Εισαγωγή στην Πληροφορική Βάσεις Δεδομένων ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Συντήρησης Πολιτισμικής Κληρονομιάς
Τι είναι οι Βάσεις Δεδομένων; Σύστημα για αποθήκευση, μετάδοση και διαχείριση τεράστιου όγκου ψηφιακών πληροφοριακών δεδομένων. Πληροφορία Δεδομένα. Τα δεδομένα αποτελούν μια τυποποιημένη παράσταση σε καθορισμένη μορφή, που ορίζει κατάλληλα στοιχεία, έννοιες ή οδηγίες για επεξεργασία από τους ανθρώπους ή τις μηχανές. Η πληροφορία εξάγεται από τα δεδομένα ως γνώση (ειδήσεις, γεγονότα και έννοιες) και χρησιμοποιείται για την επίλυση προβλημάτων. Δεδομένα αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων, επεξεργάζονται, και προκύπτει πληροφορία, η οποία χρησιμοποιείται από τους χρήστες.
Βάσεις Δεδομένων ή Αρχεία Δεδομένων Αρχεία δεδομένων: Παραδοσιακός τρόπος: έντυπες καρτέλες. Χρήση Υπολογιστών: τα ψηφιακά δεδομένα οργανώνονται σε αρχεία, τα οποία περιέχουν εγγραφές. Δομή αρχείων δεδομένων: Κάθε αρχείο (file) περιέχει εγγραφές (records). Οι εγγραφές οργανώνονται σε λογικές ομάδες που περιέχουν τυποποιημένα στοιχεία τα οποία καλούνται πεδία (fields).
Μειονεκτήματα Αρχείων Δεδομένων Ασυνέπεια δεδομένων (data inconsistency): Πολλαπλή αποθήκευση πληροφοριών σε περισσότερα από ένα αρχεία. Η τροποποίηση των στοιχείων μιας εγγραφής απαιτεί την ταυτόχρονη ενημέρωση και άλλων συσχετιζόμενων εγγραφών. Πλεονασμός δεδομένων (data redundancy): Πολλαπλή αποθήκευση πληροφοριών. Αύξηση απαιτήσεων σε χώρο αποθήκευσης. Αδυναμία μερισμού δεδομένων (data sharing): Συνδυασμός των δεδομένων από διαφορετικά αρχεία. Μείωση απόδοσης στην εκτέλεση πράξεων αναζήτησης, διαγραφής ή τροποποίησης.
Παρέχει στοιχεία για τη διατήρηση του ιστορικού του προβλήματος και των επιμέρους πράξεων. Βάση Δεδομένων Είναι ένα σύνολο αρχείων: Κάθε αρχείο περιέχει σχετικά μεταξύ τους δεδομένα. Τα δεδομένα συσχετίζονται με λογικές σχέσεις μεταξύ τους. Ειδικού σκοπού: Χρησιμοποιείται για κάποιο σκοπό. Παρέχει συγκεκριμένες λύσεις σε ένα μικρόκοσμο ή ένα πεδίο αναφοράς. Περιγράφει κάθε φορά την κατάσταση του μικρόκοσμου. Δυναμικό σύστημα αποθήκευσης και διαχείρισης δεδομένων: Παρέχει έναν κοινό τρόπο διαχείρισης των δεδομένων.
Πλεονεκτήματα Βάσεων Δεδομένων Δυνατότητα επιβολής τυποποίησης Ορισμός προτύπων όσον αφορά την ορολογία: στις εγγραφές, στα πεδία, στη μορφή και τον τρόπο επικοινωνίας των χρηστών με τα δεδομένα αυτά. Ταυτόχρονη προσπέλαση Πολλοί χρήστες / ταυτόχρονη πρόσβαση στις εγγραφές (κοινή χρήση, sharing). Δυνατότητα ελέγχου σε περίπτωση ταυτόχρονης πρόσβασης σε μία συγκεκριμένη εγγραφή.
Πλεονεκτήματα Βάσεων Δεδομένων Μικρός χρόνος επεξεργασίας και απόκρισης Σαφής και βέλτιστη οργάνωση των δεδομένων. Δυνατότητα εύκολης μεταφοράς των δεδομένων στην κεντρική μνήμη του Η/Υ. Γρήγορη επεξεργασία των δεδομένων. Γρήγορη απόκριση στις ερωτήσεις του χρήστη. Ευελιξία Εύκολη προσαρμογή σε νέες προδιαγραφές. Δυνατότητα αλλαγών στη δομή της εφαρμογής: Στα χαρακτηριστικά των πεδίων των εγγραφών. Εισαγωγή νέων πεδίων στις ήδη ορισμένες εγγραφές.
Πλεονεκτήματα Βάσεων Δεδομένων Ενημερωμένα και ασφαλή δεδομένα Σκοπός η διατήρηση υψηλής ποιότητας δεδομένων. Σωστή απάντηση στις ερωτήσεις του χρήστη. Στόχος: η ασφάλεια (security), η ακεραιότητα (integrity) και η αξιοπιστία (reliability) των δεδομένων της βάσης.
Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων Ειδικό λογισμικό και συλλογή από προγράμματα που: διαμεσολαβεί ανάμεσα στα αρχεία δεδομένων και τις εφαρμογές που χρησιμοποιούν οι χρήστες, βοηθά στην ανάπτυξη των βάσεων δεδομένων, διευκολύνει τους χρήστες να εργάζονται με αυτές. Η πρόσβαση στο ΣΔΒΠ από το χρήστη γίνεται: είτε τοπικά, είτε απομακρυσμένα. Παρέχει τη δυνατότητα καθορισμού: των δικαιωμάτων πρόσβασης και των επιτρεπόμενων λειτουργιών ανά χρήστη.
Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων Το ΣΔΒΔ αποτελείται από δύο βασικά προγράμματα: Λογισμικό επεξεργασίας ερωτήσεων: Παραλαμβάνει από το χρήστη τις εντολές, οι οποίες απορρέουν από τα ερωτήματά του στη βάση δεδομένων. Μετατρέπει τις εντολές σε μορφή κατανοητή από το λογισμικό προσπέλασης δεδομένων. Λογισμικό προσπέλασης δεδομένων: Εκτελεί τις εντολές του χρήστη, Επιστρέφει στο χρήστη τα αποτελέσματα.
Πλεονεκτήματα ΣΔΒΔ Βοήθεια στον ορισμό και στην ανάπτυξη της βάσης δεδομένων Το ΣΔΒΔ παρέχει στο χρήστη ένα ενιαίο πρότυπο ορισμού βάσεων δεδομένων. Εύκολος και γρήγορος σχεδιασμός μίας ΒΔ. Υποστήριξη πολλών χρηστών Υποστήριξη ταυτόχρονης προσπέλασης από πολλούς χρήστες. Ορισμός ομάδων χρηστών με δικαιώματα σε διαφορετικά επίπεδα δεδομένων. Κάθε επίπεδο χρηστών μπορεί να έχει πρόσβαση σε συγκεκριμένα δεδομένα της ΒΔ και να εκτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες, τόσο σε αυτή, όσο και στο ίδιο το ΣΔΒΔ.
Πλεονεκτήματα ΣΔΒΔ Υποστήριξη πολλών όψεων των δεδομένων Διακριτό περιβάλλον διεπαφής για κάθε ομάδα χρηστών. Όψη των δεδομένων της βάσης δεδομένων με: ένα υποσύνολό της, εικονικά δεδομένα που προκύπτουν από επεξεργασία των αποθηκευμένων δεδομένων της ΒΔ. Έλεγχος υλικού Ομαλή λειτουργία του υλικού στο οποίο εκτελείται. Διατήρηση αντιγράφων ασφαλείας για: βέλτιστη προστασία των δεδομένων, αποκατάσταση των δεδομένων, είτε αυτόματα μέσα από το ΣΔΒΔ, είτε ιδιόχειρα.
Διάκριση Βάσης Δεδομένων και ΣΔΒΔ Διακριτά μέρη του Συστήματος Βάσης Δεδομένων, ΣΒΔ (database system, DBS). Η βάση δεδομένων (database, DB) αποτελεί τον αποθηκευτικό χώρο των αρχείων δεδομένων. Το ΣΔΒΔ (database management system, DBMS) είναι λογισμικό το οποίο διευκολύνει τον ορισμό, την υλοποίηση και τη διαχείριση μιας βάσης δεδομένων. Η βάση δεδομένων δημιουργείται από το ΣΔΒΔ. Το ΣΔΒΔ αναλαμβάνει να ρυθμίσει την επικοινωνία των χρηστών με τη βάση δεδομένων. Επικοινωνεί με τους χρήστες και παίρνει με εύκολο και φιλικό τρόπο τις εντολές τους προς τη βάση δεδομένων.
Μειονεκτήματα Βάσεων Δεδομένων Υψηλό κόστος: σχεδίασης και υλοποίησης μιας βάσης δεδομένων, δημιουργίας της κατάλληλης τεχνολογικής υποδομής (υλικό και λογισμικό), μετατροπής των χειρόγραφων καρτελών δεδομένων σε ψηφιακά αρχεία, εισαγωγής των ψηφιακών δεδομένων στη βάση δεδομένων. Μεγάλος χρόνος υλοποίησης: ανάπτυξης, ψηφιοποίησης των δεδομένων και εισαγωγής τους στη βάση.
Μειονεκτήματα Βάσεων Δεδομένων Συντήρηση Συχνά σε μεγάλες εφαρμογές με τεράστιο όγκο δεδομένων και πολλές συναλλαγές με πολλαπλούς χρήστες, απαιτείται: H συστηματική συντήρηση της βάσης δεδομένων. H πρόσληψη διαχειριστή του συστήματος.
Κατηγορίες Χρηστών Οι χρήστες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο βασικές κατηγορίες: στους χρήστες ανάπτυξης και διαχείρισης ΣΔΒΔ, οι οποίοι είναι επιφορτισμένοι με το ρόλο να σχεδιάσουν, να αναπτύξουν και να συντηρήσουν το λογισμικό του ΣΔΒΔ και των συνοδευτικών εργαλείων βοήθειας, και στους χρήστες ορισμού και διαχείρισης εφαρμογών ΒΔ, οι οποίοι χρησιμοποιούν το λογισμικό του ΣΔΒΔ και ορίζουν, αναπτύσσουν και διαχειρίζονται βάσεις δεδομένων που τους επιλύουν τα προβλήματα των εφαρμογών τους.
Χρήστες Ανάπτυξης & Διαχείρισης ΣΔΒΔ Χρήστες σχεδιασμού και υλοποίησης ΣΔΒΔ. Οι χρήστες αυτοί αναπτύσσουν τμήματα ενός ΣΔΒΔ όπως το «φόρτωμα» (loading) προγραμμάτων, τη διαχείριση ερωτήσεων, την τήρηση αντιγράφων ασφάλειας δεδομένων, τη διαχείριση χρηστών, κ.ά. Χρήστες ανάπτυξης υποστηρικτικών προγραμμάτων. Αφορά λογισμικό για σχεδιασμό και αποδοτική χρήση εφαρμογών βάσεων δεδομένων, περιβάλλοντα διεπαφής χρηστών, προσομοίωσης της απόδοσης της βάσης δεδομένων, δοκιμαστικής παρακολούθησης κ.λ.π. Χρήστες συντήρησης των ΣΔΒΔ. Σκοπός τους η ομαλή λειτουργία του υλικού και λογισμικού, η εκτέλεση διορθωτικών ενεργειών, η συντήρηση, η εγκατάσταση νέων εκδόσεων.
Χρήστες Ορισμού & Διαχείρισης ΒΔ Ο διαχειριστής συστήματος βάσης δεδομένων: Έχει την ευθύνη διαχείρισης όλων των πόρων του συστήματος. Ο σχεδιαστής βάσης δεδομένων: Δημιουργεί τη βάση δεδομένων και τη διαχειρίζεται. Επιλέγει τα δεδομένα που θα αποθηκευτούν. Ορίζει τους χρήστες και τα δικαιώματα τους στα δεδομένα. Οι τελικοί χρήστες, οι οποίοι διακρίνονται στους: χρήστες υψηλής διαβάθμισης, με δικαιώματα τροποποίησης των δεδομένων της βάσης, και χρήστες χαμηλής διαβάθμισης, στους οποίους επιτρέπεται μόνο η ανάγνωση των δεδομένων της βάσης.
Μοντέλα Δεδομένων ΒΔ Σύνολο εννοιών και κανόνων για τον ορισμό μιας ΒΔ: οργάνωσης των δεδομένων, βασικών πράξεων σ αυτά. Κατέχουν ένα υψηλό επίπεδο αφαίρεσης: κατανοητό από τους χρήστες για περιγραφή της δομής της ΒΔ. Ορισμός των: τύπων των δεδομένων, συσχετίσεων μεταξύ τους, σχετικών περιορισμών.
Ιεραρχικό Μοντέλο Δεδομένων Το ιεραρχικό μοντέλο (hierarchical model) είναι το πρώτο που χρησιμοποιήθηκε, κατά τη δεκαετία του 1960. Όλες οι εγγραφές μιας ιεραρχικής ΒΔ είναι οργανωμένες μεταξύ τους ακολουθώντας μία συγκεκριμένη ιεραρχία. Τα δεδομένα αναπαριστάνονται με χρήση δεντρικής δομής. Βασικοί κανόνες διάταξης εγγραφών: Κάθε μία εγγραφή του δέντρου μπορεί να έχει ένα μόνο γονέα. Όλες οι θυγατρικές εγγραφές σε κάθε γονικό κόμβο του δέντρου, είναι διατεταγμένες. Εγγραφή 1 Εγγραφή 2 Εγγραφή 3 Εγγραφή 4 Εγγραφή 5 Εγγραφή 6
Δικτυωτό Μοντέλο Δεδομένων Το δικτυωτό (networked) μοντέλο εμφανίστηκε για να αναιρέσει κάποιους περιορισμούς: Δεν απαιτείται πλέον μια εγγραφή να έχει μόνο μία γονική εγγραφή στο δέντρο της δομής της βάσης δεδομένων. Η δομή της ΒΔ δεν είναι δέντρο, αλλά γράφημα. Στις δικτυωτές βάσεις δεδομένων η δομή αναπαρίσταται με δύο σύνολα: Ένα σύνολο με τις εγγραφές της βάσης που σχηματικά αναπαρίστανται με κόμβους, και ένα σύνολο με τις συνδέσεις μεταξύ των εγγραφών/κόμβων.
Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων Το σχεσιακό (relational) μοντέλο βασίστηκε σε βασικές μαθηματικές πράξεις. Αποτελεί επέκταση του δικτυωτού. Πλεονεκτήματα: απλότητα και σαφήνεια. Μειονέκτημα: αυξημένος χώρος αποθήκευσης των δεδομένων.
Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων Βασικά δομικά στοιχεία Πίνακες (tables) <=> Αρχεία Δεδομένων Γραμμές (rows) πίνακα <=> εγγραφές Πεδία ή χαρακτηριστικά (attributes) <=> πεδία μοναδικό όνομα, τύπος πεδίου, πεδίο ορισμού (domain). Ορίζονται σχέσεις (relationships), συνδέοντας πίνακες μεταξύ τους με βάση συγκεκριμένα πεδία.
Διαδικασία Υλοποίησης ΒΔ Η υλοποίηση μία εφαρμογής βάσης δεδομένων απαιτεί την εφαρμογή μιας διαδικασίας από βήματα, κάθε ένα από τα οποία αποτελεί ανεξάρτητο και διακριτό τμήμα. Ο σχεδιασμός της βάσης αφορά όλα τα δεδομένα της βάσης, τους τύπους των δεδομένων της, τις συσχετίσεις μεταξύ τους, καθώς επίσης και τους περιορισμούς ακεραιότητας. Στη φάση του σχεδιασμού δρομολογείται αρχικά: συλλογή των δεδομένων (data collection), ανάλυση των δεδομένων (data analysis), καθορισμός λειτουργικών προδιαγραφών. Στη συνέχεια δημιουργείται το εννοιολογικό σχήμα της ΒΔ: απαιτείται η χρήση ενός εννοιολογικού μοντέλου δεδομένων υψηλού επιπέδου.
Μοντέλο Οντοτήτων Συσχετίσεων Το μοντέλο οντοτήτων συσχετίσεων (Entity-Relationship - ER) χαρακτηρίζεται από υψηλό επίπεδο αφαίρεσης. Οι βασικές (θεμελιώδεις) έννοιες του μοντέλου είναι οι εξής: Οι Οντότητες, που περιέχουν τα δεδομένα της δομής και οι οποίες αντιστοιχούν στα αρχεία της βάσης. Τα Χαρακτηριστικά, που είναι τα περιεχόμενα των εγγραφών των αρχείων δεδομένων. Οι Συσχετίσεις, που είναι οι σχέσεις μεταξύ των αρχείων δεδομένων δηλαδή των οντοτήτων. Η αναπαράσταση των χαρακτηριστικών του μοντέλου γίνεται με τα Διαγράμματα Οντοτήτων Συσχετίσεων.
Διάγραμμα Οντοτήτων Συσχετίσεων Οντότητες Οντότητα Χαρακτηριστικά απλά σύνθετα Πολλαπλών τιμών κτλ... Συσχετίσεις Οντότητα Οντότητα
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/από-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.
Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.