INTRODUCTION AUX BASES DE DONNÉES

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1 INTRODUCTION AUX BASES DE DONNÉES Najib TOUNSI Cours à l'usage des premières années informatique Najib TOUNSI - 1 -

2 SOMMAIRE Concepts de Bases Base de Données Système Gestion de Bases de Données Niveau Interne Organisations des Fichiers H-Code, B-arbre, ISAM, Fichiers Indexes Modèles Relationnel de données Structure de Données Opérateurs de Manipulation Contraintes Référentielles Najib TOUNSI 1

3 CONCEPTS DE BASE Ce qu'est une Base de Données Fig. 1 - Schéma de Principe d'une BD Najib TOUNSI 2

4 Ce qu'est une Base de Données (BD) Une base de données est une collection de données stockées dans des fichiers et accessibles à la demande pour plusieurs utilisateurs et des besoins divers. Ces données représentent des informations servant aux activités et au management d'une entreprise. L'utilisateur dispose de moyens très élaborés pour effectuer un large éventail d'opérations: - Créations de nouveaux fichiers, - Consultation, ajout, modification ou suppression de données, - Calculs et éditions de résultats. - etc Les langages et les outils logiciels pour effectuer ces opérations sont évolués et très pratiques Najib TOUNSI 3

5 Exemple: Soit le fichier concernant les employés d'une organisation EMPLOYES NUM NOM PRENOM SALAIRE SERVICE e01 benali ali 5500 personnel e04 benamine amine 6000 personnel e02 benhlima halima 5700 clients e10 bennani anis 7000 fournisseurs e23 benahmed ahmed 8500 clients e24 bensaid saida 6600 personnel e08 benazi aziz 7000 founisseurs e06 bendaoud daoud 7000 clients e20 bennouna anas 5400 clients e14 benkacem kacem 7800 direction Najib TOUNSI 4

6 Exemples d'interrogations: Quel(le)s sont les personnes du service «clients» SELECT * FROM EMPLOYES WHERE SERVICE = "clients" Résultat: NUM NOM PRENOM SALAIRE SERVICE e02 benamina amina 5700 clients e23 benahmed ahmed 8500 clients e06 bendaoud daoud 7000 clients e20 bennouna anas 5400 clients Najib TOUNSI 5

7 Afficher le nom de tous avec leur salaires Triés par salaire croissant SELECT NOM, SALAIRE FROM EMPLOYES SELECT NOM, SALAIRE FROM EMPLOYES ORDER BY SALAIRE NOM SALAIRE benali 5500 benamine 6000 benhlima 5700 bennani 7000 benahmed 8500 bensaid 6600 benazi 7000 bendaoud 7000 bennouna 5400 benkacem NOM SALAIRE bennouna 5400 benali 5500 benhlima 5700 benamine 6000 bensaid 6600 benazi 7000 bendaoud 7000 bennani 7000 benkacem 7800 benahmed 8500 Najib TOUNSI 6

8 Idem mais pour les personnes du service clients SELECT NOM, SALAIRE FROM EMPLOYES WHERE SERVICE = "clients" ORDER BY SALAIRE NOM SALAIRE bennouna 5400 benamina 5700 bendaoud 7000 benahmed 8500 Najib TOUNSI 7

9 Exemples d'interrogations avec calcul: Calculer le salaire moyen SELECT AVG (salaire) FROM EMPLOYES Calculer le nombre d'employés SELECT COUNT (*) FROM EMPLOYES AVG COUNT Najib TOUNSI 8

10 Exemples de modifications: Remplacer le salaire de l'employé «e06» par 8000 UPDATE EMPLOYES SET SALAIRE = 8000 WHERE NUM = "e06" Ajouter un nouvel employé INSERT INTO EMPLOYES VALUES ("e09", "BenSalah", "Salah", 8500, "clients") Najib TOUNSI 9

11 Ce qu'est un Système de Gestion de Bases de Données (SGBD) Le SGBD, Système de Gestion de Bases de Données, est le logiciel intermédiaire entre l'utilisateur et la base et qui est chargé de réaliser toutes les opérations s'effectuant sur la BD. ß Niveau Logique ß Niveau Physique Fig. 2 -Un Système de Gestion de Bases de Données L'utilisateur a une vision logique des données, qui lui permet de les manipuler aisément (langages et interfaces de haut niveau) et de façon proche de ses besoins. C'est le SGBD qui se charge des considérations physiques liées au stockage des données sur disque et de la façon de les retrouver ou modifier. Le SGBD gère aussi les programmes que l'utilisateur développe et permet leurs exécutions à la demande. Najib TOUNSI 10

12 Rôle d'un SGBD: Un SGBD est en général, multi utilisateurs, multitâches. Il Permet l'accès à la base à plusieurs utilisateurs simultanément Traite en les optimisant les requêtes utilisateurs. Gère l'exécution cohérente de plusieurs programmes simultanés (accès concurrents). Assure l'intégrité la sécurité, et la protection des données. Offre des moyens d'interaction, langages et interfaces, faciles à utiliser. F F F F Langage base de Donnée (LBD), permet de définir et de manipuler des données dans une base. Un LBD doit se conformer à un modèle de données évolué. Un modèle de Données permet à l'utilisateur de percevoir les données dans une forme plus simple, par exemple des tables. (Forme dégagée des aspects techniques liés à la représentation en machine). Un LBD est suffisamment complet pour être utilisé seul et de façon interactive pour divers requêtes. A cela s'ajoute la possibilité pour les non-initié(e)s de travailler sur la base via des interfaces conviviales (menus, écrans de saisies, affichages de graphiques, éditions de rapport etc ). Le SGBD contient les outils pour tout cela. Najib TOUNSI 11

13 Structure Fonctionnelle d'un SGBD: Structure Structure Fonctionnelle Structure Fonctionnelle d'un d'un SGBD: d'un d'un SGBD: SGBD: tructure Structure Fonctionnelle Fonctionnelle d'un d'un SGBD: SGBD: d'un Structure Structure Fonctionnelle Fonctionnelle d'un d'un d'un SGBD: SGBD: Structure Structure Fonctionnelle d'un d'un SGBD: SGBD: Structure Fonctionnelle d'un SGBD: tructure Fonctionnelle d'un SGBD: Niveau des utilisateurs et des applications Niveau Niveau des des utilisateurs utilisateurs et des et des applications Niveau des des utilisateurs et des et applications des applications Niveau Niveau des des utilisateurs et et des des applications Niveau des utilisateurs et des applications Couche logicielle Outils d'exploitation Niveau des Conversationnelle, utilisateurs et des applications Programmation, Externe. externe. Niveau des utilisateurs et des applications Couche logicielle Outils des et des applications Couche logicielle Outils d'exploitation Outils d'exploitation Niveau Niveau d'exploitation des Outils des Conversationnelle, utilisateurs 4e Conversationnelle, utilisateurs Génération interactive, et des applications et etc... des Programmation, applications Programmation, Couche Externe. Externe. externe. Outils interactive, Couche externe. logicielle Outils etc... logicielle Outils d'exploitation des Conversationnelle, et des! Niveau d'exploitation Outils des utilisateurs 4e Génération interactive, et des applications etc... Programmation, Orientée Couche Programmation, Externe. Couche logicielle logicielle Outils Outils d'exploitation Couche logiciell Outils Niveau d'exploitation Niveau des des Outils utilisateurs Conversationnelle, 4e Génération etc... des utilisateurs et des applications! Conversationnelle, et et des des applications Programmation,! externe. utilisateurs Orientée Externe. Couche logicielle Orientée Outils d'exploitation Programmation, Orientée Couche logiciel Outils d'exploitation Externe. Outils 4e Conversationnelle, Conversationnelle, 4e etc... Programmation, 4e Génération etc... Programmation, ß Externe. etc... Programmation, Couche utilisateurs Externe. Orientée Orientée Outils logicielle etc... utilisateurs Externe. Outils d'exploitation Orientée Langage Outils d'accès Conversationnelle, Unique 4e Génération ( e.g SQL) Programmation, etc... Externe. Niveau des Outils 4e utilisateurs 4e Génération Génération etc... et des applications etc... Couche Niveau des utilisateurs Couche logicielle Orientée utilisateurs Outils d'exploitation Outils utilisateurs et des applications utilisateurs Orientée logicielle Outils d'exploitation Langage d'accès Conversationnelle, 4e Langage d'accès Conversationnelle, Génération Unique ( e.g etc... SQL) Programmation, Externe. Orientée Unique ( e.g SQL) Programmation, utilisateurs Outils d'exploitation Externe. Orientée utilisateurs Outils 4e Génération Langage Langage etc... utilisateurs d'accès d'accès 4e interactive, Unique Unique d'accès ( unique (e.g. e.g e.g Programmation, externe. Outils 4e Génération etc... SQL) SQL) Orientée Couche utilisateurs logicielle Outils d'exploitation Niveau des utilisateurs Conversationnelle, et des applications! Couche logicielle Outils d'exploitation utilisateurs Langage Langage Outils Noyau d'accès d'accès Conversationnelle, 4e Génération SGBD Unique Unique ( e.g e.g etc... ( SQL) SQL) Programmation, Orientée Externe. Langage e.g e.g SQL) SQL) Couche logicielle Orientée Langage Outils d'accès d'accès 4e Génération Unique ( e.g Unique etc... SQL) Programmation, utilisateurs Externe. Orientée Outils Noyau 4e Génération SGBD etc... ( e.g SQL) utilisateurs Langage d'accès Noyau Unique SGBD ( e.g SQL) interne. Couche Orientée utilisateurs interne. logicielle Outils d'exploitation Couche logicielle Langage d'accès Conversationnelle, Noyau Disques Unique Langage d'accès SGBD ( e.g ( e.g SQL) Programmation, Externe. interne. Orientée interne. Unique Couche ( e.g SQL) interne. interne.! utilisateurs Accès Disques Orientée logicielle Outils Noyau 4e Génération Noyau Disques SGBD etc... utilisateurs SGBD interne. Fichiers Noyau SGBD! Couche Couche logicielle logicielle Noyau SGBD! Couche logiciell Noyau Disques Langage Langage d'accès d'accès Noyau Orientée Couche interne. Fichiers logiciel Noyau SGBD Unique Unique SGBD ( e.g e.g SQL) SQL) Orientée Couche interne. interne. Fichiers logicielle Langage d'accès Unique Disques ( e.g SQL) Couche utilisateurs interne. Orientée Fichiers Orientée logicielle Noyau Fichiers Accès SGBD SGBD Disques ß interne. Orientée interne. Couche Orientée Fichiers logicielle Fichiers Couche Orientée Fichiers logicielle Fichie Orientée Fichi Structure Fonctionnelle d'un d'un SGBD: Structure Fonctionnelle d'un SGBD: Base Accès SGBD Disques Noyau SGBD de Disques Base Langage d'accès Unique ( e.g SQL) interne. interne. Orientée Fichiers Accès Données Base Noyau de Disques interne. Accès Base de Disques SGBD Orientée Fichiers Noyau Données Données de Base SGBD! Couche logicielle Couche Fichiers Noyau logicielle Base Orientée Données de interne. Fichiers Accès Base Données Disques de Base interne. Orientée de Base Noyau Accès SGBD Base Données Disques de SGBD Couche Données de Orientée logicielle Données Fichiers Fichiers Base de Base Fig 4 Composants Données Base d'un SGBD. interne. Orientée Fichiers Accès Données de Disques de Fig 4 Composants Données ded'un SGBD. Fig 4 Composants Données Base d'un SGBD. Orientée Fichiers Fig 4 Composants d'un SGBD. de Base Fig 4 Composants Fig 4 Données de d'un SGBD. Fig 4 Composants Données d'un d'un SGBD. Fig. SGBD. d'un SGBD. Fig Fig 3 Fig 4 Composants 4 - Composants Base 4 Composants d'un d'un SGBD. SGBD. de d'un SGBD. Najib TOUNSI Fig Fig 4 4 Composants Données d'un SGBD. 12 Najib TOUNSI Najib TOUNSI Fig 4 Composants d'un SGBD Najib Najib TOUNSI TOUNSI Fig 4 Composants d'un SGBD jib TOUNSI Fig 4 Composants d'un SGBD. 13 Najib TOUNSI 13 Fig 4 Composants d'un SGBD. Najib TOUNSI 13 Orientée Fichiers

14 Outils offerts par un SGBD: Interface SQL Interactive (ISQL): C'est le moyen le plus simple d'accéder à une BD. On tape une requête et on a la réponse. (SQL/PLUS Oracle, Commande MySQL MySQL, ModeSQL Access) Interface SQL Programmée (EmbeddedSQL ): (SQLPRO Oracle, ESQL Informix) Besoin de programmation: On a un langage conventionnel dans lequel est incorporé le LBD main() { scanf( critère recherche); SELECT FROM ; printf(résulat); } F SQL ANSI: SQL 80s SQL 2 90s SQL3-Objet Seules ces deux Interfaces sont standardisées Najib TOUNSI 13

15 Usage d'écrans de saisies/éditions (FORM): Ecran formaté avec rubriques libellées et données correspondantes affichées. Utilisateurs non informaticiens, Simplicité de manipulation. Fig. 4 - Formulaire d interrogation. On tape le n département, son nom s affiche, on appuie sur calculer et la moyenne des salaires de ses employés s affiche Najib TOUNSI 14

16 Edition de rapport (REPORT Writer): Document chiffré (e.g. bilan, facture etc.) formaté contenant des données extraits de la BD. Fig. 5 - Facture imprimée contenant des données calculées et extraites d une base de données Najib TOUNSI 15

17 Autres Outils : Outils d'éditions graphiques: Histogrammes, Diagrammes sectoriels (camemberts), tableurs... Langage de «4e génération (L4G)»: Langage de très haut niveau intégrant à la fois le LBD, les écrans, les Reports dans un même environnement de programmation. L Langages propriétaires Interfaces avec autres systèmes / Communication en réseau. BD Réparties, Architectures Clients/Serveurs, Serveurs WEB Najib TOUNSI 16

18 Pourquoi les Bases de Données (SGBD) Intégration et partage des données. Elimination (ou limitation) des redondances et des incohérences (Intégrité des données) Rapprochement Users et Informations Indépendance Données/Programme. Niveau Physique: Pgmes indépendants des détails liés à l'organisation des fichiers et des méthodes d'accès etc Niveau Logique: BD conçue globalement, sans référence à programme particulier. Chaque groupe d'utilisateurs peut voir les données selon la forme désirée. Standardisation Contrôle Centralisé. What else Najib TOUNSI 17

19 Architecture des systèmes BD Cadre formel pour la conception de SGBD. Fig. 6 - Architecture ANSI/SPARC Pour une BD Najib TOUNSI 18

20 Architecture des systèmes BD Schéma Conceptuel de Données: Représentation (abstraite) de tout le contenu de la base Description de l'ensemble des informations dans le langage de définition de données. Schéma Interne : Représentation interne (concrète) de ce contenue. gérée directement par le SGBD Schémas Externes (Vues externes) : Représentation de parties de la base. Description des données telles qu'elles sont vues par un utilisateur (ou groupe). Najib TOUNSI 19

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