[컴퓨터과학개론] 13. 데이터베이스(1)

워터파슬리 2022. 12. 11. 17:19

2022. 12. 11. 17:19

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01. 기본 개념

🔸데이터

관찰이나 측정을 통해 현실 세계에서 단순히 수집된 사실/값
적절한 처리를 거쳐야만 정보로서 가치를 가짐

🔸정보처리 시스템

데이터를 수집, 조직, 저장하고 정보를 생성, 분배하는 시스템
실세계의 방대한 데이터를 효과적으로 저장/운영하기 위한 기술이 필요 → "데이터베이스"

✅ 파일 처리 시스템 (데이터베이스 등장 전 사용)

정보 표현에서 1차원적인 저장 시스템
각 응용 프로그램이 특정한 응용을 위해 필요한 파일을 독립적으로 소유하고 관리

🔸파일 처리 시스템의 문제점

데이터 종속성(data dependency)
- 응용 프로그램과 데이터 사이의 1:1 상호 의존 관계
- 파일 구성 요소, 접근 방식 등이 변경되면 해당 응용 프로그램도 함께 변경
데이터 중복성(data redundancy)
- 한 시스템에 동일 데이터가 여러 개 존재
- 일관성, 보안성, 경제성, 무결성 확보 및 유지 곤란

→ 데이터 공용 불가➡️ "데이터베이스" 기술 등장

✅ 데이터베이스

한 조식의 여러 응용 시스템이 공유해서 사용하기 위한 통합, 저장, 운영 데이터의 집합

shared, 여러 응용 프로그램이 공동으로 소유하고 사용
integrated, 중복된 데이터를 배제하여 각 데이터의 일관성 유지
- 중복의 완전 배제가 아닌 "최소한의 제한적으로 통제한 범위 내에서의 중복"은 허용
stored, 컴퓨터가 접근 가능한 저장매체에 저장
operational, 어떤 조직의 목적과 유용성 측면에서 반드시 유지해야 할 데이터
- 단순한 입출력 데이터 및 처리 과정에서의 일시적인 데이터는 제외

🔸데이터베이스 특징

실시간 접근성
- DB에 수시로 접근하는 사용자의 요구를 즉시 처리하여 응답을 제공
계속적인 변화
- 삽입/삭제/갱신 등의 연산을 통해 새로운 데이터로 내용을 지속적으로 변화시킴 → 현실 세계의 상태를 정확히 반영한 데이터를 유지
동시 공유
- 서로 다른 목적을 가진 여러 사용자가 동시에 원하는 데이터에 접근
내용에 의한 참조
- 데이터가 저장된 위치/주소가 아닌 내용/값에 따라 데이터를 참조

🔸파일 처리 방식에 대해 향상된 특징

데이터베이스 시스템의 자기 기술성
- DB 시스템은 DB 자체뿐만 아니라 DB에 대한 정의/설명까지 포함(DB에 속하는 각 파일의 구조, 각 항목의 타입과 저장 형식, 데이터의 제약 조건 등이 시스템 카탈로그에 저장)
프로그램-데이터 독립성
- 데이터 파일의 구조에 대한 정보가 응용 프로그램으로부터 분리되어 관리
데이터 추상화
- 사용자에게 상세 정보보다 데이터에 대한 개념적 표현을 제공 → 보다 용이한 데이터 접근이 가능
다중 뷰 제공
- 한 DB에 대한 여러 사용자의 서로 다른 관점의 데이터 요구에 따라 필요한 부분만을 선별적으로 추출해서 볼 수 있는 기능 제공
데이터 공유
- 여러 사용자가 동시에 DB에 접근할 수 있는 기능 제공
다수 사용자의 트랜잭션 처리
- 동시성 제어 기능을 통해 다수 사용자가 동일 데이터를 동시에 변경하는 경우에도 데이터의 일관성을 보장

🔸데이터베이스의 장점

데이터의 *일관성
데이터의 *무결성
데이터의 보안
백업과 회복
표준화
응용 프로그램 개발 시간 단축
융통성
최신 정보의 가용성
규모의 경제성

*일관성: 현실 세계의 어느 한 사실을 나타내는 두 개 이상의 데이터 간의 일치 여부
*무결성: DB에 들어있는 데이터 값과 그것이 표현하는 현실 세계의 실제 값이 일치하는 정확성

🔸데이터베이스의 단점

운영비의 증대
백업과 회복의 오버헤드
복잡한 자료 처리
시스템의 취약성

02. 데이터베이스 시스템

✅ 데이터베이스 시스템

데이터를 데이터베이스에 저장하고 관리해서 필요한 정보를 생성하는 컴퓨터 중심 시스템
구성요소
- 데이터베이스
- 데이터베이스 관리 시스템
- 데이터 언어
- 데이터베이스 사용자
- 데이터베이스 관리자
- 데이터베이스 기계

✅ 데이터베이스 시스템 구조

외부 단계(뷰 단계)
- 각 사용자가 바라보는 개인적인 수준의 DB에 관한 것
개념 단계(논리적 단계)
- 범기관적(조직) 입장에서 DB의 전체 구조를 추상화하는 단계
- 물리적 저장구조의 세부 사항을 은폐하고, 어떤 데이터가 저장되었는지와 데이터 간에 존재하는 관계를 기술
내부 단계(물리적 단계)
- 저장장치 입장에서 데이터가 실제로 어떻게 저장되는가를 기술

🔸스키마(schema)

DB 구조에 대한 정의와 제약 조건의 명세를 기술한 것
- 3가지 관점 → 외부 스키마, 개념 스키마, 내부 스키마

외부 스키마
- =서브스키마: 전체 DB의 한 논리적 부분만을 표현
- 개별 사용자(응용 프로그래머)가 관심을 두는 DB의 일부분만 기술
- 개별 사용자마다 이에 대응하는 여러 개의 외부 스키마가 존재
- 하나의 DB 시스템에는 여러 개의 외부 스키마가 존재
개념 스키마
- 모든 사용자/응용 프로그램이 필요로 하는 전체적이고 통합된 데이터베이스의 구조를 기술( )
- 모든 데이터 개체들에 대한 정의, DB 접근 권한, 보안 정책, 무결성 규칙 등에 대한 명세를 포함
- 모든 외부 스키마는 개념 스키마로부터 생성되고 지원됨
내부 스키마
- =저장 스키마: 개념 스키마에 대한 저장 구조를 정의
- 물리적인 데이터 구조를 정의
- 저장장치의 입장에서 데이터가 실제로 저장되는 방법을 기술
- 저장 레코드 형식, 인덱스 유무, 저장 필드의 표현 방법, 저장 레코드의 물리적 순서 등을 기술
- 물리적 레코드(페이지, 블록)와 저장장치의 특성(실린더, 트랙)은 고려하지 않음

🔸각 단계의 사상

- 각 스키마들을 매핑해주는

외부/개념 사상 → 논리적 데이터 독립성
- 특정 외부 스키마와 개념 스키마 사이의 대응 관계를 정의
- 응용 프로그램에 영향을 주지 않고 DB의 논리적 구조의 변경이 가능
- 하나의 논리적 구조로 많은 응용 프로그램이 요구하는 다양한 형태의 논리적 구조를 제공
개념/내부 사상 → 물리적 데이터 독립성
- 개념 스키마와 내부 스키마 사이의 대응 관계를 정의
- 논리적 구조에 영향을 주지 않고 실제 데이터에 대한 저장 양식의 변경이 가능
- 하나의 논리적 구조로 여러 가지 상이한 물리적 구조의 지원 가능

✅ 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)

응용 프로그램이 데이터베이스를 공용할 수 있도록 관리해주는 소프트웨어 시스템
- 사용자와 데이터베이스 사이에 위치하며 DB의 구성, 접근 방법, 관리 유지 등에 관한 모든 책임과 권한을 갖고 모든 기능을 통합적으로 수행하여 사용자의 요구에 맞는 정보를 생성해 주는 소프트웨어
목적
- 응용 프로그램이 데이터에 종속되지 않는 데이터의 독립성 제공

🔸개념적인 수준의 작업 과정(in 관계형 데이터베이스 관리 시스템)

사용자는 SQL과 같은 언어를 이용하여 데이터 접근을 요구
DBMS가 요구를 받아 분석
외부스키마, 대응하는 외부와 개념 스키마 접속, 개념 스키마, 개념과 내부 스키마 접속 그리고 기억장소 구조 정의순으로 차례대로 검토
저장된 데이터베이스에 필수적인 연산을 수행

필수 기능

정의(definition)
- 물리적으로 구현된 하나의 DB 구조로부터 여러 사용자들의 다양한 요구에 부응할 수 있도록 가장 적합한 DB 구조를 정의하는 기능
조작(manipulation)
- 사용자와 DB 사이의 상호작용을 위한 수단 → 사용자가 연산 도구를 통해 DB에 체계적으로 접근하고 조작할 수 있는 기능
제어(control)
- 공용 목적으로 관리되는 DB의 내용을 정확하고 안전하게 유지시키는 기능 → 데이터 무결성 유지, 보안 유지 및 권한 검사, 동시성 처리 등

✅ 데이터 언어

DBMS와의 통신 수단
- 기능/목적에 따라 → 데이터 정의어, 데이터 제어어, 데이터 조작어

▪️ 데이터 정의어(DDL, Data Definition Language)

DB의 구조, 데이터 형식, 처리 방식 등을 정의하는 언어
- 개념 스키마를 정의하기 위해서 주로 사용
- 데이터베이스 설계자 또는 관리자가 주로 사용
3단계의 데이테베이스 시스템 구조가 명확하게 구분되는 경우
- 뷰 정의어: 외부 스키마를 정의하기 위한 언어
- 기억장소 정의어: 내부 스키마를 정의하기 위한 언어

▪️ 데이터 제어어(DCL, Data Control Language)

데이터 공유와 정확하고 안전한 사용을 위해 데이터 제어를 정의하고 기술하는 언어
- 데이터베이스 관리자가 사용해서 데이터 보안, 무결성, 데이터 회복, 동시성 제어 등과 관련된 명령어들을 통해서 데이터를 관리

▪️ 데이터 조작어(DML, Data Manipulation Language)

DB에 대한 검색, 수정, 삽입, 삭제 등의 조작을 위한 언어
절차적 데이터 조작어
- 필요한 데이터를 어떻게(how)구하는 지를 명시해야 하는 조작어
- 응용 프로그램 속에 삽입되어 사용 → 한 번에 하나의 레코드를 검색하여 처리
- "one-record-at-a-time 데이터 조작어", "저수준 데이터 조작어"
비절차적 데이터 조작어
- 어떻게 구하는지는 명시하지 않고, 어떤(what) 데이터가 필요한지만을 명시
- "선언적 언어", "고수준 데이터 조작어"
- 질의어(SQL), 데이터 부속어

✅ 데이터베이스 사용자

- 데이터베이스에 접근하는 사람의 총칭

일반 사용자: 터미널에서 SQL과 같은 질의어로 DB의 정보에 단순히 접근하는 사람
응용 프로그래머: 일반 호스트 언어와 데이터 부속어를 통해 DB에 접근하는 사람
데이터베이스 관리자: 데이터베이스 시스템 별도의 한 구성요소로 취급

✅데이터베이스 관리자(DBA, DataBase Administrator)

DDL과 DCL를 통해 DB를 정의하고 제어할 목적으로 접근하여 관리하는 사람
데이터를 여러 사람이 공용할 수 있도록 관리하고 제어하는 사람
DB에 대한 접근 권한 설정, 제작과 갱신, 보전과 관리, 성능 변경 요구에 대한 응답 등의 의무를 가짐
조직의 모든 전산 업무, DBMS, 관련 H/W와 S/W 등에 대한 상당한 지식이 필요

✅ 데이터베이스 기계

- "데이터베이스 컴퓨터"

DB 관리 기능을 효율적으로 수행할 수 있도록 특화되어 설계된 하드웨어/소프트웨어
후위 처리기, 지능형 저장장치, 내용에 의한 참조 메모리, 병렬 처리, 데이터베이스 연산기 등을 포함

03. 데이터 모델링 & 개체-관계 모델

✅ 데이터 모델링

현실 세계의 데이터를 데이터 모델 상의 데이터베이스 구조로 변환하는 과정
실세계의 일부분을 DB 시스템이 지원하는 데이터 모델의 형태로 DB를 표현하는 과정

▪️ 데이터 모델

데이터 타입, 데이터의 연산, 데이터의 의미 및 일관성 제약 조건 등의 DB 구조를 명시하기 위한 개념의 집합
지원하는 개념의 타입에 따라 → 개념적 모델, 논리적 모델, 물리적 모델

🔸개념적 모델

현실 세계에서 주요 데이터를 추출하여 개념 세계의 데이터로 변환하는 과정에서의 모델
- 사용자가 데이터를 인식하는 방법과 밀접한 개념 제공
대표적 모델: 개체-관계 모델(E-R 모델)

🔸E-R(Entity-Relationship)모델

개체 타입과 이들 간의 관계 타입을 이용해서 실세계를 사람이 이해할 수 있도록 개념적으로 표현하는 방법
- 그래프에 기반을 둔 모델 → "개체-관계 다이어그램(ERD)"

✅ 개체

데이터로 표현하려는 실세계의 유무형의 모든 것
- 컴퓨터 파일구조에서 하나의 레코드에 대응
하나 이상의 속성으로 구성
- 속성
  - 데이터의 가장 작은 논리적 단위
  - 각 개체의 특성이나 상태를 설명
  - 컴퓨터 파일 구조에서 필드에 대응
- 종류: 단일값 속성, 다중값 속성, 단순 속성, 복합 속성, 유도 속성 등

✅ 관계

개체 집합 사이의 대응성(사상)을 의미
개체 집합 간의 관계 정보를 표현하는 수단
- 미리 어떤 관계를 정의해 놓고 주어진 값을 정의된 관계에 따라 해석하면 유용한 의미 표현이 가능

🔸개체 간의 관계

▪️ 두 개체 집합 X와 Y 관계에서

"개체 Y가 개체 X에 종속되어 있다"
- 개체 X가 존재하는 경우에만 개체 Y가 존재할 수 있고, 개체 X가 삭제되면 Y도 함께 삭제되는 경우
- 개체 X = 오너 개체, 개체 Y = 약한 개체
"전체 참여한다/필수적으로 참여한다"
- 개체 X의 모든 인스턴스가 관계에 반드시 참여하는 경우
- ↔ "부분 참여한다, 선책적으로 참여한다"

✅E-R다이어그램

🔸논리적 모델(구현 모델)

개념 세계의 데이터를 데이터베이스에 저장할 구조로 표현하는 과정에서의 모델
- 개념적 모델과 물리적 모델의 중간에 위치한 모델
- 데이터 구성에 대한 세부적인 사항은 숨기고 사용자가 이해할 수 있는 정도의 데이터 저장에 대한 개념 제공
종류: 계층형 모델, 네트워크형 모델, 관계형 모델, 객체지향형 모델, 객체 관계형 모델

계층형 모델	네트워크형 모델(망형 모델)	관계형 모델
▪️ 트리 형태로 표현 ▪️ 두 개체 사이의 관계 → 1:n 관계 = 부모-자식 관계	▪️ 그래프 형태로 표현 ▪️ 링크로 표현된 데이커 간의 관계 → 오너-멤버 관계	14강 참고
객체지향형 모델	객체 관계형 모델
▪️ 데이터와 절차를 일체화된 단위로 다루는 객체 지향의 개념을 잘 모아서 정의해 높은 집합 - 실세계에서 존재하는 개념적 객체를 중심으로 모델링 하는 방식	▪️ 관계형 모델과 객체지향형 모델의 장점을 결합한 가장 진보된 형태 - 관계형 시스템에서 새로운 객체 저장 능력을 추가한 형태

🔸물리적 모델

저장장치 입장에서 데이터가 어떻게 저장되어 있는지에 대한 세부적인 사항을 기술하는 개념 제공
- 레코드 형식, 레코드 순서, 접근 경로 등의 정보 제공