Konsep dan Arsitektur Basis Data
IKI20410 – Basis Data Aniati Murni
Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia
2
Data model, Schema and Instance
DBMS (Data Base Management System)
Architecture and Data Independence
Database Language, Interface and System
Environment
Elmasri Bab 2
3
Data model is a collection of tools for describing
– Data, data relationship, data semantics, data constraints
Data model:
– Object-based logical model:: • Entity-relationship model • Object-oriented model • Semantic model
• Fungsional model:
– Record-based logical model: • Relationship model
• Network model • Hierarchical model
Data Model (1)
4
Data model adalah sekumpulan konsep yang
digunakan untuk menjelaskan struktur dari basis data (database structure) dan memberikan gambaran
tingkat-tingkat abstraksi data (data abstraction).
Data model juga mencakup sekumpulan operasi (basic & user-defined) yang dapat dilakukan terhadap data
yang dihimpun dalam basis data.
Operasi dasar (basic) disediakan oleh sistem basis data: insert, delete, update, dan retrieve.
User-defined operation dibuat oleh perancang, contoh: operasi menghitung IPK mahasiswa
Data Model (2)
5
Data abstraction
adalah deskripsi mengenai
struktur basis data yang mudah dimengerti oleh
user, atau bisa juga mencakup detil dari
penyimpanan data yang biasanya perlu
diketahui oleh perancang basis data
à
jadi ada
tingkatan abstraksi.
Database structure
mencakup
data type (type
of name is string)
,
relationship (customer has
relationship with account),
dan
constraint (ada
batasan bahwa tidak bisa menjamin bahwa
-peserta MIK harus sudah mengambil KP1).
6
View of Data
7
Physical level
menggambarkan bagaimana
suatu record disimpan secara fisik.
Logical level
menggambarkan bagaimana
suatu record disimpan dalam basis data dan
menggambarkan hubungan
(relationship)
antar
data.
View level
suatu
application program,
tidak akan
memperlihatkan data type juga dapat
menyembunyikan informasi (misal: gaji) yang
mempunyai tingkat
security tertentu yang terkait
dengan otoritas user
.
8
High-level or Conceptual data model konsep yang
mudah dimengerti oleh end-user. Menggunakan konsep entities, attributes, dan relationships.
Entity representasi obyek dalam dunia nyata (misal: maha-siswa) atau obyek dalam konsep (misal: mahluk ruang angkasa).
Attribute: representasi property yang dimiliki oleh suatu entitas, misal: alamat atau gaji seorang karyawan.
Relationship: hubungan antara beberapa entitas, misal: hubungan antara entitas pegawai dengan entitas proyek adalah pelaksana proyek.
9
Contoh Entity-Relationship Model
(Sumber: Silberschatz, Korth and Sudarahan ©1997)
Entity Attribute
10
Representational or Implementation data model konsep yang dapat dimengerti oleh end user, menggambarkan organisasi
data dalam komputer, tanpa detil penyimpanan dalam komputer. Disebut juga sebagai record-based data model, karena
merepresentasi data dalam bentuk record structure.
Konsep ini digunakan untuk menjelaskan skema traditional commercial database seperti relational database, network dan hierarchical databases.
Record structure:
type customer = record
name: string; street: string; city: integer;
end;
11
12
13
14
Low-level or Physical data model
merupakan
konsumsi computer specialist yang mencakup
detil penyimpanan data di komputer.
Pada konsep ini data direpresentasi dalam
bentuk
record format, record ordering
, dan
access path
.
Access path
: adalah suatu struktur pencarian,
pencarian record dalam database diharapkan
bisa efisien.
15
The description of the database (suatu bentuk
konsep): adalah database schema, diperlukan dalam
merancang basis data, tidak terlalu sering diubah. Skema basis data digambarkan oleh data model
dalam bentuk diagram (database schema diagram).
The database itself (suatu bentuk riil): merupakan himpunan data yang diorganisasikan sedemikian rupa sehingga dapat digunakan dan dipelihara (dimana
datanya dapat ditambah, dihapus, dan sering diubah).
16
Similar to types and variables in
programming languages
Schema – the logical structure of the
database (e.g., set of customers and
accounts and the relationship between them)
Instance – the actual content of the database
at a particular point in time
State – the data status in the database at a
particular moment in time.
Database Schema, Instance, and State
(Modifikasi dari Silberschatz, Korth and Sudarahan ©1997)17
Key issue: kaitan antara schema, metadata, state, empty state, initial state, instance dan valid state
18
Database schema diagram: bisa hanya menggam-barkan beberapa aspek dari suatu skema basis data. Perhatikan pada slide berikut bahwa suatu diagram skema hanya menggambarkan struktur record object, tetapi (dalam contoh) tidak ada data type setiap data item, tidak ada relationship antar files, tidak ada
penggambaran hubungan yang kompleks (constraint), juga tidak ada instan isi data yang aktual dari record (database instance).
A schema construct: merupakan sebutan bagi object
yang ada pada skema basis data, misal: STUDENT dan
COURSE.
19
Contoh Basis Data
STUDENT Name StudentNumber Class Major Smith 17 1 CS Brown 8 2 CS
COURSE CourseName CourseNumber CreditHours Department Data Structures CS3320 4 CS Discrete Math. MATH2410 3 MATH SECTION SectionID CourseNumber Semester Year Instructor
85 MATH2410 Fall 98 King 112 CS3320 Fall 98 Anderson GRADE_REPORT StudentNumber SectionIdentifier Grade
17 112 B 8 85 A PREREQUISITE CourseNumber Prereq_Number
CS3380 CS3320 CS3320 CS1310
20
Contoh Database Schema Diagram
STUDENT
Nama StudentNumber Class Major COURSE
CourseName CourseNumber CreditHours Department PREREQUISITE
CourseNumber Prereq_Number SECTION
SectionID CourseNumber Semester Year Instructor GRADE_REPORT
21
Key issue: kaitan antara data model, schema, dan database schema diagram
Untuk Disimak Kembali!
(Perhatikan juga ada term high-level / conceptual, representational / implementation, dan low-level /
physial pada data model; serta term external view, conceptual / logical, dan
internal / physical pada database schema dan architecture)
22
Adanya program-data dan program-operation independence (berbeda dengan traditional
programming and files) àà insulated data searching.
Mendukung multiple user views (a single repository
of data yang digunakan oleh banyak user) àà
defined once for all.
Deskripsi structure dan constraint basis data
(database schema) disimpan dalam katalog àà
self-describing nature.
à
à Ketiga karakteristik ini akan dijelaskan dengan
three-schema DBMS architecture berikut
Karakteristik Basis Data
23
Three-schema Architecture
(Modifikasi dari: Silberschatz, Korth and Sudarahan ©1997)
EXTERNAL LEVEL End User Conceptual Schema Internal Schema CONCEPTUAL/LOGICAL LEVEL INTERNAL/PHYSICAL LEVEL External-Conceptual Mapping Conceptual-Internal Mapping STORED DATABASE
24
Internal / Physical Schema: deskripsi secara detil dan lengkap tentang struktur penyimpanan data secara fisik dan access
paths ke database à menggunakan low-level model
Conceptual / Logical Schema: deskripsi struktur basis data yang terdiri dari entities, data types, relationship, user
operations, and constraints untuk setiap kategori user à
dapat digunakan high-level or implementation model
External View Schema: terdiri dari beberapa skema external user dengan masing-masing bagian database yang akan digunakan (lihat bahan kuliah lalu – different views of the
same database structure) à dapat digunakan high-level or
implementation model
Separation of the user application
and the physical database
25
Mapping is the process of transforming
requests and results between levels.
E.g., A request for a database retrieval
à
à
the
DBMS will transform the request to the
conceptual and physical levels, and extract
the data from the stored database and
reformatted the data to match the user/s
external view.
DBMS jarang menggunakan three-schema,
karena overhead pada interface cukup tinggi.
26
Ability / Kemampuan untuk memodifikasi definisi
skema pada suatu level tanpa berakibat pada
definisi skema pada level yang lebih tinggi
Interface antar level dan komponen harus
didefinisikan dengan baik, sehingga perubahan
pada suatu bagian tidak akan berakibat pada
bagian yang lain
Dua tipe data independence:
– Logical data independence
– Physical data independence
Data Independence
27
Conceptual / logical schema dapat diubah
tanpa perubahan external schema dan
application programs.
Perubahan hanya terjadi pada interface,
yaitu view definition dan mapping pada
DBMS.
Contoh perubahan: penambahan atau
pengurangan data item atau perubahan
constraints.
28
Perubahan logical schema tidak mengubah external schema / application programs
STUDENT Name StudentNumber Class Major Smith 17 1 CS Brown 8 2 CS
COURSE CourseName CourseNumber CreditHours Department Data Structures CS3320 4 CS Discrete Math. MATH2410 3 MATH SECTION SectionID CourseNumber Semester Year Instructor
85 MATH2410 Fall 98 King 112 CS3320 Fall 98 Anderson
GRADE_REPORT StudentNumber StudentName SectionID CourseNumber Grade 17 Smith 112 CS3320 B 8 Brown 85 MATH2410 A PREREQUISITE CourseNumber Prereq_Number
CS3380 CS3320 CS3320 CS1310
Ada penambahan data item pada record Grade_Report – dengan tanda
29
Reminder: apakah yang dimaksud dengan data consistency, dan apakah perbedaan antara controlled & uncontrolled redundancy
30
Internal / Physical schema dapat diubah tanpa perubahan pada conceptual / logical schema.
Physical files selalu perlu di-reorganized, bisa karena disk space sudah penuh atau perlu penambahan /
perubahan access structure untuk tujuan meningkatkan
kinerja pencarian/perbaikan data.
Contoh: query untuk membuat daftar kuliah menurut semester dan tahun tidak perlu berubah, sekalipun pada physical schema proses ini akan dilaksanakan
dengan direct access path menurut key semester dan
tahun.
31
Key issues: mekanisme apakah yang digunakan untuk memungkinkan adanya data independence
32
DBMS harus menyediakan language dan
interface untuk setiap kategori pemakai
Dikenal ada beberapa language:
– VDL (View Definition Language) – DDL (Data Definition Language) – SDL (Storage Definition Language) – DML (Data Manipulation Language) – Data Sub Language
– Host Language
33
Bila tidak ada pemisahan antara skema
conceptual dan internal, maka database
administrator (DBA) dan database designer
akan menggunakan bahasa DDL untuk
mendefinisikan kedua skema.
Diperlukan DDL compiler yang fungsinya
menjelaskan setiap schema constructs
(object) dan menyimpan deskripsi tersebut
di dalam DBMS catalog.
34
Bila digunakan 2 skema (conceptual dan
internal), maka DDL hanya
menspesifikasikan skema conceptual dan
diperlukan bahasa SDL untuk
menspesifikasikan internal skema
Mapping antar kedua skema dapat
dilakukan oleh salah satu dari kedua
bahasa.
35
Bila digunakan 3 skema (view, conceptual
dan internal), maka diperlukan bahasa
ketiga (VDL) untuk menspesifikasikan user
views dan memetakan (mapping) ke skema
conceptual.
Pada umumnya DBMS menggunakan DDL
untuk mendefinisikan external dan
conceptual skema.
36
DML merupakan bahasa yang digunakan
untuk manipulasi data: retrieval, insertion,
deletion, dan modification.
DBMS yang baru biasanya menggunakan
integrated language (untuk external,
conceptual, dan data manipulation).
Hanya SDL yang terpisah yang biasanya
digunakan oleh DBA.
37
SQL merupakan kombinasi dari VDL, DDL,
dan DML.
2 type DML:
– High-level / non-procedural DML
– Low-level / procedural DML
38
Disebut juga Data Sub Language
– bisa dimasukkan melalui terminal atau
– dijadikan satu dengan general purpose
language (Host Language)
Dapat mengambil banyak record dengan
spesifikasi tertentu dalam satu DML
statement (set-at-a-time DML)
Bisa merupakan query language dimana data
retrieval dan update dapat dilakukan secara
interactive pada stand-alone system.
39
Statement dimasukkan atau dijadikan
satu dengan general purpose
language (Host Language)
Hanya dapat mengambil satu record dan
memprosesnya (record-at-a-time),
karena itu memerlukan host language
agar bisa dibuat suatu loop untuk ambil
record dan proses.
40
Perlu user-friendly interface
– Menu-based interface for browsing
– Forms-based Interface
– Graphical user interface
– Natural language interface
– Interface for parametric user
– Interface for the DBA
41
42
Fungsi setiap modul komponen DBMS
43
