Modelo Relacional e Normalização de Dados. ENG1518/3VC Sistemas de Informação Gerenciais Prof. Marcos Villas

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1 Modelo Relacional e Normalização de Dados ENG1518/3VC Sistemas de Informação Gerenciais Prof. Marcos Villas villas@puc-rio.br 1

2 Diagrama de Classes da UML Modelo Relacional SGBD NAVATHE, Shamkant B. Evolution of data modeling for databases. Communications of the ACM, v. 35, n. 9, p ,

3 Banco de dados É um conjunto de registros dispostos em estrutura regular que possibilita a reorganização dos mesmos e produção de informação. Um banco de dados é usualmente mantido e acessado por meio de um software conhecido como Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD). Um SGBD corresponde a um conjunto de programas que permitem armazenar, modificar e extrair informação de um banco de dados. Ele age como interface entre os programas de aplicação e os dados físicos. Normalmente um SGBD adota um modelo de dados. O mais adotado hoje em dia é o modelo relacional, onde as estruturas têm a forma de tabelas, compostas por tuplas (linhas) e colunas. A linguagem padrão para os bancos de dados relacionais é a Linguagem de Consulta Estruturada (SQL). 3

4 Usuário Final SQL Programas SQL SGBD BD DBA SQL+...

5 Modelo Relacional: Definições Relação: tabela bi-dimensional, composta de linhas e colunas de dados. Atributo: uma coluna. Tupla: uma linha da relação (um registro). Grau de uma relação: quantidade de atributos. Cardinalidade de uma relação: quantidade de linhas Chave Primária (PK): um ou mais atributos de uma tabela, cujos valores nunca se repetem na tabela. Em chaves primárias, não pode haver valores nulos. Chave Estrangeira (FK): um atributo em uma tabela que faz referência a chave primária de outra (ou da mesma) tabela. Ou seja, ela representa uma ligação entre essas duas tabelas. Integridade referencial: Se uma determinada tabela A possui um atributo que é chave primária em uma tabela B, então em cada tupla da tabela A ele deve ser igual a uma chave primária existente em B ou ter o valor nulo. Ou seja, não pode existir na chave estrangeira um valor que não exista na tabela na qual ela é chave primária. 5

6 Esquema de Banco de Dados Relacional: nomes das relações seguidos pelos nomes dos atributos, com os atributos chaves sublinhados e com as chaves estrangeiras identificadas (por exemplo, ). Exemplo de esquema: Aluno (Aluno_Matricula, Aluno_Nome) Curso (Curso_ID, Curso_Nome) Matriculado Nota) Chaves estrangeiras: Matriculado.Curso_Id => Curso.Curso_Id Matriculado.Aluno_Matricula => Aluno.Aluno_Matricula 6

7 Diagrama de Classes da UML derivação Modelo Relacional 7

8 Derivação do diagrama de classe para o modelo relacional Regras básicas: 1) Toda Classe vira uma Tabela (Relação) no Modelo Relacional 2) Todo Atributo da Classe vira um Atributo (Coluna) no Modelo Relacional 8

9 Relacionamentos 1:N (várias classes) A Tabela cuja a classe possui multiplicidade máxima N carrega o identificador da tabela cuja a classe possui multiplicidade máxima 1. Empregado (matricula,nome) Projeto (código,nome,descricao,valor,dtinicio,duração,@matricula) Chave Estrangeira: Projeto.matricula => Empregado.matricula 9

10 Relacionamentos 1:N (mesma classe) Incluir uma nova chave na mesma tabela, passando a ter o papel de chave estrangeira. Empregado (matricula, Chave Estrangeira: Empregado.matricula_chefe => Empregado.matricula 10

11 Relacionamentos 1:1 (várias classes) Incluir a chave primária na tabela cuja multiplicidade mínima da classe é 0. Aluno (matricula,nome,dtnascimento,@numero) Chave Estrangeira: Aluno.numero => Armario.numero Armario (numero, localizacao) 11

12 Relacionamentos 1:1 (mesma classe) Incluir uma nova chave na própria tabela. Pessoa (cpf, Chave Estrangeira: Pessoa.cpf_conjuge => Pessoa.cpf 12

13 Relacionamentos M:N (várias classes) O relacionamento torna-se uma tabela, carregando seus atributos e os identificadores das tabelas que ele se relaciona. Aluno (matricula,nome,dtnascimento) Turma (codigo,anosemestre) Cursa G1,G2,G3,faltas) Chaves Estrangeiras: Cursa.matricula => Aluno.matricula Cursa.codigo => Turma.codigo 13

14 Relacionamentos M:N (mesma classe) Criar nova tabela, com os identificadores da classe Disciplina (codigo,nome,conteudo) Chaves Estrangeiras: Pre-Req.Codigo_exige => Disciplina.codigo Pre-Req.Codigo_satisfaz => Disciplina.codigo 14

15 Relacionamentos de generalização Todas as classes viram tabelas. As tabelas referentes as subclasses carregam a chave primária da super-classe. CargaTransportada (codigo, descrição, peso, volume) Frigorificada (@codigo, tempmin, tempmax) Perecivel (@codigo, dtvencimento) Chave Estrangeira: Frigorificada.codigo => CargaTransportada.codigo Perecivel.codigo => CargaTransportada.codigo 15

16 Construa o modelo relacional referente aos diagramas de classe a seguir: 1 16

17 2 17

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21 Normalização Normalização de Dados 21

22 Normalização Formas Normais Formas normais são regras para estruturar relações eliminando anomalias. Primeira Forma Normal (1FN): Todos os atributos devem ser atômicos (ou seja, contêm um só valor). 22

23 Normalização Exemplo de uma relação que não está na 1FN (há valores múltiplos em Prédio_ID) Func_Matricula Func_Função Predio_ID 10 Eletricista 120, Eletricista Eletricista 120, 135, Mecânico

24 Normalização Formas Normais Dependência Funcional (DF): Um valor de um (ou mais) atributo(s) em uma tupla (linha, registro) determina o valor de outro(s) atributo(s) na tupla. Representação DF: A B Significado: se qualquer par de tuplas (linhas, registros) possuem o mesmo valor para o atributo A, então elas têm que ter o mesmo valor do atributo B. Esta definição também vale se A e B forem conjuntos de atributos ao invés de um só atributo. O(s) atributo(s) do lado esquerdo de uma DF é(são) chamados de determinante(s), porque ele(s) determina(m) o valor do(s) atributo(s) do lado direito. Uma chave primária de uma relação é um determinante, pois seu valor determina unicamente o valor de todos os outros atributos de uma tupla. 24

25 Normalização Segunda Forma Normal (2FN): Nenhum atributo não-chave depende funcionalmente de somente uma parte de chave. A 2FN só precisa ser verificada quando há chaves compostas (toda relação com apenas 1 atributo na PK sempre está na 2FN). A 2FN também pode ser expressa por: Todo atributo não-chave depende funcionalmente de TODA a chave. Exemplo de uma relação que não está na 2FN: Chave primária: Func_Matrícula e Prédio ID; Func_Nome depende somente de Func_Matricula Func_Matricula Predio_ID Data Alocação Obra Func_Nome /1/2001 José /2/2002 João /3/2002 João /8/2001 Marcos 25

26 Normalização Terceira Forma Normal (3FN): Todo determinante é uma chave. (não podemos ter DF entre atributos que não fazem parte da PK) Como passar da 2 a. para a 3 a. forma normal: Decomposição da relação, ou seja, criar nova relação, com os atributos que transgridem a DF. Resultado: (3FN) Alocado (Func-MAt, Predio_ID, Data) Funcionário (Func_Mat, Nome) 26

27 Normalização Resumo 1FN T1 T2 1FN: sem atributo multivalorado pessoa (cpf, nome, nascimento, telefone*) 2FN: sem dependência funcional parcial dirige (cpf, placa, início, nome) ; cpf nome 3FN: sem dependência funcional transitiva pessoa (cpf, nome, sigla-uf, estado) ; sigla-uf estado