Nº de créditos: 04 Carga Horária: 68 horas/aula BANCO DE DADOS I

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1 Curso: Sistema de Informação Disciplina: Banco de dados I Fase: 3 Professor: Edson Thizon Nº de créditos: 04 Carga Horária: 68 horas/aula 1 1. Introdução BANCO DE DADOS I Bancos de dados e tecnologia de banco de dados tem estado presente no dia-a-dia do uso de computadores. Banco de dados desempenha um papel crítico em muitas áreas onde computadores são utilizados, incluindo negócios, engenharia, medicina, educação, etc. O termo banco de dados foi definido por diversos autores: WIEDERHOLD Um banco de dados é uma coleção de dados mutuamente relacionados. CHU Um banco de dados é um conjunto de dados relacionados entre si. DATE Um banco de dados é uma coleção de dados operacionais armazenados usados pelos sistemas de uma determinada aplicação. KORTH Um banco de dados é uma coleção de dados que contém informação de um particular empreendimento. ELMASRI & NAVATHE Um banco de dados é uma coleção de dados relacionados. ENGLES Um banco de dados é uma coleção de dados operacionais usados pelo sistema de aplicações de uma empresa. O termo dado denota um fato que pode ser registrado e que possui significado implícito. Por exemplo, considere os nomes, telefones e endereços de todas as pessoas que você conhece. A definição de banco de dados como uma coleção de dados relacionados é geral; por exemplo, considere a coleção de palavras deste texto como sendo dados relacionados e, portanto, constitui um banco de dados. Entretanto, o uso comum do termo banco de dados é usualmente mais restrito. Um banco de dados possui as seguintes propriedades implícitas: Um banco de dados é uma coleção logicamente coerente de dados com algum significado inerente; um arranjo aleatório de dados não pode ser considerado um banco de dados. Um banco de dados é projetado e construído com dados para um propósito específico. Ele possui um grupo de usuários e algumas aplicações pré-concebidas, as quais esses usuários estão interessados. Um banco de dados representa algum aspecto do mundo real; alteração neste mundo real são refletidas no banco de dados. Em outras palavras: um banco de dados tem alguma fonte na qual os dados são derivados, alguma taxa de interação com eventos do mundo real, e uma audiência que está ativamente interessada em seu conteúdo. Um banco de dados pode ser de qualquer tamanho e variar de complexidade. Por exemplo, a lista de nomes, endereços e telefones de uso pessoal pode ter dezenas de registros e possui

2 2 uma estrutura simples. Por outro lado, o catálogo de livros de uma grande biblioteca pública pode ter milhares (ou milhões) de registros, classificados e caracterizados com dados de autor (primeiro e último nomes), título, editora, data de publicação, edição, etc. Um banco de dados pode ser gerado e mantido manualmente ou por máquina. O fichário de uma biblioteca é um exemplo de banco de dados criado e mantido manualmente. Um banco de dados computadorizado pode ser criado e mantido por: um grupo de programas especialmente escrito para essa tarefa; ou um sistema de gerenciador de banco de dados. Um Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) é uma coleção de programas que habilitam usuários para criar e manter um banco de dados. O SGBD é um software de propósito geral que facilita o processo de definição, construção e manipulação de bancos de dados. Definição de banco de dados envolve especificar tipos de dados para serem gravados no banco de dados, com uma descrição detalhada de cada tipo de dado. Construção de um banco de dados é o processo de gravar inicialmente dados no banco de dados. Manipulação de um banco de dados inclui funções como consulta por dados específicos e atualização para refletir alterações no mundo real. A figura 1 denota o conceito de sistema de banco de dados, que consiste na composição de banco de dados e software. Usuários Sistema de Banco de Dados Programas SGBD ORACLE, SQL SERVER, INFORMIX, SYBASE,... BD gravado Definição do BD gravada (Meta-dados) Figura 1 Um simplificado ambiente de sistema de banco de dados.

3 2. Abordagem Tradicional de Arquivos e Abordagem de BD 3 Várias características distingue a abordagem de banco de dados da abordagem tradicional de arquivos. Na abordagem tradicional de arquivos (ou processamento tradicional de arquivos) cada usuário define e implementa os arquivos necessários para uma específica aplicação. Por exemplo, em uma universidade um usuário precisa manter arquivos de alunos e seu controle acadêmico; programas são utilizados para imprimir histórico acadêmico e fazer registro de novas notas. Um segundo usuário do departamento financeiro mantém arquivos de alunos e seus registros de pagamento. Embora ambos os usuários esteja interessados em dados sobre estudantes, cada usuário mantém seus próprios arquivos e programas que acessam tais arquivos. Essa redundância na definição e armazenamento de dados resulta em espaço de armazenamento perdido e esforço adicional para manter dados comuns atualizados. Na abordagem de banco de dados, um único repositório de dados é mantido, o qual é definido uma vez e então acessado por vários usuários. 2.1 Natureza Auto-contida de um Sistema de BD A característica fundamental da abordagem de banco de dados é que o sistema de banco de dados contém não somente a banco de dados propriamente dito, mas também uma completa definição ou descrição do banco de dados. Essa definição é gravada no catálogo do sistema, que contém informação como estrutura de cada arquivo, o tipo e formato de armazenamento de item de dado, e várias restrições dos dados. A informação gravada no catálogo é chamada de meta-dados, conforme apresentado na figura 1. O catálogo é usado pelo SGBD e ocasionalmente pelos usuários do banco de dados que necessitam de informação sobre a estrutura do banco de dados. O software SGBD não é escrito para qualquer aplicação de banco de dados específica e, portanto, deve utilizar o catálogo para conhecer a estrutura de arquivos em um banco de dados particular, como tipo e formato dos dados que ele irá acessar. O software SGBD deve trabalhar uniformemente com qualquer número de aplicações de banco de dados por exemplo, banco de dados de universidade, instituição bancária, etc sempre utilizando a definição banco de dados gravada no catálogo. No processamento tradicional de arquivos, a definição de dados é tipicamente parte integrante dos programas de aplicação. Portanto, esses programas são restritos para trabalhar com somente um banco de dados específico, cuja estrutura é declarada nos programas de aplicação. Por exemplo, um programa PASCAL possui variáveis de arquivo declaradas nele; um programa PL/I possui estruturas de arquivo especificadas através de instruções DCL; um programa COBOL possui instruções na Data Division que define seus arquivos. Enquanto o software de processamento de arquivos pode acessar somente um banco de dados específico, o software SGBD pode acessar muitos bancos de dados distintos, extraindo do catálogo as definições do banco de dados e usando tais definições para corretamente acessar qualquer banco de dados. Em um banco de dados de uma universidade, uma solicitação pelo endereço do aluno cuja matrícula é 123 resulta no acesso ao arquivo de alunos. O SGBD necessita saber a estrutura do arquivo de alunos, bem como a posição do endereço dentro de cada registro do arquivo; com base na descrição de dados presente do banco de dados, o SGBD poderá acessar dados para consultar ou atualizar endereço de aluno. Por outro lado, na abordagem tradicional de arquivos a estrutura de arquivo com os dados descritivos de endereço de aluno estão codificados dentro dos programas que acessam o arquivo.

4 2.2 Isolamento entre Programas e Dados 4 Na abordagem tradicional de arquivos, a estrutura de arquivos de dados está embutida nos programas, de modo que alterações na estrutura de um arquivo poderá requerer a modificação de todos os programas que acessam tal arquivo. Por outro lado, programas que interagem com o SGBD são escritos independentemente de qualquer arquivo. A estrutura dos arquivos de dados é gravada no catálogo de dados separadamente dos programas de acesso. Esta propriedade é tipicamente chamada de independência programa-dados. Se um novo dado é necessário para a descrição de um aluno, por exemplo data de nascimento, tal dado deve ser incluído em cada registro do arquivo de alunos, o que resulta na alteração do registro. Neste caso, o catálogo de dados será modificado para refletir a nova estrutura de registro. Na abordagem de banco de dados, os programas referenciam os dados através de seus nomes, sendo desnecessário alterar os programas que acessam o arquivo de alunos, visto que o nome de cada um dos demais dados permanece inalterado. 2.3 Suporte a Múltiplas Visões dos Dados Um banco de dados tipicamente tem muitos usuários, onde cada qual pode requerer um diferente perspectiva ou visão dos dados. Uma visão pode ser um subconjunto de um banco de dados ou pode conter dados virtuais que são derivados do banco de dados, mas não estão explicitamente gravados. Um SGBD deve fornecer facilidades para a definição de múltiplas visões. Por exemplo, um usuário pode estar interessado no histórico de notas de alunos; um outro usuário é responsável pelo controle de pagamentos efetuados pelos alunos. 3. Pessoas Envolvidas no Dia-a-dia de um Grande Banco de Dados Em um pequeno banco de dados de uso pessoal, uma única pessoa tipicamente irá definir, construir e manipular o banco de dados. Por outro lado, em um grande banco de dados com milhares (ou milhões) de usuários e com restrições no tempo de acesso podem-se identificar alguns papéis para pessoas que interagem com banco de dados. 3.1 Administrador de Banco de Dados (DBA) Em uma organização onde muitas pessoas utilizam os mesmos recursos, existe a necessidade de um administrador para gerenciar esses recursos. Em ambiente de banco de dados, o recurso primário é o banco de dados propriamente dito e recurso secundário é o SGBD, ambos sobre a supervisão do administrador de banco de dados (DBA). O DBA é responsável pela autorização de acesso ao banco de dados e pela monitoração e coordenação de seu uso, e está estando envolvido com aspectos físicos do banco de dados (estruturas de armazenamento, métodos de acesso, etc). 3.2 Projetistas de Banco de Dados Projetistas de banco de dados são responsáveis pela identificação dos dados para o banco de dados e pela escolha de estruturas apropriadas para representar e gravar tais dados. Essas tarefas são executadas antes da implementação do banco de dados. É necessária uma comunicação com os usuários do banco de dados para entender seus requisitos, de modo que o projeto possa atendê-los. A visão de cada grupo de usuários deve ser entendida e o projeto final deverá suportar os requisitos de todos os grupos de usuários. 3.3 Usuário Final Usuário final é a pessoa cujo trabalho requer acessar o banco de dados para consulta e atualização de dados; um banco de dados existe primariamente para seu uso.

5 A maioria dos usuários finais utilizam programas voltados ao desempenho de suas funções profissionais, interagindo com tais programas em seu dia-a-dia; nesta classe, pode-se citar caixa bancário, caixa de supermercado, agente de turismo, vendedores de varejo, etc. Alguns usuários mais sofisticados, como engenheiros e cientistas, estão mais familiarizados com as facilidades de um SGBD e são capazes de utilizar ferramentas para elaborar suas consultas Analista de Sistemas e Programador de Aplicações Analistas de sistemas determinam os requisitos dos usuários, e desenvolve especificações que atendam tais requisitos. Programadores de aplicações implementam essas especificações na forma de programas, efetuando teste, depuração e manutenção, bem como elaborando documentação.

6 Sistema Gerenciador de Banco de Dados SGBD 6 Um SGBD é uma coleção de programas que habilitam os usuários a criar e manter um banco de dados. 1. Características de um SGBD Diversos elementos caracterizam um SGBD; alguns SGBDs incorporam parte desses elementos e bom SGBD deveria incluir todos os elementos. 1.1 Controle de Redundância Na abordagem tradicional de arquivos, cada grupo de usuários mantém seus próprios arquivos. Por exemplo, em uma universidade dois grupos de usuários estão interessados no controle acadêmico e no controle financeiro, respectivamente. Cada grupo mantém independentemente arquivos de alunos: o primeiro com dados de grade curricular e histórico de disciplinas cursadas; o segundo com registros de ocorrências de pagamentos efetuados. Vários dados estarão gravados duas vezes, visto que ambos os grupos de usuários necessitam de informações comuns. Outros grupos de usuários podem também necessitar de dados de alunos, o que potencialmente resultará em nova redundância. A redundância no armazenamento do mesmo dado diversas vezes conduz a vários problemas. Primeiro, existe uma necessidade de realizar uma única atualização lógica como inserir um novo aluno várias vezes: uma vez para cada arquivo onde existem alunos registrados. Isto conduz à duplicação de esforço. Segundo, espaço de armazenamento é perdido devido à gravação do mesmo dado repetidamente, que pode ser um sério problema em grandes banco de dados. Um terceiro e mais sério problema é que arquivos que representam os mesmos dados podem tornar-se inconsistentes. Isto pode acontecer quando uma atualização é aplicada para alguns dos arquivos, mas não todos; atualizações são aplicadas independentemente por cada grupo de usuários. Na abordagem de banco de dados, integram-se as visões de diferentes grupos de usuários durante o projeto de banco de dados. Para favorecer a consistência de dados, poderia se ter um projeto de banco de dados onde cada item de dado lógico como nome de aluno ou data de nascimento estaria em um único local no banco de dados. Tal situação evita inconsistência e economiza espaço de armazenamento. Em alguns casos, redundância controlada pode ser útil. Por exemplo, pode ser mais conveniente que o nome de aluno esteja no arquivo de histórico de disciplinas cursadas, além de já estar no arquivo de alunos. Esta decisão pode ter sido motivada devido um grande volume de consultas sobre histórico acadêmico; se todos os dados solicitados estiverem em um único arquivo, a operação torna-se mais rápida, pois não é necessário buscar dados em diversos arquivos. Alguns SGBDs possuem a capacidade de controlar essa redundância, proibindo inconsistências associadas aos arquivos. No exemplo, caso seja necessário alterar o nome de aluno no arquivo de alunos, o SGBD terá a responsabilidade de atualizar as demais cópias deste item de dado lógico. 1.2 Compartilhamento de Dados Um SGBD pode permitir que diversos usuários acessem um banco de dados simultaneamente; isto é essencial se dados de diversas aplicações são integrados e mantidos em um único banco de dados. Um SGBD deve incluir software de controle de concorrência para garantir uma atualização controlada quando diversos usuários tentam atualizar o mesmo dado, resultando em atualizações corretas. Um exemplo ocorre em um sistema de reservas de passagens aéreas; o SGBD deve garantir que um assento seja reservado para um único passageiro. Outro mecanismo que suporta a noção de dados

7 7 compartilhado é a facilidade para definição de visão do usuário, que é usada para especificar a porção de um banco de dados que é de interesse para um particular grupo de usuários. 1.3 Restrição de Acesso não Autorizado Quando múltiplos usuários compartilham um banco de dados, é provável que alguns usuários não estejam autorizados para acessar toda informação em um banco de dados. Por exemplo, dados financeiros são freqüentemente considerados confidenciais, e portanto somente pessoas autorizadas podem ter permissão de acesso a tais dados. Em adição, alguns usuários possuem permissão apenas para consultar dados, enquanto outros possuem permissão para consultar e atualizar dados. Portanto, o tipo de operação de acesso consulta ou atualização também pode ser controlado. Tipicamente, usuários ou grupos de usuários possuem contas de acesso protegidas por senha, as quais são utilizadas para se obter acesso para o banco de dados. Um SGBD deveria fornecer um subsistema de segurança e autorização, que poderia ser utilizado pelo DBA para criar contas e especificar restrições de acesso; o SGBD forçaria essas restrições automaticamente. Controle similar pode ser aplicado ao próprio SGBD; por exemplo, somente usuários do tipo DBA poderiam ter privilégios para criar novas contas de usuário. 1.4 Fornecimento de Múltiplas Interfaces Muitos tipos de usuários, com diversos níveis de conhecimento técnico, usam um banco de dados; um SGBD poderia fornecer uma variedade de interfaces de usuário. Os tipos de interface incluem linguagens de consulta para usuários casuais, interfaces de linguagem de programação para programadores de aplicação, formulários e interfaces dirigidas por menu para outros tipos de usuários. 1.5 Forçar Restrições de Integridade Muitas aplicações possuem restrições de integridade (regras) associadas aos dados. O mais simples tipo de restrição de integridade para um item de dado é o tipo de dado. Por exemplo, a matricula de aluno deve ser um valor inteiro de 6 posições; o nome de aluno deve ser uma cadeia de caracteres com no máximo 30 caracteres. Muitos SGBDs possuem a facilidade para definir tipos de dado em adição aos tipos de dado básicos. Existem muitos tipos de restrições. Um tipo de restrição que ocorre freqüentemente é especificar que um registro de um arquivo deve estar relacionado a registros de outros arquivos; por exemplo, todo registro do arquivo de histórico de disciplinas cursadas deve estar relacionado com um registro do arquivo de aluno. Outro tipo de restrição especifica a unicidade de dados, como cada aludo deve ter uma matrícula distinta. Essas restrições são resultado da semântica dos dados associado ao mundo real que ele representa. É de responsabilidade do projetista do banco de dados especificar restrições de integridade durante o projeto de banco de dados. Vale ressaltar que um item de dados pode ser entrado erroneamente, mas ainda satisfazer as restrições especificadas. Por exemplo, em dados errados do tipo o telefone de um aluno possui valor incorreto (provavelmente devido a erro de digitação) não pode ser detectado pelo SGBD. 1.6 Backup e Recovery Um SGBD deve fornecer facilidades para recuperação em caso de falhas de hardware e software. Por exemplo, se o computador falha no meio de um complexa transação de atualização, o SGBD deve garantir que o banco de dados será restaurado ao seu estado antes do início da transação.

8 1.7 Vantagens Adicionais da Abordagem de Banco de Dados 8 DESENVOLVIMENTO DE PADRÕES A abordagem de banco de dados permite o DBA definir e forçar padrões, como nomes e formatos de elementos de dados, terminologia, etc. Isso facilita a comunicação e cooperação entre departamentos, projetos e usuários dentro de uma organização. FLEXIBILIDADE Pode ser necessário alterar a estrutura de um banco de dados através da adição de informação que não está correntemente no banco de dados. Um SGBD deve permitir tais alterações sem afetar muitos dos programas de aplicação existentes. TEMPO DE DESENVOLVIMENTO REDUZIDO Projetar e implementar uma nova aplicação a partir de um banco de dados existente é uma tarefa que leva menos tempo que se um banco de dados ainda não existisse. A abordagem de banco de dados permite a criação de novas aplicações em um tempo inferior que na abordagem tradicional de arquivos. DISPONIBILIDADE DE INFORMAÇÃO ATUALIZADA Um SGBD torna o banco de dados disponível para todos os usuários. Essa disponibilidade é essencial para muitas aplicações, como reservas de passagens aéreas e instituições bancárias. Isto é possível devido ao controle de concorrência e recuperação do SGBD. 1.8 Quando não Usar um SGBD Existem situações onde o uso de um SGBD pode ser um custo desnecessário comparado com o processamento tradicional de arquivos: Alto investimento inicial com software e, possivelmente, com hardware. Overhead de segurança, controle de concorrências, recuperação e funções de integridade (aplicações em tempo-real). O banco de dados e aplicações são simples e bem definidas, não se esperando muitas alterações. Múltiplos acessos não são necessários. 2. Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Uma característica fundamental da abordagem de banco de dados é a abstração de dados. O conceito de abstração está associado à característica de se observar somente os aspectos de interesse, sem se preocupar com maiores detalhes envolvidos. No contexto de abstração de dados, por exemplo, um banco de dados pode ser visto sem se considerar a forma como os dados estão armazenados fisicamente. Exemplos de Abstração em um Banco de Dados Um usuário que deseja consultar um banco de dados não necessita se importar com dados que não estão associados ao seu dia-a-dia (se ele é do departamento de engenharia, não deve ter acesso aos dados de folha de pagamento); um programador de aplicação não precisa se importar com aspectos físicos de armazenamento (quais os arquivos que armazenam o banco de dados); um administrador de banco de dados deve saber detalhes físicos do banco de dados para realizar ajustes que poderão resultar em melhoria de performance. A finalidade de um sistema de banco de dados é simplificar e facilitar o acessos aos dados. Visões do usuário de alto-nível ajuda-nos a atingir isto. Os usuários do sistema não devem preocupar-se desnecessariamente com os detalhes físicos de implementação do sistema. Contudo, o fator principal da satisfação de um usuário com um sistema de banco de dados é o seu desempenho. Se o tempo de resposta a uma solicitação é muito longo, o valor do sistema é diminuído. O desempenho de um sistema depende da eficiência das estruturas de dados usadas para representar os dados no banco de dados, e quão eficientemente o sistema é capaz de operar essas estruturas de dados.

9 Um modelo de dados é a principal ferramenta no fornecimento dessa abstração. Um modelo de dados é um conjunto de conceitos que podem ser usados para descrever a estrutura de um banco de dados. Estrutura de banco de dados denota tipos de dados, relacionamentos e restrições associadas aos dados. Alguns modelos de banco de dados incluem um conjunto de operações para consultas e atualizações no banco de dados. 2.1 Categorias de Modelos de Dados Pode-se caracterizar um modelo de dados baseado nos tipos de conceitos que eles fornecem para descrever a estrutura de banco de dados. Modelo de dados conceitual ou de alto-nível fornece conceitos que são próximos da percepção dos usuários a respeito dos dados. Modelo de dados de baixo-nível ou físico fornece conceitos que descrevem os detalhes de como os dados são armazenados. Conceitos fornecidos por modelos de baixo-nível são geralmente significantes para profissionais de informática, não sendo úteis aos usuários finais. Entre estes dois extremos está uma classe de modelo de dados de implementação, que fornece conceitos que podem ser entendidos pelos usuários finais, mas não está longe da forma como os dados poderiam ser organizados. Modelo de dados de alto-nível usa conceitos como entidades, atributos e relacionamentos. Uma entidade é um objeto que pode ser representado no banco de dados. Um atributo é uma propriedade que descreve algum aspecto de um objeto. Relacionamentos entre objetos podem ser facilmente representados. O mais popular modelo de dados de alto-nível é o modelo Entidade Relacionamento. Modelo de dados de implementação é freqüentemente utilizado em SGBDs comerciais, sendo o mais popular denominado modelo Relacional. Modelo de dados físico descreve como os dados são armazenados; por exemplo, formato de registro, ordenação de registro, caminho de acesso, etc. Um caminho de acesso busca agilizar pesquisas particulares por registros. 2.2 Esquemas e Instâncias Em qualquer modelo de dados é importante distinguir entre descrição do banco de dados e o banco de dados propriamente dito. A descrição de um banco de dados é chamada de esquema de banco de dados. Um esquema de banco de dados é especificado durante o projeto do banco de dados e não é freqüentemente modificado. Alguns modelos de dados possuem certa notação gráfica para representar esquemas de banco de dados; tal notação é chamada diagrama de esquema. A figura 1 exemplifica um diagrama de esquema, especificando a estrutura de cada arquivo; os registros correntes não são representados. ALUNO Matrícula Nome Sexo DataNasc DISCIPLINA NumDisc NomeDisc Créditos PRÉ-REQUISITO NumDisc NumDisc PreReq TURMA CodTurma NumDisc Semestre Ano Professor HISTÓRICO Matrícula CodTurma Nota Figura 1 Exemplo de diagrama de esquema. Um diagrama de esquema apresenta somente alguns aspectos de um esquema, como nome de arquivo, itens de dados e alguns tipos de restrição. Outros aspectos não são especificados no diagrama de esquema; por exemplo, a figura 1 não exibe o tipo de dado de cada item de dado, nem os relacionamentos associando os vários arquivos. Muitos tipos de restrição não são representadas em 9

10 10 diagramas de esquema; uma restrição como um aluno reprovado por mais de uma vez na disciplina INF352 deverá obrigatoriamente cursar a disciplina INF001 é difícil de representar. Os dados reais no banco de dados podem alterar com freqüência; por exemplo, o banco de dados da figura 1 altera cada vez que um novo aluno é adicionado ou cada disciplina cursada. Os dados em um banco de dados em um particular momento é denominado instância do banco de dados (ou estado do banco de dados). Muitas instâncias de banco de dados podem corresponder a um particular esquema de banco de dados. Cada vez que um registro é inserido ou excluído, ou se altera o valor de um item de dados, uma instância do banco de dados é alterada, tornando-se uma nova instância. A distinção entre esquema do banco de dados e instância do banco de dados é muito importante. Quando se define um novo banco de dados, somente o seu esquema de banco de dados é especificado para o SGBD. Nesse ponto, a instância correspondente do banco de dados é a instância vazia, sem dados. A instância inicial do banco de dados é alcançada quando os dados são inicialmente carregados. A partir desse ponto, cada vez que uma operação de atualização é aplicada no banco de dados, uma nova instância do banco de dados é caracterizada. O SGBD é parcialmente responsável pela garantia de que cada instância do banco de dados satisfaça a estrutura e as restrições especificadas no esquema. Portanto, especificar um correto esquema para o banco de dados é extremamente importante, devendo ser projetado com muito cuidado. O esquema do banco de dados é gravado pelo SGBD, de modo que possa ser referenciado sempre que necessário. 3. Arquitetura de SGBD Três características importantes da abordagem de banco de dados são: isolamento entre dados e programas, suporte a múltiplas visões do usuário e uso de um catálogo para gravar a descrição do banco de dados (esquema). A figura 2 ilustra uma arquitetura em níveis: USUÁRIOS FINAIS Nível Externo VISÃO EXTERNA VISÃO EXTERNA Nível ESQUEMA CONCEITUAL Nível Interno ESQUEMA INTERNO BANCO DE DADOS ARMAZENADO Figura 2 Arquitetura de SGBD em níveis.

11 O nível interno tem um esquema interno, que descreve a estrutura de armazenamento físico, do banco de dados. O esquema interno usa um modelo de dados físico e descreve detalhes de armazenamento de dados e caminhos de acesso para o banco de dados. O nível conceitual tem um esquema conceitual, que descreve o banco de dados para a comunidade de usuários. O esquema conceitual é a descrição global do banco de dados que esconde os detalhes da estrutura física de armazenamento e concentra-se em descrever entidades, tipos de dados, relacionamentos e restrições. Um modelo de dados de alto-nível ou um modelo de dados de implementação podem ser usados neste nível. O nível externo ou visão inclui um número de esquemas externos ou visões do usuário. Cada esquema externo envolve a visão do banco de dados de um grupo de usuários do banco de dados. Cada visão tipicamente descreve a parte do banco de dados que um particular grupo de usuários está interessada e esconde o resto do banco de dados daquele grupo. Um modelo de dados de alto nível ou um modelo de dados de implementação podem ser usados neste nível Independência de Dados A arquitetura em 3 níveis pode ser usada para esclarecer o conceito de independência de dados, que pode ser definida como a capacidade de alterar o esquema em um nível sem alterar o esquema do nível imediatamente superior. Apresentam-se 2 níveis de independ6encia de dados: 4.1 Independência de Dados Lógica É a capacidade de alterar o esquema conceitual sem alterar o esquema externo ou programas de aplicação. Pode-se alterar o esquema conceitual pela adição de um novo tipo de registro ou item de dado, pela remoção de um tipo de registro ou item de dado. No último caso, esquemas externos que referem-se aos dados restantes não seriam afetados. 4.2 Independência de Dados Física É a capacidade de alterar o esquema interno sem alterar os esquema conceitual. Alterações no esquema interno podem ser necessárias pois alguns arquivos físicos são reorganizados por exemplo, pela criação de estruturas de acesso adicionais para melhorar a performance de consulta ou atualização.

12 Modelagem de Dados Conceitual (Modelo ER) 12 Modelagem de Dados Conceitual é o primeiro passo para o desenvolvimento de um sistema em ambiente de banco de dados. Este processo se desenvolve no fase denominada de analise no ciclo de desenvolvimento. Estratégia Análise Informações requeridas do negócio MODELAGEM DE DADOS CONCEITUAL Projeto PROJETO DO BANCO DE DADOS Modelo de dados Entidade relacionamento Definições de entidade Definiçoes de tabelas, indexes Construção CONSTRUÇÃO DO BANCO DE DADOS Banco de Dados Operacional A meta da Modelagem de Dados Conceitual é desenvolver um modelo entidade-relacionamento que representa as informações requeridas dos negócios. Exemplo A seguinte modelo entidade-relacionamento representa a informação requerida do Departamento de Recursos Humanos. Componentes do Modelo Entidade-Relacionamento Entidades - os objetos de significância sobre os quais as informações necessitam ser mantidas. Relacionamentos - como os objetos de significância são relacionados. Atributos - a informação específica a qual necessita ser mantida.

13 13 O Modelo Entidade-Relacionamento é um meio efetivo para coleta e documentação das informações requeridas de uma organização. Com o documento modelo E-R os requisitos de informação organizacionais são claros e com formato preciso. Usuários podem facilmente entender a forma gráfica do modelo E-R. Modelo E-R pode ser facilmente desenvolvido e refinado. Modelo E-R fornece uma clara figura do escopo dos requisitos de informação. Modelo E-R fornece uma estrutura para integração de múltiplas aplicações, projetos de desenvolvimento, ou pacotes de aplicação. Nota Rápida Tenha certeza do completo estabelecimento dos requisitos de informações organizacionais durante o estágio de modelagem de dados conceitual. Mudanças nos requisitos durante estágios posteriores do ciclo de vida, pode ser extremamente caro. A Modelagem de Dados Conceitual é independente do hardware ou software a ser usado na implementação. O Modelo E-R pode mapear um banco de dados hierárquico, de rede ou relacional. MODELO ENTI DADE RELAÇÃO ITEMDO CONTRATO PARA MOSTRAR NO PRODUTO JUNTO FEITO EM CI MA CONTRATO BANCO DE DADOS HI ERÁRQUI CO BANCO DE DADOS DE REDE CONTRATO CONTRATO PRODUTO X ITEM 1 ITEM 2 PRODUTO Y PRODUTO X PRODUTO Y ITEM 1 ITEM 2 BANCO DE DADOS RELACI ONAL CONTRATO PRODUTO CÓD. DATA CLI ENTE CÓD. DESCRI ÇÃO ITEM CONTRAT. NÚM. QUANT. PRODUTO

14 ENTIDADES 14 Entidade é alguma coisa (objeto significante) sobre a qual a informação precisa ser conhecida ou mantida. Outras definições de Entidade: Um objeto de interesse de negócios. Uma entidade é uma classe ou categoria de alguma coisa Uma entidade é a nomeação de algo. Exemplos Os seguintes podem ser objetos de significância sobre o qual a companhia (empresa) precisa manter a informações: EMPREGADO DEPARTAMENTO PROJETO - Atributos descrevem entidades e são as partes específicas da informação as quais precisam ser conhecidas. Exemplos Os possíveis atributos para entidade EMPREGADO são: número, nome, data de nascimento e salário. Os possíveis atributos para entidade departamento são: nome, número e localização. Nota Rápida Uma entidade deve ter atributos que necessitam ser conhecidos do ponto de vista dos negócios ou então não é uma entidade no escopo dos requisitos do negócio. Convenções da Diagramação de Entidades Box arredondado (soft box) de qualquer tamanho O nome da entidade deve ser singular e único Nome da entidade no topo Opcional: nome sinônimo que deve ser representado entre parênteses Os nomes dos atributos logo abaixo Exemplos

15 Notas rápidas O sinônimo é um nome alternativo para a entidade. Os sinônimos são muito utilizados quando dois grupos de usuários têm diferentes nomes para o mesmo objeto significante Cada entidade deve ter vários instâncias ou ocorrências. Exemplos A entidade EMPREGADO tem uma instância para cada empregado no negócio: João Alves, Maria do Carmo e Egberto da Silva são todos os instâncias da entidade EMPREGADO. A entidade DEPARTAMENTO tem um instância para cada departamento na companhia: Departamento Financeiro, Departamento de vendas e o Departamento de Desenvolvimento são todos os instâncias da entidade DEPARTAMENTO. Cada instância da entidade tem específicos valores para seus atributos. Exemplo A entidade EMPREGADO tem atributos de nome, número, data de nascimento e salário. A instância João Alves tem os seguintes valores: nome João Alves, número: 1322, data de nascimento 15-mar-50 e o salário de R$1000. Notas Rápidas Instâncias são as vezes confundidos com entidades. A entidade é uma classe ou categoria da coisa. ex.: EMPREGADO. A instância é uma coisa específica. ex.: o empregado João Alves. - Cada instância deve ser unicamente identificável em relação aos outros instâncias de mesma entidade. Um atributo ou um grupo de atributos que unicamente identificam uma entidade é chamado Identificador Único (Unique Identifier - UID). Exemplo Cada empregado tem um único número. Número é um candidato para único identificador para a entidade EMPREGADO. Procurar atributos que unicamente identificam uma entidade. Exemplo Que atributos poderiam unicamente identificar as seguintes entidades?

16 16 Notas Rápidas Se uma entidade não pode ser unicamente identificada, isso não poderia ser uma entidade. Atributos que unicamente identificam uma entidade e são parte do único identificador (UID) da entidade são marcados com #. IDENTIFICAR E MODELAR ENTIDADES Siga os passos abaixo para identificar e modelar entidades a partir de um conjunto de notas de uma entrevista. 1. Examine os substantivos. Eles são objetos significantes? 2. Nomeie cada entidade. 3. Existe alguma informação ou interesse sobre a entidade que o negócio (empresa) precisa manter? 4. Cada instância da entidade é unicamente identificável? Qual atributo ou atributos poderiam servir como um UID? 5. Faça uma descrição disso: Um empregado tem a importância de um assalariado da companhia. Por exemplo, Egberto da Silva e Maria do Carmo são EMPREGADOS. 6. Diagrame cada entidade e alguns de seus atributos. Nota Rápida Não se precipite desqualificando um candidato entidade. Atributos adicionais de interesse da companhia poderiam ser expostos mais tarde. EXERCÍCIOS 1) Identificar e modelar as entidades a partir das seguintes informações: Eu sou gerente de uma companhia de treinamento que oferece cursos de caráter técnico. Lecionamos vários cursos, cada qual tem um código, um nome, e preço. Introdução ao Unix e Programação C são dois de nossos mais populares cursos. Os cursos variam, em termos de duração, de um a quatro dias. Um professor (instrutor) pode lecionar vários cursos. Egberto Silva e Maria do Carmo são dois de nossos melhores instrutores, nós mantemos o nome e o telefone de cada um deles. Cada curso é lecionado por somente um instrutor. Nós criamos um curso e então nomeamos o professor. Os estudantes podem frequentar vários cursos ao mesmo tempo. João fez todos os cursos que fornecemos. Nós também mantemos nome, fone e endereço dos estudantes. Alguns estudantes e instrutores não têm telefone. Descrições da Entidade CURSO tem a importância de um serviço de treinamento oferecido pela companhia. Por exemplo, Introdução ao Unix e Programção em C. ALUNO tem a importância de um participante em um ou mais CURSOs. Por exemplo João Alves. O PROFESSOR tem a importância de instrutor em um ou mais CURSOs. Por exemplo, Rita Poks e Laertes Ferreira. 2) Identificar e modelar a entidades para o seguinte conjunto de informações. Escreva uma rápida descrição de dada entidade, mostrando pelo menos dois atributos para cada uma delas: Sou proprietário de um a pequena loja de vídeo. Temos mais de 3000 fitas aqui e queremos um sistema para controla-las. Cada fita contem um número. Para cada filme precisamos saber seu título e

17 17 categoria(comédia, suspense, terror, etc.). Muitos de nosso filmes tem mais de uma cópia. A cada filme fornecemos um ID e então controlamos qual o filme que uma fita contem. O formato de uma fita pode ser BETA ou VHS. Sempre temo uma fita para dado filme, e cada fita tem apenas um filme. Não temos aqui nenhum filme que requeira mais de uma fita. Freqüentemente as pessoas alugam filmes pelos atores. Queremos manter informações sobre os astros que atuam em nosso filmes. Nem todos os filmes são estrelados por astros e só mantemos aqui astros que atuam em filmes do nosso catalogo. Os clientes gostam de saber a data de nascimento de um astro, bem como o seu verdadeiro nome. Temos muitos clientes. Apenas alugamos filmes para pessoas inscritas em nosso vídeo clube. Para cada membro mantemos seu primeiro e ultimo nome telefone e endereço. Claro que cada membro possui um numero de titulo. Alem disso mantemos o status de credito de cada um. Queremos controlar os alugueis de filmes. Um cliente pode alugar vários filmes ao mesmo tempo. Apenas mantemos os alugueis correntes(pendentes). Não controlamos o histórico de locações.

18 RELACIONAMENTOS 18 O relacionamento é a associação bi-direcional, significante entre duas entidades, ou entre a entidade e ela mesma. Syntax Cada entidade1 { deve ser} NOME DO RELACIONAMENTO {um ou mais} entidade2 {ou pode ser } {ou um único} Exemplo O relacionamento entre o instrutor e o curso é: Cada CURSO pode ser lecionado por um e somente um PROFESSOR. Cada PROFESSOR pode ser alocado para lecionar um ou mais CURSOs. Cada direção da conexão tem: um nome --- lecionado por ou alocado para. uma opção --- deve ser ou pode ser,um ou outro. um grau --- um e somente um ou um ou mais. Diagramando Convenções Uma linha entre duas entidades Nome das conexões localizados abaixo dos soft box Opcional opcional (pode ser) obrigatório(deve ser) Grau um ou mais um e somente um muitos um (pé de galinha) opcional obrigatório

19 Primeiro leia o relacionamento em uma direção, e então leia o relacionamento no outro sentido. 19 Exemplo Leia o relacionamento entre EMPREGADO e DEPARTAMENTO. EM PREGA DO designado a r espon sável por DEPARTAM ENTO Leia essa relação primeiro da esquerda para direita, e então no outro sentido. Relacionamento esquerda para direita (diagrama parcial) EM PREGA DO designado a DEPARTAM ENTO Cada EMPREGADO deve ser designado para um e somente um DEPARTAMENTO. Relacionamento da direita para a esquerda(diagrama parcial) EM PREGA D O DEPARTAM ENTO responsável por Exemplo Cada DEPARTAMENTO pode ser responsável por um mais EMPREGADOs. Leia o relacionamento ALUNO e CURSO. ALUNO matriculado em CURSO Ministrado para Exemplo Cada ALUNO pode se matricular em um mais CURSOs. Cada CURSO pode ser ministrado para um ou mais ALUNOs. Leia a relação entre o CHEQUE e EMPREGADO. CHEQUE para EMPREGADO Receber Cada CHEQUE deve ser para um e somente um EMPREGADO. Cada EMPREGADO pode receber um ou mais CHEQUEs de pagamento. Exercício 1 Escreva as sentenças que se originam dos relacionamentos mostrados abaixo. Lembre-se que as sentenças devem obedecer ao máximo a convenção.

20 20 PEDIDO número tipo requisitante de requisitado por CLIENTE primeiro nome último nome emitido para comprado via ITEM número descrição repositório de armazenado em DEPÓSITO id endereço Cada ENTIDADE {deve ser} RELACIONAMENTO {um e somente um} ENTIDADE {pode ser} {um ou mais} Exercício 2 Desenhe um M.E.R baseado nas seguintes sentenças(relacionamentos): a. Cada EMPREGADO deve ser assinalado em um e somente um DEPARTAMENTO. b. Cada DEPARTAMENTO pode ser responsável por um ou mais EMPREGADOs. c. Cada EMPREGADO pode ser alocado em uma ou mais ATIVIDADEs. d. Cada ATIVIDADE pode ser executada por um ou mais EMPREGADOs. Exercício 3 Desenhe um MER baseado nas seguintes sentenças(relacionamentos): a. Cada BANCO DE DADOS ORACLE deve ser constituído de uma ou mais TABLESPACEs. b. Cada TABLESPACE deve ser constituída de um e somente um BANCO DE DADOS ORACLE. c. Cada TABLESPACE deve ser constituída de um ou mais ARQUIVOs. d. Cada ARQUIVO pode ser parte de uma e somente uma TABLESPACE. e. Cada TABLESPACE pode ser dividida em um ou mais SEGMENTOs. f. Cada SEGMENTO deve estar em uma e somente uma TABLESPACE. g. Cada SEGMENTO deve ser constituído de um ou mais EXTENTs. h. Cada EXTENT deve estar incluído em um e somente um SEGMENTO. i. Cada EXTENT deve ser composto de um ou mais BLOCOs. j. Cada BLOCO deve ser parte de um e somente um EXTENT. k. Cada ARQUIVO deve ser residente em um e somente um DISCO. l. Cada DISCO pode ser o hospedeiro para um ou mais ARQUIVOs.

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