Information Technology
Download
Report
Transcript Information Technology
پایگاه داده ها (بانکهای
)اطالعاتی
ارائه دهنده
دکتر سید امین حسیني
E.mail: [email protected]
Home page: http://hosseini.staffcms.um.ac.ir
سيستم مديريت پايگاه دادهها يكي از سيستمهاي ذخيره و
بازيابي اطالعات است.
سيستم ذخيره و بازيابي اطالعات در معناي عام:
هر سيستمي كه به كاربر برنامهساز يا نا برنامهساز
امكان دهد تا داده های خود را ذخيره ،بازيابي و
پردازش كند.
براي ايجاد يك سيستم
كاربردي دو رهيافت وجود
دارد:
-1روش سنتي يا مش ي فايلينگ
-2مش ي پايگاهي
كاربران
محيط
ذخيرهسازياطالعات
خاصاداره
ثبتنامU1 :
FS
يا
DMS
OS
FILES
FS
يا
DMS
OS
FILES
محيطفيزيكي
ذخيرهوبازيابياطالعات
FS
يا
DMS
برنامههايايجاد،
كنترلو
پردازشفايلها
U
F
I
برنامههايايجاد،
كنترلو
پردازشفايلها
U
F
I
محيطفايلينگ
منطقيويامجازي
U1
U2
ادارهاموررفاهيدانشجويان
محيط
ذخيرهسازياطالعات
خاصاداره
اموررفاهيU3 :
OS
برنامههايايجاد،
كنترلو
پردازشفايلها
U
F
I
ادارهامورفارغالتحصيالن
محيط
ذخيرهسازياطالعات
خاصاداره
فارغالتحصيالنU2 :
FILES
برنامهساز
نابرنامهساز
ادارهامورآموزش
نمايش سادهشده
مش ي فايلينگ
U3
مش ي فايلينگ
reservation
data
overdue
letters
loan data
reservation
program
loan
program
overdue loans
program
reservation
file
loan
file
book
file
person
file
مراحل كلي كار در مش ي
فايلينگزش ي هر قسمت به طور جداگانه
تحليل و بررس ي نيازهاي اطالعاتي و پردا تعيين مشخصات هر سيستم و وظايف آن طراحي فايلها -نوشتن مجموعهاي از برنامههاي ايجاد ،كنترل و پردازش فايل
مراحل كلي كار در
فايلينگزاري مشخص
پيكربندييسختافزاري و نرماف
استفاده از يك مش -انجام تستهاي الزم و تنظيم سيستم كاربردي
ايجاد يك سيستم كاربردي براي هر قسمت و برپايي محيط فيزيكيذخيره و بازيابي اطالعات و سيستم بهرهبرداري از آن خاص همان
قسمت.
معايب مش ي
فايلينگ
-1عدم وجود محيط مجتمع ذخيرهسازي اطالعات و عدم وجود
سيستم يكپارچه
-2عدم وجود سيستم كنترل متمركز روي كل دادهها
-3افزونگي
-4عدم وجود ضوابط ايمني كارا و مطمئن
-5خطر بروز پديده ناسازگاري دادهها
معايب مش ي
فايلينگ
-6عدم امكان اشتراكي شدن دادهها
-7مصرف نابهينه امكانات سختافزاري و نرمافزاري
-8حجم زياد برنامهسازي
سيستم مديريت پايگاه دادهها
DBMS
تعريف :يكي از انواع نرمافزارهاي واسط بين محيط
فيزيكي ذخيره و بازيابي اطالعات و محيط منطقي
برنامهسازي است.
DBMS
به كاربر امكان ميدهد تا:
-1پايگاه دادههاي خود را تعريف كند.
-2در پايگاه دادههاي خود عمليات انجام دهد.
-3روي پايگاه دادههاي خود تا حدي كنترل داشته باشد.
مش ي بانک اطالعاتی
reservation
data
loan data
reservation
program
loan
program
overdue
letters
overdue loans
program
DATABASE
MANAGEMENT
SYSTEM
book
reserv
ation
loan
person
كاربران
برنامهساز
نمايش سادهشده مش ي پايگاهي
تيمپيادهساز
پايگاهدادهها
فايلهايذخيرهشده
بهممرتبط
)(FILES
محيطواحد،مجتمعو
اشتراكيذخيرهسازي
F
S
D
B
M
S
تعريفوكنترلدادههابهطور
جامعوبرنامههايعملياتدردادهها
OS
نابرنامهساز
تيمبهرهبردار
U
F
I
تعريفدادهها
وبرنامههاي
عملياتدر
دادهها)(AP1
تعريفدادههاو
برنامههايعملياتدر
دادهها)(AP2
تعريفدادههاو
برنامههايعمليات
دردادهها)(AP3
U
F
I
U
F
I
كثرتوتنوعديدهانسبتبه
دادههايذخيرهشده
محيطفرافايلي
تعريف پايگاه
داده
هاشده به صورت مجتمع (نه
ذخيره
مجموعهاي است از دادههاي
لزوما فيزيكي ،بلكه حداقل به طور منطقي) ،بهم مرتبط ،با
كمترين افزونگي ،تحت مديريت يك سيستم كنترل متمركز ،مورد
استفاده يك يا چند كاربر از يك يا بيش از يك ”سيستم كاربردي“،
به طور همزمان و اشتراكي
مراحل كلي كار
در مش ي پايگاهي
بررس ي و تحليل نيازهاي پردازش ي و اطالعاتي همه قسمتها توسط يك گروه تعيين مشخصات جامع (يكپارچه) كاربردي و وظايف آن انتخاب يك يا چند پيكربندي سختافزاري-نرمافزاري استفاده از يك يا چند DBMS -طراحي پايگاه دادهها در سطوح الزم
مزایای استفاده از بانک اطالعاتی
•کاهش افزونگی
•احتناب از ناسازگاری
•اشتراک داده ها
•اعمال محدودیت های امنیتی (یک کانال برای دسترس ی وجود دارد
امنیتی را فراهم کرد)
و می توان برایش کنترلهای
•جامعیت و یک پارچه گی داده ها (اطمینان از دادههای صحیح در بانک اطالاعاتی برای این
منظور با هر تغیيری کنترلهای الزم و متمرکز انجام می شود)
عناصر محيط پايگاه دادهها
-1سختافزار -2نرمافزار
-3كاربر -4داده
كاربران
سيستمعامل
سيستم
پايگاه
دادهها
مديريت
پايگاه
دادههاي
ذخيرهشده:
مجموعهاي
ازفايلها
سختافزار
ذخيرهسازي
دادهها
سيستم بانك اطالعاتي
DBMS
Database
Application
Programs
End Users
انواع سختافزارهاي محيط
پايگاه داده
-1سختافزار ذخيرهسازي دادهها
-2سختافزار پردازشگر
-3سختافزار ارتباط
انواع نرمافزارهاي موجود در محيط
ها
داده
پايگاه
-1سيستم مديريت پايگاه دادهها ()DBMS
-2برنامههاي كاربردي قابل اجرا در محيط DBMS
-3رويههاي ذخيرهشده
-4نرمافزار شبكه
ارتباط پايگاه دادهها با سیستم
عامل
DBMS
request for
stored record
returned
stored record
FILE MANAGER
request for
stored page
returned
stored page
DISK MANAGER
disk I/O
operation
Physical
record
occurrences
retrieved data
Database
ردهبندي سيستمهاي DBMS
از نظر نوع ساختار دادهاي
• سيستم رابطهاي
• سيستم سلسلهمراتبي
• سيستم شبكهاي
مدل رابطهاي
مدل رابطهاي در سال 1970توسط كاد ابداع شد.
مدل داده اي امکاني است براي طراحي منطقي پايگاه دادهها ،تعريف و
کنترل آن و نيز انجام عمليات درآن.
سیستم رابطه ای
Attributes
name
street
city
accountnumber
192-83-7465
Johnson
Culver
Irvine
A-101
019-28-3746
Smith
Campus
Riverside
A-215
192-83-7465
Johnson
Culver
Irvine
A-201
321-12-3123
Jones
Main
Santa Ana
A-217
019-28-3746
Smith
Campus
Riverside
A-201
Customer-id
تناظر بين مفاهيم رابطه اي و مفاهيم
جدولي
جدول زير تناظر بين مفاهيم رابطه اي و مفاهيم جدولي را نشان مي دهد :
مفهوم تئوريک
مفهوم جدولي
جدول
رابطه
سطر
تاپل
ستون
صفت
ميدان
مجموعه مقادير ستون
درجه
کارديناليتي
تعداد ستونها
تعدادسطرها
ويژگيهاي رابطه
ويژگيهاي رابطه عبارتند از:
-1رابطه تاپل تکراري ندارد
-2تاپلها نظم ندارند
-3صفات رابطه نظم مكاني ندارند
-4تمام صفات تكمقداري هستند.
DDL,DML
Employee
Name
Department
Dept
Dept
SQL
SELECT Manager
FROM Employee, Department
WHERE Employee.name = "Clark Kent”
AND Employee.Dept = Department.Dept
Query Language
Data definition language (DDL) ~ like type defs in C or Pascal
Data Manipulation Language (DML)
Query (SELECT)
UPDATE < relation name >
SET <attribute> = < new-value>
WHERE <condition>
Manager
اجزاي
DBMS
از نماي بيروني
• واحد پردازشگر پرسشها و برنامههاي كاربردي
• واحد ايجاد و مديريت دادهاي ذخيرهشده
نماي بيروني (سادهشده)
كاربر
DBMS
برنامههاي كاربردي /پرسشها
سيستم مديريت پايگاه دادهها
واحد پردازشگر برنامه كاربردي و پرسشها
واحد دستيابي به دادههاي ذخيرهشده
DB
دادههاي
ذخيرهشده
اجزاي
دروني
DBMS
از نماي
• اليه هسته (سيستم كنترل يا موتور پايگاه دادهها)
• اليه مديريت محيط پايگاه دادهها
• اليه تسهيالت نرمافزاري (ابزارها)
ساختار يك
سيستم
پايگاهي
مدير پايگاه دادهها
DDL
كاربر موردي
برنامهساز APها
واسط DML
CLI
واسط APها
UFI
فرمانهاي زبان پايگاهي
واحد پردازشگر پرسشها
واحد مديريت دادههاي ذخيرهشده
مدير فايلينگ منطق
كامپايلر
DDL
كاربر نابرنامهساز
مدير
ترميم
مدير بافر
DBMS
.......
مدير
تراكنشها
و
قفلها
مدير فضاي ديسك
......
فايل
ثبت
تراكنشها
متادادهها
شاخصها
دادههاي ذخيرهشده
جايگاه DBMSدر يك سيستم كامپيوتري
برنامههاي كاربردي
ابزارهاي توليد برنامههاي كاربردي
DBMS
سيستم عامل
سختافزار
مدير پايگاه دادهها
فردي است متخصص در پايگاه دادهها و با مسئوليت
علمي ،فني و نيز اداري در محدوده وظايفي كه عهدهدار
است
اين مدير همراه با يك تيم تخصص ي كار ميكند كه
به آن تيم مديريت پايگاه دادهها ميگويند.
برخي مسئوليتهاي در تيم مديريت پايگاه
ها پايگاه دادهها
دادهمدير
•
• مدير دادهها
• مدير امور پژوهش-توسعه
• مدير سيستمهاي كاربردي
• مسئول تيمهاي برنامهسازي
• مسئول كنترل كارايي DBMS
• مسئول كنترل كارايي خود سيستم پايگاه دادهها
• مسئول نظارت بر عمليات روي پايگاه دادهها
• مسئول تماس با كاربران زيرمحيطهاي سازمان
• مسئول تنظيم مستندات و وضع استاندهها
شرايط استفاده از پايگاه دادهها
-1نياز به ايجاد يك سيستم يكپارچه اطالعاتي
-2حجم زياد دادههاي سازمان و رشد پوياي آن
-3تغييرات مداوم در دادههاي ذخيرهشده
-4باال بودن بسامد درخواستهاي كاربران
-5نياز به اعمال كنترل متمركز و دقيق روي كل دادهها
-6وجود ارتباطات پيچيده بين دادهها
شرايط استفاده از پايگاه دادهها
-7زياد بودن ميزان دادههاي مشترك بين برنامههاي كاربردي
-8مدنظر بودن صحت ،دقت و سازگاري دادهها
-9زياد بودن گزارشها
-10نياز به انجام پردازشهاي تحليلي برخط
-11نياز به سيستم دادهكاوي و كشف دانش در سازمان
كاربردهاي جديد پايگاه دادهها
• سيستم پشتيبان تصميم
• سيستم دادهكاوي چندرسانهاي
• سيستم انبارش دادهها
• حيطههاي فضايي و جغرافيايي
• پايگاه دادههاي شخص ي و همراه
• سيستم پايگاه دادهها در شبكه جهاني اطالعرساني
• سيستم اطالعات اجرايي
• سيستم اطالعات طراحي
• سيستم اطالعات کتابخانه ها
• ...
سه سطح معماری بانک اطالعاتی
• سطح داخلی (نزديک به انباره فيزيکی)
• سطح خارجی (نزديک به استفاده کننده ديدگاه مجزای استفاده کننده گان)
• سطح مفهومی يا ادراکی (اجتماع ديد گاه های کاربران)
استقالل
برنامههاي كاربردي به دادههاي
يعني وابسته نبودن
دادهاي
ذخيرهشده
DB
دادههاي
ذخيرهشده
برنامههاي
كاربردي
انواع استقالل دادهاي
استقالل دادهاي فيزيكي -استقالل دادهاي منطقي
استقالل دادهاي فيزيكي
عبارتست از مصونيت ديدهاي كاربران و برنامههاي
كاربردي در قبال تغييرات در سطح داخلي-فيزيكي پايگاه
دادهها
چرا استقالل دادهاي فيزيكي در
سيستمهاي رابطهاي جديد
زيرا:
است؟
تامين
كامال
-1كاربران سطح خارجي در محيطي كامال انتزاعي عمل ميكنند و برنامههاي
كاربردي در اين سطح با فايلينگ پايگاه دادهها تماس ندارند.
-2بين سطح خارجي و داخلي ،يك سطح انتزاعي ديگر واسط است و مانع
تاثيرپذيري برنامههاي سطح خارجي از تغييرات درفايلينگ پايگاه دادهها
ميشود.
استقالل دادهاي منطقي
عبارتست از مصونيت ديدهاي كاربران و برنامههاي كاربردي در
قبال تغييرات در سطح ادراكي پايگاه دادهها
تغيير در سطح ادراكي يعني تغيير در طراحي منطقي پايگاه
دادهها و تغيير در شماي ادراكي
اين تغيير معموال منجر به تغيير مناسب در سطح فايلينگ
پايگاه ميشود.
تغيير در سطح ادراكي
دو وجه دارد:
-1رشد پايگاه در سطح ادراكي
-2سازماندهي مجدد پايگاه در سطح ادراكي
معماري سيستم پايگاه دادهها
منظور ،چندي و چوني اجزاء تشكيلدهنده سيستم و نيز پيكربندي يا
طرز تركيب اجزاء سيستم و چگونگي تعامل اجزاء با يكديگر است .در
اين معماري حداقل يك پايگاه دادهها ،يك سيستم مديريت پايگاه
دادهها ،يك سيستم عامل ،يك كامپيوتر با دستگاههاي جانبي و تعدادي
برنامه كاربردي و كاربر وجود دارند.
معماري متمركز
انواع معماري
معماري نامتمركز از جمله معماري توزيعشده
معماري متمركز
در اين معماري يک پايگاه داده روي يک سيستم
کامپيوتري و بدون ارتباط با سيستم ديگر ايجاد مي
شود .
نمايش معماري متمركز
كاربران پايانهاي نزديك
كنترولر ديسك
كامپيوتر بزرگ
..
.
كنترولر نوار
پايگاه دادههاي متمركز
...
..
.
كنترولر چاپگر
كاربران
پايانهاي
دور
معماري مشتري -خدمتگزار
هر معماري که در آن قسمتي از پردازش را يک برنامه ،سيستم
يا ماشين انجام دهد و انجام قسمت ديگري از پردازش را
از برنامه ،سيستم يا ماشين ديگر بخواهد معماري مشتري
خدمتگزار ناميده مي شود
معماري مشتري -خدمتگزار
DBMS
DB
OS
ماشين خدمتگزار
D
B
M
S
OS
AP . . . .
ماشين مشتري
مزاياي معماري مشتري – خدمتگزار
در مقايسه با معماري متمركز
• تقسيم پردازش
• كاهش ترافيك شبكه
• استقالل ايستگاههاي كار
• اشتراك دادهها
معماري توزيعشده
مجموعه اي از داده هاي ذخيره شده که منطقا به يک سيستم
تعلق دارند ولي در مانه هاي مختلف يک يا بيش از يک شبکه
توزيع شده اند.
نماي يك سامانه در معماري
توزيعشده
LAN
WAN
MNET
NETWORK
D
D
B
M
S
OS
DB
معماري توزيعشده با سه سامانه
كاربران دور
كاربران دور
كاربران نزديك
…
كاربران نزديك
…
…
OS1
OS2
DDBMS1
DDBMS2
DB2
…
APs
APs
NETWORK
. LAN
. WAN
. MNET
APs
DDBMS3
DB3
OS3
…
…
}DDB = {DB1+DB2+DB3
DB1
ويژگيهاي معماري توزيعشده
• مجموعهاي است از دادههاي منطقا مرتبط و اشتراكي
• دادهها به بخشهايي تقسيم و در سامانهها توزيع شدهاند.
• بعض ي بخشها ممكن است به طور تكراري در سامانهها ذخيره شده باشند.
• سامانهها از طريق شبكه بهم مرتبطاند.
• دادههاي هر سامانه تحت كنترل يك DBMSاست.
• DMBSهر سامانه ،ميتواند برنامههاي كاربردي محلي را
به طور خودكار اجرا كند.
• هر DBMSحداقل دراجراي يك برنامه كاربردي سرتاسري
مشاركت دارد.
مزاياي معماري توزيع شده
• سازگاري و هماهنگي با ماهيت سازمانهاي نوين.
• كارايي بيشتر در پردازش دادهها.
• دستيابي بهتر به دادهها.
• اشتراك دادهها.
• افزايش پردازش موازي.
• كاهش هزينه ارتباطات.
• تسهيل گسترش سيستم.
• استفاده از پايگاه دادههاي از قبل موجود.
معايب معماري توزيعشده
• پيچيدگي طراحي سيستم.
• پيچيدگي پيادهسازي.
• كاهش كارايي در برخي موارد.
• هزينه بيشتر.
• مصرف حافظه بيشتر.