Στόχοι και αντικείμενο ενότητας

Transcript

1 Ενότητα 8 Διαχείριση Δεδομένων Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-1 Στόχοι και αντικείμενο ενότητας Παραδοσιακή οργάνωση αρχείων και προβλήματα Συστήματα Διαχείρισης Βάσεως Δεδομένων (DBMS) Βασικά μοντέλα Βάσεων Δεδομένων Βασικές αρχές σχεδιασμού Βάσεων Δεδομένων Σύγχρονες προσεγγίσεις Ανάλυση διοικητικών και οργανωτικών απαιτήσεων για τη δημιουργία Βάσεων Δεδομένων Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-2

2 Ι. Οργάνωση αρχείων Βασικές έννοιες Bit Η μικρότερη μονάδα δεδομένων Byte Ένα σύνολο από bits που παριστάνει ένα χαρακτήρα Πεδίο (field) Ένα σύνολο από χαρακτήρες που παριστάνει μία λέξη, ένα σύνολο από λέξεις ή έναν αριθμό Εγγραφή ή ενότητα δεδομένων (record) Ένα σύνολο από πεδία που συνδέονται μεταξύ τους λογικά Αρχείο (file) Ένα σύνολο από records του ιδίου τύπου Βάση δεδομένων (database) Ένα οργανωμένο σύνολο από πληροφορίες το οποίο προκύπτει από την ενοποίηση συναφών αρχείων Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-3 Bit 0 Βασικές έννοιες (συν.) Byte Field (το γράμμα J σε ASCII) J. Stewart (πεδίο ΟΝΟΜΑ) ΟΝΟΜΑ ΜΑΘΗΜΑ ΕΞΑΜΗΝΟ ΒΑΘΜΟΣ Record J. Stewart 24ΔΕ6 ΦΘ00 6,5 File Database Αρχείο μαθημάτων ΟΝΟΜΑ ΜΑΘΗΜΑ ΕΞΑΜΗΝΟ ΒΑΘΜΟΣ K. Taylor J. Stewart E. Smith 24ΔΕ6 24ΔΕ6 24ΔΕ6 ΦΘ00 ΦΘ00 ΦΘ00 8,0 6,5 4,5 ΒΔ φοιτητών Αρχείο μαθημάτων Αρχείο λογαριασμών Αρχείο ιστορικού Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-4

3 Οντότητα (entity) Βασικές έννοιες (συν.) Μια εγγραφή (ή ενότητα δεδομένων) περιγράφει μια οντότητα Μπορεί να είναι ένα πρόσωπο, μια συναλλαγή ή ένα γεγονός, για το οποίο θέλουμε να έχουμε πληροφορίες Χαρακτηριστικά (attributes) Τα ιδιαίτερα γνωρίσματα που περιγράφουν μια οντότητα Πεδίο κλειδί (key field) Αφορά ένα πεδίο που προσδιορίζει μοναδικά μια εγγραφή Χρησιμεύει στην αναζήτηση, ενημέρωση, ταξινόμηση μιας εγγραφής Πρωτεύον και δευτερεύων κλειδί χαρακτηριστικά Οντότητα: Παραγγελία Key field Αριθμός παραγγελίας Ημερομηνία παραγγελίας Κωδικός προϊόντος Ποσότητα Α540 06/12/00 ΔΞ Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-5 Ακολουθιακή vs. Απευθείας πρόσβαση σε ΒΔ Ακολουθιακή πρόσβαση Βασίζεται στη φυσική (ακολουθιακή) οργάνωση εγγραφών Π.χ., μαγνητικές ταινίες Η ανάκτηση των εγγραφών γίνεται με βάση τη σειρά με την οποία αποθηκεύονται Απευθείας πρόσβαση Επιτρέπει στους χρήστες να ανακτήσουν εγγραφές με όποια σειρά επιθυμούν, άσχετα με τη σειρά που αποθηκεύονται Π.χ., σκληρός δίσκος Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-6

4 Μέθοδοι πρόσβασης Indexed Sequential Access Method (ISAM) Η μέθοδος βασίζεται σε ένα ευρετήριο (index) από πεδία-κλειδιά, το οποίο χρησιμεύει στην εύρεση μιας συγκεκριμένης εγγραφής 230 Δεδομένα Κύλινδρος Μεγαλύτερο κλειδί Cylinder index Key field Track index for Cylinder 2 Track No Μεγαλύτερο κλειδί Track No Μεγαλύτερο κλειδί Track No Μεγαλύτερο κλειδί Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-7 Μέθοδοι πρόσβασης (συν.) Direct File Access Method Το πεδίο-κλειδί χρησιμοποιείται για την εύρεση της φυσικής διεύθυνσης μιας εγγραφής, μέσω ενός ειδικού αλγορίθμου (transform algorithm) 2370 Δεδομένα Αλγόριθμος μετασχηματισμού: Key field Διαίρεσε το πεδίο-κλειδί με τον πρώτο (prime) αριθμό που είναι πιο κοντά στο μέγιστο αριθμό εγγραφών στο αρχείο. Το υπόλοιπο της διαίρεσης είναι η φυσική διεύθυνση της συγκεκριμένης εγγραφής Διεύθυνση εγγραφής: 376 Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-8

5 Προβλήματα παραδοσιακής οργάνωσης αρχείων Πλεονασμός δεδομένων (data redundancy) Επανάληψη στοιχείων εγγραφών σε πολλά αρχεία δεδομένων Συχνά υπάρχει σύγχυση, λόγω της συλλογής και καταγραφής τους από διαφορετικές ομάδες εργασίες Εξάρτηση προγράμματος & δεδομένων Οποιαδήποτε αλλαγή σε κάποιον τύπο δεδομένων απαιτεί και αλλαγή σε όλα τα προγράμματα που τον χρησιμοποιούν Έλλειψη ευελιξίας Αδυναμία παραγωγής ad-hoc αναφορών ή απάντησης σε μη προκαθορισμένες απαιτήσεις Μη ικανοποιητική ασφάλεια δεδομένων Ελάχιστος έλεγχος και διαχείριση δεδομένων Αδυναμία κοινής χρήσης δεδομένων (data sharing) Η κακή οργάνωση των δεδομένων καθιστά πρακτικά αδύνατη την κοινή χρήση και την αποτελεσματική πρόσβαση σε αυτά Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-9 ΙΙ. Βάση Δεδομένων (ΒΔ) Συλλογή δεδομένων που οργανώνονται έτσι ώστε να εξυπηρετούν αποδοτικά διάφορες εφαρμογές Εστίαση στα δεδομένα Ελαχιστοποίηση πλεοναζόντων δεδομένων Εργαζόμενοι Όνομα Διεύθυνση ΑΦΜ Οικ. κατάσταση Εφαρμογές προσωπικού Τμήμα προσωπικού Μισθολόγιο Πίνακες μισθοδοσίας Φορολογικές κλίμακες Σύστημα Διαχείρισης ΒΔ Εφαρμογές μισθοδοσίας Τμήμα μισθοδοσίας Οφέλη Συνταξιοδοτικές κατηγορίες Φορολογικές κλίμακες Εφαρμογές οφελών προσωπικού Τμήμα οφελών προσωπικού Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-10

6 Συστήματα Διαχείρισης Βάσεως Δεδομένων Γενικά Το λογισμικό με το οποίο επιτυγχάνεται η αποθήκευση, ανάκτηση, συντήρηση και, γενικότερα, η διαχείριση των δεδομένων Ένα ΣΔΒΔ (Database Management System - DBMS) αποτελεί ουσιαστικά τη διασύνδεση (interface) ανάμεσα στα προγράμματα εφαρμογών και τα αρχεία δεδομένων Εξαλείφει σε μεγάλο βαθμό την ανάγκη για εντολές προσδιορισμού δεδομένων (data definition statements) data definition statements: εντολές που προσδιορίζουν τα χαρακτηριστικά ενός αρχείου (αφορούν το όνομα, την καταχώρηση ή άλλα στοιχεία που προσδιορίζουν με ακρίβεια την ταυτότητα του αρχείου) Αποτελείται από: Γλώσσα προσδιορισμού δεδομένων (data definition language) Γλώσσα χειρισμού δεδομένων (data manipulation language) Λεξικό δεδομένων (data dictionary) Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-11 Συστήματα Διαχείρισης Βάσεως Δεδομένων (συν.) Γλώσσα προσδιορισμού δεδομένων Είναι μια γλώσσα προγραμματισμού, η οποία καθορίζει το περιεχόμενο και τη δομή μιας ΒΔ Ορίζει το πως θα εμφανίζεται στη ΒΔ κάθε στοιχείο δεδομένων (πριν αυτό μετατραπεί στη μορφή την οποία απαιτεί κάποια συγκεκριμένη εφαρμογή) Γλώσσα χειρισμού δεδομένων Γλώσσα στενά συνδεδεμένη με ένα ΣΔΒΔ, η οποία χρησιμοποιείται από τελικούς χρήστες και προγραμματιστές για εξαγωγή δεδομένων προς ικανοποίηση ερωτήσεων, αλλά και ανάπτυξη εφαρμογών Χρησιμοποιείται μαζί με μια συμβατική γλώσσα προγραμματισμού (τρίτης ή τέταρτης γενιάς) SQL (structured query language): το standard για σχεσιακές ΒΔ Λεξικό δεδομένων Είναι ένα αρχείο (ενημερώνεται αυτόματα ή από τον προγραμματιστή) στο οποίο αποθηκεύονται ο κατάλογος των αρχείων μιας ΒΔ, τα διάφορα ευρετήρια (προγραμμάτων, εφαρμογών, κλπ.), οι ορισμοί όλων των πεδίων αλλά και χαρακτηριστικά όπως η χρήση, φυσική αναπαράσταση, ιδιοκτησία, ασφάλεια κλπ. των δεδομένων Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-12

7 Θεώρηση δεδομένων Φυσική θεώρηση δεδομένων (physical view) Η αναπαράσταση των δεδομένων όπως αυτά είναι στην πραγματικότητα οργανωμένα και δομημένα στο φυσικό μέσο αποθήκευσης Λογική θεώρηση δεδομένων (logical view) Η αναπαράσταση των δεδομένων που απαιτείται από τις συγκεκριμένες εφαρμογές και τους τελικούς χρήστες Π.χ., όνομα, τύπος, μήκος πεδίου SELECT Stud_name, Student.stud_ID, Grade FROM Student, Course WHERE Student.stud_id = Course.stud_id AND Course_id = 24ΔΕ6 Stud_name K. Taylor Stud_ID 3545 Grade 8,0 J. Stewart ,5 E. Smith ,5 Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-13 Πλεονεκτήματα ΣΔΒΔ Περιορισμός πλεονασμού δεδομένων (data redundancy) Περιορισμός αντιφατικότητας (inconsistency) δεδομένων Περιορισμός της πολυπλοκότητας του συστήματος Μείωση κόστους ανάπτυξης και συντήρησης Καλύτερος (κεντρικός) έλεγχος της δημιουργίας και του προσδιορισμού των δεδομένων Καλύτερη πρόσβαση και διαθεσιμότητα πληροφορίας Περιορισμός της εξάρτησης προγραμμάτων εφαρμογών και δεδομένων Αύξηση ευελιξίας συστήματος Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-14

8 Γενικά Σχεδιασμός ΒΔ Ιεραρχικό μοντέλο Τα δεδομένα οργανώνονται σε μια δομή δέντρου Σε κάθε εγγραφή, τα δεδομένα οργανώνονται σε τμήματα (segments) Στον χρήστη, κάθε εγγραφή μοιάζει σαν ένα οργανόγραμμα με ένα βασικό τμήμα (root segment) στην κορυφή του Οργάνωση με βάση τη σχέση «πατέρας-παιδί» root segment Εργαζόμενος Αμοιβή Καθήκοντα Οφέλη Κλίμακα Μισθός Σύνταξη Ασφάλεια Περίθαλψη Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-15 Σχεδιασμός ΒΔ Ιεραρχικό μοντέλο (συν.) Δείκτες (pointers) Σε ένα ιεραρχικό ΣΔΒΔ, τα δεδομένα συνδέονται φυσικά μεταξύ τους μέσω μιας σειράς δεικτών που ορίζουν σύνολα από σχετικά τμήματα δεδομένων Οι δείκτες αυτοί είναι δεδομένα που επισυνάπτονται στο τέλος ενός τμήματος δεδομένων (του «πατέρα») και δίνουν τη φυσική διεύθυνση των σχετικών τμημάτων δεδομένων (των «παιδιών») Εγγραφή 1 Δείκτης Εγγραφή 2 Δείκτης Εγγραφή 3 Δείκτης Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-16

9 Τύποι σχέσεων σε μια ΒΔ Ένα-προς-ένα (One-to-one) Φοιτητής ΑΜ Φοιτητή Τάξη Ένα-προς-πολλά (One-to-many) Φοιτητής 1 Φοιτητής 2 Φοιτητής 3 Τάξη 1 Τάξη 2 Πολλά-προς-πολλά (Many-to-many) Φοιτητής 1 Φοιτητής 2 Φοιτητής 3 Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-17 Γενικά Σχεδιασμός ΒΔ Δικτυακό μοντέλο Παραλλαγή του ιεραρχικού μοντέλου Ιδιαίτερα χρήσιμο για many-to-many σχέσεις Ένα «παιδί» μπορεί να έχει πάνω από έναν «πατέρα» Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Ελαχιστοποίηση πλεονασμού δεδομένων και, συχνά, μείωση του χρόνου απόκρισης Ραγδαία αύξηση του αριθμού των δεικτών, με αποτέλεσμα η συντήρηση και λειτουργία του συστήματος να γίνεται συχνά πολύπλοκη Μάθημα 1 Μάθημα 2 Μάθημα 3 Φοιτητής 1 Φοιτητής 2 Φοιτητής 3 Φοιτητής 4 Φοιτητής 5 Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-18

10 Γενικά Σχεδιασμός ΒΔ Σχεσιακό μοντέλο Αναπαράσταση όλων των δεδομένων μέσω διδιάστατων πινάκων που ονομάζονται «σχέσεις» (relations) Μπορεί να συσχετίσει δεδομένα τέτοιων πινάκων, αρκεί οι πίνακες αυτοί να έχουν ένα κοινό στοιχείο δεδομένων Λειτουργίες (εντολές) select, join, project IBM s DB2, Oracle, Microsoft Access παραγγελία ID παραγγελίας Ημερομηνία παραγγελίας Ημερομηνία παράδοσης ID εξαρτήματος Ποσότητα εξάρτημα /12/00 30/12/00 Α /12/00 09/12/00 30/12/00 05/01/01 Α152 Β προμηθευτής ID εξαρτήματος Περιγραφή εξαρτήματος Τιμή μονάδας ID προμηθευτή ID προμηθευτή Όνομα προμηθευτή Τηλέφωνο προμηθευτή Α145 Πόμολο πόρτας Νο ΕΛ234 ΕΞ001 Security Systems S.A Α152 Ασφάλεια τύπου Max 4520 ΕΞ001 ΕΞ029 Power Inc Β201 Βίδες μπρούντζου (x12) 160 ΕΞ029 ΕΛ234 Σιδηρεμπορική Α.Ε Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-19 Συγκριτική θεώρηση μοντέλων Τύπος ΒΔ Απόδοση επεξεργασίας δεδομένων Ευελιξία Φιλικότητα στον τελικό χρήστη Πολυπλοκότητα στον προγραμματισμό Ιεραρχική Υψηλή Χαμηλή Χαμηλή Υψηλή Δικτυακή Μέτρια προς υψηλή Χαμηλή προς μέτρια Χαμηλή προς μέτρια Υψηλή Σχεσιακή Χαμηλότερη (βελτιώνεται) Υψηλή Υψηλή Χαμηλή Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-20

11 Ανάπτυξη μιας Βάσης Δεδομένων Εννοιολογικός ή λογικός σχεδιασμός (conceptual or logical design) Γενικευμένο (abstract) μοντέλο της ΒΔ, με βάση τις απαιτήσεις της διαχείρισης Ομαδοποίηση δεδομένων Καθορισμός σχέσεων μεταξύ δεδομένων Καθορισμός αναγκών τελικού χρήστη Φυσικός σχεδιασμός (physical design) Αναλυτικό μοντέλο της ΒΔ Διαγράμματα οντότητας-σχέσης (entity-relationship, ER) Κανονικοποίηση (normalization) Δημιουργία κατάλληλων (αποδοτικών και μικρών σε έκταση) δομών δεδομένων από περίπλοκα σύνολα δεδομένων Σχεδιασμός με βάση καθορισμένο hardware και software Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-21 Διαγράμματα Οντοτήτων Συσχετίσεων (ER) Παραγγελία 1 μπορεί να έχει 1 Εξάρτημα Μ μπορεί να έχει 1 Προμηθευτής ID παραγγελίας Ημερομηνία παραγγελίας Ημερομηνία παράδοσης ID εξαρτήματος Ποσότητα ID εξαρτήματος Περιγραφή εξαρτήματος Τιμή μονάδας ID προμηθευτή ID προμηθευτή Όνομα προμηθευτή Τηλέφωνο προμηθευτή Θα μπορούσε μια παραγγελία να περιλαμβάνει πάνω από ένα εξαρτήματα. Τι θα άλλαζε σε αυτή την περίπτωση; Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-22

12 ΙΙΙ. Σύγχρονες προσεγγίσεις Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-23 Σύγχρονοι τύποι ΒΔ Αντικειμενοστραφείς ΒΔ (object-oriented DBs) Αποθήκευση δεδομένων και διαδικασιών μαζί (ως «αντικείμενα» τα οποία μπορούν να ανακτούνται και να χρησιμοποιούνται από πολλούς χρήστες) Παράδειγμα: CAD ΒΔ Αντικειμενοστραφή ΣΔΒΔ (OODBMS) ΒΔ υπερμέσων (hypermedia DBs) Ενότητες πληροφορίας αποθηκεύονται ως κόμβοι (nodes) οι οποίοι συνδέονται με συνδέσμους (links) που ορίζει ο χρήστης Οι κόμβοι μπορεί να περιέχουν κείμενο, γραφικά, ήχο, βίντεο, ή ακόμα και εκτελέσιμα (μεταγλωττισμένα) προγράμματα Συνήθως, κάθε τέτοιος κόμβος αποτελεί ένα πλαίσιο που μπορεί να προβληθεί στην οθόνη του Η/Υ Υβριδικές ΒΔ (hybrid DBs) Συνδυασμός πλεονεκτημάτων σχεσιακών και αντικειμενοστραφών ΒΔ Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-24

13 Γενικά Κατανεμημένες ΒΔ Μια ΒΔ που είναι αποθηκευμένη σε πάνω από μία φυσικές θέσεις Διαμερισμός και αναπαραγωγή Κεντρική ΒΔ Κεντρική ΒΔ Κεντρική CPU Κεντρική CPU Remote CPU Remote CPU Remote CPU Remote CPU Απομακρυσμένη ΒΔ τμήμα (partition) Α Απομακρυσμένη ΒΔ τμήμα (partition) B Απομακρυσμένη ΒΔ αντίγραφο (duplicate) Απομακρυσμένη ΒΔ αντίγραφο (duplicate) Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-25 Αποθήκες δεδομένων (Data Warehouses) Γενικά ΒΔ με εργαλεία ερωτήσεων και αναφορών που αποθηκεύει τρέχοντα και παρελθοντικά δεδομένα από διάφορες πηγές Κατάλογος πληροφοριών (Information Directory) Εσωτερικές πηγές δεδομένων λειτουργικά δεδομένα, ιστορικά στοιχεία κλπ. Εξαγωγή και μετασχηματισμός Αποθήκη δεδομένων Εξωτερικές πηγές δεδομένων εξωτερικά δεδομένα Ερωτήσεις, αναφορές, εξόρυξη πληροφοριών, OLAP Πρόσβαση και Ανάλυση Δεδομένων Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-26

14 Πολυδιάστατες ΒΔ -OLAP Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-27 Σύνδεση ΒΔ με το Web Active Server Pages αναζήτηση (ερώτηση) Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-28

15 ΙΙΙ. Διοικητικές Απαιτήσεις για ΣΔΒΔ Διαχείριση δεδομένων Τεχνολογία ΒΔ και management Σύστημα Διαχείρισης Βάσης Δεδομένων Προγραμματισμός & Μοντελοποίηση δεδομένων Τελικοί χρήστες Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-29 Διοικητικές απαιτήσεις για συστήματα ΒΔ (συν.) Καθορισμός και οργάνωση της δομής και του περιεχομένου της ΒΔ Καθορισμός απαιτήσεων για δεδομένα (εσωτερικές και εξωτερικές πηγές) Παρακολούθηση ροών εργασίας και πληροφορίας (work and information flow) Ανάπτυξη διαδικασιών ελέγχου και ασφαλείας της ΒΔ Θέματα προστασίας, πνευματικής ιδιοκτησίας, κλπ. «Πολιτική πληροφόρησης» Τεκμηρίωση της ΒΔ Ειδικά εγχειρίδια για τους προγραμματιστές της ΒΔ αλλά και όλες τις ομάδες χρηστών (τελικοί χρήστες, προσωπικό επιχείρησης, ) Συντήρηση της ΒΔ Διορθωτική / Τελειοποίησης / Προσαρμογής Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ι Διδάσκων: Νίκος Καρακαπιλίδης 8-30