204222 - Fundamentals of Database Systems

Chapter 1

Databases and Database Users

Adapted for 204222

by Areerat Trongratsameethong

Copyright © 2011 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley

Chapter 1 Outline

• Introduction• An Example• Characteristics of the Database Approach• Actors on the Scene• Workers behind the Scene• Advantages of Using the DBMS Approach• A Brief History of Database Applications• When Not to Use a DBMS

2

Overview• Traditional database applications

– Store textual or numeric information– ฐานขอมลแบบดงเดมใชจดเกบขอมลทอยในรปของอกขระ และตวเลข

• Multimedia databases– Store images, audio clips, and video streams digitally– ฐานขอมลสอผสม (ฐานขอมลมลตมเดย) ใชจดเกบขอมลทอยในรป

ของ รปภาพ เสยง และวดโอ

• Geographic information systems (GIS) – Store and analyze maps, weather data, and satellite

images– ระบบสารสนเทศภมศาสตร ใชจดเกบและวเคราะหแผนท ขอมล

เกยวกบอากาศ และภาพถายจากดาวเทยม 3

Overview (cont'd.)• Data warehouses and online analytical processing

(OLAP) systems – Extract and analyze useful business information

from very large databases – Support decision making– Data Warehouses และ OLAP ใชวเคราะหขอมลจาก

ฐานขอมลขนาดใหญ เพอเปนประโยชนทางธรกจ และชวยในการ

ตดสนใจในการดาเนนธรกจ

• Real-time and active database technology – Control industrial and manufacturing processes– ฐานขอมลทใชควบคมเครองจกร และขบวนการตางๆในโรงงาน

แบบ Real-time (แบบ ทนททนใด)4

Introduction• Database

– ฐานขอมลคอ ททใชสาหรบจดเกบขอมลทมความสมพนธกน

– ขอมลคอ ขอเทจจรงทมความหมายชดเจนทถกบนทก หรอจดเกบ

– Database มคณสมบตดงตอไปน • นาเสนอบางมมมองของความเปนจรงทเกดขน บางครงเรยกวา

Miniworld หรอ Universe of Discourse (UoD)• ขอมลทจดเกบมความหมายทสอดคลองกนอยางเหนยวแนน

และไปในทศทางเดยวกน• สรางขนเพอวตถประสงคทเฉพาะเจาะจง

• Example of a large commercial database– ตวอยางฐานขอมลขนาดใหญในวงการธรกจคอ ฐานขอมลของ

Amazon.com5

Introduction (cont'd.)

• Database Management System (DBMS) – DBMS คอทรวมของโปรแกรมทสรางขนเพอใหผใชสามารถสราง

และจดการฐานขอมล

– ในการสรางฐานขอมล จะตองกาหนดชนดของขอมล (Data Type) โครงสรางของขอมล (Structure) และขอจากด

(Constraint) ของขอมลทจะจดเกบในฐานขอมล

• Meta-data– Meta-data คอ คานยาม หรอคาอธบายขอมลทอยในฐานขอมล

ซงถกจดเกบโดย DBMS ในรปแบบของ Database Catalog หรอ Data Dictionary

6

Introduction (cont'd.)• Manipulating a database

– การจดการขอมลในฐานขอมล เชน การสบคนขอมล การปรบปรง

ขอมล การสรางรายงานตางๆ

• Sharing a database – DBMS อนญาตใหผใชงานหลายคน หรอโปรแกรมหลาย

โปรแกรม เขาใชงานฐานขอมลพรอมๆกนได

• Application program – โปรแกรมประยกตสามารถเขาใชงานฐานขอมลโดยการสงคาสง

สบคนขอมล (query) ไปยง DBMS

7

Introduction (cont'd.)• Transaction

– Transaction ประกอบดวยสวนของการดาเนนการ เพอบรหารจดการฐานขอมล ทอาจทาใหขอมลในฐานขอมลบางสวนถกอาน หรอถกเขยน

• Protection includes: การปองกนฐานขอมล ประกอบดวย

– System protection: ปองกนจากความผดปกต หรอความเสยหาย เชน ดสคเกดความเสยหาย เปนตน

– Security protection: ปองกนจากผใชทไมไดรบอนญาต หรอจากการบกรกเพอทาใหขอมลเสยหาย

• Maintain the database system – ระบบฐานขอมลเอออานวยใหมการบารงรกษาระบบ และปรบเปลยน

ขอมลไดทกเวลา เนองจากความตองการของผใชระบบมการเปลยนแปลงไดตลอดเวลา

8

9

An Example

• UNIVERSITY database – Information concerning (เกยวของกบ) students,

courses, and grades in a university environment

• Data records– STUDENT – COURSE– SECTION – GRADE_REPORT – PREREQUISITE

10

An Example (cont'd.)

• Specify structure of records of each file by specifying data type for each data element

• กาหนดโครงสรางของ records ของแตละ file โดย

การ กาหนด data type สาหรบขอมลแตละ

element– String of alphabetic characters– Integer– Etc.

11

An Example (cont'd.)

• Construct UNIVERSITY database– Store data to represent each student, course,

section, grade report, and prerequisite as a record in appropriate file

• Relationships among the records: ความสมพนธ

ระหวาง records• Manipulation involves querying and updating:

การจดการขอมลเกยวของกบการสอบถามขอมล หรอสบคนขอมล

(query) และการปรบปรงขอมล

12

An Example (cont'd.)• Examples of queries:

– Retrieve the transcript– List the names of students who took the section of

the ‘Database’ course offered in fall 2015 and their grades in that section

– List the prerequisites of the ‘Database’ course

• Examples of updates:– Change the class of ‘Smith’ to sophomore– Create a new section for the ‘Database’ course for

this semester– Enter a grade of ‘A’ for ‘Smith’ in the ‘Database’

section of last semester 13

An Example (cont'd.)

• Phases for designing a database: – Requirements specification and analysis– Conceptual design– Logical design – Physical design จะไดเรยนในบทถดๆไป

14

15

16

Characteristics of the Database Approach

ววฒนาการของการจดเกบขอมล

• Traditional file processing– การจดเกบขอมลแบบดงเดม จดเกบในรปของ file โดยทผใชแตละคน

กาหนดขอมล และจดเกบขอมลของตวเองสาหรบใชใน software application ทเฉพาะเจาะจงของแตละคน

• Database approach– การจดเกบขอมลในรปแบบของฐานขอมล โดยทจดเกบขอมลไวท

เดยวกน และผใชหลายๆคนสามารถเขาถง และใชขอมลรวมกนได17

Characteristics of the Database Approach (cont'd.)

• Main characteristics of database approach: ลกษณะสาคญของการจดเกบขอมลในรปแบบของฐานขอมล

– Meta-data: Data about data คอ คานยาม หรอคาอธบายขอมลทจดเกบอยในฐานขอมล ถกจดเกบไวในฐานขอมลเชนเดยวกน (ขอมลทใชอธบายเกยวกบตวขอมลเอง)

– ขอมล และโปรแกรม ถกจดเกบแยกออกจากกน

– สนบสนนขอมลในหลายมมมอง คอ ขอมลสาหรบผใชตางแผนก สามารถเหนขอมลตางมมมองกนได

– ผใชหลายคน สามารถใชขอมลรวมกน และขอมลสามารถถกประมวลผลโดยผใชหลายๆคนไดพรอมกน

18

Self-Describing Nature of a Database System

• Database system contains complete definition of structure and constraints: ระบบฐานขอมลประกอบดวย การกาหนดโครงสราง และขอจากดของขอมล

• Meta-data (Data about data): ใชอธบายโครงสรางของฐานขอมล

• Database catalog used by: Database catalog ถกใชโดย

– DBMS software – Database users

19

Insulation Between Programs and Data

• Program-data independence: โปรแกรม และขอมลแยก

อสระจากกน

– โครงสรางของขอมลถกจดเกบไวใน DBMS Catalog ซงแยกออกจากตวโปรแกรมทตองการเขาถงขอมล ทาใหการเปลยนแปลงโครงสราง

ขอมลไมกระทบกบโปรแกรม (โปรแกรมไมจาเปนตอง compile ใหม) – Operations specified in two parts: การดาเนนการกบขอมล

สามารถทาผาน

• Interface: โดยการระบ ชอ operation, arguments, และ data types ของ arguments

• Operation สามารถกแกไขไดโดยไมมผลกระทบกบ interface20

Data Abstraction• Data abstraction

– โปรแกรม และขอมล เปนอสระจากกน

– โปรแกรม และ operation เปนอสระจากกน

• Conceptual representation of data– ขอมลถกนาเสนอในรปของ conceptual คอ ขอมลไมไดแสดง

รายละเอยดของการจดเกบ หรอไมไดแสดงรายละเอยดของ operations ทใชดาเนนการกบขอมลวาตดตงอยางไร

• Data model – Data Model คอรปแบบของขอมลทใชในการนาเสนอขอมลใน

รปแบบ conceptual 21

Support of Multiple Views of the Data

• View: ผใชรบรขอมลในมมมองทแตกตางกนได

– เปน Subset ของ database

– ประกอบดวยขอมลเสมอนจรงทไดมาจากขอมลทจดเกบอยใน

ฐานขอมล แตขอมลทอยในรปแบบของ view ไมไดจดเกบจรงใน

ฐานขอมล

• Multiuser DBMS – ผใชสามารถเขาถงขอมลจาก application ทแตกตางกนได

– DBMS มสงอานวยความสะดวกสาหรบการกาหนด views ทแตกตางกนให users ทหลากหลายได

22

Sharing of Data and Multiuser Transaction Processing

• Allow multiple users to access the database at the same time: อนญาตให user หลายๆคนเขาถงขอมลในฐานขอมลใน

เวลาเดยวกนได

• Concurrency control software: software ทใชควบคม

การทางานพรอมๆกน

– Concurrency control software ชวยทาใหมนใจไดวา ผใชหลายๆคนทพยายามทจะปรบปรงขอมลในเวลาเดยวกน สามารถควบคมการปรบปรงขอมลให

ถกตองตามความตองการได สงผลใหการปรบปรงขอมลมความถกตอง

• Online transaction processing (OLTP) application: สนบสนนโปรแกรมทประมวลผลขอมลแบบ online

23

Sharing of Data and Multiuser Transaction Processing (cont'd.)

• Transaction – เปนหวใจสาคญของ database applications– ขบวนการทสามารถดาเนนการกบขอมลทจดเกบอยในหนง

ฐานขอมล หรอหลายฐานขอมลได

– Isolation property (คณสมบต): แตละ transaction จะถกดาเนนการแยกจาก transaction อนๆ

– Atomicity property: หากมการดาเนนการกบขอมล ตองดาเนนการใหเสรจสมบรณ หากดาเนนการไมสมบรณ ตองคนสภาพเดมของขอมล

Transaction ประกอบดวยสวนของการดาเนนการ เพอบรหารจดการฐานขอมล ทอาจทา

ใหขอมลในฐานขอมลบางสวนถกอาน หรอถกเขยน 24

Actors on the Sceneคนทางานเบองหนา

• Database administrators (DBA) are responsible for: DBA ทาหนาท

– กาหนดสทธในการเขาถงขอมลในฐานขอมล

– ผประสานงาน และผดแลการใชฐานขอมลของผ ใช

– จดหาทรพยากรดาน software และ hardware ทสนบสนนการใชงาน

ฐานขอมล

• Database designers are responsible for: ทาหนาท

– กาหนดขอมลทจะจดเกบในฐานขอมล

– เลอกโครงสรางขอมลทเหมาะสมทจะใชสาหรบนาเสนอขอมล และจดเกบ

ขอมล25

Actors on the Scene (cont'd.)• End users: บคคลทเขาใชงานฐานขอมล

– ประเภทของ End Users• Casual end users: user ทใชงานปกตทวไป• Naive or parametric end users: user เฉพาะ เชน

Bank Teller, Reservation Agency • Sophisticated end users: user ทตองการ การ

ประมวลผลทซบซอน เชน นกคณตศาสตร นกวเคราะหธรกจ• Standalone users: user ทใชงานคนเดยว เชน

โปรแกรมสาเรจรปตางๆ เชน โปรแกรมบญช เปนตน

• System analysts– เกบรวบรวม และวเคราะหความตองการของผใช

• Application programmers – สรางโปรแกรมตามความตองการของผใช

26

Workers behind the Sceneคนทางานเบองหลง

• DBMS system designers and implementers– ออกแบบ และตดตง DBMS software package

• Tool developers– ออกแบบ และตดตงเครองมอ (tools) ตางๆทชวยสนบสนนการใช

งานฐานขอมล

• Operators and maintenance personnel– Run โปรแกรม และบารงรกษา hardware and software

สาหรบระบบฐานขอมล

27

Advantages of Using the DBMS Approach• Controlling redundancy: สามารถควบคมความซาซอนของ

ขอมลได โดยการทา– Data normalization – Denormalization: ในบางครงกจาเปนทจะตองทา

Denormalization (จดเกบขอมลซาซอน) เพอเพมความเรวในการสบคนขอมล

• Restricting unauthorized access: สามารถกาหนดสทธในการเขาถงขอมล เพอปองกนความเสยหายทจะเกดขนจากผ ทไมมสทธ

– ม subsystem ทใชสาหรบกาหนดความปลอดภยของขอมล และกาหนดสทธในการเขาใชขอมลของผใช

– Privileged software: ม software ทใชจดการสทธ

(authority) ตางๆ

28

Advantages of Using the DBMS Approach (cont'd.)

• Providing persistent storage for program objects: สามารถจดเกบ object แบบถาวรได

– Object ทมความซบซอนใน C++ ทอยใน memory ขณะท run โปรแกรม สามารถถกจดเกบอยางถาวรใน object-oriented Database

– Impedance mismatch problem• Object-oriented database systems typically

offer data structure compatibility: OODB คอสญลกษณของการเสนอโครงสรางขอมลทเขากนได (ซงมโครงสรางทแตกตางจาก Relational Database)

29Impedance mismatch problem: ปญหาความเขากนไมได

Advantages of Using the DBMS Approach (cont'd.)

• Providing storage structures and search techniques for efficient query processing: มโครงสรางของททใชจดเกบขอมล และเทคนคในการคนหาขอมล เพอ

ประสทธภาพในการคนหาขอมลไดเรวขน โดยมเทคนคตางๆดงตอไปน

– Indexes– Buffering and caching– Query processing and optimization

30

Advantages of Using the DBMS Approach (cont'd.)

• Providing backup and recovery– Backup and recovery (การกขอมล หรอคนสภาพขอมล)

subsystem of the DBMS is responsible for recovery

• Providing multiple user interfaces– Graphical user interfaces (GUIs)

• Representing complex relationships among data– May include numerous varieties of data that are

interrelated in many ways: สามารถนาเสนอความสมพนธของ

ขอมลทมความหลากหลาย และเกยวของสมพนธกนหลายๆทาง31

Advantages of Using the DBMS Approach (cont'd.)

• Enforcing integrity constraints– Referential integrity constraint

• Every section record must be related to a course record

– Key or uniqueness constraint• Every course record must have a unique value for

Course_number

– Business rules– Inherent rules of the data model: กฎทสบทอดมาจาก

data model เชน ความสมพนธระหวางสอง entities

32

Advantages of Using the DBMS Approach (cont'd.)

• Permitting inferences (การอนมาน การสรป) and actions using rules– Deductive database systems

• Provide capabilities for defining deduction rules• Inferencing new information from the stored database

facts• e.g. Create new student must under the defined rules

– Trigger • Rule activated (กระตน) by updates to the table

– Stored procedures• More involved procedures to enforce rules

33

Advantages of Using the DBMS Approach (cont'd.)

• Additional implications of using the database approach– Reduced application development time: ชวยลดเวลา

ในการพฒนาโปรแกรม

– Flexibility: มความยดหยน

– Availability of up-to-date information: ทาใหขอมลเปน

ปจจบน

– Economies of scale: ประหยดคาใชจาย

34

A Brief History of Database Applications• Early database applications using hierarchical and

network systems– A data model in which the data is organized into a tree-like

structure. The data is stored as records which are connected to one another through links.

35Reference: http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/14071/14409392/Learning_Tracks/Ess10_CH05_LT3_Hierarchical_and_Network_Data_Models.pdf

A Brief History of Database Applications

• Providing data abstraction and application flexibility with relational databases– Separates physical storage of data from its

conceptual representation – Provides a mathematical foundation (พนฐานในการ

คานวณทางคณตศาสตร) for data representation and querying

36

A Brief History of Database Applications (cont'd.)

• Object-oriented applications and the need for more complex databases– Used in specialized applications: engineering design,

multimedia publishing, and manufacturing systems

• Interchanging data on the Web for e-commerce using XML: การแลกเปลยนขอมลบน Web สาหรบ

e-commerce โดยใช eXtensible Markup Language (XML)– XML primary standard for interchanging data among

various types of databases and Web pages

37

A Brief History of Database Applications (cont'd.)

• Extending database capabilities for new applications– Enterprise resource planning (ERP)– Customer relationship management (CRM)

• Databases versus information retrieval– Information retrieval (IR)

• Deals with books, manuscripts, and various forms of library-based articles

38

When Not to Use a DBMS• More desirable to use regular files for: เมอใดทไมตองใช

Database โดยทใช file ขอมลปกตแทน– Simple, well-defined database applications not

expected to change at all: ขอมลมโครงสรางทไมซบซอน และไมมการเปลยนแปลง

– Stringent, real-time requirements that may not be met because of DBMS overhead: ระบบทตองการความรวดเรวทไมสามารถรอไดจากการเสยเวลาทเกดจาก overhead ของ DBMS

– Embedded systems with limited storage capacity: ระบบฝงตวทมขอจากดของททใชจดเกบขอมล

– No multiple-user access to data: มผใชขอมลเพยงคนเดยว

39

Summary

• Database – Collection of related data (recorded facts)

• DBMS – Generalized software package for implementing

and maintaining a computerized database

• Several categories of database users• Database applications have evolved

– Current trends: IR, Web

40