Fundamentos de Banco de Dados e Modelagem de Dados

Transcrição

1 Abril Universidade Federal de Mato Grosso Instituto de Computação Pós Graduação Lato Sensu em Banco de Dados Fundamentos de Banco de Dados e Modelagem de Dados Prof. Dr. Josiel Maimone de Figueiredo josiel@ic.ufmt.br

2 Pós Graduação Lato Sensu em Banco de Dados Disciplina: Fundamentos de Banco de Dados e Modelagem de Dados Aula 2 Modelagem de Dados Abril 2015

3 Tópicos Conceitos básicos O que é Modelagem de Dados? Modelo Entidade Relacionamento MER-Estendido Exemplos Exercícios

4 Modelagem Um modelo representação idealizada de um sistema a ser construído; simplificação da realidade que ajuda a entender um problema complexo; consiste de notações gráficas e textuais que representam as partes essenciais de um sistema considera diversas perspectivas diferentes e complementares. está inserida em diversos artefatos do desenvolvimento de software

5 [Amber2001] Artefatos IC - UFMT

6 Engenharia de Software na prática 6

7 Modelagem No contexto de Banco de Dados uma modelagem é a representação dos dados que serão armazenados. não envolve a manipulação não envolve o processamento não envolve a forma de visualização

8 O que é Modelagem Arquitetura de Banco de Dados Visão Várias visões Aplicação Conexão SGBD

9 O que é Modelagem Arquitetura de Banco de Dados Visão Conceitual Aplicação Conexão Lógica SGBD Física

10 O que é Modelagem Arquitetura de Banco de Dados Visão Conceitual Aplicação Próxima Conexão do Usuário Final Longe de Tecnologia Representação por Diagramas Lógica SGBD Física

11 O que é Modelagem Arquitetura de Banco de Dados Visão Conceitual Aplicação Próxima da Programação Depende Conexão da Tecnologia Representação por Modelo do SGBD relações (tabelas) cursores SGBD Lógica Física

12 O que é Modelagem Arquitetura de Banco de Dados Visão Conceitual Aplicação Próxima do DBA Próxima do Armazenamento Representação por estrutura de dados Conexão listas, registros, blocos, setores, trilhas SGBD Lógica Física

13 O que é Modelagem Arquitetura de Banco de Dados Visão Conceitual Aplicação Conexão Lógica SGBD Física

14 Modelagem Física O Projeto Físico envolve definir os locais de armazenamento dos dados Disk array RAID Tamanho e organização de arquivos Tablespaces Segmentos Extensões Blocos Arquivos de recuperação (redo log) Organização e local

15 Modelagem Física O Projeto Físico envolve (cont.) Métodos de Acesso B-Tree Bitmap Hash Organização de Armazenamento Visão Visão Materializada Cluster

16 Modelagem Física O Projeto Físico envolve (cont.) Tamanho de memória SGA Cache/Buffer Área de Programa Área de dados Pool compartilhado...

17 Modelagem Física O Projeto Físico envolve (cont.) Métodos de Acesso B-Tree Bitmap Hash GIST (PostgreSQL) Cartuchos (Oracle) Organização de Armazenamento Cluster Backup

18 Modelagem Lógica O Projeto Lógico envolve Definição de tabelas Inserção dos dados (previsão) Definição das Consultas e Relatórios Quais Quantidade e freqüência (previsão) Procedimentos Armazenados Tipos de Conexão Direitos de Acesso Direitos e Papéis

19 Modelagem Conceitual O Projeto Conceitual????????

20 Modelagem Conceitual Normalmente parte-se de um documento que descreve o mundo real Levantamento de requisitos Metáforas remetem a experiências já conhecidas pelos usuários Metodologias como Extremme Programming colocam a metáfora como obrigatória. Priorizado o que tem valor para o cliente e para o negócio 20

21 Levantamento de Requisitos Descrição detalhada da organização e seu ambiente computacional Questões organizacionais objetivos estrutura operações problemas Ambiente/sistema Computacional objetivos escopo e fronteiras origem das informações e usuários necessidades do usuário final 21

22 Modelagem Conceitual Modelos Conceituais ou Semânticos Modelo Entidade-Relacionamento Modelos semânticos recaem sobre o conceito de Abstrações: os construtores Semânticos do modelo são organizados como ocorrências de abstrações. Abstrair consiste em desconsiderar detalhes da informação disponível para ter-se uma visão mais geral (mais abstrata). 22

23 Modelagem Conceitual A conceituação do modelo apoia-se no processo de modelagem tal como é desenvolvido pelos analistas OS TRÊS REINOS Reino Real Percepção Reino Imaginário Implementação Reino da Representação Modelagem 23

24 Modelagem Conceitual No processo de Percepção da aplicação, o projetista não entende determinados detalhes do mundo real. Esses detalhes não são sequer imaginados. Reino Real Percepção Reino Imaginário Implementação Reino da Representação Modelagem 24

25 Modelagem Conceitual No processo de Modelagem da aplicação, o projetista desconsidera outros detalhes do mundo real, por não ser de interesse modelá-los. Reino Real Percepção Reino Imaginário Implementação Reino da Representação Modelagem 25

26 Modelagem Conceitual Tanto na Percepção quanto na modelagem, os detalhes descartados não são colocados no sistema implementado. A Abstração coloca os detalhes, bem como os dados abstratos no sistema implementado. Assim, o sistema pode ver os dados com mais ou menos detalhe, conforme o interesse. Reino Real Percepção Reino Imaginário Implementação Reino da Representação Modelagem 26

27 Modelagem Conceitual A conceituação do modelo apoia-se no processo de modelagem tal como é desenvolvido Modela-se pelos o analistas que é percebido OS TRÊS REINOS (entendido). Reino Real Implementação Do entendido: Modela-se Percepção (ou representa-se) somente aquilo que é de interesse para o sistema que está sendo estudado. Reino da Representação Reino Imaginário Modelagem 27

28 Modelagem de Dados Modelo Entidade Relacionamento Proposto em 1976 P. Chen, ''The Entity-Relationship Model - Toward a Unified View of Data,'' ACM Trans. on Database Systems, Vol. 1, No. 1, March 1976.

29 Modelagem de Dados O Modelo Entidade Relacionamento possui apenas 2 abstrações (construtores semânticos). Qualquer informação do Mundo Real pode ser representada escolhendo-se apenas entre: Entidades; Relacionamentos;

30 Modelo ER Entidades Representa algo do Mundo Real; Alguns autores denominam entidade e conjunto de entidades Usaremos a denominação instância de entidade e entidade

31 Modelo ER Entidades Composta de Atributos Representam as propriedades da Entidade quando isolada. Representação: atributo5 atributo1 atributo6 atributo4 NomeEntidade atributo2 atributo3

32 Modelo ER - Entidade Exemplo: cpf rua nome bairro endereço Paciente atributo2 telefone cidade estado datanascimento idade

33 Modelo ER - Entidade Tipos de Atributos Monovalorado armazena apenas 1 valor. Multivalorado Ex: armazena vários valores. nome Paciente atributo2 telefone

34 Modelo ER - Entidade Tipos de Atributos Chave Ex: Identifica uma instância da entidade. Paciente cpf

35 Modelo ER - Entidade Tipos de Atributos (cont.) Composto Ex: possui subatributos rua bairro endereço Paciente cidade estado

36 Modelo ER - Entidade Tipos de Atributos (cont.) Derivado Ex: Seu valor é obtido a partir de outro(s) atributo Paciente datanascimento idade

37 Modelo ER Relacionamentos Representam as interações entre as Entidades Representação: NomeEntidade1 Ação NomeEntidade2

38 Modelo ER - Relacionamento Exemplo Paciente possui Médico

39 Modelo ER - Relacionamento Cardinalidade Representa a forma como cada instância da entidade participa no relacionamento. Tipos: 1:1 cada instância da entidade pode se relacionar com apenas um instância da outra entidade. 1:N cada instância da entidade pode se relacionar com várias instâncias da outra entidade. N:M cada instância da entidade pode se relacionar com várias instâncias da outra entidade e viceversa.

40 Modelo ER - Relacionamento Cardinalidade Representação: NomeEntidade1 Ação NomeEntidade2 NomeEntidade1 1 Ação N NomeEntidade2 NomeEntidade1 N Ação M NomeEntidade2

41 Modelo ER - Relacionamento Multiplicidade Representa a forma como cada instância da entidade participa no relacionamento. Expressa a participação mínima e máxima Tipos: n..m n é o valor mínimo e m o máximo; * zero ou mais; + um ou mais Obs: seu posicionamento é o inverso da cardinalidade.

42 Modelo ER - Relacionamento Multiplicidade Representação: NomeEntidade1 (1..5) Ação NomeEntidade2 NomeEntidade1 * Ação NomeEntidade2

43 Modelo ER - Relacionamento Atributo Representa a informação que surge somente quando as entidades se relacionam. Representação: NomeEntidade1 * Ação NomeEntidade2 atributo

44 Modelo ER - Relacionamento Atributo Exemplo Aluno N Cursou M Disciplina nota

45 Modelo ER - Relacionamento Participação Total Representa que a instância da entidade é obrigada a participar no relacionamento. Exemplo: Toda peça cadastrada deve estar relacionada com o motor. Motor possui Peça

46 Modelo ER - Relacionamento Cardinalidade Representação: NomeEntidade1 (1..5) Ação NomeEntidade2 NomeEntidade1 * Ação NomeEntidade2

47 Modelo ER - Relacionamento Grau de um Conjunto Relacionamento número de entidades que participam no relacionamento. Tipos Unário envolve 1 entidade (autorrelacionamento) Binário envolve 2 entidades Ternário 3 entidades...

48 Modelo ER - Relacionamento Relacionamento Ternário Cliente compra Funcionário Produto

49 Modelo ER - Relacionamento Papéis Representa o papel da entidade no relacionamento. Obrigatórios em autorrelacionamentos Exemplo: gerencia Empregado gerencia é_gerenciado

50 Modelo ER - Relacionamento Entidade Fraca Sua instância existe somente se ligada à uma instância da entidade forte. Exemplo: Turma só existe se ligado à uma disciplina. Turma Disciplina possui Turma possui

51 Exercício Apresentar o Diagrama Entidade Relacionamento (DER) da seguinte mini-especificação(10 minutos): Uma clínica médica deseja informatizar seu sistema. Para isso sabe-se que é preciso armazenar informações dos pacientes e médicos. Cada paciente é atendido por apenas um médico. Em cada atendimento é preciso armazenar a data e hora, bem como um diagnóstico e a descrição do atendimento. É necessário armazenar os dados pessoais dos médicos e dos pacientes. Para os médicos é preciso incluir as especialidades que possuem.deseja-se obter relatórios mensais envolvendo os pacientes que desenvolveram determinada doença e o remédio utilizado. 51

52 Modelagem de Dados Modelagem Conceitual: O que são entidades na organização? Como essas entidades interagem? Quais informações são importantes para tratamento? Quais são as restrições de integridade e as regras de negócio?

53 Modelo ER Dicas entidade ou atributo? Se controle maior então deve ser entidade entidade ou relacionamento? Se é ação então é relacionamento relacionamento binário ou n-ário? Usar sempre que possível relacionamento binários.

54 E-R Estendido: Especialização Proposto inicialmente por: J. Smith and D. Smith, ''Database Abstractions: Aggregation and Generalization,'' ACM Trans. on Database Systems, Vol. 2, No. 2, June Abstrações Especialização / Generalização Agregação

55 E-R Estendido: Especialização Especialização/Generalização Especialização instâncias de uma mesma entidade são distingüiveis de outras instâncias do conjunto. têm atributos ou relacionamentos que não se aplicam ao conjunto todo. Generalização é o inverso. É estabelecido um relacionamento do tipo É_UM (IS_A) entre as especializações e a generalização. Herança de propriedades uma especialização herda todas as propriedades atributos e relacionamentos

56 Especialização E-R Estendido: Especialização Exemplo Pessoa Generalização É_UM Cliente Funcionário

57 E-R Estendido: Especialização Especialização/Generalização Cobertura restrições sobre o relacionamento Tipos: Parcial / Total Indica se existe instância da generalização ou somente das especializações. Exclusivo / Sobreposição Indica se a instância da especialização pertence ao conjunto de somente uma entidade ou de várias entidades

58 E-R Estendido: Especialização Exemplo Pessoa cpf nome T, E preferência Cliente Funcionário salário endereço depto

59 E-R Estendido: Especialização Exemplo Pessoa cpf nome T, E Atributos genéricos preferência Cliente Funcionário salário endereço depto Atributos específicos Atributos específicos

60 Exemplo de especialização

61 E-R Estendido Abstração de Agregação corresponde à idéia de que elementos de modelagem podem associar-se, formando outros objetos que representam essa ssociação. A Abstração de Agregação corresponde à idéia de que associações entre entidades também correspondem a entidades. Consulta data Paciente atende Médico

62 E-R Estendido: Agregação Abstração de Agregação Uma agregação ocorre em duas situações: Quando é necessário identificar-se cada relacionamento (o relacionamento tem chave); Quando é necessário mais de um relacionamento envolvendo as mesmas entidades.

63 E-R Estendido: Agregação Abstração de Agregação 1o. Caso: O relacionamento tem um identificador próprio: Nesse caso, embora seja possível identificar a entidade agregação por um identificador próprio, ela também pode ser identificada também pelo relacionamento entre as entidades que participam do relacionamento: Professor orienta Aluno título

64 E-R Estendido: Agregação Abstração de Agregação 1º. Caso: O relacionamento tem um identificador próprio: Projeto Nesse caso, embora seja possível identificar a entidade agregação por um identificador próprio, ela também pode ser identificada também pelo relacionamento entre as entidades que participam do relacionamento: Professor orienta Aluno título

65 E-R Estendido: Agregação Abstração de Agregação 2º. Caso: Pode haver mais de um relacionamento envolvendo as mesmas entidades: Nesse caso, para identificar a entidade agragação, deve-se identificar as entidades que participam do relacionamento, além de ser necessário complementar esse identificador com atributos próprios da entidade agregação. Paciente atende Médico Paciente não pode ser atendido mais de uma vez! data

66 E-R Estendido: Agregação Abstração de Agregação 2º. Caso: Pode haver mais de um relacionamento envolvendo as mesmas entidades: Nesse caso, para identificar a entidade agragação, deve-se identificar as entidades que participam do relacionamento, além de ser necessário complementar esse identificador com atributos próprios da entidade agregação. Consulta Paciente atende Médico data

67 Modelo ER Exercício 2 Descreva a situação representada pelo DER abaixo: código Funcionário nome 1 data_admissão cargo faz quantidade data N Adubagem nome altura Planta N recebe M Adubo P, S nome composição tipo_ambiente Ornamental Frutífera 1 1 possui Fruta flor época tempo_maturação nome peso

68 Um vendedor de frutas decidiu criar um sistema que manipule as informações relacionadas com seu negócio. As informações desejadas para armazenamento estão relacionadas com as frutas e verduras disponibilizadas aos clientes. Para cada fruta desejase armazenar seu nome, peso, época de venda, calorias, custo e preço. Para as verduras deseja-se saber seu nome, durabilidade, validade, preço, peso. Sabe-se que os tipos de fruta são: bocaiúva, jambo e carambola. As bocaiúvas são vendidas em sacos, cujo valor é adicionado ao custo dessa fruta. Para melhor atender os clientes, um cadastro é mantido com os dados pessoais (nome, endereço, telefone, etc) e as frutas preferidas. Além disso, deseja-se saber de cada cliente quais são os membros de sua família para identificar qual fruta da época é mais adequada para ser oferecida. Deseja-se gerar no final de cada mês um relatório de vendas. Outro relatório importante é o de frutas da época para saber no mês anterior quais frutas serão encomendadas e vendidas no mês seguinte. Modelo ER Exercício 3

69 Algoritmo básico para Modelagem Partindo de um texto que descreve/especifica um sistema, devem ser utilizados os seguintes passos como um guia para determinar qual deve ser a ação mais significativa a ser tomada num determinado instante, para obter uma modelagem que represente o mais fielmente possível o sistema especificado.

70 Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos) 1.Grifar palavras importantes para a compreensão do sistema; 2.Separar as palavras grifadas em duas colunas, uma para substantivos, e uma para verbos; 3.Classificar, a princípio, os substantivos como sendo: Conjunto de entidades, Atributos, Papéis, Valores de Atributos, Definições da Base; E os verbos como sendo: Relacionamentos, Ações (Procedimentos), Regras

71 Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos) 4.Vincular uma chave para cada Conjunto de Entidade; a)avaliar cada atributo, verificando se ele poderia ser chave de alguma entidade. 5.Vincular cada Conjunto de Entidades os seus atributos; 6.Vincular a cada Atributo seus valores: a)verificar se cada Atributo não pode ser promovido a Conjunto de Entidade; b)verificar se cada Conjunto de Entidades não pode ser rebaixado para Atributo ou Valor; Repetir os passos de 4 a 6 até estabilizar

72 Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos) 7.Vincular cada conjunto de Relacionamentos as entidades que assumem cada papel do relacionamento; 8.Colocar os papéis nos respectivos Conjuntos de Relacionamentos; a)veririficar os papéis que não existam em nenhum conjunto de relacionamento, e criar o conjunto de relacionamento adequado; b)verificar as palavras marcadas como conjuntos de relacionamentos que são apenas papéis de outros conjuntos de relacionamentos; 9.Vincular a cada conjunto de relacionamento os seus atributos.

73 Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos) 10. Redistirbuir os atributos restantes entre os conjunto e entidades e de relacionamentos ou papéis; Repetir os passos 3 a 10 até estabilizar 11. Verificar as ações e Regras. Se elas sempre se refererem a dados que já estão modelados, desconsiderá-las; senão identificar quais são esses dados e repetir os passos 2 a 11;

74 Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos) 12.As definições da base são descartadas; a)verificar se existem conjuntos de entidades que têm apenas uma instância. Se houver, verificar se todos os seus relacionamentos são de cardinalidades 1:1 ou 1:N. Nesse caso, descartar cada conjunto de entidade nessa situação e seus conjuntos de Relacionamentos. 13.Verificar cada conjunto de relacionamento para confirmar que apenas os papéis indicados são necessários, senão criar os que faltam e vincular os conjuntos de entidades adequados.

75 Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos) 14.Verificar se cada conjunto de relacionamentos de ordem N > 2 não pode ser desmembrado em 2 ou mais conjuntos de Relacionamentos de ordem menor. 15.Verificar todos os Conjuntos de Entidades que são fracos para algum conjunto de Relacionamentos.

76 Modelagem Conceitual Modelagem de Regras de Negócio e Restrições O MER facilita representação dos dados contudo não aborda a manipulação desses dados Regras de negócio devem ser colocadas no Dicionário de Dados Arquitetura N-camadas as regras de negócio devem ser distribuídas nas diversas camadas. 76

77 Dever de Casa Trazer DER do Projeto com no mínimo 10 Entidades. 2 Especializações 1 Agregação Fazer representação equivalente em UML.

78 Referências Rob; Coronel; Database Systems: Design, Implementation, and Management, Fifth Edition. Database Architecture and Implementation Silberschatz, A.; Korth, H.F.; Sudarshan,S.; Database System Concepts ; Fifth Edition; Traina, C. ; Apostila de Modelagem de Dados; ICMC-USP; ;