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9 Introduction INT Management. 10 Introduction Notion de bases de donnéesslide 11 Contexte technique Apport BD Terminologie BD Domaines dapplication Les.

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1 9 Introduction INT Management

2 10 Introduction Notion de bases de donnéesslide 11 Contexte technique Apport BD Terminologie BD Domaines dapplication Les modèles de données pour BDslide 31 Architecture de référenceslide 44 Quest-ce quun SGBD ?slide 49

3 11 Structure en mémoire centrale (MC) Fichiers Bases de données Notion de bases de données Contexte technique Contexte technique BD

4 12 Structure en MC Principes Stockage des données dans la mémoire volatile dun ordinateur Problèmes Stockage temporaire «Petits» volumes de données Langages de programmation Contexte mono-processus (mono-utilisateur en général) Notion de bases de données Contexte technique

5 13 Fichiers Stockage persistant sur disque «Gros» volumes de données Langages de programmation et SGF Contexte mono-utilisateur (en général) Notion de bases de données Contexte technique

6 14 Approche fichier avec PCs BibliothèqueService social Appli En Cobol Appli en Java Appli en C Fichiers Elèves et UVs Fichiers Elèves et Livres Fichiers Elèves et Chambres Direction des études Notion de bases de données Contexte technique

7 15 Approche fichiers + SGF Application bibliothèque SGF Fichier Elèves Notion de bases de données Contexte technique * 2 Description du fichier des Elèves Edition du fichier Elèves par ordre alpha Programme 1 Description du fichier des Elèves Mise à jour du fichier Elèves via nom élève Programme 2

8 16 Problèmes de lapproche fichier Difficulté à saisir les liens entre les données Pas de partage de données entre les utilisateurs Pas de vision globale des données Redondance des données Risque d'incohérence des données Pas d'indépendance entre les données et les traitements Problème de gestion de la sécurité des données Multiplicité des traitements, des langages, des matériels Notion de bases de données Contexte technique

9 17 Bases de données Stockage persistant sur disque «Très gros» volumes de données Langage de requêtes et langages de programmation SGBD Contexte multi-utilisateurs Notion de bases de données Contexte technique

10 18 Approche centralisée Terminaux PC Windows PC Linux PC NT Appli C Appli Java Appli Cobol SGBD Elèves Uvs Livres Chambres Description BD Notion de bases de données Contexte technique

11 19 Approche client/serveur PC Windows PC Linux PC NT Appli C Appli JavaAppli Cobol Elèves Uvs Livres Chambres Description BD SGBD Notion de bases de données Contexte technique

12 20 Apport dune approche BD Intégration : Description unique et globale des données Eviter les redondances Eviter les incohérences Indépendance : Indépendance entre données et traitements Séparation entre les descriptions logiques et physiques des données Notion de bases de données Apport BD

13 21 Apport dune approche BD (2) Sécurité : Contrôle sémantique des données Protection contre les accès non autorisés Protection contre les pannes Facilités pour lutilisateur : Partage des données Vision « haut niveau » et « personnalisée » des données Manipulation « aisée » des données Accès efficaces aux données Répartition des données et des traitements Notion de bases de données Apport BD

14 22 Terminologie BD Données Modèle de données BD SGBD Schéma dune BD Instance dune BD Contraintes dintégrité Métabase Notion de bases de données Terminologie BD

15 23 Données Une structure Simple: prix, nom, date Complexe: personne, document, image Une sémantique Le solde dun compte courant Une photo de Paris réalisée par le satellite SPOT Un propriétaire Responsable de la création dune donnée Définit les règles pour son identification et son intégrité: « La température de lair est comprise entre -30° et +40°C » « Le salaire de lannée n est supérieur au salaire de lannée n-1 » Accorde des droits dutilisation Notion de bases de données Terminologie BD

16 24 Données (2) Des utilisateurs Interrogent les données « Quelle était la température à paris le 1er janvier 1997 ? » Mettent à jour les données « Créditer le compte de M. Monet de 1000 F » Notion de bases de données Terminologie BD

17 25 Modèle de données Ensemble de concepts pour décrire : Les données du monde réel Les liens entre les données La sémantique des données Ensemble dopérations pour manipuler les données Notion de bases de données Terminologie BD

18 26 BD ET SGBD BD : Collection de données décrites selon un certain modèle SGBD : Système logiciel gérant les données dune BD, selon un modèle fixé Un SGBD doit permettre la définition, la manipulation et le contrôle des données Notion de bases de données Terminologie BD

19 27 Schéma et instance dune BD Schéma (intention) : Description des données de la base, conformément à un modèle Schéma réseau, schéma relationnel,... Statique en général. Instance (extension) : Collection de données de la base écrite selon un certain modèle Instance du schéma Dynamique Notion de bases de données Terminologie BD

20 28 CI et Métabase Contrainte dintégrité (CI): Règle spécifiée sur les données, pour définir un état cohérent de la base Le salaire dun employé doit être supérieur au SMIC Métabase (dictionnaire de données - DD): Collection des données qui décrivent la BD « Valeur du schéma » Notion de bases de données Terminologie BD

21 29 Domaines dapplication Comme élément central : Banques de données (professionnelles, grand public) Systèmes transactionnels (banques, assurances,…) Systèmes daide à la décision (tableaux de bord, analyse statistique,…) Comme élément essentiel : Systèmes dinformation et de communication (entreprise, administration,…) Systèmes de surveillance et de contrôle (télécoms, production,…) Comme élément auxiliaire : Systèmes de recherche documentaire (textes,sons, graphiques, …) Systèmes XAO (CAO,PAO,EAO,…) Systèmes experts Notion de bases de données Domaines dapplication

22 30 Classification Notion de bases de données Domaines dapplication Volume de données Complexité des traitements Intensité du service Applications transactionnelles Go Interrogation + Mise à jour Temps de réponse < 2 s. > 100 tps Application daide à la décision Datewarehouse Datamining To Interrogation Temps de réponse en mn ou h Notion de tpm TPC (Transaction Processing Council) Benchmarks systèmes transactionnels

23 31 Les modèles de données pour les BD Modélisation des données Modèles Modèle entité/association [Chen 76] Modèle hiérarchique Modèle réseau Modèle relationnel Modèles BD

24 32 Modélisation des données Modèle de données : Ensemble de concepts pour décrire : Les données Les liens entre les données La sémantique des données En général, un ensemble dopérations est associé pour manipuler les données Formalisme de description : Textuel Graphique Mathématique Exemples de modèles : Entité/association Hiérarchique/réseau Relationnel Objet, relationnel-objet Modèles BD

25 33 Modèle Entité/Association [Chen 76] Modèles BD codenbHcoord UV Sinscrire Élève nom age note adresse num datePrêt Chambre Livre no prix côte titre EmprunterLouer 1,n 3,n 0,n 0,1 1,1

26 34 Modèle Entité/Association - 2 1,1 0,1 0,n 3,n 1,n UV code nbH coord Eleve num nom age adresse Livre cote titre Chambre no prix Sinscrire note Emprunter datePret Louer

27 35 Critique du modèle Entité/Association Avantages Sémantique riche Extension aux concepts objets (héritage,...) Aspect visuel Modèle de conception de BD Inconvénients Uniquement un modèle de description de données Pas de langage de manipulation associé Pas de SGBD E/A Pas un modèle dimplantation de BD Modèles BD

28 36 Modèle hiérarchique Système IMS dIBM conçu à la fin des années 60 pour le programme Appolo (NASA) Exemple UV Élève ChambreLivre Elève UV Modèles BD

29 37 Modèle hiérarchique (suite) Schéma BD Structure arborescente (forêt) BD Collection denregistrements reliés par des pointeurs Langage de manipulation Navigationnel et procédural Utilisation de pointeurs (Exemple du langage DL/1 du système IMS) Problèmes : Pas dindépendance logique/physique Redondance des données, risques dincohérence Modèles BD

30 38 Modèle réseau Modèle défini par le groupe DBTG du comité CODASYL en 1971 (revu en 1978) Exemple Modèles BD Chambre Élève InscritLivre UV

31 39 Modèle réseau (suite) Schéma BD Structure de graphe orienté acyclique (DAG) BD Collection denregistrements reliés par des pointeurs Langage de manipulation Navigationnel et procédural Utilisation de pointeurs Standard CODASYL 71, 78 Systèmes IDS2 dHoneywell (1975), Total de Cincom (1974), Adabas de Soft. Ag (1978) Problèmes Pas dindépendance logique/physique Modèles BD

32 40 Modèle relationnel [CODD 70] « A Relational Model for Large Shared Data Banks » Exemple Élève(num, nom, adresse, age) UV(code, nbH, coord) Inscrit(numElève, codeUV, note) Livre(côte, titre, numElève, datePrêt) Chambre(no, prix, numElève) Modèles BD

33 41 Modèle relationnel (2) « MLD » Ecole Modèles BD

34 42 Modèle relationnel (3) Schéma BD Structure de relation BD Ensemble denregistrements reliés par des valeurs Langage de manipulation Ensembliste Déclaratif Standard international [ SQL 86, 89, 92 ou SQL2] Prototypes de recherche System/R chez IBM (1976), Ingres à Berkeley (1976) Systèmes commerciaux SQL/DS et DB2 dIBM (1982), Oracle (1983), Ingres (1983), Informix (1981), Sybase (1984), SqlServer (1998) MySQL (1995) Access Modèles BD

35 43 Modèle relationnel (suite) Avantages Indépendance logique/physique Langage de manipulation simple Basé sur une théorie mathématique solide Standard Modèles BD

36 44 Une architecture de référence pour les SGBD Description des données : 3 niveaux dabstraction Exemple Conséquences Conception dune BD Architecture de référence

37 45 Description des données : 3 niveaux dabstraction Groupe ANSI/X3/SPARC (1975) Schéma externe 1Schéma externe n Schéma conceptuel Schéma physique …. Architecture de référence

38 46 Exemple Architecture de référence Schéma externe pour appli Bibliothèque - Elève - Livre Schéma externe pour appli Direction des études - Elève - UV Schéma externe pour appli Service social - Elève - Chambre Schéma conceptuel Schéma Physique Comment les données sont vues par les « utilisateurs » Représentations logique Multiples Globalité des données Représentation logique Unique Globalité des données Représentation physique des données. Comment les données sont mémorisées (fichiers, index, …) Unique

39 47 Conséquences Indépendance physique Indépendance entre les structures de stockage et les structures de données Pouvoir modifier l'organisation physique sans modifier les programmes dapplication Exemple: ajouter un index Indépendance logique Pouvoir modifier le schéma conceptuel sans modifier les programmes dapplication Exemple : ajouter un attribut Architecture de référence

40 48 Conception dune BD Architecture de référence

41 49 Quest-ce quun SGBD ? But Moyens mis en oeuvre Fonctionnalités Architecture Langage de définition des données (LDD) Langage de manipulation des données (LMD) Interface avec un LPG Java et les SGBD Transaction Les utilisateurs dun SGBD Quest-ce quun SGBD ?

42 50 But et moyens But : Simplifier et faciliter laccès aux données de la base Assurer une grande sécurité du système d'information Moyens : En offrant une vision de « haut niveau » des données, via un modèle logique des données En se chargeant de faire la correspondance avec la vision de « bas niveau » des données (structures de stockage et méthodes daccès) Quest-ce quun SGBD ?

43 51 Fonctionnalités Langage de définition et de manipulation des données (LDD + LMD) Gestion de lintégrité définition des CI, Trigger Gestion de la persistance Structures de stockage et méthodes daccès cluster, index Gestion de la concurrence (transaction, verrouillage) Gestion de la sécurité de fonctionnement transaction, journaux, mécanisme de reprise sur panne Gestion des droits identification, attribution de droits Optimisation algorithme, statistiques Interface avec les langages de programmation Quest-ce quun SGBD ?

44 52 Fonctionnalités (++) Gestion de versions Gestion de la répartition Gestion dobjets complexes (image, document,...) Gestion de connaissances, règles de déduction Environnement de développement (AGL) Quest-ce quun SGBD ?

45 53 Architecture dun SGBD Quest-ce quun SGBD ? Définition des schémas de la BD Manipulation de la BD Programmeur dapplicationAdministrateurUtilisateur terminal Traducteur LDDTraducteur LMD Noyau SGBD BD Métabase

46 54 LDD Définition logique des données Schéma conceptuel global Schémas des vues utilisateur Structure des données et liens entre les données Définition physique des données Schéma physique des données Méthodes de placements et daccès Contrôle des données Contraintes dintégrité Droits daccès Quest-ce quun SGBD ?

47 55 LMD Objectif Interroger et mettre à jour les données (extraire, ajouter, supprimer, modifier ) Style procédural Exprimer la séquence des opérations daccès aux données pour obtenir le résultat Modèle hiérarchique et réseau Langage navigationnel Norme CODASYL 71, 78 pour modèle réseau Dépendant du niveau physique Intégration dans un LPG (Cobol pour modèle réseau) Style déclaratif Exprimer linformation souhaitée sans dire la façon dont on accède à linformation Modèle relationnel Langage ensembliste Indépendant du niveau physique Norme SQL 86, 89, 92 SQL « seul » et SQL « intégré » dans un LPG « classique » Quest-ce quun SGBD ?

48 56 Interface avec un LPG Problème dun LMD Uniquement interrogation et mise à jour des données Pas de « calculs » sur les données Solution Interfacer le LMD avec un LPG Diverses techniques dinterfaçage (précompilation,....) Exemples LMD réseau interface normalisée avec COBOL LMD relationnel interfaces normalisées entre SQL et Cobol, Pascal, Fortran, PL/1 (1978) Ada, C (1989) Java (SQLJ) Quest-ce quun SGBD ?

49 57 Java et SGBD JDBC : API de niveau SQL/CLI avec indépendance des SGBD cibles (pb de pilote) SQLJ : embedded SQL pour Java Interface de gestion de la persistance des objets Java (transformation automatique des objets java en structures relationnelles dans les 2 sens) Quest-ce quun SGBD ?

50 58 Notion de transaction Séquence dopération élémentaires (lire, écrire) sur la BD Transaction retrait (noCompte, montant) Début select solde into s from Comptes where numCompte = noCompte; si s > montant alors Update compte set solde = solde – montant where numCompte = noCompte; donnerArgent(montant); Valider(); Sinon Imprimer(opération impossible); Annuler(); Finsi Fin; Quest-ce quun SGBD ?

51 59 Propriétés des transactions A : Atomicity C : Consistency I : Isolation D : Durability Quest-ce quun SGBD ?

52 60 Les utilisateurs dun SGBD Le concepteur Contexte de travail : niveau conceptuel Construction du schéma conceptuel avec un modèle de données Administrateur BD Contexte de travail : les 3 niveaux. Définit et màj les schémas logiques Définit les CI + Vues + droits daccès Définit les schémas physiques (structures de stockage + stratégies daccès) Utilise le LDD et DD Quest-ce quun SGBD ?

53 61 Les utilisateurs dun SGBD (suite) Développeur dapplications Contexte de travail : niveau externe et conceptuel Utilise le LMD + LPG Écrit des programmes pour interroger, mettre à jour et traiter les données Connaît les schémas logiques et physiques Utilisateur terminal Contexte de travail : niveau externe « Averti »: interroge la BD en utilisant un LMD « Naïf »: utilise les programmes dapplication Quest-ce quun SGBD ?


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