podataka su: Modeliranje aplikacije
Definisanje podataka neophodnih za aplikaciju Organizovanje
podataka u tabelama Uspostavljanje meusobnih veza izmeu tabela
Uspostavljanje zahtjeva indeksiranja i vrednovanja podataka Izrada
i snimanje svih potrebnih upita u vezi sa aplikacijama
4/22/12
Relacioni model baza podataka
Arhitektura najveeg broja sistema baza podataka odgovara
prijedlogu ANSI/SPARC studijske grupe Amerikog nacionalnog
instituta za standarde, i poznata je kao ANSI arhitektura. Ova
arhitektura predstavljena je hijerarhijom apstrakcija, pri emu
svaki nivo hijerarhije ukljuuje specifini nain predstavljanja,
reprezentaciju, objekata, odnosa meu objektima i operacija nad
objektima. Najnii nivo ANSI arhitekture je unutranji nivo. On je
najblii fizikoj reprezentaciji baze podataka, koja u raunarskom
sistemu jedina zaista postoji. Zbog toga se unutranji nivo esto i
zove nivo fizike baze podataka. Sledei nivo ANSI arhitekture je
konceptualni (logiki) i predstavlja nain na koji se podaci iz
fizike baze podataka predstavljaju korisniku u optem sluaju. Najvii
nivo ANSI arhitekture je spoljanji nivo koji predstavu o podacima
iz baze prilagoava potrebama specifinih korisnika ili grupa
korisnika.
4/22/12
Relacioni model baza podataka
Globalna ANSI arhitektura sistema baza podataka moe se
predstaviti shemom na slici
4/22/12
Relacioni model baza podataka
Reprezentacija koja se nalazi na srednjem, konceptualnom nivou
ANSI hijerarhije zove se model podataka. Modelom podataka
predstavlja se logika struktura svih podataka u bazi i skup
operacija koje korisnik moe izvriti nad tim podacima. To znai da se
na konceptualnom nivou mogu vidjeti svi podaci iz fizike baze
podataka, samo to je njihova reprezentacija pogodnija za korisnika
od fizike (na viem je nivou apstrakcije). Pojedini korisnici ili
grupe korisnika mogu imati svoja sopstvena specifina gledanja na
model podataka (npr. iz razloga zatite ili udobnosti), pa se
pogledi (podmodeli, spoljanji nivo hijerarhije) nalaze iznad modela
u hijerarhiji apstrakcija. Isti podaci iz fizike baze podataka (i
sa konceptualnog nivoa), na ovom nivou mogu se raznim korisnicima
predstaviti na razne naine, dok se postojanje nekih podataka moe od
nekih korisnika i sakriti.
4/22/12
Relacioni sistem za upravljane bazama podataka
v
v
Za realizaciju koncepta baze podataka pored odgovarajue
hardverske opreme potrebno je obezbjediti i programsku podrku
(software), to jest zbirku programa koja predstavlja sistem za
upravljanje bazom podataka (DBMS - Data Base Management System).
DBMS u optem sluaju ima dvije osnovne funkcije: Prva je da memorie
i odrava podatke koji izraavaju svojstva posmatranih objekata
(entiteta). Ova funkcija se obavlja pomou jezika za definisanje
podataka i strukturu podataka (DDL - Data Definition Language).
Druga funkcija omoguava kontrolisan pristup do memorisanih podataka
i prikazivanje podataka na zahtjev korisnika. Za sprovoenje ove
funkcije koristi se jezik za manipulaciju podacima (DML - Data
Manipulation Language).
4/22/12
Relacioni sistem za upravljane bazama podataka
Relacioni sistem za upravljanje bazom podataka (RDBMS - Relation
Data Base Management System) omoguava obavljanje najrazliitijih
operacija nad relacijama i kombinovanje relacija da bi korisniku
obezbjedio odgovore na sva pitanja koja imaju smisla s obzirom na
sadraj baze podataka. Osniva relacione teorije E.F.Codd, jo 1985.
godine, definisao je 12 strogih pravila koja mora zadovoljiti RDBMS
da bi s pravom nosio epitet relacioni. Osnovni princip na kojem se
zasnivaju pravila glasi: Svaki sistem koji tvrdi da je relacioni
sistem za upravljanje bazom podataka, ili se tako reklamira, mora
biti u mogunosti da u potpunosti upravlja bazom podataka svojim
relacionim sposobnostima." Osnovna komponenta sistema za
upravljanje relacionim bazama podataka koju korisnik vidi jeste
relacioni upitni jezik. To je sredstvo kojim korisnik ostvaruje
komunikaciju sa relacionom bazom podataka, kojim izraava i
zadovoljava sve zahtjeve vezane za podatke u bazi.
4/22/12
Relaciona AlgebraRelaciona algebra spada u kategoriju formalnih
upitnih jezika imperativnog karaktera. ini je skup operatora za rad
sa relacijama, a rezultati operacija relacione algebre takoe su
relacije. Relacionu algebru ini skup od 8 operacija koje se
nazivaju osnovnim, ali su samo 5 od njih elementarne, dok se
preostale 3 mogu izvesti iz njih. Pored osnovne podjele na
elementarne i izvedene, operacije relacione algebre mogu se prema
broju operanada (relacija koje uestvuju u operaciji) klasifikovati
na unarne (1 operand) i binarne (2 operanda). Uz to, postoji i
podjela na tradicionalne skupovne i posebne relacione
operacije.
4/22/12
Relaciona Algebra
Restrikcija (simbol ) je elementarna, unarna i posebna operacija
koja iz polazne relacije po zadatom kriterijumu izdvaja podskup
torki. Kriterijum je neki logiki izraz koji je izraunljiv nad
svakom torkom. Dobijena relacija ima istu strukturu kao i
polazna.
4/22/12
Relaciona Algebra
Projekcija (simbol ) je elementarna, unarna i posebna operacija
koja iz polazne relacije po zadatom skupu atributa formira novu
relaciju kao skup torki nad tim atributima. Zadati skup atributa
mora biti podskup skupa atributa polazne relacije, a vrijednosti
atributa u torkama nastale relacije odgovaraju onima u torkama
polazne relacije. Primjenom operacije projekcije mogue je da vie
n-torki polazne relacije daje iste vrijednosti.Poto rezultat
operacije mora biti relacija, uzima se samo jedna rezultantna
relacija
4/22/12
Relaciona AlgebraUnija (simbol U ) je elementarna, binarna i
skupovna operacija koja iz dvije polazne relacije formira novu koja
sadri sve torke koje se nalaze u bilo kojoj ili eventualno u obije
polazne relacije. Ova operacija nije mogua izmeu bilo koje dve
relacije, nego samo izmeu onih koje zadovoljavaju uslove: - eme
relacija imaju isti broj atributa; - atributi ema relacija redom
odgovaraju jedni drugim po znaenju i tipu (ne mora po nazivu)
Navedeni uslovi se nazivaju: unijska kompatibilnost Svaka n-torka
koja je prisutna u obje relacije pojavljuje se samo jednom u
rezultantnoj
4/22/12
Relaciona Algebra
Razlika (simbol ) je elementarna, binarna i skupovna operacija
koja iz dvije polazne relacije formira novu koja sadri sve torke
prve relacije koje se ne nalaze u drugoj relaciji. Ova operacija je
mogua samo izmeu unijski kompatibilnih relacija.
4/22/12
Relaciona Algebra
Presjek (simbol ) je izvedena, binarna i skupovna operacija koja
iz dvije polazne relacije formira novu koja sadri sve torke prve
relacije koje se nalaze i u drugoj relaciji. Ova operacija je mogua
samo izmeu unijski kompatibilnih relacija.
4/22/12
Relaciona Algebra
Dekartov proizvod (simbol ) je elementarna, binarna i skupovna
operacija koja iz dvije polazne relacije formira novu, sa torkama
dobijenim tako to se svaka torka iz prve relacije redom "spoji" sa
svakom torkom druge relacije, pri emu ema nastale relacije sadri
redom sve atribute polaznih relacija.
4/22/12
Relaciona AlgebraSpajanje (simbol >< ) je izvedena,
binarna i posebna operacija koja iz dvije polazne relacije formira
novu, sa torkama dobijenim u dva koraka: - svaka torka iz prve
relacije redom se spaja sa svim torkama iz druge relacije; - iz
tako dobijenih torki izdvajaju se one koje zadovoljavaju zadati
uslov P. Prethodna definicija dozvoljava proizvoljni uslov P, pod
uslovom da je izraunljiv za svaku n-torku nakon Dekartovog
proizvoda
4/22/12
Relaciona Algebra
Dijeljenje (simbol / ) je izvedena, binarna i posebna operacija
koja predstavlja najsloeniju operaciju relacione algebre. Operacija
deljenja daje one vrednosti X u r koje u kombinaciji sa Y pokrivaju
skup vrednosti zadat relacijom s. Dijeljenje se ne moe izvesti sa
proizvoljnim tabelama Za A/B potrebno je da se svi atributi
relacije B nalaze u relaciji A
4/22/12
Predstavljanje podatakaSvi podaci u relacionoj bazi
predstavljaju se na logikom nivou na jedinstven nain - preko
vrijednosti u tabelama. Pod pojmom svi podaci podrazumjevaju se
podaci koje je korisnik definisao i unio u bazu bez obzira na to da
li je rije o: - osnovnim podacima (koji se odnose na vrijednosti
atributa), - tzv. meta-podacima (kojima su definisani nazivi
tabela, kolona i dr.), ili - definiciji razliitih pravila kao to su
pravila integriteta.
4/22/12
Sistemski tretman NULL vrijednosti
-
Potpuno relacioni sistem za upravljanje bazom podataka obavezno
sistemski podrava predstavljanje informacija koje nedostaju u bazi,
upotrebom tzv. Null vrijednosti, nezavisno od tipa podataka. Null
vrijednost je specifian indikator razliit od praznog niza karaktera
ili niza blankova i razliit od nule ili bilo kog drugog broja.
RDBMS obezbeuje jedinstvenu prezentaciju Null vrijednosti, a na taj
nain i jednostavno rukovanje tim vrijednostima. Vrijednost Null moe
biti potencijalna vrijednost svake kolone bez obzira na njen tip,
osim u sluaju kad se izriito zahtjeva da vrijednosti u nekoj koloni
ne smiju biti nedefinisane (dodatno ogranienje No Null). Izuzetak
predstavljaju kolone primarnog kljua koje, kao identifikatori
zapisa u tabeli, ne smiju uzeti Null vrijednost.
4/22/12
Neprekidan pristup dinamikom katalogu relacionog modela
Relacioni sistem posjeduje katalog (rijenik) podataka koji se na
logikom nivou predstavlja na isti nain kao i sami podaci, tako da
ovlaeni korisnici mogu primenjivati jedinstveni relacioni jezik za
pretragu ovih metapodataka. Pod pojmom "katalog" podrazumijeva se
direktorij u kojem se nalaze sistemske definicije podataka. Uvidom
u katalog podataka moe se saznati koje kolone posjeduju odreene
tabele, koja su ogranienja definisana, kao i druge informacije koje
se odnose na sistemske tabele. U sluaju distribuiranih baza
podataka, katalog treba da sadri podatke o lokaciji svakog djela
baze. Katalog nazivamo dinamikim zbog injenice da definicije
podataka koje se mogu vidjeti odgovaraju upravo tekuem stanju u
bazi podataka. Bez obzira na to koji korisnik, na kojoj lokaciji,
ili u kom djelu opisa baze napravi neku izmjenu, novo stanje e biti
dostupno za itanje svim ovlaenim korisnicima. Veoma je vana
injenica da pravo pristupa opisu baze imaju samo za to ovlaeni
(autorizovani) korisnici.
4/22/12
Auriranje pogleda
Relacioni sistem posjeduje efikasan algoritam za auriranje svih
pogleda koji se teorijski mogu aurirati. Rezultat ovog algoritma
smjeta se u katalog (rijenik) baze podataka. Pogledi predstavljaju
virtuelne relacije koje fiziki ne postoje ali se u svakom drugom
smislu ponaaju kao relacije. Moe se rei da su to izvedene tabele
nad kojima je mogue definisati upite kao i nad bilo kojim postojeim
tabelama u bazi. Pogled se ponaa kao dinamiki prozor kroz koji se
gledaju relacije baze i putem kojeg je mogue vriti promjene koje e
se automatski reflektovati na relacijama baze. Svaki put kada
korisnik ita podatke kroz pogled, sistem formira rezultujui skup
slogova na osnovu definicije pogleda i podataka u tabelama baze.
Rezultujui skupovi slogova, odnosno posebne kopije podataka koji se
vide kroz pogled, ne uvaju se u sistemu, ve se samo u katalogu baze
uvaju definicije pogleda. Pod auriranjem pogleda podrazumjevaju se
operacije brisanja i dodavanja slogova, kao i modifikovanje
postojeih slogova.
4/22/12
Fizika nezavisnost
Relacioni sistemi u obavezi su da zadovolje pravilo fizike
nezavisnosti ija je sutina u sljedeem: aplikacioni program i
aktivnosti na terminalima ostaju neizmjenjeni kada se promjeni
fizika organizacija baze ili fiziki metod pristupa podacima.
Aplikacije i programi rukuju podacima iskljuivo na semantikom i
logikom nivou. Sama fizika organizacija podataka predstavlja
internu stvar sistema i ima uticaja jedino na performanse (brzinu
pristupa podacima, odziv sistema). Neophodno je da u sistemu
postoji otra granica izmeu logikog modela podataka i fizikog
razmjetaja podataka na mediju. Kreiranje i brisanje indeksa nad
nekom tabelom iz baze, ne smije imati uticaja na logiku strukturu
programa i naredbi. Kod nerelacionih sistema za upravljanje bazom
podataka sami programi bi morali pretrpjeti izmjene u zavisnosti od
postojanja indeksa nad odreenim tabelama.
4/22/12
Logika nezavisnost
Kada se na tabelama baze izvre izmjene koje ne izazivaju
gubljenje podataka ili logika oteenja, aplikacioni programi i
aktivnosti na terminalima ostaju logiki neoteeni. Ukoliko RDBMS
ispunjava uslov auriranja pogleda onda e bez problema moi da
zadovolji i pravilo logike nezavisnosti. Logika, kao i fizika
nezavisnost, za posljedicu imaju jednu veoma vanu prednost koju
relacioni sistemi pokazuju u odnosu na nerelacione. Prednost se
sastoji u tome to greke u poetnom dizajnu modela podataka nemaju
teke posljedice i dozvoljavaju naknadne korekcije. Projektanti u
tom smislu mogu da bez prevelikog opterenja kreiraju inicijalne
modele podataka, a da ih kasnije, ak i u poodmakloj fazi
implementacije aplikacije, ponovo dorauju i prilagoavaju novim
zahtjevima.
4/22/12
Integritetska nezavisnost
Sva pravila integriteta definiu se u okviru definicije baze
podataka i uvaju se u katalogu podataka, a ne u aplikacionim
programima. Integritet podataka djeli se na 4 kategorije:
Integritet entiteta podrazumijeva da svaka vrijednost primarnog
kljua mora biti jedinstvena na nivou cijele relacije. Osim toga,
mora biti ispunjen uslov da ni jedna stavka u koloni primarnog
kljua ne smije imati NULL vrednost. Integritet domena odreuje skup
dozvoljenih vrijednosti kolone. Odravanje integriteta domena postie
se navoenjem dozvoljenog tipa podataka, dozvoljenog formata za unos
podataka, ili zadavanjem skupa moguih vrijednosti. Referencijalni
integritet odraava definisane odnose (relacije) meu tabelama kada
se u njih dodaju ili se iz njih briu zapisi. Korisniki integritet
omoguava definisanje specifinih poslovnih pravila. Naime, za bazu
podataka mogu postojati dodatna ogranienja, formirana na osnovu
odreenih pravila poslovanja, koja definiu vaee podatke u bazi.
4/22/12
Integritetska nezavisnost
RDBMS treba da obezbjedi definisanje svih navedenih kategorija
integriteta pod jezikom relacionih podataka. Kada se pravila
integriteta jednom definiu ona spreavaju upis podataka koji ne
zadovoljavaju te definicije (nekonzistentni podaci). U sluaju
promjene pravila integriteta dolazi do izmjene jednog ili vie
iskaza ogranienja u katalogu podataka, ali logika struktura
programa i aktivnosti na terminalima ostaju neizmenjeni. Jedino
mogue sredstvo za uvanje integriteta baze podataka, kod postojeih
relacionih sistema, je korienje tzv. okidaa (Triggers). Okida je
pokreta procedure koja se automatski poziva kad god doe do
dodavanja, auriranja ili brisanja podataka u tabeli. Okida je
objekat baze koji se uva u katalogu podataka i svaki je pojedinano
pridruen jednoj tabeli, pri emu se navodi koje od operacija
dodavanja, auriranja ili brisanja izazivaju njegovo izvrenje.
4/22/12
Distribuciona nezavisnostU zavisnosti od toga koliko primjeraka
vrijednosti logikih objekata iz baze postoji i na koliko lokacija
se oni nalaze, razlikujemo dva tipa arhitekture sistema baze
podataka: 1. centralizovani sistem, i 2. distribuirani sistem U
centralizovanom sistemu baza podataka je skup logikih objekata i
njihovih vrijednosti, gdje postoji samo jedan primjerak vrijednosti
svakog logikog objekta baze. U distribuiranom sistemu vrijednost
nekog logikog objekta moe imati vie primjeraka, memorisanih u vie
lokalnih baza, na razliitim lokacijama. E.F.Codd je definisao
distribucionu nezavisnost RDBMS-a kao njegovu sposobnost da
aplikacioni programi i aktivnosti na terminalima ostanu logiki
neoteeni: - kada se prvi put uvede distribucija podataka, (sistem
je prvobitno upravljao samo nedistribuiranim podacima, a onda je
dolo do njihove distribucije) - kada se podaci predistribuiraju
(sistem je ve upravljao distribuiranim podacima, ali je dolo do
promjene njihovog rasporeda)
4/22/12
Distribuciona nezavisnost
Relacioni sistem koji je distribuciono nezavisan omoguava da
jedna transakcija rukuje podacima sa vie udaljenih sistema, a da
korisnik pri tome ima utisak da se sve odvija u okviru lokalnog
sistema. Ova osobina daje veliku mo naredbama jezika podataka na
visokom nivou, koje mogu unutar jedne komande kombinovati podatke
sa razliitih mjesta.
4/22/12
Zakljuak
Relacioni model podataka se zasniva na strogoj matematikoj
teoriji Olakana je njegova implementacija na raunarski sistem
Softverski paketi za manipulaciju relacionim BP su meusobno slini
Relacioni model omoguava:
Definisanje podataka Definisanje pravila za ouvanje integriteta
podataka Manipulaciju podacima uz odreena pravila
4/22/12
Hvala!Click to edit Master subtitle style
4/22/12
