ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΙΙου ΕΤΟΥΣ_ae82b9eb-8b90-4840-b02a-b410e698a21d

ΣΧΟΛΗ ΜΟΝΙΜΩΝ ΥΠΑΞΙΩΜΑΤΙΚΩΝ ΣΤΡΑΤΟΥ ΞΗΡΑΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΙΙου ΕΤΟΥΣ 1. ΔΟΜΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 2. ΒΑΣΕΙΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΣΥΝΤΑΞΗΣ: ΓΡΑΦΕΙΟ ΕΡΕΥΝΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΑΘΗΝΑ, 2021 ΤΥΠΟΓΡΑΦΕΙΟ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΣΤΡΑΤΟΥΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΔΟΜΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1. Δεδομένα και πληροφορίες.......................................................................5 2. Δεδομένα οργανωμένα σε αρχεία.............................................................8 3. Βάσεις Δεδομένων και Σύστημα Διαχείρισης Βάσης Δεδομένων...........13 4. Αρχιτεκτονική των Συστημάτων Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων .........16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 1. Βασικές έννοιες του μοντέλου Οντοτήτων Συσχετίσεων (ΟΣ)................18 2. Τι είναι οι «Οντότητες» ...........................................................................18 3. Ιδιότητες ή χαρακτηριστικά οντοτήτων ...................................................19 4. Κλειδιά ....................................................................................................22 5. Συσχετίσεις μεταξύ οντοτήτων................................................................235 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΔΟΜΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Κεφάλαιο 1 1. Δεδομένα και πληροφορίες Ο άνθρωπος, στην καθημερινή του ζωή, χρειάζεται ένα πλήθος από πληροφορίες, που τον βοηθούν να καταλαβαίνει όσα συμβαίνουν γύρω του, να παίρνει αποφάσεις και να δίνει λύσεις σε διάφορα προβλήματα που παρουσιάζονται στο σπίτι, στο σχολείο, στην εργασία, στη διασκέδαση και γενικότερα σε όλο το φάσμα των δραστηριοτήτων του. Ως καθημερινή έκφραση, πληροφορία σημαίνει ειδήσεις, νέα, γεγονότα και ιδέες που αποκτώνται και θεωρούνται ως γνώση. Όταν ανέτειλε η εποχή των ηλεκτρονικών τηλεπικοινωνιών, στις αρχές του 20ού αιώνα, προέκυψε και η θεωρία των πληροφοριών. Τότε η πληροφορία, και άλλα μεγέθη που αφορούσαν την ταχύτητα της, τη χωρητικότητα της κτλ. ορίστηκαν με αυστηρούς μαθηματικούς νόμους. Οι πιο σπουδαίες πρακτικές επιτυχίες της θεωρίας των πληροφοριών, αρχικά, αναφέρονται στην εκπομπή των εικόνων της τηλεόρασης, στη σχεδίαση των συστημάτων ραντάρ, στην ανάκτηση μηνυμάτων από τα διαστημόπλοια, και τώρα πλέον στη κινητή τηλεφωνία, στην επικοινωνία των υπολογιστών κτλ. Συνεπώς, ο όρος πληροφορία χρησιμοποιείται σε διάφορες επιστήμες αλλά και στην καθημερινή ζωή, όχι πάντα με την ίδια σημασία. Από τους διάφορους ορισμούς που έχουν δοθεί εμείς, για τις ανάγκες του παρόντος βιβλίου, θα κρατήσουμε τον ορισμό της Αμερικανικής Επιτροπής Εθνικών Προτύπων (ANSI American National Standards Committee) που αναφέρει ότι πληροφορία είναι η σημασία που έχουν για τον άνθρωπο τα στοιχεία, από τα οποία αυτή αποτελείται. Ορισμός: Στοιχεία πληροφορίας ή Δεδομένα (DATA) είναι οποιαδήποτε παράσταση, όπως χαρακτήρες ή αριθμητικές ποσότητες, σύμβολα κτλ., στην οποία δίνεται ή είναι δυνατόν να δοθεί μια σημασία (έννοια). Ορισμός: Πληροφορία είναι η σημασία που δίνει ο άνθρωπος σε ένα σύνολο δεδομένων, τα οποία επεξεργάζεται με τη βοήθεια προκαθορισμένων συμφωνιών που έχουν θεσπιστεί από τον ίδιο. Από τους ορισμούς προκύπτει ότι τα δεδομένα μπορεί να είναι αποσπασματικά και ακατέργαστα. Όμως, η συλλογή και ο συσχετισμός των δεδομένων δίνει ως αποτέλεσμα την πληροφορία. Ο συσχετισμός δεδομένων βέβαια, ακολουθεί συγκεκριμένους κανόνες, π.χ. γραμματικούς για τη γλώσσα, διαχωρισμό των bytes για τα δυαδικά ψηφία κτλ., που στον ορισμό αναφέρονται ως προκαθορισμένες, από τους ανθρώπους φυσικά, συμφωνίες. Για να γίνουν περισσότερο κατανοητά τα παραπάνω, δίνεται ένα απλό παράδειγμα.6 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Όνομα Ελεάνα Επώνυμο Προξένου Διεύθυνση κατοικίας Ανδρέου Μεταξά 59 Ημερομηνία γέννησης 19/9/1980 Τόπος γέννησης Μελβούρνη Ανάστημα 1.75 Χρώμα ματιών Πράσινο Η ανθρώπινη μνήμη έχει πολύ περιορισμένες δυνατότητες στο να αποθηκεύει και να συγκρατεί αναλλοίωτα όλα τα δεδομένα που χρειάζεται ή που μπορεί, κάποια στιγμή να χρειαστεί. Γι’ αυτό το λόγο, ο άνθρωπος επινόησε διάφορους τρόπους μόνιμης αποθήκευσης των δεδομένων, δημιουργώντας συλλογές, που συνήθως έχουν ορισμένο σκοπό ή ορισμένο αντικείμενο. Όμως, δεν είναι αρκετό για τον άνθρωπο να συλλέγει και να αποθηκεύει τα δεδομένα που χρειάζεται. Πρέπει ταυτόχρονα να τα οργανώνει μέσα σε συλλογές με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορεί να τα βρίσκει και να τα αξιοποιεί εύκολα και γρήγορα τη στιγμή που τα χρειάζεται. Χωρίς το κατάλληλο σύστημα οργάνωσης, οι συλλογές δεδομένων θα ήταν πρακτικά άχρηστες. Φανταστείτε, π.χ., ένα τηλεφωνικό κατάλογο, στον οποίο τα ονόματα των συνδρομητών δε θα ήταν ταξινομημένα αλφαβητικά, αλλά θα αναγράφονταν με τυχαίο τρόπο. Κανείς δεν θα ήταν διατεθειμένος να διαβάσει ολόκληρο τον κατάλογο, προκειμένου να βρει ένα τηλέφωνο. Ή φανταστείτε μια βιβλιοθήκη με χιλιάδες τόμους βιβλίων, που δε διαθέτει έστω και κάποιο στοιχειώδες σύστημα τήρησης εγγραφών με το οποίο να καταγράφονται και να ταξινομούνται τα βιβλία κατά θέμα, συγγραφέα, χρονολογία έκδοσης κτλ. Θα ήταν πρακτικά αδύνατο για το βιβλιοθηκάριο να γνωρίζει τι βιβλία υπάρχουν στα ράφια, πού βρίσκονται κτλ. Δε θα μπορεί, δηλαδή, να κάνει τη δουλειά του. Έτσι, ο άνθρωπος, εκτός από μόνιμους τρόπους αποθήκευσης των δεδομένων, επινόησε και τρόπους ευέλικτης και αποδοτικής, οργάνωσής τους. Για παράδειγμα, η αρχειοθήκη καρτελών τις οποίες χρησιμοποιεί μια εμπορική επιχείρηση, για να τηρεί τα ατομικά στοιχεία των υπαλλήλων της, των προμηθευτών της και των πελατών της, ομοίως η αρχειοθήκη καρτελών τις οποίες χρησιμοποιεί μια αποθήκη, για να γνωρίζει και να παρακολουθεί τα αποθέματα των υλικών της, ο τηλεφωνικός κατάλογος, που αναφέραμε παραπάνω κτλ. αποτε-λούν χαρακτηριστικά παραδείγματα χειρογραφικών συστημάτων αποθήκευσης και οργάνωσης δεδομένων. Οι βασικές λειτουργίες που τα χειρογραφικά αυτά συστήματα παρείχαν στους χρήστες τους, και που, όπως θα δούμε παρακάτω, υιοθετήθηκαν και επεκτάθηκαν στα αντίστοιχα ηλεκτρονικά συστήματα , ήταν: α. Εισαγωγή νέων δεδομένων β. Διαγραφή δεδομένων γ. Ανάκληση δεδομένων δ. Ενημέρωση δεδομένων Για να γίνουν περισσότερο κατανοητές οι παραπάνω λειτουργίες, παραθέτουμε ένα απλό παράδειγμα: Παράδειγμα Ας υποθέσουμε ότι ο ιδιοκτήτης ενός DVD Club χρησιμοποιεί μια αρχειοθήκη καρτελών, για να παρακολουθεί τις ενοικιάσεις ταινιών στους πελάτες του. Κάθε καρτέλα αντιστοιχεί σε έναν πελάτη και περιλαμβάνει τα στοιχεία που απεικονίζονται στο σχήμα. Επώνυμο: Όνομα: Κωδικός: Διεύθυνση Τηλέφωνο: Αρ. Ταυτότητας: Τίτλος Ταινίας Κωδ. Ταινίας Ημερ/νία Δανεισμού Ημερ/νία Επιστροφής Παρατηρήσεις Όταν ένας πελάτης δανείζεται μια ταινία, ο ιδιοκτήτης του DVD Club βρίσκει (ανακαλεί) την καρτέλα του από την αρχειοθήκη και την ενημερώνει, δηλαδή συμπληρώνει σ’ αυτήν τον τίτλο και τον κωδικό της ταινίας, καθώς και την ημερομηνία ενοικίασης. Όταν ο πελάτης επιστρέφει την ταινία, ο ιδιοκτήτης ενημερώνει εκ νέου την καρτέλα, συμπληρώνοντας την ημερομηνία επιστροφής στην αντίστοιχη στήλη. Για κάθε νέο πελάτη προσθέτει (εισάγει) μια νέα καρτέλα στην αρχειοθήκη, ενώ, για κάθε πελάτη που παύει να είναι μέλος της λέσχης, καταργεί (διαγράφει) την αντίστοιχη καρτέλα. Η οργάνωση των καρτελών μέσα στην καρτελοθήκη είναι αλφαβητική και έτσι μπορεί ο ιδιοκτήτης πολύ γρήγορα να βρει την καρτέλα οποιουδήποτε πελάτη. ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΔΟΜΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 78 Η δυνατότητα των ψηφιακών υπολογιστών να αποθηκεύουν μεγάλο όγκο δεδομένων με ταχύτητα ακρίβεια και ασφάλεια, είχε ως αποτέλεσμα να αναπτυχθούν από πολύ νωρίς συστήματα ηλεκτρονικής τήρησης δεδομένων. Έτσι, τα δεδομένα αποθηκεύονταν με τη μορφή αρχείων σε ψηφιακά μέσα, όπως μαγνητικές ταινίες και μαγνητικούς δίσκους, με τη χρήση κατάλληλων εφαρμογών λογισμικού (δηλαδή, συστήματα προγραμμάτων που έχουν αυτό το σκοπό). Ταυτόχρονα, οι εφαρμογές αυτές, εκτός από τη δυνατότητα εισαγωγής και αποθήκευσης δεδομένων στο σύστημα, έδιναν επιπλέον στο χρήστη τη δυνατότητα να ανακαλεί, ενημερώνει, διαγράφει και γενικά να επεξεργάζεται και να αξιοποιεί με ποικίλους τρόπους τα δεδομένα των αρχείων. 2. Δεδομένα οργανωμένα σε αρχεία Ο πιο παραδοσιακός και περισσότερο διαδεδομένος τρόπος οργάνωσης, με τον οποίο τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται από ηλεκτρονικούς (ψηφιακούς) υπολογιστές οργανώνονται στα μέσα αποθήκευσής τους, είναι σε αρχεία εγγραφών. Για να υπενθυμίσουμε ορισμένες έννοιες, ας πάρουμε το παράδειγμα του DVD Club. Κάθε καρτέλα αντιστοιχεί σε έναν πελάτη και περιλαμβάνει τα εξής στοιχεία: • Κωδικό πελάτη • Ονοματεπώνυμο πελάτη • Διεύθυνση πελάτη • Τηλέφωνο πελάτη • Αριθμό ταυτότητας • Τίτλους ταινίας Ας υποθέσουμε, τέλος, για χάρη του παραδείγματος, ότι όλες οι καρτέλες φυλάσσονται σε ένα συγκεκριμένο συρτάρι και ας προσπαθήσουμε να φανταστούμε τη διαδικασία αυτή στο ηλεκτρονικό αντίστοιχό της. • Το αντίστοιχο του συρταριού είναι το αρχείο δεδομένων. • Κάθε καρτέλα μαθητή αποτελεί μια εγγραφή του αρχείου. • Τέλος, κάθε στοιχείο που περιλαμβάνεται στην καρτέλα είναι ένα πεδίο. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι, το αρχείο θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως ένα σύνολο οργανωμένων ομοειδών στοιχείων. Μέσα σε ένα αρχείο τα στοιχεία οργανώνονται σε λογικές ενότητες. Το σύνολο των στοιχείων που περιέχονται σε μια λογική ενότητα ονομάζεται εγγραφή (record). Το κάθε στοιχείο της εγγραφής που καταχωρίζεται στο αρχείο ονομάζεται πεδίο. Για παράδειγμα, το αρχείο προσωπικού μιας εταιρείας περιέχει στοιχεία που αφορούν μόνο το προσωπικό της εταιρείας και για κάθε υπάλληλο δημιουργείται μια εγγραφή ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΔΟΜΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ που περιέχει συγκεκριμένα στοιχεία γι’ αυτόν. Δηλαδή, το αρχείο περιέχει τόσες εγγραφές όσοι είναι και οι υπάλληλοι της εταιρείας. Ορίζοντας καλύτερα τώρα τις έννοιες μπορούμε να δώσουμε τους παρακάτω ορισμούς. Αρχείο (file) είναι ένα σύνολο εγγραφών λογικά συνδεδεμένων μεταξύ τους, που είναι καταχωρισμένες σε ένα (ή και περισσότερα, σύμφωνα με τις δυνατότητες της σημερινής τεχνολογίας) μαγνητικό μέσο αποθήκευσης. Εγγραφή (record) του αρχείου είναι το σύνολο των πεδίων που ανήκουν στην ίδια λογική ενότητα. Πεδίο (field) είναι ένα από τα επιμέρους στοιχεία-πληροφορίες που συνθέτουν την εγγραφή, όπως αυτή θα καταχωριστεί σε ένα αρχείο. Το πεδίο, καθώς γίνεται η επεξεργασία του από τον Η/Υ, δεσμεύει κάποιο χώρο στην κεντρική ή στη δευτερεύουσα μνήμη του υπολογιστή, χώρο ο οποίος μετριέται σε bytes. Ο αριθμός των απαιτούμενων bytes είναι το μήκος του πεδίου (field length). Με βάση τις τιμές που μπορούν να δεχτούν, μπορούμε να τα διακρίνουμε τα πεδία σε διάφορες κατηγορίες. Οι κυριότερες από αυτές είναι οι παρακάτω: • Αλφαριθμητικά (alphanumeric), όταν περιέχουν αλφαβητικούς χαρακτήρες, ειδικούς χαρακτήρες, αριθμούς ή συνδυασμούς αυτών. • Αριθμητικά (numeric), όταν περιέχουν μόνο αριθμούς. • Αλφαβητικά (alphabetic), όταν περιέχουν μόνο αλφαβητικούς χαρακτήρες. • Ημερομηνίας (date), όταν έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης ημερομηνιών με διάφορες μορφές (π.χ., 12-12-98 ή 12-03-1998 κ.ο.κ., ανάλογα με το προ- γραμματιστικό περιβάλλον που χρησιμοποιείται). • Δυαδικά (binary), όταν είναι κατάλληλα να αποθηκεύουν ειδικού τύπου δεδομένα, όπως εικόνα, ήχο, video κτλ.. • Λογικά (logical), όπου επιτρέπονται μόνο δύο τιμές οι οποίες αντιστοιχούν σε δύο διακριτές καταστάσεις: Αλήθεια (True) ή Ψεύδος (False). • Σημειώσεων (memo), όπου είναι επιτρεπτή η εισαγωγή κειμένου με μεταβλητό μήκος, το οποίο, συνήθως, χρησιμοποιείται για την αποθήκευση σημειώσεων (κειμένου), που μπορεί, ανάλογα και με το περιβάλλον ανάπτυξης, να είναι και αρκετά μεγάλο. Μήκος εγγραφής (record length) είναι το άθροισμα του μήκους των πεδίων που την αποτελούν. Δομή εγγραφής (ή γραμμογράφηση) (record layout) είναι ο τρόπος με τον οποίο οργανώνονται τα πεδία της. Το βασικό στοιχείο που καθορίζει τη δομή 910 εγγραφής είναι η σειρά με την οποία εμφανίζονται τα πεδία μέσα στην εγγραφή, δηλαδή ποιο είναι πρώτο, ποιο δεύτερο κ.ο.κ. Τα προγράμματα εφαρμογών διαχείρισης των αρχείων διαβάζουν ή γράφουν τα δεδομένα στα αρχεία με τη μορφή των εγγραφών. Διάβασμα (read) από αρχείο σημαίνει, στη γλώσσα των υπολογιστών, ότι το πρόγραμμα πηγαίνει στο μέσο αποθήκευσης του αρχείου, παίρνει τα δεδομένα (συνήθως ανά μία εγγραφή) και τα φέρνει στην κεντρική μνήμη του υπολογιστή, για να τα επεξεργαστεί σύμφωνα με το σχεδίασμά του. Γράψιμο (write) στο αρχείο σημαίνει, ότι το πρόγραμμα επεξεργάζεται δεδομένα που βρίσκονται στην κεντρική μνήμη του υπολογιστή, και στη συνέχεια δίνει εντολή για αποθήκευση, μεταβολή ή και διαγραφή εγγραφών στο αρχείο. Τα πρώτα συστήματα εφαρμογών ηλεκτρονικής τήρησης δεδομένων, που χρησιμοποιήθηκαν (και χρησιμοποιούνται ακόμα) για την αποθήκευση και εκμετάλλευση πληροφοριακών δεδομένων, ήταν οργανωμένα σε ανεξάρτητα και μεμονωμένα αρχεία. Τα συστήματα αυτά αναπαράγουν, ως ένα βαθμό, τη λογική οργάνωσης των πληροφοριών των αντίστοιχων χειρογραφικών συστημάτων και ταυτόχρονα την επεκτείνουν, αξιοποιώντας τις τεράστιες δυνατότητες που παρέχει η τεχνολογία των Υπολογιστών. Χαρακτηριστικό των εφαρμογών αυτών, που αρχικά είχαν αναπτυχθεί σε συμβολική γλώσσα (assembly) και αργότερα (αρχές της δεκαετίας του ‘60), σε γλώσσες υψηλού επιπέδου, όπως π.χ., οι COBOL, ALGOL, PASCAL, C κ.ά., ήταν ότι, για να μπορέσουν να επικοινωνήσουν με τα αρχεία, έπρεπε να γνωρίζουν τον ακριβή τρόπο οργάνωσης των δεδομένων μέσα σ’ αυτά. Με άλλα λόγια για να μπορέσει μια εφαρμογή να διαβάσει τα δεδομένα ενός αρχείου, να εγγράψει νέα δεδομένα, να μεταβάλει ή διαγράψει κάποια από αυτά, πρέπει να περιλαμβάνει στον κώδικά της ένα τμήμα που να περιγράφει με ποια σειρά αποθηκεύονται τα δεδομένα στο αρχείο, πώς αναπαριστάνονται, πόσο χώρο καταλαμβάνει το καθένα στο φυσικό μέσο κτλ. Αλλά και γενικότερα, η λογική συγγραφής του κώδικα της εφαρμογής πρέπει να είναι συμβατή με τον τρόπο οργάνωσης των δεδομένων των αρχείων με τα οποία επικοινωνεί. Αυτό το είδος της απευθείας επικοινωνίας της εφαρμογής με τα αρχεία δεδομένων, την οποία εξασφαλίζει ο κώδικας της κάθε εφαρμογής ξεχωριστά, ονομάζεται φυσική διεπαφή (interface) της εφαρμογής με το αρχείο. Έτσι, κάθε εφαρμογή μπορεί να επικοινωνήσει μόνο με τα δικά της αρχεία, όπως φαίνεται στο σχήμα. Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι στα συστήματα αυτά οι εφαρμογές είναι σε μεγάλο βαθμό εξαρτημένες από τα δεδομένα (data-dependent). Η εξάρτηση των εφαρμογών από τα δεδομένα αποτελεί σοβαρό μειονέκτημα για τον εξής λόγο: Συχνά, λόγοι βελτίωσης της απόδοσης μιας εφαρμογής, ή λόγοι κάλυψης νέων αναγκών που προκύπτουν για τους χρήστες επιβάλλουν την υιοθέτηση αλλαγών στη δομή ή στον τρόπο προσπέλασης στα αρχεία. Αλλαγή στα αρχεία, σημαίνει ότι αντίστοιχες αλλαγές θα πρέπει να γίνουν και στον κώδικα της εφαρμογής ή των εφαρμογών που τα χρησιμοποιούν. Αυτές όμως οι αλλαγές στον κώδικα είναι συνήθως εκτεταμένες και επίπονες και συνεπάγονται μεγάλο κόστος.