Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.



Published on

Published in: Technology
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this


  1. 1. Chapter 1:  Introduction Database System Concepts, 5th Ed.   ©Silberschatz, Korth and Sudarshan See www.db­ for conditions on re­use 
  2. 2. Chapter 1:  Introduction s Purpose of Database Systems s View of Data s Database Languages s Relational Databases s Database Design s Object­based and semistructured databases s Data Storage and Querying s Transaction Management s Database Architecture s Database Users and Administrators s Overall Structure s History of Database SystemsDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  3. 3. Database Management System (DBMS) s DBMS contains information about a particular enterprise q Collection of interrelated data q Set of programs to access the data  q An environment that is both convenient and efficient to use s Database Applications: q Banking: all transactions q Airlines: reservations, schedules q Universities:  registration, grades q Sales: customers, products, purchases q Online retailers: order tracking, customized recommendations q Manufacturing: production, inventory, orders, supply chain q Human resources:  employee records, salaries, tax deductions s Databases touch all aspects of our livesDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  4. 4. Purpose of Database Systems s In the early days, database applications were built directly on top of  file systems s Drawbacks of using file systems to store data: q Data redundancy and inconsistency  Multiple file formats, duplication of information in different files q Difficulty in accessing data   Need to write a new program to carry out each new task q Data isolation — multiple files and formats q Integrity problems  Integrity constraints  (e.g. account balance > 0) become  “buried” in program code rather than being stated explicitly  Hard to add new constraints or change existing onesDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  5. 5. Purpose of Database Systems (Cont.) s Drawbacks of using file systems (cont.)  q Atomicity of updates  Failures may leave database in an inconsistent state with partial  updates carried out  Example: Transfer of funds from one account to another should  either complete or not happen at all q Concurrent access by multiple users  Concurrent accessed needed for performance  Uncontrolled concurrent accesses can lead to inconsistencies – Example: Two people reading a balance and updating it at the  same time q Security problems  Hard to provide user access to some, but not all, data s Database systems offer solutions to all the above problemsDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  6. 6. Levels of Abstraction s Physical level: describes how a record (e.g., customer) is stored. s Logical level: describes data stored in database, and the relationships  among the data. type customer = record customer_id : string;  customer_name : string; customer_street : string; customer_city : integer; end; s View level: application programs hide details of data types.  Views can  also hide information (such as an employee’s salary) for security  purposes. Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  7. 7. View of Data An architecture for a database system Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  8. 8. Instances and Schemas s Similar to types and variables in programming languages s Schema – the logical structure of the database  q Example: The database consists of information about a set of customers and  accounts and the relationship between them) q Analogous to type information of a variable in a program q Physical schema: database design at the physical level q Logical schema: database design at the logical level s Instance – the actual content of the database at a particular point in time  q Analogous to the value of a variable s Physical Data Independence – the ability to modify the physical schema without  changing the logical schema q Applications depend on the logical schema q In general, the interfaces between the various levels and components should be  well defined so that changes in some parts do not seriously influence others.Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  9. 9. Data Models s A collection of tools for describing  q Data  q Data relationships q Data semantics q Data constraints s Relational model s Entity­Relationship data model (mainly for database design)  s Object­based data models (Object­oriented and Object­relational) s Semistructured data model  (XML) s Other older models: q Network model   q Hierarchical modelDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  10. 10. Data Manipulation Language (DML) s Language for accessing and manipulating the data organized by the  appropriate data model q DML also known as query language s Two classes of languages  q Procedural – user specifies what data is required and how to get  those data  q Declarative (nonprocedural) – user specifies what data is  required without specifying how to get those data s SQL is the most widely used query languageDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  11. 11. Data Definition Language (DDL) s Specification notation for defining the database schema Example: create table account (                              account­number    char(10),                              balance                 integer) s DDL compiler generates a set of tables stored in a data dictionary s Data dictionary contains metadata (i.e., data about data) q Database schema  q Data storage and definition language   Specifies the storage structure and access methods used q Integrity constraints  Domain constraints  Referential integrity (references constraint in SQL)  Assertions q AuthorizationDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  12. 12. Relational Model Attributes s Example of tabular data in the relational modelDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  13. 13. A Sample Relational DatabaseDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  14. 14. SQL s SQL: widely used non­procedural language q Example: Find the name of the customer with customer­id 192­83­7465 select customer.customer_name from customer where customer.customer_id = ‘192­83­7465’ q Example: Find the balances of all accounts held by the customer with  customer­id 192­83­7465 select account.balance from      depositor, account where   depositor.customer_id = ‘192­83­7465’ and depositor.account_number = account.account_number s Application programs generally access databases through one of q Language extensions to allow embedded SQL q Application program interface (e.g., ODBC/JDBC) which allow SQL  queries to be sent to a databaseDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  15. 15. Database Design The process of designing the general structure of the database: s Logical Design –  Deciding on the database schema. Database design  requires that we find a “good” collection of relation schemas. q Business decision – What attributes should we record in the  database? q Computer Science  decision –  What relation schemas should we  have and how should the attributes be distributed among the various  relation schemas? s Physical Design – Deciding on the physical layout of the database                       Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  16. 16. The Entity­Relationship Model s Models an enterprise as a collection of entities and relationships q Entity: a “thing” or “object” in the enterprise that is distinguishable  from other objects  Described by a set of attributes q Relationship: an association among several entities s Represented diagrammatically by an entity­relationship diagram:Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  17. 17. Object­Relational Data Models s Extend the relational data model by including object orientation and  constructs to deal with added data types. s Allow attributes of tuples to have complex types, including non­atomic  values such as nested relations. s Preserve relational foundations, in particular the declarative access to  data, while extending modeling power. s Provide upward compatibility with existing relational languages.Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  18. 18. XML:  Extensible Markup Language s Defined by the WWW Consortium (W3C) s Originally intended as a document markup language not a  database language s The ability to specify new tags, and to create nested tag structures  made XML a great way to exchange data, not just documents s XML has become the basis for all new generation data interchange  formats. s A wide variety of tools is available for parsing, browsing and  querying XML documents/dataDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  19. 19. Storage Management s Storage manager is a program module that provides the interface  between the low­level data stored in the database and the application  programs and queries submitted to the system. s The storage manager is responsible to the following tasks:  q Interaction with the file manager  q Efficient storing, retrieving and updating of data s Issues: q Storage access q File organization q Indexing and hashingDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  20. 20. Query Processing 1. Parsing and translation 2. Optimization 3. EvaluationDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  21. 21. Query Processing (Cont.) s Alternative ways of evaluating a given query q Equivalent expressions q Different algorithms for each operation s Cost difference between a good and a bad way of evaluating a query can  be enormous s Need to estimate the cost of operations q Depends critically on statistical information about relations which the  database must maintain q Need to estimate statistics for intermediate results to compute cost of  complex expressionsDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  22. 22. Transaction Management s A transaction is a collection of operations that performs a single  logical function in a database application s Transaction­management component ensures that the database  remains in a consistent (correct) state despite system failures (e.g.,  power failures and operating system crashes) and transaction failures. s Concurrency­control manager controls the interaction among the  concurrent transactions, to ensure the consistency of the database. Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  23. 23. Database Architecture The architecture of a database systems is greatly influenced by  the underlying computer system on which the database is running: s Centralized s Client­server s Parallel (multi­processor) s Distributed     Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  24. 24. Database Users Users are differentiated by the way they expect to interact with  the system s Application programmers – interact with system through DML calls s Sophisticated users – form requests in a database query language s Specialized users – write specialized database applications that do  not fit into the traditional data processing framework s Naïve users – invoke one of the permanent application programs that  have been written previously q Examples, people accessing database over the web, bank tellers,  clerical staffDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  25. 25. Database Administrator s Coordinates all the activities of the database system; the  database administrator has a good understanding of the  enterprise’s information resources and needs. s Database administrators duties include: q Schema definition q Storage structure and access method definition q Schema and physical organization modification q Granting user authority to access the database q Specifying integrity constraints q Acting as liaison with users q Monitoring performance and responding to changes in  requirementsDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  26. 26. Overall System Structure Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  27. 27. History of Database Systems s 1950s and early 1960s: q Data processing using magnetic tapes for storage  Tapes provide only sequential access q Punched cards for input s Late 1960s and 1970s: q Hard disks allow direct access to data q Network and hierarchical data models in widespread use q Ted Codd defines the relational data model  Would win the ACM Turing Award for this work  IBM Research begins System R prototype  UC Berkeley begins Ingres prototype q High­performance (for the era) transaction processingDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  28. 28. History (cont.) s 1980s: q Research relational prototypes evolve into commercial systems  SQL becomes industrial standard q Parallel and distributed database systems q Object­oriented database systems s 1990s: q Large decision support and data­mining applications q Large multi­terabyte data warehouses q Emergence of Web commerce s 2000s: q XML and XQuery standards q Automated database administrationDatabase System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  29. 29. End of Chapter 1Database System Concepts, 5th Ed.   ©Silberschatz, Korth and SudarshanSee www.db­ for conditions on re­use 
  30. 30. Figure 1.4Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan
  31. 31. Figure 1.7Database System Concepts ­ 5th Edition, May 23,  2005 1.<number> ©Silberschatz, Korth and Sudarshan