opory

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STAVEBNÍ
MILUŠE KUTÍNOVÁ, JIŘÍ MACUR
INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE A
SYSTÉMOVÁ ANALÝZA




STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

































© Jiří Macur, Brno 2006
© Miluše Kutínová, Brno 2006


OBSAH
Vstupní informace k modulu............................................................................5
Cíle ..............................................................................................................5
Požadované znalosti .......................................................................................5
Doba potřebná ke studiu.................................................................................5
Klíčová slova ..................................................................................................5
Použitá terminologie.......................................................................................6
1. Úvod ...........................................................................................................7
2. Informační systémy a informační technologie ...........................................7
2.1. Vývoj technologie pro zpracování dat..............................................8
2.2. Vývoj technologií pro tvorbu informačních systémů.......................9
2.2.1. Nejstarší – centralizované systémy ......................................10
2.2.2. Úspěšné systémy Client/Server............................................10
2.2.3. Moderní vícevrstvé architektury ..........................................11
2.2.4. Webové služby .....................................................................14
3. Databázové systémy .................................................................................15
3.1. Charakteristika databázového systému ..........................................16
3.2. Úrovně pohledu na data..................................................................17
3.3. Úkoly SŘBD...................................................................................17
3.4. Databázové aplikace.......................................................................18
4. Základní pojmy.........................................................................................20
4.1. Data versus informace ....................................................................20
4.2. Co je to databáze?...........................................................................20
4.3. Zdroje dat .......................................................................................20
4.4. Objekty dat .....................................................................................21
4.5. Atributy dat.....................................................................................21
4.6. Hodnota dat ....................................................................................21
4.7. Struktura databáze ..........................................................................22
4.8. Záznam dat .....................................................................................22
4.9. Klíčové prvky dat ...........................................................................22
4.10. Vazby mezi objekty......................................................................22
5. Datový model ...........................................................................................24
6. Relační DB systémy .................................................................................25
6.1. Uložení dat .....................................................................................25
6.2. Normalizace....................................................................................27
6.3. Vztahy mezi entitami......................................................................30
6.4. Objekty v databázi..........................................................................34
6.5. Dotazovací jazyky a relační algebra...............................................36
6.5.1. Projekce................................................................................36
6.5.2. Selekce (restrikce) ................................................................37

3
6.5.3. Spojení ................................................................................. 38
6.5.4. Sjednocení............................................................................ 40
6.5.5. Průnik a rozdíl...................................................................... 41
6.5.6. Kartézský součin.................................................................. 43
7. Jazyk SQL................................................................................................ 43
7.1. Druhy příkazů................................................................................ 43
7.2. Zápis nejdůležitějších SQL příkazů............................................... 44
7.2.1. Příkaz CREATE TABLE..................................................... 45
7.2.2. Příkaz ALTER TABLE ....................................................... 48
7.2.3. Příkaz DROP TABLE.......................................................... 49
7.2.4. Příkaz SELECT ................................................................... 49
7.2.5. Příkaz INSERT .................................................................... 55
7.2.6. Příkaz UPDATE .................................................................. 56
7.2.7. Příkaz DELETE................................................................... 57
7.2.8. Příkaz CREATE VIEW ....................................................... 58
7.2.9. Příkaz CREATE INDEX ..................................................... 58
8. Autotest.................................................................................................... 59
Závěr ................................................................................................................ 63
Shrnutí.......................................................................................................... 63
Studijní prameny.......................................................................................... 63
Klíč k autotestu ............................................................................................ 63


Informační technologie a systémová analýza
Vstupní informace k modulu
Cíle
Cílem tohoto textu je objasnit problematiku tvorby a provozu informačních
systémů, které se opírají o ukládání dat a získávání informací z databázových
systémů. Práce s tímto typem programů je totiž odlišná od práce s programy,
které většina uživatelů běžně používá, což jsou textové editory, grafické nebo
různé výpočetní programy. Zde vždy pracujeme s určitým souborem, který
upravujeme do konečné podoby.
Od informačního systému očekáváme, že nám pomůže nejen získat potřebnou
informaci, ale bude zároveň vynucovat pravidla, která vznik požadované in-
formace zajistí. U informačního systému také vždy očekáváme, že bude použí-
ván mnoha navzájem kooperujícími uživateli s různými rolemi. Někteří uživa-
telé mohou být odpovědni za pořizování a vkládání potřebných dat, jiní za pro-
vádění analýz a statistických přehledů, další pak používají poskytovaná data ke
své práci nebo celkovému řízení instituce. Informační systém musí všem sku-
pinám uživatelů zajistit správný systém oprávnění k jejich činnostem a zabránit
operacím, které nedodržují stanovená pravidla.
Prostudování tohoto textu by nám mělo pomoci orientovat se v oblasti použí-
vaných postupů při návrhu informačních systémů a poskytnout základní pře-
hled o možnostech dnešních technologií a architektur, na nichž jsou informační
systémy založeny.
Požadované znalosti
Tento kurz je určen i pro ty, kteří ještě s žádným databázovým systémem ne-
pracovali, tudíž se neočekávají, kromě běžné počítačové gramotnosti (uživatel-
ská úroveň dovedností v prostředí operačního systému Windows), žádné před-
chozí znalosti v této oblasti. Proto je podstatná část textů věnována nezbytné
databázové problematice.
Doba potřebná ke studiu
Doba potřebná ke zvládnutí tématu tohoto textu je závislá na zkušenostech,
které s databázemi máte. Pokud si na otázku, co je to databáze odpovíte „něja-
ká data“ a otázkou, jak to vlastně funguje, jste se dosud nezabývali, budete
patrně k pochopení textu potřebovat asi 8 až 10 hodin studia.
Klíčová slova
Data, informace, informační systém, informační technologie, třívrstvá architek-
tura, databázová technologie, databáze, databázový systém, SŘBD, databázový
model, relace, struktura, atribut, datové typy, tabulka, vztahy, primární klíč,

5

cizí klíč, databázové jazyky, DDL, DML, DCL, SQL, integrita, redundance,
konzistence, transakce, E/R diagram.
Použitá terminologie
Diskutovaná problematika se neustále vyvíjí, takže česká terminologie nemusí
být vždy exaktní. V textu je často uváděna i odpovídající anglická terminolo-
gie. Pro některá často užívaná spojení se v textu zavádějí zkratky, které jsou při
prvním výskytu takového textu uvedeny v závorkách.


6
Informační technologie a systémová analýza
1. Úvod
Kdybychom měli charakterizovat současnost, asi by z mnoha úst zazněla při
tomto popisu v nějakém tvaru slova jako komunikace, informace, globalizace:
telekomunikace, informační technologie, informační systémy, globální rozšíře-
ní, ... Ano, dnešní svět je posedlý informacemi. Informační systémy dnes zajiš-
ťují chod téměř celé společnosti: najdeme je ve výrobní sféře, státní správě,
finančních ústavech, zdravotnictví, ve školství i armádě. Nasazují se nejen ve
velkých organizacích a institucích, začínají se uplatňovat i v menších firmách
a provozech. Používá je stále větší počet lidí. Přínosy využití informačních
technologií (IT) jsou obrovské: nové výrobní technologie, zvýšení produktivity
práce, zvýšení kvality řízení. Vlivy IT však mohou být i negativní. Z pohledu
pracovníků mohou ohrožovat jejich pracovní pozice, protože rychlost vývoje
informačních technologií vede ke zvýšeným požadavkům na kvalifikaci lidí.
Znalosti velmi rychle zastarávají, je nutná rekvalifikace a stálá potřeba sledovat
nové trendy, mohou se projevit i vlivy na fyzické a psychické zdraví.
2. Informační systémy a informační technologie
Z obecného hlediska chápeme informační systém (IS) jako integrovaný systém
zpracovávající data za účelem poskytování informací. Představuje soubor
komponent, jež splňují určitý cíl. Tímto cílem mohou být např. informace
o pacientech, pak jednoduchým informačním systémem může být kartotéka
lékaře. Nebo informace o pohybu vozidel ve firmě, které se zaznamenávají do
knihy jízd. V dnešní době si sice IS představujeme většinou v elektronické po-
době, ale nutně to tak být nemusí. Důležité je, že IS disponuje nástroji pro
sběr, ukládání, údržbu a prezentaci dat. V tomto textu však pokud budeme
zmiňovat IS, budeme předpokládat, že pracují na počítačích – obsahují tedy
automatizovanou část; v tomto textu se budeme šířeji zabývat problematikou
databázových technologií.
V současnosti je každý IS postaven na databázovém systému, který představuje
výše zmiňovaný nástroj pro sběr, ukládání a manipulaci s daty a můžeme jej
znázornit například tak, jak ukazuje obrázek 2.1.

Uživatelé
Data Systém řízení báze dat
Databázový systém
Informační systém







Obr. 2.1 Komponenty informačního systému

7

2.1. Vývoj technologie pro zpracování dat
První počítače byly navrženy především pro řešení složitých numerických vý-
počtů (vývoj atomové bomby, dešifrování kódovaných zpráv), brzy však byly
použity i pro zpracování hromadných dat. Umožnil to vývoj programovacích
jazyků (FORTRAN, ALGOL, COBOL), které mnohonásobně zefektivnily
psaní programů. Byly to především ekonomické agendy, které díky své maso-
vosti způsobily, že se staly převládajícím typem použití počítačů.
První programy se vytvářely jako „šité na míru“ pro jednotlivé agendy, a tudíž
vykazovaly nízkou míru datové i uživatelské flexibility. Datové soubory byly
navrženy pro potřeby jednotlivých programů, což vylučovalo možnost využití
v jiném programu bez „přeprogramování“. Rovněž při změně struktury datové-
ho souboru vznikala nutnost úpravy programu. Toto byly začátky zpracování
dat spadající do období padesátých let, graficky odpovídají obrázku.2.2.
Aplikace 1 Aplikace 2
Program Data Program Data

Obr. 2.2 Organizace dat v počátcích hromadného zpracování dat
Další vývoj vedl k vytvoření souborového systému, kdy se data oddělila od
algoritmů do samostatných datových souborů, nicméně popis jejich struktury
zůstal v programu. Stav ukazuje obrázek 2.3.


Obr. 2.3 Oddělení datových souborů od algoritmů (60. léta minulého století)
Je jasné, že v takovém systému existence řady datových souborů, které pokrý-
vají potřeby několika programů provozovaných v jedné organizaci, musí tyto
soubory obsahovat částečně stejná data. Vždyť ve zpracování osobních dat
Aplikace 1 Aplikace 2
Program
Soubor1 Soubor2 Soubor n
Systém pro zpracování souborů
Program

8
Informační technologie a systémová analýza
zaměstnanců musí být informace o jejich jménech stejně jako v agendě mezd.
Tento vícenásobný výskyt dat v systému nazýváme redundancí. Je to jev ne-
žádoucí, neboť nejen že zvětšuje objem ukládaných dat, ale především je zdro-
jem nekonzistence dat. Je zřejmé, že data popisující jednu vlastnost objektu
(v tomto případě jméno zaměstnance) by měla mít stejnou hodnotu ve všech
svých výskytech, ať je to v jakémkoli datovém souboru příslušejícím jakému-
koli programu. Jestliže se data změní, musí být opravena ve všech datových
souborech, ve kterých jsou použita, jinak ztrácejí konzistenci. Souborové zpra-
cování, které disponuje pouze prostředky operačního systému, má jen omezené
možnosti při zajištění bezpečnosti a ochrany dat. Rovněž možnost sdílení dat
více uživateli je omezená.
Tyto problémy se staly příčinou dalšího vývoje způsobu zpracování hromad-
ných dat, jež byly završeny vytvořením prvních systémů řízení báze dat – tento
způsob zpracování hromadných dat můžeme nazvat termínem databázová tech-
nologie. Znázorňuje ho obrázek 2.4.


Obr. 2.4 Uložení dat v databázi spravované SŘBD (současnost)
Data využívaná jednotlivými aplikacemi jsou uložena centralizovaně a spravo-
vána systémem řízení báze dat (SŘBD), který osvobodil aplikační programy od
nutnosti definice a organizace dat. Zároveň poskytuje nástroje pro dosažení
daleko lepší ochrany dat než operační systém a jelikož jsou data udržována
jednotně, omezuje redundance a tím lze dosáhnout vyšší úrovně konzistence
dat.
2.2. Vývoj technologií pro tvorbu informačních systémů
Již jsme uvedli, že informační systém vyžaduje sdílení pořizování a využívání
informací mezi mnoha uživateli různého typu. Evoluci, která rozvíjí komfort
tohoto sdílení, lze zjednodušeně popsat následujícím způsobem:
Aplikace 1 Aplikace 2
Program
Databáze1 Databáze2 Databáze n
Systém řízení báze dat
Program

9

2.2.1. Nejstarší – centralizované systémy
Pro tyto systémy je typická silná „centralizovanost“. Konkrétní aplikace (vlast-
ní logika informačního systému), programové aplikační rozhraní databáze a
systému řízení báze dat využívají stejné zdroje (procesor, paměť a disk), tj.
„běží na jednom počítači“ (tzv. mainframu), který je zdrojem veškerých výpo-
četních možností. Interakce a komunikace s koncovým uživatelem pak probíhá
skrze terminály připojené k mainframu. Tato architektura neposkytuje fakticky
žádný způsob použití možností grafického uživatelského prostředí a výpočetní
síly eventuálního koncového počítače v roli terminálu. Terminálové protokoly
limitují terminály na zobrazování výhradně textových informací. Výhodou této
architektury je, že odpadají starosti s provozem sítě a údržbou více počítačů,
aplikace a SŘBD úzce spolupracují, což přispívá k celkovému výkonu. Těsná
vazba mezi aplikací a SŘBD se však projevují jako značná nevýhoda v případě
potřeby přenosu aplikace na jiný SŘBD (tzv. portace).


Mainframe
Data
Aplikace IS
Aplikace IS
Aplikace IS
….
Obr. 2.5 Schéma informačního systému v centralizované architektuře
2.2.2. Úspěšné systémy Client/Server
Podobně jako u centralizovaných systémů, každý systém client/server používá
SŘBD běžící na jednom vyhrazeném (dedikovaném) počítači – databázovém
serveru. Podstatným rozdílem oproti centralizovaným systémům je však sku-
tečnost, že aplikace (vlastní informační systém) běží na odděleném počítači
uživatele a pro připojení k SŘBD využívá počítačovou síť. Aplikace je tedy
oddělena od SŘBD, používá separátní paměť, vlastní procesor a má přístup na
lokální disk počítače uživatele. Komunikace mezi aplikací a SŘBD (tedy dvě-
ma různými počítači) probíhá prostřednictvím tzv. datového protokolu (data
protocol), což je jednoduše zakódovaná forma SQL požadavku (viz dále). Počí-
tač, na kterém běží aplikace, poskytuje grafické uživatelské rozhraní, a používá
tzv. aplikační rozhraní (interface) databáze (API). Obvykle se označuje jako

10
Informační technologie a systémová analýza
klientský počítač (client), i když striktně vzato je v roli klienta pouze program
na klientském počítači. Počítač, na kterém běží SŘBD, se nazývá server (opět,
vlastním serverem je program realizující SŘBD).
Uvedený model umožnil využití nezanedbatelného výpočetního výkonu kon-
cových uživatelských počítačů (nazývaných také frontend) a uvolnil servery
(backend) tak, aby se mohly soustředit zejména na efektivní provádění dato-
vých operací. Zajišťování uživatelského rozhraní pro všechny připojené termi-
nály totiž představuje u centralizované architektury značnou zátěž. Navíc je
počet připojitelných terminálů u centrálního mainframu značně limitován.
Uvedené rozdělení (distribuce) úkolů tedy umožnilo rychlý nárůst výkonu a
zvýšilo celkovou flexibilitu řešení. Výměna SŘBD již neznamená výměnu
aplikací na všech klientských počítačích, postačí zachování vlastností aplikač-
ního rozhraní u nového systému. Připojení klientů prostřednictvím sítě také
dramaticky zvýšilo jejich možný počet.
Server
Data
SŘBD
síť
Klient PC
Aplikační
logika IS
Uživatelské
rozhraní

Obr. 2.6 Schéma informačního systému v architektuře klient–server
2.2.3. Moderní vícevrstvé architektury
I architektura klient–server však má své limity. Ukázalo se, že mají-li být in-
formační systémy efektivní, musí se neustále přizpůsobovat změnám v organi-
zaci, technologickému vývoji a v neposlední řadě i požadavkům na komfort ze
strany uživatelů. Výměna systému však znamená zásah do všech klientských
počítačů, což například v prostředí internetu, kdy jejich celkový počet ani není
znám, představuje velmi obtížnou úlohu.
Filozofie používání počítačové sítě v architektuře klient–server omezuje také
počet současně připojených klientů. Po překročení relativně nízkého počtu (cca
100) dochází ke zhoršení výkonu tím, že server udržuje s klientem spojení po-
mocí speciálních zpráv (keep-alive messages), a to i v případě, že klient není
aktivní.
Uvedené nedostatky částečně odstraňuje zobecnění směrem k tzv. vícevrstvým
architekturám (Multi tier architecture).

11

Dvouvrstvá architektura (Two tier architecture) představuje klasický databázo-
vý model klient–server, tak jak byl popsán v předcházejícím odstavci. Jednu
vrstvu představuje klient, který požaduje nějaké služby, druhou vrstvu pak ser-
ver, který tyto služby poskytuje. Uživatelské rozhraní je umístěn