Introduction aux bases de données

1. Introduction aux bases de données Grégory Beurier LIRMM – Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier CNRS – Université Montpellier II

2. Définitions • Une Base de Données (BD) est un ensemble structuré d'informations mémorisées sur un support permanent et mises à disposition d'un ensemble d'utilisateurs, informaticiens ou non. • Un Système de Gestion de Base de Données (SGBD) est un logiciel général qui permet à l'utilisateur de manipuler les données dans des termes abstraits, sans tenir compte de la façon dont l'ordinateur les représente Introduction aux Bases de Données

3. Objectifs • Fidélité: image fidèle de la réalité • Unicité: Pas de redondances d’information • Indépendance: SGBD - modèle de stockage • Concurrence: Plusieurs accès simultanés • Performance • Confidentialité • Intégrité: fiabilité et cohérence • Robustesse: tolérance aux problèmes Introduction aux Bases de Données

4. Historique • Systèmes hiérarchiques et réseaux • Systèmes relationnels • Systèmes objets Introduction aux Bases de Données

5. Les intervenants humains • Utilisateurs naïfs • Utilisateurs traditionnels • Utilisateurs confirmés • Concepteurs de BD • Développeurs d’applications • Administrateurs de BD • Développeurs de BD Introduction aux Bases de Données

6. Niveaux d'abstraction • Niveau Conceptuel • Niveau Logique • Niveau Physique • Niveau Externe Introduction aux Bases de Données

7. Plan du cours • Le modèle entité association • Le modèle relationnel • Les langages d'interrogation Introduction aux Bases de Données

8. Le modèle entité association • Défini dans la méthode MERISE • Joue un rôle primordial en matière de modélisation conceptuelle de BD • 2 concepts principaux • Entité • Association Introduction aux Bases de Données

9. Concept d'entité • Une entité est définie comme tout concept concret ou abstrait que l'on reconnaît comme individualisable • Une entité possède une liste de propriétés appelées attributs • Le regroupement d'entités de même nature ayant les mêmes propriétés structurelles constitue un niveau générique appelé classe d'entités ou type d'entités • Exemples (classe d'entité : entité, …) • Voiture : 206, clio, … • Departement : Informatique, Math, Physique, Chimie, … Introduction aux Bases de Données

10. Identifiant d'une entité • Il faut prévoir un moyen de distinguer les entités : identifiant • A une valeur d'un identifiant correspond au plus une entité du type • Cette propriété est un invariant de la base, et constitue une contrainte d'intégrité • Exemples d'identifiants : • Pour une personne : le numéro de sécurité sociale • Pour une voiture : le numéro d'immatriculation Introduction aux Bases de Données

11. Nom de la classe Identifiant Attribut 1 Attribut 2 … Représentation d'une classe d'entité • Nom de la classe • Identifiant • Liste d'attributs Introduction aux Bases de Données

12. Concept d'association (1) • On admet que les entités sont en association les unes avec les autres • Dans le modèle de base, une association est définie comme un groupe de deux ou plusieurs entités, chacune jouant un rôle dans ce groupe • Une classe d'association est un regroupement d'associations de même sémantique Introduction aux Bases de Données

13. Concept d'association (2) • Une association peut avoir des attributs • Exemples d'associations : • Une personne conduit une voiture • Une personne travaille dans un département • Un acteur joue dans un film Introduction aux Bases de Données

14. PERSONNES VOITURES N_SS N_Immatriculation NOM TYPE ADRESSE MARQUE TEL COULEUR POSSEDE Représentation d'une association (1) • Le nom du rôle Introduction aux Bases de Données

15. ACTEUR FILM N_SS N_Film NOM JOUE GENRE ADRESSE DUREE TEL PRODUCTION Rôle Représentation d'une association (2) • L'association peut avoir un ou plusieurs attributs Introduction aux Bases de Données

16. Identifiant d'une association • Il faut prévoir un moyen de distinguer les associations d'une même classe : l'identifiant • Souvent on peut identifier une association à partir des entités qu'elle met en jeu • Une personne possède une voiture • Pas toujours • Un acteur joue dans un film : un même acteur peut jouer plusieurs rôles dans un même film… • On identifie l'association avec le l'acteur, le rôle et le film Introduction aux Bases de Données

17. Cardinalité • Permettent d'affiner la modélisation en en précisant le nombre d'association dans lesquelles une entité peut apparaître • Cardinalité minimum • Cardinalité maximum Introduction aux Bases de Données

18. A B A_id B_id A1 B1 A2 B2 A3 B3 Association Notation des cardinalités • Valeurs : 0, 1, N • On peut donc avoir : (0,1) ou (1,1) ou (0,N) ou (1,N) (min,max) (min,max) Introduction aux Bases de Données

19. PERSONNES VOITURES N_SS N_Immatriculation NOM TYPE ADRESSE MARQUE TEL COULEUR POSSEDE Exemple de cardinalité (1) (0,N) (1,1) Introduction aux Bases de Données

20. ACTEUR FILM N_SS N_Film NOM JOUE GENRE ADRESSE DUREE TEL PRODUCTION Rôle Exemple de cardinalité (2) (0,N) (0,N) Introduction aux Bases de Données

21. Construction d'un schéma entité association • A partir d'un texte écrit par un non spécialiste • Recenser toutes les informations pertinentes pour le problème • Recenser les classes d'entités • Définir les attributs des classes d'entités • Créer des classes d'associations pour relier les classes d'entités • Définir les attributs des associations • Ajouter les cardinalités Introduction aux Bases de Données

22. Exemple de problème : modélisation d'une bibliothèque universitaire La bibliothèque possède une collection de livres. Pour chaque livre on connaît le titre, le ou les auteurs, la maison d'édition, l'année. Pour chaque auteur on connaît le nom et le prénom, ainsi que la nationalité. (On note aussi la langue dans lequel le livre est écrit). La bibliothèque possède plusieurs exemplaires d'un même livre, et on connaît la date d'achat. Les étudiants peuvent emprunter plusieurs livres à la fois. On note la date d'emprunt. Pour chaque étudiant, on connaît le nom, le prénom, le numéro de carte d'étudiant ainsi que l'adresse. On associe aussi une catégorie à chaque livre. Introduction aux Bases de Données

23. LIVRE EXEMPLAIRE N_LIVRE N_EXEMPLAIRE TITRE DATE_ACHAT LANGUE AUTEUR ETUDIANT N_AUTEUR N_ETUDIANT ECRIT EMPRUNTE NOM NOM_ETUDIANT PRENOM PRENOM NATIONALITE ADRESSE Schéma E/A de la bibliothèque universitaire 1,N 1,1 EXISTE 1,1 1,N DATE_EMPRUNT 1,N 1,N Introduction aux Bases de Données

24. Le modèle relationnel • Proposé par Boyce CODD en 1970 • Concept clé : la RELATION • Normalisation • Beaucoup de SGBD commerciaux • Langage d'interrogation : SQL Introduction aux Bases de Données

25. Concepts de base (1) • Un ATTRIBUT est une colonne d'une relation, caractérisée par un nom • Gérard • Labrador • Bureau Louis XV • Un DOMAINE est un ensemble de valeurs, caractérisé par un nom • Ensemble d'entiers • Ensemble de chaînes de caractères • {rouge, vert, bleu} Introduction aux Bases de Données

26. Concepts de base (2) • Une RELATION est un sous ensemble du produit cartésien d'une liste de domaine, caractérisée par un nom • Arité : nombre de domaines • Cardinal : nombre de tuples • Le SCHEMA D'UNE RELATION est le nom de la relation suivie de la liste de ses attributs • Par exemple LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE) • Le SCHEMA D'UNE BASE DE DONNEES est l'ensemble des schémas des relations de la base et les contraintes associées • Une relation est appelée TABLE dans les SGBD Introduction aux Bases de Données

27. Les contraintes • CLE PRIMAIRE : ensemble d'attributs identifiant la relation • Correspond à la notion d'identifiant du modèle E/A • Plusieurs notations : • LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE) • LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE, clé : N_LIVRE) • CLE ETRANGERE : spécifie que la valeur de l'attribut doit exister dans l'extension d'une autre relation • Permet de représenter une association du modèle E/A quand la cardinalité maximale est 1 • Plusieurs notations : • EXEMPLAIRE(N_EXEMPLAIRE, DATE_ACHAT, N_ETUDIANT) • EXEMPLAIRE(N_EXEMPLAIRE, DATE_ACHAT, N_ETUDIANT, clé : N_EXEMPLAIRE, clé étrangère : N_ETUDIANT) Introduction aux Bases de Données

28. Valeurs nulles • Valeur particulière, notée NULL • Signifie pas de valeur • (Différente de 0) • Contrainte NOT NULL Introduction aux Bases de Données

29. Construction d'un schéma relationnel à partir d'un schéma E/A • Chaque classe d'entité devient une relation • La clé la chaque relation est définie à partir de l'identifiant de la classe d'entité • Chaque classe d'association devient : • Si la cardinalité maximum est à 1 : une clé étrangère • Si la cardinalité maximum est à N : une relation • La clé de la relation est définie à partir de l'identifiant de la classe d'association Introduction aux Bases de Données

30. Construction du schéma relationnel de la bibliothèque LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE) EXEMPLAIRE(N_EXEMPLAIRE, DATE_ACHAT, N_ETUDIANT, N_LIVRE) AUTEUR(N_AUTEUR, NOM_AUT, PRENOM_AUT, NATIONALITE) ETUDIANT(N_ETUDIANT, NOM_ETU, PRENOM_ETU, ADRESSE) ECRIT(N_AUTEUR, N_LIVRE) Introduction aux Bases de Données

31. Les langages d'interrogation • Langage d'interrogation "théorique" : algèbre relationnelle • Utilise les opérateurs ensemblistes • Langage d'interrogation réels • SQL (Simple Query Language) • Langage standard pour le modèle relationnel • Supporté par la majorité des SGBD • QBE (Query By Example) • Langage graphique, simple pour l'utilisateur • Utilisé par Access (SGBD Microsoft étudié en TP) Introduction aux Bases de Données

32. Union • Opération ensembliste notée  • Deux relations avec le même schéma • Résultat = les tuples des deux relations (sans les doublons) Introduction aux Bases de Données

33. Intersection • Opération ensembliste notée  • Deux relations A et B avec le même schéma • Résultat = les tuples qui sont dans A et dans B Introduction aux Bases de Données

34. Différence • Opération ensembliste notée - • Deux relations A et B avec le même schéma : • Résultat = les tuples de A qui ne sont pas dans B Introduction aux Bases de Données

35. Projection • Opération unaire, notée  • Elimination des attributs non désirés • Exemple : ETUDIANT, NUM_ETUDIANT, NOM_ETU • Résultat : R(NUM_ETUDIANT, NOM_ETU) Introduction aux Bases de Données

36. Sélection • Opération unaire notée  • Elimination des tuples non désirés • Exemple : ETUDIANT, ADRESSE="MONTPELLIER" • Résultat : tous les étudiants de Montpellier Introduction aux Bases de Données

37. Produit cartésien • Opération binaire notée  • Composition de deux relations sur un domaine commun • Exemple : AUTEUR  LIVRE • Résultat : R(NUM_AUTEUR, NOM_AUT, PRENOM_AUT, NATIONALITE, NUM_ETU, NOM_ETU, PRENOM_ETU, ADRESSE) contenant tous les auteurs et tous les livres Introduction aux Bases de Données

38. Jointure • Opération binaire notée predicat • Composition de deux relations sur un domaine commun, avec un prédicat de jointure • Exemple : LIVRE LIVRE.NUM_LIVRE=EXEMPLAIRE.NUM_LIVRE EXEMPLAIRE • Résultat : R(même schéma que le produit cartésien) contenant tous les tuples satisfaisant le prédicat Introduction aux Bases de Données

39. Exemple de requête en langage algébrique • Trouver les titres des livres écrits par "Gardarin" • R1 = SELECTION(AUTEUR, NOM_AUT="Gardarin") • R2 = JOINTURE(ECRIT, R1, ECRIT.NUM_AUTEUR=R1.NUM_AUTEUR) • R3 = JOINTURE(R2, LIVRE, R2.NUM_LIVRE=LIVRE.NUM_LIVRE) • R = PROJECTION(R3, TITRE) • On peut aussi utiliser une notation graphique Introduction aux Bases de Données

40. Définition du schéma avec SQL • CREATE TABLE permet de créer des tables • On peut aussi définir des contraintes (PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, NOT NULL, UNIQUE,…) • On peut aussi créer des tables par recopie (en utilisant d'autres tables) • D'autres fonctionalités : • Effacer, modifier des tables • Ajouter des contraintes • Definir des index • … Introduction aux Bases de Données

41. Requête SQL • Forme générale d'une requête : SELECT…FROM…WHERE • SELECT : attributs de la relation du résultat • FROM : tables utilisées par la requête • WHERE : (optionnelle) conditions • Permet de sélectionner des valeurs • Permet de faire des jointures • Une requête peut contenir aussi : • Des requêtes imbriquées • Des regroupements • Des fonctions d'agrégation • Des opérateurs ensemblistes Introduction aux Bases de Données

42. Exemple de requête SQL (1) • Retrouver les titres des livres écrits par Gardarin SELECT L.TITRE FROM LIVRE L, ECRIT E, AUTEUR A, WHERE A.NOM_AUT = "Gardarin" AND L.NUM_LIVRE = E.NUM_LIVRE AND E.NUM_AUTEUR = A.NUM_AUTEUR; Introduction aux Bases de Données

43. Exemple de requête SQL (2) • Requêtes imbriquées (titres des livres écrits par Gardarin) SELECT L.TITRE FROM LIVRE L WHERE L.NUM_LIVRE IN (SELECT E.NUM_LIVRE FROM ECRIT E, AUTEUR A WHERE E.NUM_AUTEUR = A.NUM_AUTEUR AND A.NOM_AUT = "Gardarin"); Introduction aux Bases de Données

44. Exemple de requête SQL (3) • Fonction de comptage (Le nombre d'exemplaire de la bibliothèque) SELECT COUNT(*) FROM EXEMPLAIRE Introduction aux Bases de Données

45. Exemple de requête SQL (4) • Fonction de groupement et de comptage (le nombre d'exemplaire de chaque livre) SELECT L.TITRE, COUNT(NUM_EXEMPLAIRE) FROM LIVRE L, EXEMPLAIRE E WHERE L.NUM_LIVRE = E.NUM_LIVRE GROUP_BY L.TITRE Introduction aux Bases de Données

46. Microsoft Access • SGBD Microsoft • Simple d'utilisation, suffisant pour une utilisation mono-poste avec des données de taille raisonnable • Interface graphique : • Création du schéma • Création de formulaire • Création de requêtes (QBE) • Création d'état (impression) • Possibilité de programmer en VBA (Visual Basic for Application) Introduction aux Bases de Données

47. QBE • Tous les étudiants de Montpellier Introduction aux Bases de Données