Base de Données

Introduction aux bases de données
Grégory Beurier
LIRMM – Laboratoire d'Informatique de
Robotique et de Microélectronique de
Montpellier
CNRS – Université Montpellier II
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
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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
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Historique
Systèmes hiérarchiques et réseaux
Systèmes relationnels
Systèmes objets
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Les intervenants humains
Utilisateurs naïfs
Utilisateurs traditionnels
Utilisateurs confirmés
Concepteurs de BD
Développeurs d’applications
Administrateurs de BD
Développeurs de BD
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Niveaux d'abstraction
Niveau Conceptuel
Niveau Logique
Niveau Physique
Schéma externe 1
Schéma externe 2
Schéma externe N
Niveau Externe
réel
Schéma conceptuel
Schéma logique
Niveau interne
Schéma physique
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Plan du cours
Le modèle entité association
Le modèle relationnel
Les langages d'interrogation
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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
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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, …
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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
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Représentation d'une classe d'entité
Nom de la classe
Identifiant
Liste d'attributs
Nom de la classe
Identifiant
Attribut 1
Attribut 2
…
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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
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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
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Représentation d'une association (1)
Le nom du rôle
PERSONNES
VOITURES
N_SS
NOM
ADRESSE
TEL
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N_Immatriculation
POSSEDE
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TYPE
MARQUE
COULEUR
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Représentation d'une association (2)
L'association peut avoir un ou plusieurs attributs
ACTEUR
FILM
N_SS
NOM
ADRESSE
TEL
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N_Film
JOUE
Rôle
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GENRE
DUREE
PRODUCTION
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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
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Cardinalité
Permettent d'affiner la modélisation en en précisant
le nombre d'association dans lesquelles une entité
peut apparaître
Cardinalité minimum
Cardinalité maximum
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Notation des cardinalités
Valeurs : 0, 1, N
On peut donc avoir : (0,1) ou (1,1) ou (0,N) ou (1,N)
A
B
A_id
A1
A2
A3
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B_id
(min,max)
Association
(min,max)
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B1
B2
B3
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Exemple de cardinalité (1)
PERSONNES
VOITURES
N_SS
NOM
ADRESSE
TEL
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N_Immatriculation
(0,N)
POSSEDE
(1,1)
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TYPE
MARQUE
COULEUR
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Exemple de cardinalité (2)
ACTEUR
FILM
N_SS
NOM
ADRESSE
TEL
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N_Film
(0,N)
JOUE
(0,N)
Rôle
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GENRE
DUREE
PRODUCTION
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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
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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.
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Schéma E/A de la bibliothèque
universitaire
LIVRE
EXEMPLAIRE
N_LIVRE
N_EXEMPLAIRE
1,N
TITRE
LANGUE
1,1
EXISTE
DATE_ACHAT
1,1
1,N
ECRIT
EMPRUNTE
DATE_EMPRUNT
1,N
1,N
AUTEUR
ETUDIANT
N_AUTEUR
N_ETUDIANT
NOM
PRENOM
NATIONALITE
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NOM_ETUDIANT
PRENOM
ADRESSE
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Le modèle relationnel
Proposé par Boyce CODD en 1970
Concept clé : la RELATION
Normalisation
Beaucoup de SGBD commerciaux
Langage d'interrogation : SQL
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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}
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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
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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)
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Valeurs nulles
Valeur particulière, notée NULL
Signifie pas de valeur
(Différente de 0)
Contrainte NOT NULL
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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

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La clé de la relation est définie à partir de l'identifiant de la
classe d'association
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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)
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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)
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Union
Opération ensembliste notée 
Deux relations avec le même schéma
Résultat = les tuples des deux relations (sans les
doublons)
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Intersection
Opération ensembliste notée 
Deux relations A et B avec le même schéma
Résultat = les tuples qui sont dans A et dans B
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Différence
Opération ensembliste notée -
Deux relations A et B avec le même schéma :
Résultat = les tuples de A qui ne sont pas dans B
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Projection
Opération unaire, notée

Elimination des attributs non désirés
Exemple :

ETUDIANT, NUM_ETUDIANT, NOM_ETU
Résultat : R(NUM_ETUDIANT, NOM_ETU)
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Sélection
Opération unaire notée

Elimination des tuples non désirés
Exemple :

ETUDIANT, ADRESSE="MONTPELLIER"
Résultat : tous les étudiants de Montpellier
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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
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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
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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
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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

…
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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
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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;
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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");
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Exemple de requête SQL (3)
Fonction de comptage (Le nombre d'exemplaire de la
bibliothèque)
SELECT COUNT(*)
FROM EXEMPLAIRE
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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
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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)
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QBE
Tous les étudiants de Montpellier
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