Tecnologia de Base de Dados Introdução à Base de Dados

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1 Introdução à Base de Dados MSc. Eugénio Alberto Macumbe

2 Plano Temático 1. Introdução à Base de Dados; 2. Modelo Relacional; 3. Modelação de dados; 4. Formas Normais e Processo de Normalização; 5. Operações Relacionais (Álgebra Relacional); 6. Linguagem SQL; 7. Administração de Base de Dados; 8. Introdução à Programação em ambiente relacional (PL/SQL).

3 O que é que queremos discutir? Introdução à Base de Dados - Dados vs informação; - Sistema de Ficheiros vs. Base de Dados; - Modelos de Base de Dados; - Sistemas de Gestão de Base de Dados (SGBD); - Arquitectura dos Sistemas de Gestão de Base de Dados.

4 O que é que queremos discutir? Modelo Relacional - Estrutura dos dados; - Caracteristicas; - Conceito de Chave e tipos; - Dominio de atributos e sua implementação; - Modelos de dados; - Importância; - Entidades e atributos; - Grau de relacionamentos; - Cardinalidade.

5 O que é que queremos discutir?... 3 Modelação de Dados - Modelo E-R; Principais conceitos; - Diagramas ER; - Conversão do Modelo ER para o Modelo Relacional. 4 Dependências funcionais e Processo de Normalização - Objectivos do processo de normalização; - Dependências Funcionais; - Processo de Normalização: 1FN, 2FN, 3FN e BCNF, 4FN e 5FN.

6 O que é que queremos discutir?... 5 Álgebra Relacional Conceito de Álgebra Relacional; Operações da Álgebra Relacional (Selecção, Projecção e operações mistas); Operações Matemáticas (União, Intercessão e Diferença); 6. Linguagem SQL - Estrutura básica; - Linguagem de Definição de dados; - Linguagem de Manipulação de dados; - Funções agregadas; - Vistas (views); - Linguagem de Controlo de Dados; - Linguagem de Transacção de Dados.

7 O que é que queremos discutir? Administração de Base de Dados Aspectos gerais de armazenamento de dados; Indexação; Transacções e controlo de concorrência; Criação e manipulação de utilizadores. 8. Introdução à Programação em ambiente relacional (PL/SQL) - Vantagens da programação PL/SQL; - Bloco genérico PL/SQL; - Tipo de dados; - Variáveis e constantes; - Operadores; - Literais; - Blocos & excepções, cursores, triggers.

8 avaliação...! Testes 60% Trabalhos Práticos: Em grupo 15% Individuais 20% Outros elementos ( ex. participação, assiduidade, etc.) 5%

9 Bibliografia básica Ullman J., Principles of Database and Knowledge-Base Systems, Volumes I and II, Computer Science Press, 1988; Pereira J.,Tecnologia de Bases de Dados, FCA - Editora de Informática, 1997; Laudon, Kenneth e Laudon, Jane Price, Sistemas de Informação com Internet ; LTC Livros Técnicos e Científicos, S.A.; ISBN X; 4ª edição; Rio de Janeiro, 1999; Bell D., and Grimson J., Distributed Database Systems, Addison-Wesley Publishing Company, New York, USA, 1992; Ramakrishman R. and Gehrke G., Database Management System, 3rd Edition, Mc Graw Hill High Edication, 2003; Date, C.J., Darwen, H., A Guide to the SQL Standard, IV Edição, Addison- Wesley Inc, 1997.

10 1. Introdução O conceito de Tecnologia O conceito Tecnologia aplica-se a tudo aquilo que, não existindo na natureza, o ser humano inventa para expandir os seus poderes, tornar o seu trabalho mais fácil e fazer a sua vida mais agradável. Etimologicamente, o termo tecnologia deriva dos termos gregos Techné + Logia, onde: Techné técnica, que significa saber fazer ou aptidão especial para realizar algo na prática; Logia, que significa conhecimento organizado ou estruturado.

11 1. Introdução O conceito de Tecnologia (cont.) Unindo a definição destas duas palavras, podemos concluir que a tecnologia é um conhecimento voltado para a prática. É um saber fazer. A tecnologia é o conhecimento técnico acumulado, a capacidade ou arte necessária para investigar, produzir técnicas ou equipamentos novos com uma finalidade.

12 Dados Vs Informação Dados: Conjunto de métodos, factos que quando articulados não fornecem um sentido com significado perceptivel para o utilizador Ex: Salarios: 1100, 1500, 2000,7000 Informação: é aquele conjunto de dados que quando fornecido de forma e a tempo adequado, melhora o conhecimento da pessoa que o recebe ficando a mesma mais habilitada a desenvolver determinada actividade ou a tomar determinada decisão. Galliers, R. (EDS.), Information Analysis: selected readings, Addison-Wesley, Ex: A média dos salários dos trabalhadores

13 1. Introdução O que é um Sistema de Informação? Um sistema de informação (SI) pode ser definido como um conjunto de componentes inter relacionados trabalhando juntos para colectar, recuperar, processar, armazenar e distribuir informação com a finalidade de facilitar o planeamento, o controle, a coordenação, a análise, o processo decisório em empresas e outras organizações e oferecem um mecanismo de realimentação para atingir um objectivo.

14 Evolução das Bases de dados Sistemas de ficheiros Primeiras solicitações: Automatização de tarefas manuais utilização de sistemas de gestão de ficheiros (Ex. Cobol); Aumento explosivo de pedidos de novas aplicações; Desenvolvimento desenfreado de aplicações, sem planeamento; Problema de Backlog das aplicações - os utilizadores solicitam novas aplicações a que o departamento de desenvolvimento, dada a sua carga de trabalho, não conseguia dar resposta. 75% do tempo é gasto na manutenção de sistemas!!! Efeito de bola de neve. Proliferação das aplicações - caos - Circunstância da própria evolução tecnológica; - Falta de planeamento das soluções informáticas ; - Consequência da forma como a micro-informática se implantou.

15 Sistemas de ficheiros: Uma organização como a Universidade. Na Universidade, vários sectores são responsáveis pela administração de um grande volume de dados, sendo muitos destes dados comuns a vários sectores. Exemplo de 3 sectores: Direcção académica, responsável pelas actividades do ensino. Direcção Administrativa responsável pela coordenação da estrutura geral da Universidade; Direcção de Pessoal responsável pela administração das pessoas que trabalham na Universidade.

16 Proliferação das aplicações - CAOS Direcção Académica Direcção Administrativa Direcção Pessoal Alunos Professores Disciplinas Turmas Salas Centros Departamentos Cursos Disciplinas Centros Departamentos Professores Funcionários Imagina-se que cada Direcção apresenta um sistema informático que automatiza a sua administração o que implica que:

17 Exemplo Cada direcção da Universidade descreve os seus arquivos de dados, isto é, cada direcção ou departamento define registos com campos e formatos que julga adequados. Exemplo: Professores na Dir Académica Professores(nome, data de nascimento, titulo, area de interesse,...) Professores na Dir Pessoal Professores(nome, data de nascimento, vencimento,, data de admissão,...) Formato o campo nome apesar de ser igual em todos departamentos pode apresentar formato (tipo de dados) diferentes. Conceito de formato de dados define o tipo de dados. Os dados podem ser por exemplo do tipo carácter e numérico. Os dados de tipo numérico podem ainda ser inteiros ou decimais.

18 Problemas de acesso aos dados O acesso aos dados é controlado pelas aplicações de cada direcção: todo o esforço de gestão de dados (definição de arquivos, manipulação de dados, etc.) é implementada em cada aplicação. Não existe possibilidade de partilha de dados entre as aplicações: a gestão de dados é local, ou seja, é realizado individualmente por cada aplicação. Os dados são dependentes dos programas da aplicação, sendo manipulados apenas por estes programas.

19 Estado final grande redundância e incoerência entre dados... Aplicação Dados Aplicação Dados Aplicação Dados Aplicação Dados

20 Problemas principais do Sistemas de ficheiros Interface físico entre dados e aplicações Desenvolvimento de baixo nível... Problemas ao nível da manutenção das aplicações!... Problema no acesso concorrente aos dados!... Aplicação Aplicação Aplicação Dados Dados Aplicação Dados

21 Problemas dos sistemas de ficheiros 1. Redundância existe a replicação de dados exemplo dados do cliente por todos os departamento. 2. Dificuldades de manutenção a actualização de um dado replicado exige que todos os departamentos que apresentem este dado seja informado da actualização no seu arquivo. 3. Falta de padronização ou uniformização é difícil importar dados de um arquivo para o outro devido a tipos diferentes de dados (formatos). 4. Problema de segurança de dados.

22 Estado final grande redundância e incoerência entre dados... Aplicação Dados Aplicação Dados Aplicação Dados Aplicação Dados

23 Sistema de Base de dados Conceito radicalmente diferente (novo paradigma) O sistema de gestão de bases de dados- SGBD Aplicação SGBD - Sistema de Gestão de Base de Dados Aplicação Aplicação S G B D Base de dados Aplicação

24 Base de Dados Base de Dados: é uma colecção de dados interrelacionados, representando informações sobre um domínio específico. Uma Base de Dados é um conjunto organizado de dados, disponível a todos os utilizadores ou processamentos da organização que deles tenham necessidade. Uma base de dados é uma colecção partilhada de dados (ficheiros) logicamente relacionados concebida de forma a satisfazer as necessidades de informação duma organização.

25 Característica de uma base de dados Característica de uma base de dados Os dados encontram-se agrupados todos num único conjunto Todos os acessos aos dados passam sempre por uma entidade designada por Sistema de Gestão da Base de dados o SGBD é o software ou programa que manipula todos os acessos á base de dados. As aplicações deixam de ter uma interface física e passam a ter uma interface lógica.

26 A tecnologia de bases de dados tenta responder dois objectivos: Dar corpo a uma forma mais natural de pensar os sistemas de informação, surgindo como elemento integrador dos recursos informacionais da organização; Disponibilizar meios de desenvolvimento de mais alto nível, capazes de acelerar o processo de desenvolvimento de novos sistemas e facilitar a manutenção dos sistemas construídos segundo esta tecnologia.

27 Interface lógico entre dados e informação O interface lógico entre o nível aplicacional e a base de dados é conseguido á custa do armazenamento na base de dados, não só dos dados propriamente ditos, mas também das suas descrições metadados. Os metadados são armazenados numa entidade conhecida por dicionário de dados (também chamado catálogo). Um dicionário de dados é um repositório de dados sobre dados. O Dicionário de dados ou Data Dictionary proporciona um local centralizado para documentar todas a informações referente á fase de análise. O conteúdo de um DD é dados sobre dados ou metadados descrição de dados.

28 Visões de uma Base Dados Tecnologia de Base de Dados Visão Interna - É aquela vista pelo responsável pela manutenção e desenvolvimento do SGBD, isto é, recuperação e manipulação dos dados dentro do Base de Dados Visão Conceitual - descrição dos dados armazenados na base de dado e seus relacionamentos (entidades, atributos, relações, informação de integridade e segurança). Visão Externa - É aquela vista pelo usuário que opera os sistemas aplicativos, através de interfaces desenvolvidas pelo analista (programas), buscando o atendimento de suas necessidades.

29 Visões de uma de Base Dados Tecnologia de Base de Dados

30 Visões de uma de Base Dados Tecnologia de Base de Dados

31 IMPLEMENTAÇÃO DE BASE DE DADOS Base de Dados Centralizada Base de Dados Distribuída Por definição, uma base de dados distribuída é um sistema de base de dados cujos dados se encontram fisicamente dispersos por vários servidores, ligados por meios de comunicação, mas integrados logicamente. DATE 1995 [1], de uma forma mais abrangente, define uma base de dados distribuída como sendo um conjunto de centros de computação, ligados por redes de computadores em que, por um lado, cada centro constitui um sistema de base de dados por si; por outro lado, os vários centros.

32 Base de Dados Distribuída (N camadas). Nesta arquitetura, a informação está distribuída em diversos servidores.

33 Sistema de Gestão de Base de Dados SGBD Sistema de Gestão de Bases de Dados (SGBD): é um software com recursos específicos para facilitar a manipulação das informações das Bases de dados e o desenvolvimento de aplicativos. Exemplos: Oracle, Ingres, Paradox, Access, DBase, MS SQL Server, MySQL Server, PostGreSQL.

34 Os Componentes de um Sistema de Bases de Dados

35 Arquiteturas de SGBDs Sistemas de Computador Pessoal - PC. Os computadores pessoais trabalham em sistema stand-alone, ou seja, fazem seus processamentos sozinhos. No começo esse processamento era bastante limitado, porém, com a evolução do hardware, tem-se hoje PCs com grande capacidade de processamento.

36 Arquiteturas de SGBDs Base de Dados Cliente-Servidor. Na arquitetura Cliente-Servidor, o cliente (front_end) executa as tarefas do aplicativo, ou seja, fornece a interface do usuário (tela, e processamento de entrada e saída). O servidor (back_end) executa as consultas no DBMS e retorna os resultados ao cliente.

37 Vantagens de um SGBD Controle de Redundância; Compartilhamento de Dados; Restrição a Acesso não Autorizado; Representação de Relacionamentos Complexos entre Dados; Tolerância a Falhas; Manutenção da Integridade.

38 Modelos de Base de Dados Existem duas categorias de modelos de base de dados: Baseados em objectos: Entidade-Relacionamento; Orientados a Objectos; Baseados em registos: Hierárquico; Rede; Relacional.

39 História e Evolução das BD Os primeiros sistemas de informação eram baseados em conjuntos de ficheiros que guardavam conjuntos de registos. Limitações 1. Os dados ficavam separados e isolados - obter dados em vários ficheiros; 2. Duplicação de dados - a mesma informação existente em vários ficheiros; 3. Os programas que acediam aos dados eram dependentes do formato dos ficheiros; 4. Ficheiros muitas vezes incompatíveis uns com os outros; 5. Difícil representar os dados na perspectiva do utilizador.

40 O Modelo Relacional Em 1970 E.F. Codd, na altura investigador da IBM Corp., publicou um artigo com os fundamentos teóricos do modelo relacional. A estrutura fundamental do modelo relacional é a relação, também designada tabela. Uma relação é uma estrutura bidimensional com um determinado esquema e zero ou mais instâncias. O esquema de uma relação é constituído por um ou mais atributos que traduzem o tipo de dados a armazenar. A cada instância do esquema de uma relação designa-se tuplo. Para cada atributo de uma relação define-se o seu domínio. O domínio de um atributo traduz a gama de valores possíveis que esse atributo pode tomar.

41 Um outro conceito fundamental no contexto do modelo relacional é o conceito de chave. Existem vários tipos: Superchave Associação de um ou mais atributos cujos valores, em conjunto, identificam univocamente cada tuplo; Chave candidata Subconjunto dos atributos de uma superchave; Chave primária (chave principal) que é seleccionada de entre as várias chaves candidatas; Chave estrangeira(chave importada) trata-se de um conjunto constituído por um ou mais atributos que é chave primária numa outra relação.

42 Relação(Tabela); Atributo; Domínio; Tuplo; Grau de uma relação; Cardinalidade de uma relação.

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