データベース論 朝日大学大学院経営学研究科奥山徹 u.ac.jp 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 1

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1 データベース論 朝日大学大学院経営学研究科奥山徹 u.ac.jp 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 1

2 講義日程 4 月 17 日ガイダンスおよび集合論の基礎 4 月 24 日リレーショナルデータベースの基礎 5 月 01 日データ操作言語 5 月 08 日データベースの論理設計 5 月 15 日 SQL( ( データベース操作言語 ) の基礎 5 月 22 日データベース管理システム 5 月 29 日データベースの内部スキーマ 6 月 05 日質問処理とその最適化 6 月 12 日トランザクション処理 6 月 16 日分散データベース序説 6 月 26 日定期試験 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 2

3 データの収集 蓄積 利用 ( 再掲 ) データ 実世界 アクセプタ 編集加工 蓄積 要求処理 ユーザ データ要求 データの収集 データ ( フィードバック ) データの蓄積データの利用 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 3

4 データと情報 ( 再掲 ) 新データベース論 より データ : 人間または自動的手段によって行われる通信 解釈 処理に適するように形式化された事実 概念または指令の表現 情報 : データを表現するために用いた約束に基づいて 人間がデータに割り当てた意味 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 4

5 歴史 1963 年 :IDS(Integrated : Data Store), Honeywell が嚆矢 1970 年ころまで : 主要な 3 つのデータモデル ( 階層型 ネットワーク型 関係型 ) が出揃う 1970 年代後半 : 演繹データベース オブジェクト指向データベース 1980 年代後半 : インターネット時代のデータベース ( 大規模分散化 ) 現在 : 検索エンジンの隆盛 ( 全文検索 データマイニング ) 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 5

6 データベースと DBMS データベース 複数の人あるいはアプリケーションが共同利用する共同利用することを目指してことを目指して組織的に集める永続的なデータの集まり スキーマ Schema 永続性共有性 Persistency Sharing データベースを管理すソフトウェアシステム DBMS(Database Management System) 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 6

7 永続性 (Persistency) 広義 : データの生存時間 (Life Time) 狭義 : アプリの実行中はその値が保存される 一般のアプリケーション アプリケーションの実行中に値が設定される データベース アプリケーションのがデータベースのフィールドの値を変更する A.date 2002/04/19 A.date 2002/04/19 アプリケーションの終了ととものこの値は消滅する ファイルに保存 アプリケーションが終了してもデータベース内のフィールドの値は保存される 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 7

8 ファイルとデータベース ファイル : 特定のアプリケーションでの利用を想定した特殊なレコード形式をもつデータ保存ユニット たとえば MS-WORD のファイル (x.doc) データベース : アプリケーションとは独立に存在し ( 共有性 データの独立性 ) レコード形式がデータベースのスキーマ ( 後述 ) により決定されている 永続性だけ見ればファイルとデータベースは大差ない 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 8

9 共有性 (Data Sharing) 同じデータを複数のアプリケーションで使用する ファイルは特別のアプリケーション用にデータ構造が最適化される 他のアプリケーションに利用する際のオーバヘッド 共有されるべきデータと特有なデータの取り扱いの問題 同時アクセスによるファイルの更新矛盾の問題 データベースはこれらの問題を解決するためにデータを統一管理する枠組みを与える 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 9

10 スキーマ (Schema) データベースの論理構造 格納すべきデータの表現 ( 属性 型 一貫性制約など ) を定義するメタデータ 複雑な実世界のデータをいかに自然に表現するかが問題 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 10

11 データベースの利点 データの冗長性の除去 データの一致性の確保 データの共有化 データ構造の標準化 データの機密保護 データの一貫性の確保 各種の要求のバランス化 大量データの効率的管理 高機能言語によるアプリケーション作成の容易化 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 11

12 データベースの問題点 データベースの巨大化 設計の難しさ ソフトウェアの巨大化 データベース管理者 障害対応とセキュリティ 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 12

13 データの独立性 (Data Independency) アプリケーション間の独立性 異なったアプリケーションに対し 同一データの異なった処理を可能とする データとアプリケーション間の独立性 要求条件の変化に応じて アプリケーションに影響を与えることなく データの格納方法などを変更できる 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 13

14 ANSI/X3/SPARC の3 層スキーマ構造 データベースの取り扱うスキーマを次の 3 つに分けて考える 外部 (external) スキーマ : ユーザインターフェイス 概念 (conceptual) ) スキーマ : データ構造の論理的枠組み 内部 (internal) スキーマ : ファイルシステムとのインターフェイス データの独立性実現のための枠組み 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 14

15 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 15 3 層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図層スキーマ構造の概念図実世界実世界実世界実世界実世界実世界実世界実世界内部スキーマ内部スキーマ内部スキーマ内部スキーマ内部スキーマ内部スキーマ内部スキーマ内部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ外部スキーマ概念スキーマ概念スキーマ概念スキーマ概念スキーマ概念スキーマ概念スキーマ概念スキーマ概念スキーマデータベーススキーマデータベーススキーマデータベーススキーマデータベーススキーマデータベーススキーマデータベーススキーマデータベーススキーマデータベーススキーマアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーション表現表現表現表現表現表現表現表現写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像写像

16 データベース vs 情報検索システム データベース : 組織的に集めたデータの集まり DBMS が管理する 情報検索システム : 有益なデータを電子化して 必要に応じて提供する 情報検索のためのデータベース 2つは共通している部分が多い 要求条件が異なるので 別の分野として扱われることが多い 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 16

17 情報検索のためのデータベース 専用化 (DBMS ( を用いないことが多い )= ファイルの集まり 構造の独自性 ( データモデルを用いない ) 挿入頻度 : 多更新頻度 : 少 共有性は重視されない 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 17

18 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 18 データベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースと周辺システムデータベースデータベースデータベースデータベースデータベースデータベースデータベースデータベース管理システム管理システム管理システム管理システム管理システム管理システム管理システム管理システムオンラインオンラインオンラインオンラインオンラインオンラインオンラインオンライントランザクショントランザクショントランザクショントランザクショントランザクショントランザクショントランザクショントランザクション処理システム処理システム処理システム処理システム処理システム処理システム処理システム処理システム情報検索情報検索情報検索情報検索情報検索情報検索情報検索情報検索システムシステムシステムシステムシステムシステムシステムシステム

19 基本概念 データモデル データ操作 ( 含むトランザクション ) DBMS 最新データベース事情 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 19

20 データモデルリング DBMS( ( 後に詳述 ) を特徴付けるもの スキーマ ( 論理構造 ) データモデルリング (Data Modeling) データモデルリング 論理モデル データ定義 (Data Definition) データ操作 (Data Manipulation) 一貫性制約 (Integrity Constraint) 概念モデル 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 20

21 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 21 概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル概念モデルと論理モデル実世界実世界実世界実世界実世界実世界実世界実世界アクセプタアクセプタアクセプタアクセプタアクセプタアクセプタアクセプタアクセプタ論理論理論理論理論理論理論理論理モデルモデルモデルモデルモデルモデルモデルモデル概念概念概念概念概念概念概念概念モデルモデルモデルモデルモデルモデルモデルモデル概念モデル概念モデル概念モデル概念モデル概念モデル概念モデル概念モデル概念モデル記述言語記述言語記述言語記述言語記述言語記述言語記述言語記述言語データモデルデータモデルデータモデルデータモデルデータモデルデータモデルデータモデルデータモデル概念モデリング概念モデリング概念モデリング概念モデリング概念モデリング概念モデリング概念モデリング概念モデリング論理モデリング論理モデリング論理モデリング論理モデリング論理モデリング論理モデリング論理モデリング論理モデリング記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系記号系データベース設計者データベース設計者データベース設計者データベース設計者データベース設計者データベース設計者データベース設計者データベース設計者

22 概念モデル 実世界のデータ構造に対するデーベース設計者による記述形式 概念モデル記述言語 実体 - 関連モデル (Entity-Relationship Model) 意味データモデル (SDM:Semantic Data Model) CAD モデル (Computer Aided Design Model) 知識表現言語 (Knowledge Representation Language) オブジェクト指向モデル (Object-oriented Model) 自然言語 (Natural Language) 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 22

23 実体 - 関連 (E-R) ( ) モデル 関連 値引 実体 1 受注 1 内訳 N 値引率受注明細 営業所名伝票番号取引先名日付合計 営業所名伝票番号明細番号商品名 属性 1 個数 記載単価 1 商品名金額 N 商品定価 商品カテゴリ 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 23

24 論理モデル 概念モデルを実際のデータベースへ実装可能なようにする記述形式 データモデル (Data Model) 階層モデル (Hierarchical Model) ネットワークモデル (Network Model) 関係モデル (Relational Model) 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 24

25 階層モデル 1968 年 :IBM : のIMS(Information Management System) において実装されたモデル 親レコードと子レコードを木 (Tree) 状となるようにポインタで結合 G1 カラーテレビ 56,000 C1 S 電気商会 25 C2 X マート 18 G2 DVD プレーヤ 83,000 C2 X マート 10 C3 N ネット販売 /04/24 データベース論 (2 回目 ) 25

26 ネットワークモデル 1963 年 :IDS : で採用されたモデル CODASYL が標準規格を提案 (DBTG ネットワークモデル ) レコード間を網状にポインタで結合 G1 カラーテレビ 56,000 G2 DVDプレーヤ 83, C1 S 電気商会 C2 X マート C3 N ネット販売 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 26

27 関係モデル 1970 年 :IBM : のコッドにより提案されたモデル 集合論に基づいて作成されたモデル ( See: : 知識情報数学資料 数学的なリレーションに対応して表で表現 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 27

28 商品 商品番号 G1 G2 納品 商品番号 G1 G1 G2 G2 関係モデル (2) 商品名 カラーテレビ DVD プレーヤ 価格 56,000 プレーヤ 38,000 顧客番号 C1 C2 C2 C3 数量 顧客 顧客番号 顧客名 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 28 C1 C2 C3 S 電気商会 X マート Nネット販売

29 データ言語 データ定義言語 (Data Description Language: DDL): : データ定義のための言語 データ操作言語 (Data Manipulation Language:DML) DML): : データ操作を記述する言語 データの検索 データの更新 ( ただし 検索してから更新 ) 問い合わせとも呼ぶ 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 29

30 データ操作とトランザクション データ操作の基本単位 トランザクション (Transaction): : 一連の関連する操作をまとめて処理する トランザクションの原始性 (Atomization): : トランザクション内のすべての操作は有効 ( コミット ) か無効 ( アボート ) かの二者択一 同時実行制御 (Concurrency Control): : 複数のトランザクションを無矛盾に実行できるように制御する トランザクションの直列化 (Serialization) 障害回復 (Recovery): : トランザクション実行中にエラーが起きた場合元に戻す必要がある ロールバック (Roll Back) 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 30

31 同時実行制御の必要性 たとえ次の 2つの処理を逐次実行する 1. データに 10 を加える 2. データを 1.1 倍する データ 100 に対して 上の順番で実行 :100 : = = 逆転すると :100 : =110+10= データベースの更新 : 読み出してから書き込むので平行して実行すると正しい結果とならないときがある 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 31

32 DBMS ユーザとデータベースのインターフェイスシステム DBMS の機能 メタデータ (Metadata) 管理 質問処理 (Query Processing) トランザクション管理 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 32

33 これからのデータベース 関係モデル 実体 - 関連モデル 非正規関係モデル意味データモデル複合オブジェクトモデル 演繹データベース オブジェクト指向データベース 演繹オブジェクト指向データベース 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 33

34 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 34

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40 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 40

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44 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 44

45 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 45

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47 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 47

48 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 48

49 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 49

50 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 50

51 まとめ データベースに関する基礎概念の確認 実世界とデータベースの関係を考える データモデリング データベース管理システム これからのデータベース像の要約 リレーショナルモデルの概要 レポート課題 データベースを構築することで 具体的にどのようなメリットがあるか 各自ポイントを絞って説明せよ データモデリングの過程を説明せよ 締め切り :5 : 月 9 日タイムスタンプ有効にて電子メールで メールアドレス :okuyama@ : okuyama@dsl.gr..jp サブジェクト : データベース論第二回課題 メール本文 : 必ず学籍番号 氏名を記入 2006/04/24 データベース論 (2 回目 ) 51