Introduction aux systèmes de gestion de bases de données

Introduction aux systèmes de gestion de bases de données (SGBD)

Les systèmes de gestion de bases de données (SGBD) sont un composant essentiel des applications logicielles modernes et font partie intégrante de la gestion, du stockage et de la récupération efficaces des données. Ils fournissent un moyen systématique de gérer les bases de données, garantissant la cohérence, la fiabilité et la sécurité des données. Cet article couvre les concepts, composants et fonctionnalités fondamentaux du SGBD, y compris l'abstraction des données, les schémas, les langages de base de données, la gestion des transactions, l'architecture et les éléments clés de la base de données.

Objectif d'un SGBD

L'objectif principal d'un SGBD est de fournir un système fiable, efficace et convivial pour stocker et récupérer des données. Il agit comme intermédiaire entre les utilisateurs et les données avec lesquelles ils interagissent, garantissant que la complexité du stockage des données est masquée tout en offrant des fonctionnalités robustes pour la gestion des données.

Les objectifs clés d'un SGBD comprennent :

• Stockage et récupération efficaces des données : Utilisation de structures de données sophistiquées pour optimiser les opérations de données.
• Cohérence et intégrité des données : Application des règles pour maintenir l'exactitude des données.
• Sécurité des données : Restreindre l'accès non autorisé aux données sensibles.
• Contrôle de la concurrence : Garantir que plusieurs utilisateurs peuvent accéder aux données simultanément sans conflits.

Abstraction des données

L'abstraction des données simplifie la façon dont les utilisateurs interagissent avec la base de données en masquant la complexité du stockage des données. Il est divisé en trois niveaux :

1. Niveau physique

• Le niveau d'abstraction le plus bas, décrivant la manière dont les données sont physiquement stockées dans le système.
• Se concentre sur les détails de bas niveau tels que les blocs de données, les structures de fichiers et les chemins de stockage.
• Généralement géré par les administrateurs de bases de données et les développeurs système.

2. Niveau logique

• Décrit quelles données sont stockées et les relations entre elles.
• Fournit une vue structurée de l'ensemble de la base de données à l'aide de tables, de colonnes et de relations.
• Facilite l'indépendance physique des données, permettant des changements au niveau physique sans affecter la structure logique.

3. Afficher le niveau

• Le niveau d'abstraction le plus élevé, offrant une perspective personnalisée de la base de données pour différents utilisateurs.
• Axé sur la simplification des interactions pour les utilisateurs finaux en masquant la complexité inutile.
• Une base de données peut avoir plusieurs vues répondant aux besoins spécifiques des utilisateurs.

Instances et schémas

Une base de données est définie en termes de son schéma et de ses instances.

• Schéma :

  • La structure logique de la base de données, définissant les tables, les relations et les contraintes.
  • Agit comme un modèle, restant constant dans le temps, sauf modification explicite.

• Instance :

  • Le contenu des données stocké dans la base de données à un moment donné.
  • Modifie continuellement à mesure que les données sont insérées, mises à jour ou supprimées.

Langues de base de données

Les SGBD utilisent des langages spécialisés pour interagir avec les bases de données. Ceux-ci sont globalement classés en :

1. Langage de définition de données (DDL)

• Définit la structure et le schéma de la base de données.
• Exemples d'opérations :
  • CRÉER : Définir de nouvelles tables ou bases de données.
  • ALTER : Modifier les structures existantes.
  • DROP : Supprimer des tables ou des bases de données.
• Les Contraintes d'intégrité en DDL garantissent l'exactitude et la cohérence des données :
  • Contraintes de domaine : Définissez les valeurs autorisées pour les attributs.
  • Intégrité référentielle : Applique des relations valides entre les tables.

2. Langage de manipulation de données (DML)

• Permet aux utilisateurs de manipuler les données stockées dans la base de données.
• Opérations courantes :
  • SELECT : Récupérer des données.
  • INSÉRER : Ajouter de nouvelles données.
  • SUPPRIMER : Supprimer les données existantes.
  • MISE À JOUR :Modifier les données existantes.
• SQL fournit une syntaxe DML standardisée largement utilisée dans les bases de données relationnelles.

Gestion des transactions

Une transaction est une unité logique d'opérations de base de données qui doit respecter les propriétés ACID pour garantir la fiabilité :

1. Atomicité : Les transactions sont indivisibles ; soit toutes les opérations réussissent, soit aucune.
2. Cohérence : Les transactions doivent quitter la base de données dans un état valide.
3. Isolement : Les transactions simultanées ne doivent pas interférer les unes avec les autres.
4. Durabilité : Une fois validées, les modifications persistent même en cas de panne du système.

Le SGBD utilise des mécanismes tels que le verrouillage, la journalisation et le contrôle de concurrence pour gérer les transactions et garantir ces propriétés.

Architecture de base de données et d'applications

Les bases de données modernes suivent l'architecture à trois niveaux pour séparer les préoccupations et améliorer l'évolutivité :

1. Niveau de présentation :

   • Couche orientée utilisateur, généralement l'application frontale.
   • Interagit avec les utilisateurs via des interfaces graphiques ou des pages Web.

2. Niveau d'application :

   • La couche logique où les règles métier et la logique d'application sont implémentées.
   • Connecte le front-end à la base de données.

3. Niveau de base de données :

   • Le backend où les données sont stockées et gérées.
   • Inclut le SGBD et les systèmes de stockage physique.

Utilisateurs et administrateurs de bases de données

Types d'utilisateurs :

1. Utilisateurs finaux : Interagissez avec la base de données à l'aide d'applications ou de requêtes.
2. Programmeurs d'applications : Développez des applications logicielles à l'aide des API fournies par le SGBD.
3. Administrateurs de base de données (DBA) : Gérez la base de données, contrôlez l'accès et assurez des performances optimales.

Rôle d'un DBA :

• Définir et maintenir des schémas.
• Mettre en œuvre des mesures de sécurité.
• Surveillez et optimisez les performances de la base de données.
• Effectuer des sauvegardes et des opérations de récupération.

Tableaux et leurs composants

Une table est la structure fondamentale d'une base de données relationnelle, composée de lignes et de colonnes.

• Lignes (Tuples) : Représentent des enregistrements individuels dans le tableau.
• Colonnes (attributs) : Représentent des champs de données avec des types de données spécifiques.
• Clé primaire : Identifie de manière unique chaque ligne du tableau.
• Clé étrangère : Crée des relations entre les tables en référençant les clés primaires dans d'autres tables.

Clés dans une base de données

Les clés sont cruciales pour garantir l’intégrité des données et établir des relations. Les types courants incluent :

1. Clé primaire : Un identifiant unique pour les lignes du tableau. Ne peut pas contenir de valeurs NULL.
2. Clé étrangère : fait référence à une clé primaire dans une autre table, renforçant ainsi l'intégrité référentielle.
3. Clé du candidat : Toute colonne ou ensemble de colonnes pouvant identifier de manière unique une ligne. Une clé candidate est sélectionnée comme clé primaire.
4. Clé composite : Une clé primaire composée de deux attributs ou plus.
5. Clé unique : Similaire à une clé primaire mais autorise une valeur NULL.
6. Super Key : Un sur-ensemble d'une clé candidate qui identifie de manière unique les lignes.

Fonctions, procédures et déclencheurs dans le SGBD

En plus de gérer et d'interroger les données, les SGBD modernes fournissent des mécanismes pour encapsuler la logique et automatiser les tâches via des fonctions, des procédures et des déclencheurs. Ces éléments améliorent l'efficacité, la maintenabilité et la réactivité des systèmes de bases de données.

Fonctions

Une fonction est un objet de base de données qui effectue une tâche spécifique et renvoie une valeur unique. Les fonctions sont couramment utilisées pour les calculs, les transformations de données ou la récupération d'informations spécifiques. Elles sont similaires aux fonctions mathématiques et peuvent être invoquées directement dans des requêtes SQL.

Caractéristiques des fonctions :

• Paramètres d'entrée : Les fonctions peuvent accepter zéro ou plusieurs paramètres d'entrée.
• Valeur de retour : Une fonction renvoie toujours une valeur unique d'un type de données spécifié.
• Lecture seule : Les fonctions ne peuvent pas modifier directement les tables ou les données de la base de données ; ils sont limités aux opérations en lecture seule.

Syntaxe de création de fonctions (exemple SQL) :

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

Exemple:

Une fonction pour calculer le prix total d'une commande en fonction de la quantité et du prix unitaire :

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

Avantages :

1. Réutilisabilité de la logique entre les requêtes.
2. Lisibilité et maintenabilité améliorées des requêtes.
3. Performances améliorées grâce à l'encapsulation d'une logique complexe.

Procédures

Une procédure est un programme stocké dans la base de données qui effectue une séquence d'opérations. Contrairement aux fonctions, les procédures ne renvoient pas de valeur mais peuvent effectuer des tâches de modification de données telles que INSERT, UPDATE et DELETE.

Caractéristiques des procédures :

• Peut avoir des paramètres entrée, sortie et entrée-sortie.
• Capable de modifier les tables de la base de données.
• Exécuté à l'aide de l'instruction CALL ou EXEC.

Syntaxe de création de procédures (exemple SQL) :

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

Exemple:

Une procédure pour mettre à jour le salaire d'un salarié :

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

Avantages :

1. Encapsulation de logiques complexes dans des unités réutilisables.
2. Possibilité d'exécuter plusieurs opérations en un seul appel.
3. Amélioration des performances de la base de données en réduisant la surcharge du réseau.

Déclencheurs

Un déclencheur est un objet de base de données qui exécute automatiquement une action prédéfinie en réponse à des événements spécifiques sur une table, tels que des opérations INSERT, UPDATE ou DELETE.

Caractéristiques des déclencheurs :

• Défini sur une table spécifique et activé par des événements.
• Peut être déclenché avant ou après l'événement se produit.
• Utilisé pour appliquer les règles métier, maintenir les journaux d'audit ou propager les modifications.

Types de déclencheurs :

1. BEFORE Trigger : S'exécute avant l'événement spécifié.
2. AFTER Trigger : S'exécute après l'événement spécifié.
3. INSTEAD OF Trigger : S'exécute à la place de l'événement (couramment utilisé dans les vues).

Syntaxe de création de déclencheurs (exemple SQL) :

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

Exemple:

Un déclencheur pour enregistrer chaque nouvel employé ajouté à la table des employés :

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

Avantages :

1. Application automatique des règles et politiques.
2. Réduction des interventions manuelles pour les tâches répétitives.
3. Auditabilité améliorée grâce à la tenue de journaux de modifications.

Fonctions, procédures et déclencheurs : principales différences

En utilisant efficacement les fonctions, les procédures et les déclencheurs, vous pouvez encapsuler la logique métier, appliquer des règles et automatiser les tâches au sein de votre base de données. Ces outils constituent l'épine dorsale des applications SGBD modernes, permettant aux développeurs et aux administrateurs de créer des systèmes puissants et maintenables.

Cartographie des cardinalités dans le SGBD

Les cardinalités de mappage, également connues sous le nom de rapports de cardinalité, définissent le nombre d'entités d'un ensemble d'entités qui peuvent être associées à des entités d'un autre ensemble d'entités via un ensemble de relations. Ces cardinalités sont particulièrement importantes pour décrire des ensembles de relations binaires et sont également utiles pour les relations multi-entités.

Pour un ensemble de relations binaires R entre les ensembles d'entités A et B, les cardinalités de mappage possibles sont les suivantes :

1. Un à un (1:1)

• Définition : Une entité dans A est associée à au plus une entité dans B, et vice versa.
• Exemple :
  • Dans une base de données où les salariés sont affectés à des places de stationnement :
  • Chaque employé dispose d'au plus une place de stationnement assignée.
  • Chaque place de stationnement est attribuée à un employé au maximum.
• Représentation schématique :
  • Chaque entité de A correspond à une seule entité de B, et chaque entité de B correspond à une seule entité de A.

2. Un à plusieurs (1:N)

• Définition : Une entité dans A peut être associée à zéro ou plusieurs entités dans B, mais une entité dans B est associée à au plus une entité dans A.
• Exemple :
  • Dans une base de données d'auteurs et de livres :
  • Un auteur peut écrire plusieurs livres.
  • Chaque livre est écrit par un seul auteur.
• Représentation schématique :
  • Les entités de A correspondent à plusieurs entités de B, mais les entités de B correspondent à une seule entité de A.

3. Plusieurs à un (M : 1)

• Définition : Une entité dans A est associée à au plus une entité dans B, mais une entité dans B peut être associée à zéro ou plusieurs entités dans A.
• Exemple :
  • Dans une base de données d'étudiants et de cours :
  • Chaque étudiant ne peut s'inscrire que dans un seul département.
  • Un département peut avoir plusieurs étudiants inscrits.
• Représentation schématique :
  • Les entités de A correspondent à une seule entité de B, tandis que les entités de B peuvent être mappées à plusieurs entités de A.

4. Plusieurs à plusieurs (M:N)

• Définition : Une entité dans A peut être associée à zéro ou plusieurs entités dans B, et vice versa.
• Exemple :
  • Dans une base de données d'étudiants et de cours :
  • Un étudiant peut s'inscrire à plusieurs cours.
  • Un cours peut avoir plusieurs étudiants inscrits.
• Représentation schématique :
  • Plusieurs entités dans A mappent à plusieurs entités dans B, et vice versa.

Représentation visuelle des cardinalités de cartographie

En tête-à-tête (1:1) :

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

Un à plusieurs (1:N) :

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

Plusieurs-à-un (M:1) :

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

Plusieurs à plusieurs (M:N) :

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

Importance de la cartographie des cardinalités

1. Conception de bases de données : Le mappage des cardinalités aide à concevoir des schémas relationnels efficaces en définissant des relations claires entre les ensembles d'entités.
2. Intégrité des données : Assurez-vous que les relations sont conformes aux contraintes du monde réel.
3. Optimisation des requêtes : Connaître la cardinalité permet d'optimiser les requêtes pour de meilleures performances.
4. Modèles E-R : jouent un rôle crucial dans les diagrammes Entité-Relation, rendant les relations explicites.

Les cardinalités de mappage sont fondamentales pour comprendre les relations entre les entités au sein d'une base de données et fournissent la base structurelle pour définir des schémas de base de données robustes et évolutifs.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!