Datové struktury a databáze

1. Datové struktury a databáze Ing. Jaroslav Buchta & Ing. Július Štuller, CSc., Ústav informatiky Akademie věd ČR

2. Literatúra • Anglická: • C. J. Date: An Introduction to Database Systems (8th edition) • D. Mayer, J. Ullman, …: • (Relational) Database systems … • “textbook”, “reading”, … • Česká: • preklady … (Tsichritsis – Lochovsky) • Pokorný (Halaška): knihy, skriptá (MFF UK, FEL ČVUT) Datové struktury a databáze

3. Test (10 minút) 1. Čo je to operačný systém? • Ovládate nejaký? • Ak áno, ktorý? 2. Čo je to multiprocessing (multitasking)? 3. Čo je to paging? 4. Čo je to timesharing? 5. K čomu sa používa synchronizácia? 6. Čo je to deadlock? Datové struktury a databáze

4. Test 7. Aké typy pamätí (musí a) môže mať počítač? 8. Aké typy organizácie súborov poznáte? 9. Aké dátové štruktúry poznáte? 10. Čo je to cylinder (magnetického disku)? 11. Aký je rozdiel medzi vetou a blokom (súboru)? Datové struktury a databáze

5. Osnova prednášky • I.História • II.Viacúrovňová architektúra DBS • A. DBTG CODASYL • B. ANSI SPARC Datové struktury a databáze

6. Osnova • III. Modely dát • A. Hierarchický model • B. Sieťový model • C. Relačný model • 1. Operácie s reláciami • 2. Relačná algebra / Relačný kalkul • 3. Normálne formy Datové struktury a databáze

7. Osnova • IV. Konceptuálne modelovanie • A. Dátová analýza / modelovanie dát • E-R model • E-A-R model • Zobecnenia • B. Funkčná analýza / modelovanie • C. Objektovo orientovaný model dát / objektové modelovanie Datové struktury a databáze

8. Osnova • V. Implementácia • A. Logický návrh • B. Technické a programové vybavenie • C. Realizácia • D. Životný cyklus databázy • 1. Databázový správca • 2. Ochrana • 3. Redundancia, kódovanie, kompresia, šifrovanie • 4. Údržba, obsluha Datové struktury a databáze

9. Osnova • VI. Jazyk SQL • VII. … Datové struktury a databáze

10. I. História • Prelom 50. a 60. rokov: • vyššie programovacie jazyky: • 1962: COBOL • 1965: PL/1 • bohatšie dátové štruktúry: • umožňovali jednoduchšie a priamočiarejšie zachytenie najrozmanitejších informácií určených k počítačovému spracovaniu Datové struktury a databáze

11. História • Od polovice 60. rokov: • prvé systémy riadenia báz dát • skupina DBTG CODASYL: • 1965: Conference on Data Systems Languages • 1967: Data Base Task Group • Reporty: 1969 a 1971 (1974, 1978, 1981) • Schéma a subschéma Datové struktury a databáze

12. Schéma a subschéma Databáza: • Súhrn dát uložených v pamäti počítača a týkajúcich sa určitého výseku skutočnosti. • (synonymum: báza dát) • DB Datové struktury a databáze

13. Databázový administrátor Človek, prípadne skupina ľudí, ktorí majú na starosti (čo najoptimálnejší) chod danej DB. • DBA Datové struktury a databáze

14. Schéma Predstavuje celkový pohľad (prípadne pohľad DBA) na danú DB • 1 pre danú DB • Úplne popisuje všetky logické jednotky (vety), ich jednotlivé časti (položky) a prípadne i príslušné vazby (tzv. Codasyl sety, C-sety, sety) medzi jednotlivými vetami, ktoré sa vyskytujú v celej DB. Datové struktury a databáze

15. Subschéma Predstavuje uživateľský pohľad (t.j. pohľad jednotlivého uživateľa) na danú DB. • V rámci 1 DB je početSS neobmedzený. • Subschéma popisuje tie vety, tie ich položky a tie sety, ktoré potrebuje uživateľ k svojej práci. • Každá subschéma musí byť časťou (presnejšie povedané logicky konzistentnou podmnožinou) príslušnej schémy, v rámci ktorej sa definuje. Datové struktury a databáze

16. Výhody • Ochrana a utajenie (informácií) • + … Datové struktury a databáze

17. DBTG presadzoval • 1. Jazykovú nezávislosť(COBOL, PL/I, Fortran) • 2. Strojovú nezávislosť (IBM, ICL, EC) Datové struktury a databáze

18. DBTG presadzoval • 3. Nezávislosť dát a programov (oddelené jazyky pre • popis schémy a • popis subschém) • 4. Oddeleniedefínicie dát (schéma a subs … Data Definition Language - DDL) od manipulácie s dátmi (Data Manipulation Language - DML) Datové struktury a databáze

19. História • dátové štruktúry cobolovského typu • dostatočne bohaté pre (vtedy) bežné aplikácie • prebrané a zahrnuté ako základný (stavebný) (modelovací) prvok (veta – záznam – record) schémy (a subschémy) • databázová štruktúra „set“ (modelovaná pomocou smerníkov): • k zachyteniu vzťahov medzi objektmi reality Datové struktury a databáze

20. História • špeciálny jazyk na popis schémy • popis schémy sa vytvára, a existuje, mimo vlastných dát a programov, ktoré s týmito dátami budú pracovať • toto (spolu s aparátom subschém) vedie k zvýšeniunezávislosti dát (najmä logickej) • Snaha po ešte väčšej nezávislosti dát, logickej, ale i fyzickej, viedla ... Datové struktury a databáze

21. História • Začiatok 70. rokov: • priekopnícke práce • E. F. Codd • Relačný model dát Datové struktury a databáze

22. História • 1975 • ANSI SPARC • Návrh 3-úrovňovej architektúry databázových systémov • Konceptuálna schéma • Konceptuálne modelovanie Datové struktury a databáze

23. História • 80. roky • Konsolidácia postavenia RMD • Prvé komerčné SRRBD • Postupný nástup PC • SRRBD pre PC (Oracle) • Sémantické modely • Deduktívne databázové systémy Datové struktury a databáze

24. História • 90. roky: • Objektovo orientované databázové systémy • post-relačné databázové systémy • multimediálne databázy • GIS • databázy na webu … • … Datové struktury a databáze

25. História • Koniec 90. rokov – dodnes: • semi-štrukturované dáta • XML dokumenty • XML databázy • Sémantický web a DB… Datové struktury a databáze

26. II.Náväznosť´ na HW/SW • A. Viacúrovňové pamäti • 1. Sekundárne pamäti • Magnetické pásky • Magnetické disky Datové struktury a databáze

27. III. Náväznosť na software • A. Operačné systémy • 1. Process management • a. multiprocessing / multitasking / multiprogramming • b. deadlock • c. synchronizácia • 2. File Management • Súbor • sekvenčný • index-sekvenčný (invertovaný) • s priamym prístupom • 3. Dátové štruktúry (stromy, siete, viacúrovňové indexovanie) Datové struktury a databáze

28. Súbory Def. 1 Atómje najmenšia jednotka spracovania (v programe). • Môže byť následujúceho typu: • numerická (celé číslo, desatinné číslo, exponent) [binárna, dekadická, okta / hexadecimálna …] • logická (T, F) • znaková • smerník (ukazateľ) Datové struktury a databáze

29. Súbory Def. 2 Premennámôže byť: • atóm (skalárna) [jednoduchá] • zložená • homogénna: • vektor (numerická) • matica (numerická) • reťazec (znakový „vektor“ ) • heterogénna: zložená z rôznych • atómov • homogénnych a iných heterogénnych premenných Datové struktury a databáze

30. Súbory Def. 3 Položkaje jednoduchá alebo zložená premenná. Def. 4 Vetasa skladá z jednej alebo viacerých položiek. (Záznam) Def. 5 Súborje kolekcia viet. Pozn. Kolekcia pripúšťa, na rozdiel od množiny, i opakovanie prvkov: {A, A, B, C, C, C} Datové struktury a databáze

31. Súbory Def. 6 Nad súborom je možné prevádzať nasledujúce základnéoperácie: -definovanie (vytvorenie) logickej štruktúry súboru [Build] + uloženievety do súboru [Ins] + načítanievety zo súboru [Fetch] + odstránenievety zo súboru [Delete] + zmenaobsahu vety [Update] - prečítanie všetkýchviet súboru [ExhaustiveRead] - reorganizácia súboru [Y] - načítanie následnej vety [Get Next] Datové struktury a databáze