Base De Données 2 Cours 1 PDF

Base de Données 2 Cours 1  Sommaire Introduction: Historique Système d ’information Le système de gestion de bases de données (SGBD) Objectifs des SGBD Types de base de données – Bases hiérarchiques – Bases réseaux – Bases r...

Base de Données 2 Cours 1  Sommaire Introduction: Historique Système d ’information Le système de gestion de bases de données (SGBD) Objectifs des SGBD Types de base de données – Bases hiérarchiques – Bases réseaux – Bases relationnelles – Bases déductives – Bases objet Conception de Bases de Données relationnelles – Etapes de la conception d’une base de données – Conception de la base de données: le modèle entité- association – Le modèle relationnel – Passage du modèle entité-association à un modèle relationnel Introduction: Historique  Introduction: Historique Avant les années 60 développement des SGF (Système de Gestion de Fichiers) Base de données = Fichiers Travailler directement sur un fichier présente plusieurs inconvénients : 1. Manipulation de données lourde et compliquée. Il faut être expert en programmation 2. Le programmeur doit connaître la localisation physique des fichiers, la structure physique des enregistrements, le mode d’accès à ces fichiers 3. Toute modification de la structure des enregistrements (ajout d’un champ par exemple) entraîne la réécriture de tous les programmes qui manipulent ces fichiers  Introduction: Historique Durant les années 60 naissance de la première génération de SGBD Séparation de la description des données et des programmes d’application Avènement des langages d’accès navigationnels. Nous parlerons de modèles d’accès ou navigationnels  Introduction: Historique Deux modèles clés : 1. Groupe CODASYL (appelé ensuite DBTG) publia ses premières spécifications de langage pour le modèle de base de données de réseau qui est devenu généralement connu comme le Modèle de Données Codasyl. Basé sur les idées de Bachman 2. Le modèle hiérarchique utilisait l'IMS (Information Management System) d'IBM.  Introduction: Historique Durant les années 70 : deuxième génération de SGBD Modèle Relationnel (Edgar Codd) Codd critiqua les modèles existant parce qu'ils mélangeaient la description abstraite de la structure de l'information et les descriptions des mécanismes physiques d'accès. Modèle Entité-Association (Chen) L’article de Chen est le 35ieme article le plus cité en Informatique!  Introduction: Historique Années 80-90… Troisième génération Modèle Orienté Objet L'information est représentée sous la forme d'objets Base de Données Déductive Un système de base de données déductive peut faire des déductions (c.a.d. déduire des règles ou des faits additionnel) basé sur des règles et des faits stockés dans la base de données (déductive).  Introduction : Système d ’information Généralement, un système d’information (SI) est le système des personnes, des enregistrements de données et des activités qui transforment les données et l’information à l’intérieur d’une organisation. – cela inclut les processus manuels ou automatiques. Terme habituellement utilisé pour signifier : un système d’information informatique (concernant le composant informatique) Organisation de l’information pour l’entreprise, au sein de l’entreprise. – Représentation de l’information – Traitement de l’information – Présentation de l'information  Les bases de données font aujourd'hui parties de la vie de tous les jours : – Si nous allons à la banque to retirer ou déposer de l'argent, – Si nous réservons un hôtel ou un vol, – Si nous utilisons le système d'une bibliothèque, – Si nous achetons des produits dans un supermarché (système de contrôle de stock) – Si nous achetons des produits à un vendeur internet sur le web. Ce sont des applications traditionnelles des bases de données  Plus récemment, il y a eu de nouvelles application des bases de données : – Bases de données multimédia (stockage de vidéo clips, sons et images) – Systèmes d'information géographique (SIG –stockage et analyse de cartes, données météo, images satellites) – Entrepôt de données ou Datawarehouses, et online analytical processing (OLAP) pour extraire et analyser des informations de très grandes bases de données, pour des prises de décision – Technologie de bases de données temps réel et actives (pour contrôler les processus industriels et manufacturiers) – Techniques de recherche dans les bases de données, utilisées pour l'amélioration des recherches internet.  Le système de gestion de bases de données (SGBD) Organisation des données, c’est à dire mise en place de l’organisation en vue d’un traitement. Un outil permettant: – insérer, modifier et rechercher efficacement des données spécifiques dans un grand nombre d'informations Une interface entre les utilisateurs et la mémoire secondaire donnant l'illusion que l'information est comme les utilisateurs le souhaitent  SGBD Composé de trois couches : Programmes d'application Disques Le système de gestion de fichiers: Il gère le stockage physique de l’information. Gestionnaire de fichiers (dépendant du matériel utilisé) SGBD interne SGBD externe Le SGBD interne: Il s’occupe du placement et Le SGBD externe Il s’occupe de la présentation et de l’assemblage des de la manipulation des données aux concepteurs données, gère les liens et et utilisateurs (langages de requêtes, outils de l'accès rapide. présentation)  Pourquoi un SGBD? Quels sont les objectifs et avantages de l'approche SGBD par rapport aux fichiers classiques (Objectifs des SGBD)  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 1. Indépendance physique – disques, machine, méthodes d'accès, modes de placement, tri, codage des données...ne sont pas apparents – Le SGBD offre une structure canonique permettant la représentation des données réelles sans se soucier de l’aspect matériel 2. Indépendance logique – différentes vues possibles – chaque groupe de travail se concentre sur les données qui l'intéressent. Ex.: Enseignants et étudiants, aspect administratif, salles, cours….  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 3. Manipulation possible par des non- informaticiens – Faciliter l'utilisation – Obtention de données par des langages (langage déclaratif standardisé et non procédural) 4. Accès efficace aux données – Les accès disque sont lents relativement à l’accès à la mémoire centrale  algorithmes efficaces de recherche de données  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 5. Administration centralisée des données – Pour l'administrateur : outils de vérification de cohérence des données, de restructuration, de sauvegarde, de réplication. – L'administration est centralisée et est réservée a un très petit groupe de personnes pour des raisons de sécurité.  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 6. Non-redondance des données – Le SGBD doit permettre d’éviter la duplication d’informations la perte de place mémoire demande des moyens humains importants pour saisir et maintenir à jour plusieurs fois les mêmes données – EX. si on a les adresses des enseignants dans un système administratif et dans un système de gestion de cours, si l'adresse est changée…  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 7. Cohérence des données – Obtenue par la vérification des contraintes d'intégrité. – Une contrainte d'intégrité est une contrainte sur les données de la base, qui doit toujours être vérifiée pour assurer la cohérence – Quelques contraintes : la date d'entré à l‘UPMF doit être < que la date de sortie Un enseignant peut enseigner au maximum 20 heures par semaine … l'emprunteur d'un livre doit être abonné à la bibliothèque Le salaire doit être compris entre 400 et 10000 Euros. – Les contraintes doivent être exprimées et gérées dans la base et non dans les applications  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 8. Concurrence d'accès aux données – plusieurs personnes (ou applications) en même temps. Problème d'intégrité des données: Si deux personnes resservent une salle de cours, pour une même période, en même temps… Réservation des places dans le train...  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD 9. Sécurité des données. – Protection d'accès non autorisés ou mal intentionnés. Mécanismes permettant d'autoriser, contrôler et enlever des droits d'accès à certaines informations à n'importe quel usager: La personne qu'organise l'emploi du temps des enseignants ne peut pas avoir accès aux salaires. – Tolérer les pannes. Capacité de rendre cohérente la base: Coupure de courant.. Une application qui plante...  Pourquoi un SGBD? Objectifs des SGBD Ces 9 points sont difficiles de trouver dans une même SGBD. Il faut choisir selon en donnant priorité à certains critères : – efficacité d'accès – économie de disque – sécurité – …. Types de base de données 5 grands types de base de données Bases hiérarchiques : – les premiers, avec gestion de pointeurs arborescente Bases réseaux: – les plus rapides, la navigation est aussi entre pointeurs Bases relationnelles: – la plus utilisée. Données représentées sur forme des tables. Basé sur l'algèbre relationnelle et un langage déclaratif (généralement SQL). Bases déductives: – Le langage d’interrogation se base sur le calcul des prédicats et logique 1er ordre Bases objet – Chaque champ est un objet, chaque donnée est active et possède ses propres méthodes d'interrogation et d'affectation. L'héritage est utilisé comme mécanisme de factorisation de la connaissance  Types de base de données Nous rappellerons rapidement les caractéristiques essentielles des modèles navigationnels: CAD le Modèle hiérarchique, le Modèle réseau  le Modèle hiérarchique Employé par des systèmes très répandus comme IMS (IBM) Dans le modèle hiérarchique, la structure des données est décrite par deux concepts: 1. L’enregistrement logique ou article qui regroupe l’ensemble des propriétés ou champs constituant les caractéristiques d’une entité 2. Le lien orienté associant les articles selon une arborescence: un article père est relié à N articles fils La BD est constituée d’une collection d’arbres (forêt)  le Modèle hiérarchique Exemple: Arbre TRANSPORT_AERIEN Article PILOTE Racine Pilote PNOM caractère (20) ADDRESSE caractère (30) … Avion Article AVION Parent = PILOTE ANOM caractère (10) CAPACITE entier Vol Article VOL Parent = AVION VNOM caractère (5) ORIGINE caractère (20) DESTINATION caractère (20)  le Modèle hiérarchique Occurrences du Schéma Jean PARIS Pierre NICE B727 150 AIRBUS 220 B747 350 B727 150 CARA 80 IT100 PARIS NICE AF100 PARIS ROME IT130 NICE BORDEAUX IT150 LYON CALVI IT110 NICE LYON IT120 NICE PARIS IT130 BORDEAUX LYON AF150 NICE TUNIS Arbre TRANSPORT_AERIEN Article PILOTE Parent = Racine PNOM caractère (20) Pilote ADDRESSE caractère (30) … Article AVION Parent = PILOTE ANOM caractère (10) Avion CAPACITE entier Article VOL Parent = AVION VNOM caractère (5) Vol ORIGINE caractère (20)  le Modèle hiérarchique Le modèle est simple mais présente quelques faiblesses due à la structure arborescente: 1. Seule une association [1-N] sera naturellement représentée 2. Il y a duplication d’enregistrements communs à deux arborescences  le Modèle réseau Proposé par le groupe DBTG (Data Base Task Group): auparavant CODASYL Consortium Son inventeur original était Charles Bachman. Idée : permettre une modélisation plus naturelle des relations entre entités.  le Modèle réseau Différence entre un modèle hiérarchique et un modèle de réseau : Le modèle hiérarchique structure les données comme un arbre d'articles (chaque enregistrement ayant un article parent et de nombreux enfants) Le modèle de réseau permet à chaque enregistrement d'avoir de multiples enregistrements parents et enfants, formant une structure en treillis.  le Modèle réseau Les liens entre articles appelés SET matérialise une association entre deux types d’articles distincts. U u est dit propriétaire, tout article v relié à u est dit membre SET u et l’ensemble des v constitue une occurrence du SET V Un SET est une relation 1-n, mais le type V peut aussi être membre pour une autre relation SET : le graphe des occurrences permet donc des liens n-n entre articles.  le Modèle réseau Exemple: PILOTE AVION SET PIL_VOL SET AV_VOL VOL  le Modèle réseau Jean PARIS Pierre NICE IT130 NICE BORDEAUX IT100 PARIS NICE AF150 NICE TUNIS IT130 BORDEAUX LYON IT110 NICE LYON IT120 NICE PARIS IT150 LYON CALVI AF100 PARIS ROME B747 350 CARA 80 B727 150 AIRBUS 220 Occurrences du Schéma  le Modèle réseau Le modèle était largement implémenté et utilisé. Mais il a échoué à devenir dominant pour deux raisons principales : 1. IBM a choisi de garder le modèle hiérarchique dans leurs produits établis. 2. Il fut surpassé par le modèle relationnel, qui offrait une interface de plus haut niveau et plus déclarative.  Types de base de données Bases hiérarchiques : – les premiers, avec gestion de pointeurs arborescente Bases réseaux: – les plus rapides, la navigation est aussi entre pointeurs, mais plus ouvertes. Bases relationnelles: – la plus utilisée. Basé sur l'algèbre relationnelle. Données représentes sur forme des tables Bases déductives – langage en calcul de prédicats et logique 1er ordre Bases objet – instances de classes hiérarchisées. Types de base de données Bases relationnelles : – Oracle www.oracle.com – DB2 www.software.ibm.com – Sybase www.sybase.com – SQL Server www.microsoft.com – Ingres s2k-ftp.CS.Berkeley.EDU/pub/Ingres – Informix www.informix.com – Acces www.microsoft.com – Paradox www.corel.com – Visual Dbase www.borland.com – FoxPro www.microsoft.com – File Maker www.claris.fr – MySQL www.mysql.net (ou.com) – MSQL Hughes.com.au – Postgres www.postgresql.org – InstantDB www.instantdb.co.uk (100% Java)  Bases déductives Bases hiérarchiques : – les premiers, avec gestion de pointeurs arborescente Bases réseaux: – les plus rapides, la navigation est aussi entre pointeurs, mais plus ouvertes. Bases relationnelles: – la plus utilisée. Basé sur l'algèbre relationnelle. données représentes sur forme des tables Bases déductives – langage en calcul de prédicats et logique 1er ordre Bases objet – instances de classes hiérarchisées.  Bases déductives Un système de base de données déductive peut générer de nouveaux faits et règles, basés sur des règles et des faits stockés dans la base de donnée (déductive). De tels systèmes : – Gèrent principalement des règles et des faits. – Utilisent un langage déclaratif (prolog ou datalog) pour spécifier ces règles et faits. – Utilisent un moteur d’inférence qui peut déduire de nouveaux faits et règles à partir de ceux données. Aussi connues comme : bases de données logiques, systèmes de connaissances, et bases de données inférentielles.  Bases déductives Similaires aux systèmes experts. Différences: – Les systèmes experts “traditionnels” supposent que tous les faits et règles dont ils ont besoin (base de connaissance) seront chargés dans la mémoire principale. – Une base de données déductive utilise une base de donnée stockée sur disque comme sa base de connaissance. – Les systèmes experts traditionnels habituellement prennent leur faits et règles d’un expert réel – Les bases de données déductives puisent leur connaissance dans les données.  Bases hiérarchiques : – les premiers, avec gestion de pointeurs arborescente Bases réseaux: – les plus rapides, la navigation est aussi entre pointeurs, mais plus ouvertes. Bases relationnelles: – la plus utilisée. Basé sur l'algèbre relationnelle. données représentes sur forme des tables Bases déductives – langage en calcul de prédicats et logique 1er ordre Bases objet – instances de classes hiérarchisées.  Bases objet L’information est représentée sous la forme d’objets Utilisation plutôt rare. – Cependant, elles sont utilisées dans les domaines d’application tels que l’ingénierie (spatiale notamment), les télécommunications, la physique des hautes énergies et la biologie moléculaire, et certains domaines des services financiers. Bases d’objet : – O2 www.o2tech.fr – Gemstone www.gemstone.com – ObjectStorewww.objectdesign.com – Jasmine cai.com/jasmine  Schémas Dans tout modèle de données (modèle de données objet, modèle relationnel, etc.), il est important de distinguer entre: la description de la base de données et la base elle-même. La description de la base de données est appelée le schéma de base de données: – Cela concerne la structure et pas le contenu de l'information. – Spécifié pendant la conception de la base  Trois métiers L'administrateur de bases de donnes (ABD or DBA en Anglais) – Gère les droits d'accès, – Coordonne et surveille l’utilisation de la BD – Procure le software et hardware si nécessaire – L’ABD est responsable pour la sécurité de la BD, la lenteur de réponse du système, etc. Le concepteur de BD – Identifie les données à stocker – Choisit la structure appropriée pour la BD – Communique avec les utilisateurs finaux pour comprendre les besoins Les utilisateurs finaux – Font des requêtes, mettent la BD à jour, et génèrent des rapports. – Plusieurs catégories d’utilisateurs finaux : sophistiqués (analystes, scientifiques); naïfs (employés de banques, réceptionnistes); etc. Conception de Bases de Données relationnelles  Conception de Bases de Données relationnelles Généralement: Etapes de la conception d’une base de données Conception de la base de données: le modèle entité-association Réalisation de la base de données: le modèle relationnel Passage du modèle entité- association à un modèle relationnel  Etapes de la conception d’une BD 3 étapes: Réel perçu Analyse conceptuelle Modèle conceptuel Conception logique Modèle logique Conception physique Modèle physique A chaque niveau correspond une vision différente des données Processus de conception Processus de conception Entité/Relation MCD (Merise) Indépendant UML du SGBD Relations (Math) Conception Schéma Conceptuel Tables (UML) transformation en Schéma Logique SQL modèle logique Dépendant du SGBD Conception physique Schéma Physique  MERISE Merise est une méthode d’analyse, de conception et de gestion de projet complètement intégrée Merise: méthode spécifiquement française D’autres: SDM, Axial, OMT, etc. Sépare les données et les traitements à effectuer avec le système d'information en différents modèles conceptuels et physiques. Pour la conception d'un BD le plus intéressant est le MCD (Modèle Conceptuel des Données).  UML un langage pour Visualiser – chaque symbole graphique a une sémantique Spécifier – de manière précise et complète, sans ambiguïté, Construire – les classes, les relations SQL peuvent être générées automatiquement Documenter – les différents diagrammes, notes, contraintes, exigences seront présentés dans un document.  UML Diagramme Classes Objets Séquence Collaboration Flux Cas d'utilisation Etats-Transitions Composants Déploiement  Méthodologie Données  Traitement  Information Action/Décision 3 étapes d’évolution du travail :  analyse : découverte, interrogation, compréhension,  étude/conception : réflexion  réalisation : concrétisation  Méthodologie A chacune des étapes, il faut faire une distinction entre – les données (thème du cours) – les traitements (organisation de l’interface homme/machine non abordée dans ce cours).  Méthodologie Valider le travail lors d’un passage d’une étape à l’autre. Progression linéaire et continue. Il est plus sage et plus responsable de savoir recommencer l’intégralité du processus face à la rencontre d’une erreur plutôt que de continuer après avoir bricoler une correction.