Βάσεις Δεδομένων Βασικές Έννοιες

1. Βάσεις ΔεδομένωνΒασικές Έννοιες

2. Παραδείγµατα Συστηµάτων Β.∆. Παραδοσιακές Εφαρµογές οι αποθηκευµένες πληροφορίες είναι σε µορφή text ή αριθµών Ενηµέρωση τραπεζικού λογαριασµού Κράτηση ξενοδοχείου ή αεροπορικού ταξιδιού Αναζήτηση βιβλιογραφικών στοιχείων σε κατάλογο βιβλιοθήκης Συνδροµή περιοδικού σ’ έναν εκδότη Αγορά αντικειµένων Πολυµεσικά Συστήµατα Β.∆. αποθηκεύουν και διαχειρίζονται εικόνες / video / ήχο Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήµατα (G.I.S.) αποθηκεύουν δεδοµένα καιρού / δορυφορικές εικόνες, γεωγραφικά αντικείµενα (2 διαστάσεων), χρονικές πληροφορίες Αποθήκη ∆εδοµένων και Οn-line Συστήµατα Αναλυτικής Επεξεργασίας (OLAP) εξαγωγή και ανάλυση χρήσιµων πληροφοριών για λήψη αποφάσεων

3. 23Τι είναι μια βάση δεδομένων πολυμέσων; • Μια multimedia βάση δεδομένων είναι μια βάση δεδομένων που φιλοξενεί • ένα ήπερισσότερα πρωτογενή μέσα ενημέρωσης, όπως τύπους αρχείων. • Txt(έγγραφα),. Jpg (εικόνες),. SWF (βίντεο),. MP3 (audio), κλπ. • Εντάσσονται σε τρεις κύριες κατηγορίες : • Στατική - μέσα μαζικής ενημέρωσης (χρονικά ανεξάρτητη, δηλαδή, εικόνες και χειρόγραφα) • Δυναμική - μέσα μαζικής ενημέρωσης (που εξαρτώνται από τη στιγμή, δηλαδή βίντεο και ήχο bytes) • Μέσα μαζικής ενημέρωσης, όπως παιχνίδια 3D ή μέσω υπολογιστή εκπόνηση προγραμμάτων (CAD) κλπ

4. Τύποι βάσεων δεδομένων πολυμέσων • Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι βάσεων δεδομένων • πολυμέσων, συμπεριλαμβανομένων των εξής: • Ο έλεγχος της γνησιότητας βάση δεδομένων πολυμέσων (γνωστά επίσης ως επαλήθευση βάση δεδομένων πολυμέσων, δηλαδή αμφιβληστροειδή σάρωσης), είναι ένα 1:1 σύγκριση δεδομένων • Ο προσδιορισμός βάση δεδομένων πολυμέσων είναι μια σύγκριση των δεδομένων ένας-προς-πολλούς (π.χ. κωδικούς πρόσβασης και προσωπικών αριθμών αναγνώρισης) • Μια προσφάτως αναδυόμενες είδος της βάσης δεδομένων πολυμέσων, είναι η βάση δεδομένων πολυμέσων, που ειδικεύεται στην αυτόματη επαλήθευση του ανθρώπου με βάση τους αλγόριθμους της συμπεριφοράς ή της φυσιολογίας τους προφίλ.

5. Εισαγωγή στις Βάσεις Δεδομένων • Ανάγκη Αποθήκευσης και Διαχείρισης Δεδομένων • Συστήματα Αρχείων • Συστήματα Βάσεων Δεδομένων • Παραδοσιακές και Σύγχρονες Εφαρμογές

6. Ανάγκη Διαχείρισης Δεδομένων • Τα δεδομένα σήμερα υπάρχουν παντού και σχεδόν τα πάντα καταγράφονται. Χρησιμοποιούνται σε κάθε κυβερνητική, στρατιωτική, παραγωγική, εμπορική, επιστημονική δραστηριότητα. • Οι μεγάλες ποσότητες δεδομένων επιβάλλουν την εύρεση αποτελεσματικών μεθόδων αποθήκευσης. Τα δεδομένα πρέπει να είναι οργανωμένα ώστε να διευκολύνεται η αναζήτηση και η ενημέρωσή τους. • Δεδομένα χωρίς συγκεκριμένη δομή επιφέρουν προβλήματα. Η Διαχείριση Δεδομένων (data management) ασχολείται με τα προβλήματα αυτά.

7. Η αρχική προσέγγιση • Πριν την εμφάνιση των βάσεων δεδομένων, η αποθήκευση και η διαχείριση των δεδομένων ήταν στην ευθύνη των προγραμμάτων εφαρμογής. • Η αποθήκευση των δεδομένων γινόταν σε αρχεία του λειτουργικού συστήματος. • Η ανάγνωση, αποθήκευση και ενημέρωση των δεδο-μένων ανήκε στην ευθύνη του προγραμματιστή της εφαρμογής.

8. Η αρχική προσέγγιση

9. 24.Βάσεις Δεδομένων • A.Βάση Δεδομένων (database): αποτελεί μία συλλογή στοιχείων σχετικών μεταξύ τους τα οποία είναι δομημένα και καταχωρισμένα με κατάλληλο τρόπο. • B.Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (database management system): είναι μία συλλογή λογισμικού,η οποία υλοποιεί όλες οι λειτουργίες που πρέπει να υποστηριχθούν, όπως αναζήτηση, εισαγωγή, διαγραφή, συγχρονισμός προσπελάσεων, προστασία και πολλές ακόμη. • G.Σύστημα Βάσης Δεδομένων(database system): είναι μια Β∆ μαζί µε το αντίστοιχο λογισμικό Σ∆Β∆.

10. ΒάσειςΔεδομένων

11. ΣύγχρονεςΕφαρμογές • Πολυμεσικές εφαρμογές (multimediaDBs) • Διαχείριση γεωγραφικών πληροφοριών (GIS) • Άμεση αναλυτική επεξεργασία (OLAP) • Εξόρυξη δεδομένων (data mining) • Ανάκτηση πληροφορίας (information retrieval) • Διαχείριση κινούμενων αντικειμένων (moving objects) • Κινητός υπολογισμός (mobile computing)

12. Ορισμοί • Βάση Δεδοµένων (database) Συλλογή από συσχετιζόµενα δεδοµένα Δεδοµένα γνωστά γεγονότα που µπορούν να καταγραφούν και έχουν κάποιαυπονοούµενη σηµασία ονόµατα, αρ. τηλεφώνων, διευθύνσεις των ανθρώπων που γνωρίζετε, τα οποία έχετε καταγράψει σε ένα ευρετήριο διευθύνσεων Ιδιότητες Β.Δ. αναπαριστά κάποια άποψη του πραγµατικού κόσµου (µικρόκοσµος ήπεδίο αναφοράς) αποτελεί µια λογικά συνεκτική συλλογή δεδοµένων που έχει κάποια εγγενή σηµασία σχεδιάζεται, χτίζεται και γεµίζει µε δεδοµένα για κάποιο συγκεκριµένο σκοπό προορίζεται για συγκεκριµένη οµάδα χρηστών

13. Σύστημα Βάσης Δεδομένων Μια Β.∆. µπορεί να δηµιουργηθεί και να συντηρηθεί είτε χειρόγραφα, είτε µε χρήση µηχανών Σύστηµα ∆ιαχείρισης Βάσεων ∆εδοµένων - Σ∆Β∆ (database management system - DBMS) µια συλλογή από προγράµµατα που επιτρέπουν στους χρήστες να δηµιουργήσουν και να συντηρήσουν µια βάση δεδοµένων Ένα Σ∆Β∆ µπορεί να είναι γενικής χρήσης (general purpose): διευκολύνει τις διαδικασίες ορισµού, κατασκευής και χειρισµού Β.∆. για διάφορες εφαρµογές ειδικού σκοπού (special purpose): υλοποιεί µια συγκεκριµένη Β.∆. Σύστηµα Βάσης ∆εδοµένων (database system) µια Β.∆. µαζί µε το αντίστοιχο λογισµικό Σ∆Β∆

14. Περιβάλλον Συστήματος Β.Δ. Χρήστες / Προγραμματιστές Σύστημα Β.Δ. Προγράμματα Εφαρμογών / Ερωτήσεων Λογισμικό ΣΔΒΔ Λογισμικό Επεξεργασίας Ερωτήσεων Λογισμικό Προσπέλασης / Αποθήκευσης Δεδομένων Αποθηκευμένος ορισμός της Β.Δ. (μεταδεδομένα) Αποθηκευμένη Β.Δ.

15. Παράδειγμα: ΑΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Στόχος: ∆ιατήρηση πληροφοριών που αφορούν φοιτητές µαθήµατα βαθµολογίες Οργάνωση Β.∆. σε 4 αρχεία εγγραφών ΦΟΙΤΗΤΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ∆Ι∆ΑΣΚΑΛΙΑ ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ

17. Διαχείριση της Β.Δ. ΑΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Ορισμός της Β.Δ. προσδιορισμός των στοιχειωδών δεδομένων που πρόκειται να αποθηκευτούν σε κάθε εγγραφή προσδιορισμός του τύπου δεδομένων για κάθε στοιχειώδες δεδομένο Κατασκευή αποθήκευση δεδομένων στο αντίστοιχο αρχείο οι εγγραφές στα διάφορα αρχεία μπορεί να σχετίζονται η μια με την άλλη! Χειρισμός διενέργεια επερωτήσεων και ενημερώσεων με τη χρήση κάποιας «γλώσσας» του ΣΒΔ «βρες τα ονόματα και τις βαθμολογίες των φοιτητών που παρακολούθησαν τη διδασκαλία του μαθήματος Δικτυακά Πολυμέσα Ι κατά το Εαρινό εξάμηνο 1992» «δημιούργησε μια νέα διδασκαλία για το μάθημα Δικτυακά Πολυμέσα Ι γι’ αυτό το εξάμηνο» «καταχώρησε το βαθμό 10 στον Παπαδόπουλο για τη διδασκαλία του μαθήματος Φύλο και Πολιτισμός του προηγούμενου εξαμήνου»

18. Σύστημα διαχείρισης αρχείων (file system) Χρήστης Εφαρμογή Αρχεία

19. Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Πλεονασμός δεδομένων (data redundancy) Ασυνέπεια δεδομένων (inconsistency) Δύσκολη αναζήτηση (search) Δυσκολία διαμοιρασμού (data sharing) Αδυναμία ταυτόχρονης πρόσβασης (concurrent access) Ανομοιομορφία (heterogeneity) Δυσκολία στην εφαρμογή κανόνων ακεραιότητας (integrity rules) Δυσκολία στην τήρηση αντιγράφων ασφαλείας (backup)

20. Προσέγγιση Βάσεων Δεδομένων Χρήστης Εφαρμογή ΒΔ

21. 25.Πλεονεκτήματα Β.Δ. Kai poia ta meionekthmata. Ταυτόχρονη Προσπέλαση από πολλούς χρήστες το ΣΔΒΔ περιλαμβάνει λογισμικό για έλεγχο ταυτόχρονης προσπέλασης (concurrency control) εξασφαλίζει σωστό αποτέλεσμα ενημέρωσης Έλεγχος Πλεονασμών οικονομία χώρου και μόχθου συμβατότητα μεταξύ δεδομένων Περιορισμός μη εξουσιοδοτημένης προσπέλασης το ΣΔΒΔ περιλαμβάνει λογισμικό ασφάλειας και εξουσιοδότησης (security & authorisation) διαφορετικοί περιορισμοί προδιαγράφονται για διαφορετικούς χρήστες Παροχή μηχανισμών τήρησης εφεδρικών αντιγράφων και ανάκαμψης (backup) αντιμετώπιση (ανάκαμψη) μετά από βλάβες υλικού ή λογισμικού

22. 26.Χρήσιμα χαρακτηριστικά της προσέγγισης Β.Δ. Αυτοπεριγραφή ένα ΣΔΒ δεν περιέχει μόνο την ίδια τη βάση, αλλά και τον πλήρη ορισμό της (κατάλογος συστήματος) επιτρέπει το λογισμικό του ΣΔΒΔ να είναι ανεξάρτητο από συγκεκριμένη εφαρμογή Ανεξαρτησία Προγραμμάτων - Δεδομένων Η δομή των αρχείων δεδομένων αποθηκεύεται ξεχωριστά από το λογισμικό προσπέλασης αλλαγή στη δομή των αρχείων δεν επηρεάζει το λογισμικό του ΣΔΒΔ Υποστήριξη Πολλαπλών Όψεων των Δεδομένων διαφορετικοί χρήστες απαιτούν διαφορετική προοπτική (όψη) της Β.Δ. μια όψη μπορεί να είναι ένα υποσύνολο της Β.Δ. ή να περιέχει εικονικά (virtual) δεδομένα που παράγονται από τα αρχεία αλλά δεν αποθηκεύονται

23. Εργαζόμενοι σ’ ένα περιβάλλον Β.Δ. Διαχειριστής Β.Δ. εξουσιοδοτεί προσπέλαση στη Β.Δ. υπεύθυνος για προβλήματα ασφάλειας, απόδοσης του συστήματος διαχείριση πόρων Σχεδιαστές Β.Δ. υπεύθυνοι για τον προσδιορισμό δεδομένων αναπτύσσουν τις διαφορετικές όψεις της βάσης που καλύπτουν τις απαιτήσεις διαφορετικών χρηστών Τελικοί χρήστες άτομα που η εργασία τους απαιτεί προσπέλαση δεδομένων Αναλυτές Συστημάτων και Προγραμματιστές αναπτύσσουν προδιαγραφές και υλοποιούν προκαθορισμένες δοσοληψίες βάσει των απαιτήσεων των τελικών χρηστών

24. Μειονεκτήματα Προσέγγισης Β.Δ. Δαπανηρή προμήθεια και συντήρηση Απαιτήσεις σε υλικό και προσωπικό Καθυστέρηση στη διαχείριση δεδομένων Τα αρχεία εγγραφών είναι προτιμότερα εάν: δεν αναμένονται αλλαγές στις εφαρμογές και στη δομή της Β.Δ. υπάρχουν πιεστικές απαιτήσεις λειτουργίας σε πραγματικό χρόνο δεν απαιτείται προσπέλαση πολλών χρηστών στα δεδομένα

25. Αρχιτεκτονική ΣΒΔ • Η εξέλιξη της αρχιτεκτονικής των ΣΒΔ καθρεπτίζει την τάση στην πληροφορική, όπου μεγάλοι κεντρικοί υπολογιστές αντικαθίστανται από σταθμούς εργασίας και προσωπικούς Η/Υ που συνδέονται με επικοινωνιακά δίκτυα • Αρχιτεκτονική εξυπηρέτη (server) – εξυπηρετούμενου (client): • Το τμήμα του εξυπηρετούμενου διαχειρίζεται την προσπέλαση του χρήστη και παρέχει φιλικές στο χρήστη διεπαφές (φόρμες, μενού) • Το τμήμα εξυπηρέτη διαχειρίζεται την αποθήκευση των δεδομένων, την προσπέλαση, την αναζήτηση και άλλες λειτουργίες

26. Σχήμα και Στιγμιότυπα • Οι ΒΔ μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου καθώς πληροφορία προστίθεται, αφαιρείται η τροποποιείται. • Το σύνολο της πληροφορίας το οποίο βρίσκεται αποθηκευμένο σε μια ΒΔ σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή λέγεται στιγμιότυπο (instanceor snapshot) της ΒΔ. • Το σχήμα (schema) της ΒΔ είναι το σύνολο των εννοιών που περιγράφουν τη δομή της και είναι – σχεδόν πάντα – σταθερό. • Αναλογία : record types  schema, variables  instances • Μια ΒΔ έχει ένα (ή περισσότερα) σχήματα σε κάθε επίπεδο αφαίρεσης: • Εσωτερικό σχήμα • Εννοιολογικό σχήμα • Εξωτερικό σχήμα (σχήματα όψεων)

27. Ονοματεπώνυμο Διεύθυνση Τηλέφωνο Ονοματεπώνυμο Διεύθυνση Τηλέφωνο Παπαδόπουλος Κ. Ναυαρίνου 18 22234 Δημόπουλος Χ. Κορίνθου 211 43431 Δημητρέλλη Κ. Βενέζη 2 33554 Παράδειγμα Σχήμα βάσης δεδομένων (database schema) Ονοματεπώνυμο Διεύθυνση Τηλέφωνο Μιχαιλίδης Ι. Καραντώνη 6 32278 Δημητρέλλη Κ. Βενέζη 2 43635 Στιγμιότυπα βάσης δεδομένων (database instances)

28. Γλώσσες Σ.Δ.Β.Δ. • Για τον ορισμό, αποθήκευση και διαχείριση των δεδομένων τα σημερινά ΣΔΒΔ παρέχουν μια ολοκληρωμένη γλώσσα η οποία περιλαμβάνει δομικά στοιχεία για • ορισμό του εννοιολογικού σχήματος • ορισμό όψεων • χειρισμό δεδομένων • Τυπικό παράδειγμα αποτελεί η γλώσσα σχεσιακών βάσεων δεδομένων SQL που συνδυάζει • Γλώσσα ορισμού δεδομένων (ΓΟΔ) • Γλώσσα ορισμού όψεων (ΓΟΟ) • Γλώσσα χειρισμού δεδομένων (ΓΧΔ) • εντολές για τον ορισμό περιορισμών και εξέλιξης ενός σχήματος • Η γλώσσα αυτή χρησιμοποιείται τόσο από το ΔΒΔ όσο και τους σχεδιαστές της βάσης για τον ορισμό των διαφορετικών σχημάτων

29. Σχεδιασμός Εφαρμογών Β.Δ. Εφαρμογή Β.Δ. Προγράμματα Εφαρμογών Συγκεκριμένη Β.Δ. π.χ. Β.Δ. ΤΡΑΠΕΖΑ (πληροφορίες για λογαριασμούς πελατών) π.χ. προγράμματα που υλοποιούν αναλήψεις και καταθέσεις πελατών ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ

30. Κύκλος Ζωής Βάσεως Δεδομένων Ανάλυση απαιτήσεων Ανεξαρτήτου ΣΔΒΔ Εννοιολογικός σχεδιασμός Λογικός σχεδιασμός Εξάρτηση από ΣΔΒΔ Υλοποίηση Συντήρηση

31. Μοντέλο Οντοτήτων Συσχετίσεων

32. Σύνολο οντοτήτων - ανάπτυξη Οντότητες • Οντότητα • (ένα αντικείμενο με φυσική ύπαρξη) • Κάθε οντότητα έχει συγκεκριμένες ιδιότητες - γνωρίσματα • Μια συγκεκριμένη οντότητα θα έχει μια τιμή για καθένα από τα γνωρίσματα Περιγράφει το σχήμα ή πρόθεση • Τύπος οντοτήτων • Ορίζει ένα σύνολο από οντότητες που έχουν τα ίδια γνωρίσματα • Περιγράφεται από ένα όνομα και μια λίστα γνωρισμάτων

33. Παράδειγμα

34. Τύπος Οντοτήτων • Γνώρισμα Χρόνος Είδος Ταινίες Τίτλος Διάρκεια Οντότητες Παράδειγμα Gone with the Wind, 1939, 231, color οντότητα Τύπος οντοτήτων

35. Διεύθυνση Οδός Πόλη Αριθμός Τύποι Γνωρισμάτων • 27a. Τύποι Γνωρισμάτων • απλά ή ατομικά • σύνθετα τιμή: συνένωση των τιμών των απλών γνωρισμάτων που το αποτελούν ιεραρχία χρήσιμο όταν γίνεται αναφορά στα επιμέρους γνωρίσματα

36. Τύποι Γνωρισμάτων • μονότιμα • πλειότιμασύνολο από τιμές (κάτω-πάνω όριο) τηλέφωνο

37. Η έννοια του κλειδιού 27 b.Η έννοια του κλειδιού [περιορισμός κλειδιού ή μοναδικότητας] Οι τιμές κάποιου γνωρίσματος (ή γνωρισμάτων) προσδιορίζουν μία οντότητα μοναδικά (δηλαδή, δεν μπορεί να υπάρχουν δυο οντότητες με τις ίδιες τιμές στα γνωρίσματα κλειδιά) ΠΡΟΣΟΧΗ: το κλειδί είναι σύνολο γνωρισμάτων

38. Η έννοια του κλειδιού • 27.g.Υπερκλειδί:σύνολο από ένα η περισσότερα γνωρίσματα που προσδιορίζουν μοναδικά μια οντότητα (superkey) • 27. d.Υποψήφιο κλειδί:ελάχιστο (μικρότερο αριθμό γνωρισμάτων) υπερκλειδί (candidate key) • 27.e.Πρωτεύον κλειδί:το υποψήφιο κλειδί που επιλέγουμε (primary key)

39. Η έννοια του κλειδιού Ισχύει: υπερκλειδί  κάθε υποψήφιο κλειδί Παράδειγμα Προσοχή: ο περιορισμός κλειδιού είναι μέρος του σχήματος

40. Α.Φ.Μ. Ημ/νία γέννησης Ειδικότητα Όνομα Επώνυμο Παράδειγμα Εργαζόμενος

41. Επώνυμο Όνομα Ημ/νία γέννησης Α.Φ.Μ. Ειδικότητα Διεύθυνση Τ.Κ. Οδός Πόλη Αριθμός Παράδειγμα Κλειδί Απλό - Μονής τιμής Εργαζόμενος Σύνθετο - Μονής τιμής Τηλέφωνο Απλό - Πολλαπλών τιμών

42. 27.st. Πεδίο ορισμού • Κάθε απλό κατηγόρημα (simple attribute) παίρνει τιμές από ένα πεδίο ορισμού (domain) • Πρωτογενή πεδία ορισμού (primitive): • integer, real, double, date, boolean, char(), varchar(), text, image • Πεδία ορισμού ορισμένα από τον χρήστη (user defined): • π.χ. όνομα, ημερομηνία-γέννησης • Τα πεδία ορισμού που ορίζονται από τον χρήστη βασίζονται σε περιορισμούς στα πρωτογενή πεδία ορισμού

43. Η τιμή null Η τιμή null Όταν μια οντότητα δεν έχει τιμή για ένα γνώρισμα • Δεν υπάρχει δυνατή τιμή (not applicable) • Υπάρχει δυνατή τιμή αλλά δεν είναι γνωστή -- ξέρουμε ότι υπάρχει (missing) -- δεν ξέρουμε αν υπάρχει (not known)

44. Ηθοποιός Παίζει Ταινία 28.Συσχετίσεις Συσχέτιση (μεταξύ nοντοτήτων):Μια ιδιότητα που συνδέει τις nοντότητες Τύπος συσχετίσεων (μεταξύ nτύπων οντοτήτων):Μια κοινή ιδιότητα που συνδέει n-άδες οντοτήτων των συγκεκριμένων τύπων οντοτήτων Σύνολο συσχετίσεων:Το σύνολο των συσχετίσεων ενός συγκεκριμένου τύπου συσχετίσεων Αλλιώς (μαθηματικά) R  (E1  E2  … En)

45. Παίζει Ηθοποιός Ταινία Παράδειγμα τύπος Συχνά ως ένα σύνολο/πίνακα Basic Instinct Sharon Stone Total Recall Arnold Schwarzenegger Total Recall Sharon Stone στιγμιότυπο

46. ΑΣΚΗΣΗ!!! • Δημιουργείστε μια βάση με 2 πίνακες • Πίνακας_Μουσικά-κομμάτια και • Πίνακας_Δημιουργός. • Πίνακας_Μουσικά-κομμάτια=> • όνομα,δημιουργός,χρονολογία,διάρκεια,τύπος • Πίνακας_Δημιουργός=>δημιουργός,έτος_γέννησης, • πλήθος_κομματιών • Ορίστε τα κλειδιά • Συσχετίστε τους πίνακες (1:1? 1:Ν? Μ:Ν? ) • Φτιάξτε το μοντέλο οντοτήτων συσχετίσεων, 29.Montelo ontothtwn susxetisewn.