Noiuni i concepte de baza Arhitectura funcional a unui S.G.B.D. Baze de date distribuite Baze de date multidimensionale Baze de date orientate obiect Baze de date deductive Baze de date active Baze de date on-line Securitatea i integritatea bazelor de date

.

s definesc baza de date s cunoasc nivelurile de organizare a datelor n baze de date s cunoasc elementele componente ale unui SGBD s cunoasc caracteristicile bazelor de date relaionale s defineasc i s creeze o baz de date relaional s recunoasc forma normal a unei tabele s cunoasc caracteristicile bazelor de date orientate obiect i s le aplice n practic s utilizeze n proiectare bazele de date deductive, on-line, avansate, multimedia, n funcie

de specificul sistemului i specificul cerinelor s cunoasc modalitile de a asigura securitatea i integritatea datelor

- relaia - restricii de integritate - clas de obiecte - stare - comportament - intranet, extranet, internet - eveniment - OLAP - integritate semantic

Fiierele sunt colecii de date structurate n articole i care descriu o entitate, o asociaie ntre

entiti, un eveniment (de evoluie sau de actualitate). Descrierea se face, la nivelul articolului, prin cmpuri de urmtoarele tipuri :

-cmpuri proprii (care corespund unor proprieti ale entitii sau ale asociaiei vizate) -cmpuri eveniment, care vor caracteriza un eveniment de activitate i cuprind caracteristici proprii ale acelui eveniment -cmpuri de situaie, care caracterizeaz rezultatul activitii unei entiti anume.

Din punctul de vedere al coninutuIui informaiilor pe care le pot cuprinde, exist mai multe tipuri de fiiere : -fiiere permanente, care conin informaii cu caracter permanent necesare mai multor aplicaii, subsisteme sau chiar ntregului sistem. -fiiere de micare, care conin informaii necesare la un moment dat n timpul prelucrrii, pentru inerea la zi a fiierelor permanente sau pentru lucrri cu caracter periodic

TEORIA BAZELOR DE DATE

Plan tematic al capitolului: Timp estimat: 360 minute

Obiectivele capitolului:

Cuvinte cheie:

4.1. Noiuni i concepte de baz

-fiiere intermediare, care conin rezultate pariale sau finale obinute n cadrul execuiei unuia sau mai multor programe dup terminarea execuiei, fiierul poate fi distrus. -fi!ere de situaie, care conin date rezultate din evenimentele, de activitate a unei entiti

Metode utilizate n organizarea datelor -metoda fiierelor independente, organizate pe componente ale sistemului informatic i specifice prelucrrilor proprii acelei componente -metoda bazelor de date - ca sistem de fiiere integrate, n care descrierea i organizarea datelor este fcut n mod unitar Tipuri de operaii la care sunt supuse fiierele Exist ase categorii mari, de operaii, automate sau semiautomate, n care intr coleciile de date : -crearea unui fiier :operaie care se poate ntlni n mai multe faze ale fluxului prelucrrilor : crearea unui fiier de intrare i care poate constitui, mai departe n sistern un fiier de micare , crearea unui fiier temporar (de ex. un fisier de comenzi puse in ateptare, datorit inexistenei n stoc a cantitilor comandate), crearea unui fiier de ieire, ca urmare a operaiei de editare a rezultatelor ctre exterior (numit si raport), -consultarea unui fiier : n vederea extragerii (seleciei simple sau multiple) unor informaii sau a efecturii de calcule -sortarea unui fiier :prin care articolele fiierului sunt aranjate ntr-o ordine cresctoare/descresctoare n funcie de valoarea unui cmp (sau a mai multora). In urma sortrii, rezult un fiier intermediar, cu rol de fiier de intrare ntr-o prelucrare urmtoare -difuzia i interclasarea fiierelor sunt operaii, prin care dintr-un fiier se creeaz mai multe fiiere, de aceeai structur, prin repartizarea articolelor primului n funcie de un criteriu (difuzia) i, respectiv, din mai multe fiiere de aceeai structur se formeaz un singur fiier (interelasare, fuziune). Se discut de interclasare n cazul n care fiierele sunt ordonate dup acelai criteriu i se dorete respectarea aceleiai ordini n fiierul rezultat -actualizarea unui fiier este o operaie complex care implic adugri, tergeri i modificri asupra coninutului informaional al fiierului -modificarea structurii unui fiier prin adugarea sau suprimarea unui cmp din structura articolului. Proiectarea proceselor utiliznd fiiere independente

Dup descompunerea sistemului analizat n componente, pentru nmagazinarea datelor prelucrate n cadrul fiecrei cornponente se creeaz fiiere proprii. Prin sistemele de coduri acceptate se poate face o corelare ntre fiiere, astfel nct s se asigure eficacitatea prelucrrii automate. Dup proiectarea detaliat a fiecrei componente se realizeaz integrarea lor n sistemul jnformatic. Metoda este frecvent utilizat pentru sisteme mici, fr grad mare de complexitate.

Dispunerea datelor pe suport accesibil calculatorului se poate face: -secvenial, -secvenial-indexat sau -selectiv, n funcie de tipul fiierului construit i de posibilitile limbajului de programare utilizat.

Organizarea secvenial const n nregistrarea articolelor fiierului n ordinea apariiei acestora la crearea fiierului. Exploatarea unui astfel de fiier se poate face numai secvenial, spre exemplu, operaia de consultare n vederea selectrii unui articol anume implic trecerea prin toate articolele precedente articolului respectiv, fiecare din ele fiind testat conform criteriului de identificare fixat pentru articolul cutat, dac se dorete modificarea, tergerea sau adugarea unui articol, atunci va trebui creat un nou fiier imaginea actualizat a celui vechi.

Organizarea secvenial-indexat const n nregistrarea articolelor ntr-o ordine cresctoare, n funcie de un crnp al articolului, numit cmp "cheie" sau index i crearea unei tabele de indeci la nivelul fiierului, care conine, pentru fiecare pagin de fiier, indexul cel mai mare din pagin i adresa articolului care l conine.

Organizarea selectiv a fiierului cere, de asernenea, utilizarea unui suport adresabil. Articolele sunt plasate pe suport n funcie de un cmp cheie, n structuri de suport numite "casete", pe baza unui

algoritm care furnizeaz numrul casetei n funcie de cheia articolului (numit i algoritm de randomizare). Exploatarea fiierului se poate face numai n acces direct, pentru orice tip de operaie cu fiiere. La nivelul sistemului de operare al calculatorului, componenta S.G.F.

Modelul ierarhic Ca i modelul reea, modelul ierarhic propune un model de date, care suprapune, n aceeai schem conceptual, noiunile de nivel logic i de nivel fizic construirea schemei, att conceptuale ct i externe, trebuie cunoscut foarte bine soluia tehnic de obinere a bazei de date. Conceptele de baz, cu care lucreaz acest model de date, ca i modelul reea sunt nregistrarea si legtura ale cror materializri fizice vor fi nregistrarea fizic i adresa de legtur. Modelul reea n cazul acestui model de date ca i n cazul celuilalt tip de model legtur reprezint o asociaie ntre 2 nregistrri logice de tip diferit R i S, ntr-o directie dat. Legtura ofer un mecanism de acces prin care plecnd de la o nregistrare r de tip R, permite accesarea nregistrrilor s1 , s2 , ..sn de tip S care i sunt ataate n maniera unei liste circulare. Operaiile de manipulare a datelor dintr-o structur reea se reduc la operaii de inserare, consultare, scoatere de elemente dintr-o list circular, realizate la niveluI suportului prin adresele fizice. Modelul relaional O asocire ntre entiti este o grupare necesar de dou sau mai multe entiti pentru a descrie o anume realitate informaional. Reele distribuite geografic

Proiectarea reelelor de calculatoare distribuite geografic pornete de la reeaua de comunicaii deja

existente i de la posibilitile de adaptare ale acesteia la transmisia datelor atunci cnd distributia geografic acoper un teritoriu restrns i dac sistemul de comunictii existent nu convine, este proiectat un alt de sistem pe msura reelei de calculatoare proprii n oricare dintre situaii organizarea reelei este determinat de amplasarea punctelor nod i de posibilitile de comunicare dintre noduri.

Topologia reelelor de calculatoare

Forma reelei de comunicaii dat prin poziia i legturile dintre nodurile acesteia st la baza proiectrii traseelor de informaii n vederea alegerii acelei configuraii care s asigure cele mai multe dintre criteriile de performant urmrite. Tipuri de topologii: -stea: alegerea acestei configuraii este avantajoas dac distanele geografice sunt scurte, iar resursele reelei pot fi concentrate ntr-un singur nod, numit nod central, cruia i revine i sarcina de a controla toate activitile din reea -inel: aceste reele numite i circulare permit transferul unidirecional al informaiei traficul ntr-o astfel de reea poate atinge orice nod, dac legturile de comunicaie sunt duplex -arbore: distribuia nodurilor ntr-o astfel de configuraie se face ascendent centralizat (de la nodurile finale spre nodul central) prezentnd multiple avantaje n folosirea capacittilor de comunicaie ale liniilor -plas : ntre dou noduri exist mai multe posibiliti de conexiuni ceea ce permite dirijarea fluxului de date n scopul alegerii traseului cel mai scurt din punct de vedere al distanei sau al timpului de transmisie -total conectate: aceast configuraie ofer o legtur direct ntre oricare dou noduri ale reelei ceea ce le asigur un nalt coeficient de sigurant n transmiterea datelor. Reele locale n sistemele informatice distribuite o mare parte a informaiei circul, la nivel local ntre puncte ce nu depesc de multe ori perimetrul unei incinte. O soluie pentru eliminarea redundanelor informaionale i pentru comunicarea informaiei ntre punctele local distribuite este aceea a dotrii acestora cu echipamente automate interconectate n reele locale.

Tipuri de reele locale Dintre tipurile de reele de calculatoare locale, existente n acest moment, sunt reprezentative urmtoarele: - EtherNet- reea local cu acces aleator, cu topologie liniar mai multe retele pot coexista n acelai sistem de comunicaie - Token Ring - reea circulara cu acces periodic staiile sunt interconectate prin cablu telefonic ceea ce permite distribuirea lor ntr-un spaiu mai mre - Starlan - reea liniar sau stelar mai multe magistrale sunt dispuse radial n jurul postului central) cu acces aleator - ArcNet- reea stelar liniar cu acces periodic

- Novell - spre deosebire de celelalte tipuri de reele, Novell este orientat spre integrarea diverselor topologii sau tipuri de reele, pe lng compatibilitatea fizic, Novell asigur integrarea funcional prin extensia sistemului de operare cu o component dedicat funciilor de reea, netware. Necesitatea bazelor de date distribuite

Realizarea sistemelor informatice distribuite necesit, pe lng integrarea echipamentelor fizice n sisteme de teleprelucrare sau reele de calculatoare i interaciunea mai multor procese, aparent independente, n scopul prelucrrii i al accesului local sau de la distan la date. Eficiena sistemului, apreciat prin capacitatea de memorare i prelucrare i prin timpul de rspuns la o cerere-utilizator, depinde att de calitatea echipamentelor i a programelor ct i de modul de organizare a coleciilor de date.

Cea mai simpl colecie de date este fiierul, n cadrul fiierului datele sunt grupate dup caracteristici i reinute, din punct de vedere logic n articole. Numrul de articole ce pot fi scrise/citite n/din fiier printr-o singur operaie fizic formeaz un bloc sau o nregistrare fizic. Posibilitaile de acces la datele coninute ntr-un fiier depind de modul de organizare al nregistrrilor n cadrul fiierului: -organizare secvenial: inregistrrile se succed n ordinea scrierii neexistnd nici un criteriu de regsire n afara cutrii secveniale -organizare indexat: nregistrrile sunt repertorizate dup valoarea unei date din corpul articolului numit cheie, accesul se face secvenial sau direct prin intermediul cheii (cmpul cu atributul de cheie trebuie s permit o identificare unic deci s nu accepte valori duplicate) - organizare relativ: nregistrrile se succed n ordinea unui numr stabilit secvenial (relativ la prim nregistrare din fiier) sau printr-un algoritm de randomizare la crearea fiierului se rezerv locaii pentru un numr maxim de articole Proprietile bazelor de date - centralizarea descrierii informaiei - independena programelor fa de structura datelor -non-redundana informaiilor - distribuirea informaiilor ctre mai muli utilizatori - asigurarea consistenei datelor prin actualizri unice -protecia i securitatea datelor -accesul la date prin prelucrri multiple -interfaa interactiv cu utilizatorul la nivelul aplicatiilor dedicate sau realizate de utilizator printr-un limbaj de programare, specific fiecrui SGBD, ct mai ndeprtat de complexitatea real a structurii logice i fizice a bazei de date.

Tinnd seama de faptul c exist diferite tipuri de sisteme de gestiune, c ele se

difereniaz prin limbaje utilizate, prin anumite componente ce imprim diferite faciliti de exploatare a bazei de date nu poate fi dat o arhitectur unic valabil pentru toate sistemele, aprnd particulariti de la un sistem la altul. Totui exist preocupri de standardizare a arhitecturii sistemelor de gestiune, care caut s defineasc cadrul general al acestora. In acest context se vor prezenta dou arhitecturi de referin propuse de grupul de lucru CODASYL i ANSI/X3/SPARC. 4.2.1. Arhitectura unui SGBD In conceptul CODASYL

4.2. Arhitectura funcional a unui S.G.B.D.

Succesiunea logic a operaiilor declanate de un program de aplicaii ntr-o astfel de arhitectur apare astfel:

1. Programul de aplicaii A lanseaz o cerere de citire a datelor din baza de date. Cererea este lansat de ctre SGBD.

2. Sistemul de gestiune interpreteaz cererea, consultnd subschema referitoare la programul de aplicaie A.

3. Sistemul de gestiune apeleaz schema bazei de date i determin la nivel logic datele solicitate din cadrul unei nregistrri virtuale.

4. Sistemul de gestiune examineaz descrierea fizic a bazei n raport cu cererea logic i determin nregistrarea fizic ce prezint interes.

5. Sistemul de gestiune lanseaz o comand ctre sistemul de operare sub controlul cruia lucreaz pentru cutarea nregistrrii fizice de citit.

6. Sistemul de operare caut nregistrarea fizic 7. Inregistrarea fizic gsit e transferat n memoria tampon a sistemului de gestiune. 8. SGBD procedeaz la o comparare ntre schema bazei de date i subschema corespunztoare

aplicaiei A i identific datele solicitate de programul A. 9. SGBD transfer datele din memoria tampon n zona de lucru rezervat programului de aplicaii A. 10. Programul de aplicaii A preia controlul asupra tratrii datelor solicitate, iar pe parcursul executrii

programului se realizeaz un schimb de informaii cu SGBD referitoare la starea programului sau eventualele erori constatate. Operaiile de scriere n baza fizic sunt tratate de ctre un procesor, similar toate modificrile sau adugrile sunt, n general, precedate de o operaie de citire. 4.2.2. Arhitectura propus de grupul ANSI/SPARC

Aceast arhitectur pune accentul pe interfeele dintre componentele sistemului i pe interfeele dintre componente i diferite categorii de utilizatori.

Se remarc trei categorii de utilizatori n definirea schemelor: a. persoana sau grupul de persoane care definete schema conceptual a bazei de date b. persoana sau grupul de persoane care descriu o schem extern pentru o aplicaie particular c. administratorul bazei de date, care are responsabiliti privind definirea schemei interne i asigur ntrainerea acesteia. Schemele astfel definite sunt verificate de procesoarele corespunztoare i dac sunt valide sunt

memorate n dicionarul datelor. Declararea schemei conceptuale a bazei de date se realizeaz prin intermediul

interfeei 1. Dup compilare definirea conceptual este memorat n dicionarul de date prin interfaa 2. Administratorul bazei de date i administratorii aplicaiilor iau la cunotin de schema conceptual prin intermediul interfeei 3. Prin intermediul interfeei 4 se specific declaraiile schemelor externe, a cror form compilat este memorat n dicionarul datelor prin interfaa 5. Declaraiile schemei interne a bazei de date se specific prin intermediul interfeei 6. Schema intern compilat este memorat n dicionarul datelor prin intermediul interfetei 7. Informaiile din dicionarul datelor sunt puse la dispoziia modulelor de transformare prin interfeele 8,9 i 10. Interfeele 11 i 12 sunt utilizate n timpul execuiei pentru transmiterea datelor i comenzilor ntre nivelele bazei de date. Programatorii de aplicaii i utilizatorii finali comunic cu SGBD-ul prin intermediul limbajului de manipulare sau a limbajului de interogare. prin intermediul interfeei 14 schema extern este pus la dispozitia programului de aplicaie pentru ca aceasta s poat fi compilat, translatat, interpretat. Dac sunt necesare schimbri ale structurii de memorare sau a strategiei de acces la date, programatorii de sistem, prin intermediul interfeei 15 specific programele respective, al cror efect se transmite SGBD-ului prin interfaa 16, fr a afecta nivelurile conceptual i extern.

O baz de date distribuit este o colecie de date legate logic ntre ele i

distribuite ntr-o retea de calculatoare. O baz de date distribuit este un ansamblu de baze de date gestionate de ctre site-uri diferite i aprnd pentru utilizator ca o baz unic. Distribuirea datelor se poate realiza prin replicare sau prin fragmentare. Bazele de date distribuite pot fi:

- omogene - eterogene - multibaze - baze federative

Avantajele lucrului cu baze de date distribuite sunt: posibilitatea implementrii n unitile cu repartiie geografic a sistemelor

informationale distribuite o mai bun folosire a resurselor comune o mai mare disponibilitate a datelor

Bazele de date multidimensionale sunt orientate pe management i au ca surs

principal bazele de date operaionale. Bazele de date operaionale au ca nucleu baze de date orientate spre gestiunea curent. BDM pot constitui suport pentru desfurarea de activiti cum ar fi: analiz vnzri si marketing, urmrirea i fidelizarea clienilor, raportare financiar i consolidare, prognozare, planificare pe termen mediu i lung.

Sursele de date sunt: - interne: BDO i fiiere de date - externe: baze de date sectoriale elaborate de organisme de sintez i coordonare.

Prin analiza datelor din BDM se pot obine informaii sau se pot deduce noi cunotine. BDM=un ansamblu de date, constituite prin extracie sau transformare de date din bazele de date interne sau externe, variind n timp, organizate multidimensional Si explorate folosind interogri convenionale sau tehnici specifice de analiz simpl (OLAP) sau de analiz avansat (Data Mining).

Baze de date distribuite

Baze de date multidimensionale

Modelarea orientat obiect se bazeaz pe urmtoarele concepte: obiect,

abstractizare, ncapsulare, motenire, polimorfism. Avantajele acestui model sunt: - descrierea structurilor de date complexe - definirea unor tipuri de date utilizator - partajarea/reutilizarea structurilor de date - declararea prelucrrilor aferente structurilor de date

In esen modelul orientat obiect permite modelarea direct a realitii prin intermediul obiectelor definite ca entiti cu identitate proprie i caracterizate prin stare i comportament. Obiectele pot comunica ntre ele prin mesaje.

Identitatea unui obiect este proprietatea acestuia care l distinge de alte obiecte i este de regul o adres logic invariant. Identificarea obiectelor este sigurat automat de sistem i este transparent utilizatorului.

Starea unui obiect este definit de valorile atributelor sale. Un atribut este definit prin nume i poate lua valori elementare sau complexe. Atributele se pot concretiza n locaii de memorie n care sunt stocate datele aferente. Comportamentul unui obiect este definit de setul de operaii aplicabile obiectului respectiv. Operaiile unui obiect constituie de regul modaliti de rspuns la mesaje primite din exterior. Operaiile sunt de regul proceduri sau funcii ce acioneaz asupra atributelor obiectului respectiv. Abstractizarea este procesul prin care obiectele cu aceleai atribute i un comportament comun sunt grupate n tipuri abstracte de date numite clase. Obiectele devin astfel instanieri ale claselor.

Incapsularea const n capacitatea obiectelor de a conine la un loc att date ct i operaii dintre care numai o parte sunt vizibile din exterior. Obiectele/clasele apar ca nite cutii negre care ascund detaliile de implementare, oferind n schimb o interfa mai simpl pentru rezolvarea problemei.

Motenirea este procesul prin care toate atributele i metodele publice ale unei clase sunt preluate automat de o alt clas nrudit. lasele derivate pot conine i atribute sau metode specifice.

Polimorfismul semnific posibilitatea unui obiect, instan a unei clase s rspund diferit la primirea aceliai mesaj.

Bazele de date deductive permit interpretarea unui volum mare de date prin datele

i regulile pe care le nmagazineaz. Permit astfel realizarea de deducii pe baza datelor existente. Folosind att tehnicile dezvoltate pentru bazele de date relaionale, ct i programarea logic, bazele de date deductive permit manevrarea unor volume mari de date, precum i realizarea unor raionamente bazate pe aceste date. Tehnologia bazelor de date deductive poate fi folosit ntr-o multitudine de domenii cum ar fi: sisteme suport pentru asistarea decizei, sisteme expert, etc.

Bazele de date active reacioneaz la evenimente pentru a controla integritatea

Baze de date orientate obiect

Baze de date deductive

Baze de date active

referenial, pentru a gestiona redundanele, pentru a autoriza sau interzice accesul la datele sale i nu n ultimul rnd pentru a administra comportamentul reactiv al aplicaiilor cu baze de date. Aplicaiile construite cu ajutorul bazelor de date active pot fi printre cele mai diverse:

- invocarea aplicaiilor sau notificarea utilizatorilor atunci cnd apare o situaie pertinent

- verificarea automat a restriciilor de integritate - deducerea automat a informaiilor, dup actualizarea bazei de date

Toate aceste funcii sunt ndeplinite fr intervenia utilizatorului. Acest mecanism este interesant atunci cnd ntr-o baz de date convenional utilizatorul formuleaz multiple cereri de interogare pentru a afla informaii despre producerea unor evenimente. Bazele de date active integreaz ntr-o manier procedural regulile de producie ale inteligenei artificiale.

Pentru ca o unitate economic s aib succes trebuie s beneficieze de un sistem

de comunicare rapid i performant, att cu partenerii, ct i cu clienii sau furnizorii externi. O soluie o reprezint reeaua Internet cu posibiliti de localizare prin reeaua Intranet sau Extranet. Reelele Intranet inaugureaz o nou generaie a sistemelor informatice, orientate nu numai pe funcii, ci mai degrab pe organizarea ntreprinderii. Intranet permite utilizarea total sau parial a tehnologiilor i infrastructurilor Internet pentru transmiterea i prelucrarea fluxurilor de informaie interne ale unui grup de utilizatori. La baza tehnologiei Intranet este serverul Web, configurat pe reeaua local. O baz de date utilizat ntr-un mediu Intranet sau Extranet este considerat o baz de date on-line. Accesarea bazelor de date on-line este posibil prin intermediul paginilor web dinamice. Pentru o analiz a principalelor metode de conectare la bazele de date din paginile Web se pot defini cteva criterii:

- realizarea unei interfee utilizator ct mai atractive i bogate n informaii diverse - pagini web interactive bazate pe controlul evenimentelor - consistena i integritatea datelor manipulate - performanele din punct de vedere al accesului la bd - accesul simultan la baza de date

Principalele metode de interconectare ntre bazele de date i paginile web sunt:

Common Gateway Interface- este un standard de comunicare ntre paginile web i alte aplicaii care se execut pe server

Server capabil s realizeze comenzi de acces la baza de date Baze de date care vorbesc HTTP Accesul direct din navigator la o baz de date prin limbajul JAVA Vizualizarea datelor n afara navigatorului Extinderea navigatoarelor cu posibiliti de Plug-ins Proxy server pentru accesarea bazelor de date Utilizarea unui server Hyperwave

Baze de date on-line

Se disting mai multe aspecte privind integritatea i securitatea bazelor de date:

- asigurarea coerenei datelor stocate n raport cu semnificaia acestora i integritatea semantic

- sincronizarea accesului concurent la baza de date - sigurana n funcionare - securitatea de utilizare

Securitatea i integritatea bazelor de date