Embed Size (px)
Citation preview
Úvod do informačných systémov. Databázy. RNDr. Ján Greguš, PhD.
Účel kurzu ... Cieľom kurzu je oboznámiť študentov hlavne so základmi
používania databáz. Databázy predstavujú nielen základný zdroj pre informačný
systém, nevyhnutný pre akúkoľvek organizáciu, ale navyše majú nezastupiteľnú úlohu v poznávacom systéme.
Úvod do databáz je dôležitým krokom k získaniu vedomostí ako vytvoriť efektívny fungujúci systém štruktúrovaných dát.
Celková koncepcia kurzu je zameraná na aplikáciu Microsoft Office -
Access.
Sylabus predmetu S1-2 Sústredenie 1. • Úvod-základné pojmy. Databázové systémy. Informačné systémy. • Microsoft Access v balíku “Office”. Popis vývojového prostredia Access. • Tabuľky. Tvorba tabuliek. Polia. Indexy. • Relácie. Referenčná integrita. • Základné operácie s reláciami. Relačná algebra. • Zásady databázových návrhov. Sústredenie 2. • Tvorba databázových systémov (základné problémy). • Model dát (E-R). Normalizácia štruktúry databázy. • Plnenie tabuliek údajmi. Načítavanie externých dát. • Prepájanie databáz. • Selekcia dát. Filtre. • Dotazy. (SQL)
S3-4 Sústredenie 3. • Formuláre. Tlačítka. • Tvorba výrazov. Vstavané funkcie. • Pridávanie údajov do tabuľky. • Makrá. Argumenty. Podmienky. • Zostavy. Sústredenie 4. • Vytvorenie dátovej stránky-www. • Prepájanie programov Office. • Komprimovanie. (Moduly (VB)). Replikácie. • Zabezpečenie databázy. Práva užívateľov a skupín. • Databázy a internet. Písomka
Hodnotenie
Maximálny počet bodov v št. programe =100 • Dochádzka (4 sústredenia x 4 hod.) ... max. 12 b • Projekt (manuál 10 b, + funkčná databáza 50
b.)... maximum 60 bodov • Záverečná písomka (14 otázok) ... maximum 28
bodov
Špecifikácia Projektu • Podmienky pre získanie zápočtu/skúšky z predmetu databázy. . . • aktívna účasť na (všetkých) sústredeniach. ..absolvovanie písomky (4.
sústredenie.)... • V konečnej fáze je potrebné navrhnúť databázový systém v MS Access(e),
ktorý bude obsahovať tabuľky (minimálne 5), relácie (minimálne 4), dotazy (minimálne 5 aspoň 3 druhy), formuláre (minimálne 5 - rôznych typov), zostavy (minimálne 3), a makrá (minimálne 3). Každá tabuľka bude obsahovať minimálne 10 záznamov. Aplikáciu bude možné ovládať výlučne cez formuláre a nie z databázového okna. Podrobný popis vývoja aplikácie (manuál) bude spracovaný taktiež formou textu v MS Word, prípadne môže byť integrovaný v aplikácii.
• Posledný termín na odovzdanie odsúhlasenej verzie prezentácie projektu
databázy v MS Access-e bude termín skúšky. Projekt bude prezentovať každý za seba aj keď sa na jeho tvorbe podieľali viacerí poslucháči.
Literatúra • J. Pokorný: Databázové systémy a jejich použití v informačných systémoch
(Akademia 1992) • J. Pokorný: Konstrukce databázových systémú, skriptá, ČVUT, Praha 2004 • J. Pokorný, I. Halaška: Databázové systémy, skriptá, CVUT, Praha 2004 • A. Scheber: Databázové systémy (Alfa 1988) • C. J. Date: An Introduction to Database Systems (Addison- Wesley 1986) • H. Garcia-Molina, J. D. Ullman, J. Widom: Database System
Implementation (Prentice-Hall 2000) • J. D. Ullman: Database and Knowledge-base systems (Computer Science
1988) • J. D. Ullman: Principles of Database Systems (Computer Science Press
1982) web www-db.stanford.edu/~ullman/fcdb.html www.itu.dk/people/pagh/IDB/
Úvod, história, základné pojmy B.C. = before computers Úpisy, účty, katalógy, kartotéky = veľká tabuľka =► POTREBA
Počítače = nová kvalita Potreba ďalšieho štrukturovania dát
Počítače sa začali používať na ukladanie dát začiatkom 60-tich rokov 20 storočia [NASA v programe Apollo - Súborové systémy (file systems) (použité súčiastky)]
rýchlo spracovať...
...veľké objemy dát
Tvorba informačných systémov
Technológia = určitý unifikovaný súbor metód, nástrojov a pravidiel, ktoré človeku umožňujú niečo vytvoriť
Pojmy citované v súvislosti s informačným systémom ako napr. databázový systém, dátový sklad, OLAP (Online Analytical Processing), distribuovaná databáza atď. Predstavujú určitú „technológiu“! Uvedené technológie sú informačné technológie a ich cieľom je tvorba softvéru slúžiacemu špecifickému účelu.
Dobrá technológia predpokladá, že jej základ je už zabehnutý a nesie so sebou už isté skúsenosti z praxe.
Databázy
• Relačné databázy predstavujú dnes už vlastne klasickú technológiu, kde väčšina postupov už je dobre definovaná a úspešne realizovaná v komerčnej sfére.
• Ukazuje sa , že pre isté typy úloh je relačná technológia stále to najlepšie riešenie. Sú však úlohy, kde nie je vhodná a tam sa uplatnia iné technológie.
• Táto technológia sa ďalej rozvíja ... napr. paralelné architektúry umožňujú výrazne zlepšiť výkon systémov riadenia bázy dát
Na čo slúžia databázy ?!
• Zobrazenie reality • Uchovávanie a udržiavanie dát v
konzistentnom tvare • Poskytovanie informácií • Ochranu dát pred zničením a
neautorizovaným prístupom
Teória - matematika Bez teórie nie je možné realizovať žiadnu technológiu Patrí sem: - Teória relačného modelu dát - Normálne formy relačných schém - Tvorba jazykov (dotazovacích) - Tranzakčné spracovanie - Fyzické dátové štruktúry - Indexovanie - A ďalšie..
Dôvody rozvoja
• Súborové systémy /1960/ • Hierarchické DBS • Sieťové DBS /1970/ • Relačné DBS /1972/ • Objektovo orientované • Relačno-objektovo
orientované • Znalostné a textové DBS
Potreba ukladať a spracúvať
stále zložitejšie súbory...
SW Programovacie jazyky
Vývojové prostredia
HW
Hierarchické Údaje sú usporiadané podľa tzv. hierarchických stromov (spojenie možné len cez vyšší
článok) (podobne ako rodový strom)
Hierarchická štruktúra bola používaná v prvých DBMS na tzv. „mainframoch“. Vzťahy medzi záznamami tvoria hierarchickú štruktúru (resp. „stromovú“ štruktúru). Záznamy sú
závislé a poukladané vo viacerých úrovniach, pozostávajúcich z jednej hlavnej úrovne (záznamu) ( = „root record“) a ľubovoľného počtu podriadených úrovní (subordinate levels).
Vzťahy medzi záznamami sú 1:N, pretože každý jednotlivý dátový člen má nad sebou iba jeden prvok (vo vyššej úrovni). Dátový prvok (resp. záznam) na najvyššej úrovni (v hierarchii) sa nazýva root element.
Hociktorý dátový prvok môže byť prístupný pohybom smerom dovnútra z hlavného záznamu pozdĺž príslušných vetiev stromu až pokiaľ sa nedostaneme na miesto príslušného (želaného) záznamu.
Príklad: root directory = hlavný adresár resp. základný adresár diskety („koreňový“)
ZEM
Štát Územie
Veľkomesto Mesto Osada
Sieťové štruktúry - NETWORK STRUCTURE:
Údaje sú organizované voľne a sú prepojované cez tzv. spojky: TRIEDY • Môžu zastupovať zložitejšie (komplexnejšie) logické vzťahy • Dovoľujú M:N vzťah medzi záznamami. To znamená, že sieťový model „umožňuje
prístup“ k dátovým zložkám (údajom) jednou alebo viacerými cestami ...., pretože ľubovoľný údaj môže byť vo vzťahu s ľubovoľným iným údajom alebo s viacerými ľubovoľnými inými údajmi ....
Spracovanie dát (dôležitá zmena)
Klasické • Zmena dát implikuje
zmenu programu
• Efektívnosť a ochrana na úrovni operačného systému alebo ju treba doprogramovať
Databázové • Nezávislosť organizácie
dát a programov
• Efektívnosť pri práci s veľkým objemom dát
• Ochrana dát je transparentná
Databázový systém Doteraz najrozšírenejšie relačné databázové systémy RDBS vytvoril americký matematik James Codd, ktorý definoval „REDAP“ = Relačný dátový procesor + skoro celú databázovú teóriu používanú až dodnes. DBS (definícia) Systém programov pre riadenie bázy dát, ktorý umožňuje užívateľovi vyhľadávať a aktualizovať dáta uložené v súboroch Výhody DBS : kompaktnosť - rýchlosť - jednoduchosť údržby – a aktuálnosť To v podstate definuje ciele DBS: •minimálna redundancia (viacnásobný výskyt rovnakých) dát •oddelenie definície dát od programov •nezávislosť dát (rast databázy, reštrikcia databázy) Nezávislosť dát môže byť - LOGICKÁ - pokiaľ sa zmení dátový model, malo by ostať všetko funkčné alebo - FYZICKÁ - pokiaľ zmením organizáciu dát na najnižšej úrovni - napr. zapisujem do súborového systémy NTFS namiesto FAT32 programy by sa nemali zmeniť.
DBS= DB + SRBD Databázový systém tvorí Systém Riadenia Bázy Dát (engine) a
samotná Databáza (DB) Databáza (DB) = množina perzistentných dát Dáta: • integrované • zdielateľné - paralelne alebo sériovo • vstupné/výstupné • perzistentné (perzistentnosť = trvalosť uložených dát) Pozn.: Čo sa dá vypočítať alebo odvodiť by nemalo byť uložené
v databáze! (Ak ukladáme do databázy dátum narodenia pracovníka, je
nezmyslom udržiavať tam aj jeho aktuálny vek, dá sa predsa vypočítať!)
SRBD Softvér: Systém riadenia bázy dát tvorí akýsi motor každej databázy - engine. Ide o
software, ktorý zabezpečuje funkčnosť databázy. V knižnici túto funkciu plnila „registračka“, kde si užívateľ mohol manuálne
vyhľadať údaje o príslušnej položke (knihe) v počítači - počítačový program. Moderný engine (SRBD) má tieto časti: • DDL - Data Definition Language • DML - Data Manipulation Language • DAS - Data Access Statements • DIS - Data Integrity Statements • Utilities + • HW- hardvér a USERS- užívatelia
Zavádzanie informačného systému
1. Výber platformy 2. Výber programovacieho jazyka 3. Výber DBS 4. Otázky zabezpečenia
Čo treba premyslieť
Výber platformy Zvažujú sa požiadavky na kapacitu, zaťaženie, rýchlosť prístupu a všetko čo chceme aby v aplikáciách systém podporoval (napr. transakčné spracovanie a pod.) atď. ... spoľahlivosť... prípadne cenu!
Microsoft – No. 1 - SQL Server ... MSDE (Microsoft data engine) - plnohodnotné databázové jadro voľne šíriteľné s aplikáciami vyvinutými v prostrediach Visual Studio a Office Developer No. 2 - z prostredia Access – Microsoft Jet Engine (jadro menej vhodné na web aplikácie)
Oracle - Oracle Internet Platform nosný produkt Oracle 9i – platforma prístupná pre mnohé operačné systémy a aj hardvér (Microsoft, Linux, Sun Solaris) - poplatky sa platia za komerčné nasadenie
IBM – databázová platforma DB2 historicky asi najrozšírenejšia už na „mainfraimoch“ (= MVS, OS390, VM) + Unix + Windows platformy + Linux
Borland – databázový produkt InterBase (opensource – voľne šíriteľný, prístupný kód) Pozor: Dôležitá je aj kombinácia operačného systému a databázového serveru!
Databáza = integrovaný súbor logicky súvisiacich záznamov podľa toho aké údaje, akým spôsobom a na aký účel uchováva ... môžeme databázy deliť na viacero typov (napr. nasledovne:)
• OPERAČNÉ – uchováva dáta pomocou ktorých získavame informácie potrebné na podporu operácií v celej organizácii
• ANALYTICKÉ – súčasť systému podpory rozhodovania- údaje z vybraných externých a operačných databáz
• UŽÍVATEĽSKÉ – vytvárané jednotlivými užívateľmi na samostatných pracovných staniciach
• DISTRIBUOVANÉ – tj. databázy lokálnych pracovných skupín (pobočiek) (vyskytujú sa rôzne prvky operačných a užívateľských databáz
• EXTERNÉ – prístup on-line (napr. za poplatky poskytujú komerčné informačné služby)
• TEXTOVÉ – používajú sa len na vytváranie a uchovávanie elektronickej formy dokumentov
• A INÉ Pozor : Zvyčajne sa jedná o kombináciu jednotlivých typov !
Databáza (primárna orientácia)
Ďalšie používané systémy v nedávnej minulosti:
napr. na výkonnejšie systémy = pracovné stanice sa inštalovali napr.: Adabas DB-2 Informix Ingress Magic Oracle Sybase SQL
na menej výkonnejšie systémy (=osobné počítače) sa zavádzali programy ako: Access Approach Dbase Foxbase/Foxpro Paradox Winbase602 My SQL
Keďže v dnešnej dobe aj „malé„ počítače poskytujú dostatočný výkon na implementáciu databázových systémov – členenie na pracovné stanice / servery / desktopy / atď. ... z tohto pohľadu čiastočne stráca na význame ...
Excell vs Access? Prečo relačné databázy ... = Tabuľkový procesor verzus Databázový systém Microsoft Access = integrovaná súčasť balíka Office 1) Príklad: knihy-mená ►porušená integrita databázy (rozdiel v spoľahlivosti) 2) Príklad: dodatkové informácie ► pracuje len s vybranými
položkami (rozdiel v rýchlosti prístupu
/ spracovania)
Etapy tvorby databázového systému
1. Koncept dizajnu databázy
2. Fyzická realizácia (naprogramovanie)
3. Ladenie systému a ochrana dát
Relačné databázy Tabuľky a nič len tabuľky.. („dvojrozmerné tabuľky“)
Súbor – popisuje všetky vlastnosti všetkých objektov Záznam – popisuje všetky vlastnosti jedného objektu Položka záznamu – popisuje jednu vlastnosť jedného objektu
Doména Doména je množina hodnôt rovnakého významu Napríklad: priezvisko, vek Hodnoty v doméne sú rovnakého dátového typu –
číslo, reťazec znakov atď. Je to obor hodnôt, ktoré tvorí množina všetkých
prípustných platných hodnôt, ktoré smie príslušná položka obsahovať.
Dátový typ je fyzický pojem (napr. dané číslo – vek príslušnej osoby), obor hodnôt je logický pojem (vek – obsahuje čísla)
Pozor: Dve položky v tabuľke môžu byť rovnakého dátového
typu ale majú iný obor hodnôt tj. Treba ich zaradiť do rôznych domén!
Dátové typy vo Visual Basicu
V jednom stĺpci môžu byť len údaje rovnakého dátového typu
Dátové typy sú bližšie špecifikované pomocou nastavenia ich vlastností
Optimalizácia nastavenia zrýchľuje prácu s databázou resp. znižuje zaťaženie operačnej pamäte počítača
Relačný model
Vzťahy medzi dátami sú založené na relačnej algebre = súbor matematických princípov odvodených z teórie množín a
predikátorovej logiky = jedna z metód spracovania dát (iný model napr. hierarchický...)
Relačný model definuje spôsob, akým je možné dáta reprezentovať (tj. štruktúru dát), spôsoby ich ochrany (tj. integritu dát) a operácie ktoré môžeme s dátami vykonávať (manipuláciu).
Relačné systémy
1) Všetky dáta sa dajú reprezentovať v usporiadaných štruktúrach (riadky a stĺpce), hovoríme im relácie
2) Všetky hodnoty v databáze sú skalárne veličiny (reprezentované práve jednou hodnotou)
3) Operácie sa realizujú vždy nad celou reláciou a výsledok je tiež iná celá relácia (= uzáver)
Základné operácie s reláciami Popis dát ( t.j. prostriedky jazyka typu DDL) je v databázach pre mikropočítače veľmi jednoduchý... , budeme sa ním zaoberať pri popise jazyka SQL. Operácia ( t.j. prostriedky jazyka typu DML) databázového systému relačného typu musí zahrňovať ( alebo aspoň umožňovať) nasledujúce základné operácie s reláciami. Selekcia je výber riadkov tabuľky, ktorých hodnoty spĺňajú danú podmienku ( t.j. podmienku selekcie) Projekcia je výber stĺpcov tabuľky a v databázových systémoch sa uplatňuje najčastejšie tak, že pre zvolenú operáciu (napr. tlač tabuľky ) vymenujeme stĺpce tabuľky, ktorých hodnoty sa majú operácie zúčastniť. Príklad viď obrázok :
Kartézsky súčin Majme množinu usporiadaných dvojíc [x,y], pre ktoré platí, že x patrí do množiny A a y patrí do množiny B. Ak A={1,2,3} a B={a,b} potom kartézsky súčin týchto množín je množina M =A x B = {[1,a],[1,b],[2,a],[2,b],[3,a],[3,b]} Inými slovami - ak má jedna tabuľka m riadkov a druhá tabuľka n riadkov, vznikne kartézskym súčinom tabuľka, ktorá bude mať m x n riadkov. Napríklad: ak máme 5 prednášok a 10 poslucháčov, karteziánsky súčin by obsahoval 5x10=50 záznamov Často nás zaujímajú len niektoré z nich.
Theta spojenie = podmienka theta + spojenie Definujeme teda zvláštnu operáciu, ktorej hovoríme
Theta spojenie - theta označuje podmienku selekcie, ktorá sa prevádza súčasne so spojením, takže ukladá do výslednej tabuľky len tie riadky, ktoré spĺňajú podmienku theta.
Veľmi často spájame dve rôzne tabuľky obsahujúce rôzne dáta s rovnakými objektmi. Podmienkou theta je v takomto prípade rovnosť hodnôt v kľúčových stĺpcoch, ktoré objekty jednoznačne identifikujú. Toto špeciálne theta – spojenie bolo nazývané prirodzené spojenie .
Je prirodzené, že vzniknutá tabuľka PREHĽAD bude mať práve toľko riadkov, koľko je žeriavov a že ku každému riadku z tabuľky TECHNICKÉ – PARAMETRE chceme pripojiť práve jediný riadok z tabuľky EKONOMICKÉ – PARAMETRE ( a síce tú, ktorá popisuje vlastnosti toho istého žeriavu). Spojenie a prirodzené spojenie Napr. technické parametre + ekonomické prednášky + cvičenia
Iné operácie... Zjednotenie, prienik a rozdiel môžeme prevádzať s reláciami
tiež, pretože sú to množiny. Spravidla ich v databázových systémoch realizujeme tvarom logických výrazov, ktoré popisujú podmienky selekcie.
Príklad: Pre prácu s agendou sporiteľne si ukážeme význam operácie
zjednotenia, prienik a rozdiel v nasledujúcich otázkach: zjednotenie – nájdite zákazníkov, ktorí majú pôžičku alebo
konto alebo oboje prienik – nájdite zákazníkov, ktorí majú súčasne konto aj pôžičku rozdiel – nájdite zákazníkov, ktorí majú konto a nemajú pôžičku.
Indexy Priradiť index určitému poľu = uloženie informácie o usporiadaní údajov v záznamoch v špeciálnych tabuľkách, kde sa neustále udržujú (aktualizujú) Dve funkcie: 1) Zrýchľuje sa vyhľadávanie záznamov podľa indexovaného
poľa (príklad: neusporiadaný – usporiadaný telefónny zoznam)
2) Vytvorenie jednoznačného identifikátora príslušného záznamu
( využíva sa pri vytváraní väzieb medzi záznamami)
Viac položkové indexy a indexy „špeciálneho“ významu
Bežne indexujeme tie polia v tabuľke, pri ktorých je predpoklad, že budú využité pri vyhľadávaní záznamov napr. ak by sme mali v databáze tabuľku „študenti“, ktorá by obsahovala polia ako „ priezvisko, meno, dátum narodenia, ročník, atď. je predpoklad, že budeme vyhľadávať údaje o študentovi tak, že do vyhľadávajúceho formulára budeme chcieť zadať jeho priezvisko... Niekedy však potrebujeme objekt záujmu bližšie špecifikovať preto je výhodné zaviesť viaczložkový index v tomto prípade by to mohol byť index: priezvisko+meno prípadne priezvisko+meno+ročník Index, ktorý jednoznačne identifikuje príslušný záznam = primárny kľúč (pozn.: zvyčajne sa používa dátový typ - automatické číslo) Takýto kľúč sa používa na tvorenie väzieb (relácií) Pozn.: to zabezpečíme nastavením jeho vlastností tak, že program nedovolí vložiť duplicitnú hodnotu (iba jedinečnú) pre ďalší záznam a zároveň pre každý pridaný záznam v tomto poli sa musí nejaká hodnota zadať (nesmie zostať prázdne (pole))
Primárny a cudzí kľúč Relačný model popisuje vzťah tabuľkou, v ktorej sú popísané objekty vzťahu Dobre navrhnutá tabuľka databázy, obsahuje jeden stĺpec (alebo
kombináciu), ktorého hodnoty jednoznačne určujú jednotlivé záznamy – - takémuto stĺpcu sa hovorí „vlastný“ (prípadne primárny) kľúč Stĺpec, ktorého hodnoty môžeme použiť v inej tabuľke ako kľúč( primárny)
sa volá cudzí kľúč Väzbu medzi tabuľkami vytvárame práve pomocou tejto dvojice indexov
Každý riadok primárnej tabuľky je viazaný práve s jedným riadkom sekundárnej tabuľky ( a aj naopak to platí).
primárna sekundárna
= prípad neobsadených polí v primárnej tabuľke
Tovar – Doplňujúce údaje o tovare (napr. hmotnosť knihy) = prípad zriedkavého prístupu k údajom
Počet výskytu objektov oboch entít, ktoré sa na vzťahu zúčastňujú = KARDINALITA VZŤAHU
Môžu nastať nasledovné prípady (1:1, 1:N, M:N)
Relácia 1:1
Každý riadok primárnej tabuľky môže byť viazaný s viacerými riadkami sekundárnej tabuľky a naopak platí, že jeden riadok sekundárnej tabuľky je viazaný práve s jedným riadkom primárnej tabuľky.
primárna
sekundárna
Študent – Kniha (Daný výtlačok) Hráči – Výhra (Tombola) Záujemca – Predaj (Byt)
Relácia 1:N
Každý riadok primárnej tabuľky môže byť viazaný s viacerými riadkami sekundárnej tabuľky a aj naopak to platí, že každý riadok sekundárnej tabuľky môže byť viazaný s viacerými riadkami primárnej tabuľky.
Primárna
Sekundárna
Tovar – Objednávky Autori – Knihy
Relácia M:N
Parcialita vzťahu
Okrem kardinality vzťahu môžeme ešte rozlišovať povinnosť a voliteľnosť jeho existencie
Napríklad: Musí mať každá žena manžela a každý muž manželku? Musí byť každý učiteľ – triednym učiteľom?...
Čiže existujú typy vzťahov, ktoré nemusia existovať pri všetkých objektoch danej entity
1
2 3
4
5
a) Vytvor tabuľku ( zadaj názvy polí ) b) Nastav dátové typy c) Potom nastav vlastnosti dátových typov d) Rozhodni ktoré polia budeš indexovať e) Vytvor primárny kľúč f) Vytvor relácie medzi tabuľkami
Príklad vytvorenia štruktúry bázy dát:
Primárny kľúč
Relácia
