Introdução a Bancos de Dados - DCC011 -

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1 Introdução a Bancos de Dados - DCC011 - Alberto H. F. Laender Introduçãoa Bancos de Dados DCC Programa Introdução Conceitos básicos, características da abordagem de bancos de dados, modelos de dados, esquemas e instâncias, arquitetura de um sistema de banco de dados, componentes de um sistema de gerência de bancos de dados. Modelos de dados e linguagens Modelo entidade-relacionamento (ER), modelo relacional, álgebra relacional, SQL. Projeto de bancos de dados Fases do projeto de bancos de dados, projeto lógico de bancos de dados relacionais, normalização. Aspectos operacionais de SGBDs Processamento de consultas, noções de processamento de transações. 1

2 Bibliografia Básica Elmasri, R. & Navathe, S.B. Sistemas de Banco de Dados, 4ª Ed., Pearson/Addison Wesley, Elmasri, R. & Navathe, S.B. Fundamentals of Database Systems, 4 th Ed., Addison Wesley, Podem ser usadas também as edições mais recentes, observandose as alterações na ordem dos capítulos e nas figuras que ilustram os exemplos. Garcia-Molina, H.; Ullman, J.D.; Widom, J. Database Systems: The Complete Book, 2 nd Ed. Prentice-Hall, Ramakrishnan, R.; Gehrke, J. Database Management Systems, 3 rd Ed. McGraw-Hill, Silberchatz, A.; Korth, H.F.; Sudarshan, S. Database Systems Concepts, 6 th Ed. McGraw-Hill, Introdução 2

3 Sumário Conceitos Básicos Banco de Dados Sistema de Gerência de Banco de dados Sistema de Banco de Dados Características da Abordagem de BD Usuários em um Ambiente de BD Vantagens e Implicações da Abordagem de BD Modelos de Dados, s e Instâncias Categorias de Modelos de Dados Arquitetura de um Sistema de BD Independência de dados Linguagens e Interfaces Componentes de um SGBD Classificação dos SGBDs O que é um banco de dados? 3

4 Definições Preliminares [Chu, 1985] Um banco de dados é um conjunto de arquivos relacionados entre si. [Date, 1975] Um banco de dados é uma coleção de dados operacionais armazenados que são usados pelas aplicações de uma determinada organização. Outra Definição de Banco de Dados [Elmasri & Navathe, 1989] Um banco de dados é uma coleção de dados relacionados, possuindo as seguintes propriedades implícitas: 1. Representa algum aspecto do mundo real (minimundo ou universo de discurso); 2. É uma coleção de dados logicamente coerentes e que possuem algum significado inerente; 3. É projetado, construído e instanciado ( povoado ) para uma aplicação específica. 4

5 Sistema de Gerência de Banco de Dados Um sistema de gerência de banco de dados (SGBD) é um conjunto de programas que permite criar e manter bancos de dados BD + SGBD = Sistema de Banco de Dados Usuários/Programadores Consultas/Programas SGBD Catálogo (Meta-Dados) Banco de Dados Sistema de Banco de Dados 5

6 Exemplo de um Banco de Dados Mini-mundo: parte de uma universidade Algumas entidades: Alunos Disciplinas Departamentos Alguns relacionamentos: Disciplinas são oferecidas por Departamentos Alunos estão matriculados em Disciplinas Exemplo de um Banco de Dados DEPARTMENT DeptCode DeptName CS Comp. Science MATH Mathematics 6

7 Exemplo de uma Consulta SQL Liste o nome dos alunos que fizeram a disciplina Data Structures no Spring Semester de 1999, com o respectivo conceito obtido. select Name, Grade from STUDENT ST, COURSE CO, SECTION SE, GRADE_REPORT GR where CourseName= Data Stuctures and Semester= Spring and Year= 99 and GR.StudentNumber=ST.StudentNumber and GR.SectionIndentifier=SE.SectionIdentifier and SE.CourseNumber=CO.CourseNumber Características da Abordagem de BD Natureza auto-descritiva de um sistema de banco de dados Isolamento entre programas e dados: abstração de dados Suporte a múltiplas visões dos dados Compartilhamento de dados e processamento de transações concorrentes 7

8 Usuários em um Ambiente de BD Administradores de banco de dados Projetistas de banco de dados Analistas de sistema e programadores Usuários finais: Usuários leigos (naive users) Usuários casuais (casual users) Usuários sofisticados (sophisticated users) Usuários autônomos (stand-alone users) Vantagens da Utilização de um SGBD Controle de redundância dos dados Restrição de acesso não autorizado (segurança) Armazenamento persistente dos dados Processamento eficiente de consultas Manutenção de backup e recuperação de falhas Provimento de múltiplas interfaces para os usuários Representação de relacionamentos complexos Manutenção de restrições de integridade Uso de regras de inferência para dados e procedimentos 8

9 Implicações da Abordagem de BD Adoção/imposição de padrões Redução do tempo de desenvolvimento das aplicações Flexibilidade Disponibilidade de informação atualizada Economia de escala Quando não Utilizar um SGBD Aplicações simples, bem definidas e sem previsão de mudanças Aplicações em que há requisitos de tempo-real Aplicações que não necessitam de acesso multiusuário Motivos: Investimento inicial alto Generalidade na definição e manipulação dos dados Custo adicional para prover outras facilidades funcionais (manutenção de segurança, controle de concorrência, recuperação de falhas, etc.) 9

10 Modelo de Dados, e Instância Modelo de dados: Conjunto de conceitos usados para descrever a estrutura de um banco de dados. : Descrição (textual ou gráfica) da estrutura de um banco de dados de acordo com um determinado modelo de dados. Instância: Conjunto de dados armazenados em um banco de dados em um determinado instante de tempo. Modelo de Dados, e Instância do banco de dados de exemplo 10

11 Modelo de Dados, e Instância Instância do banco de dados de exemplo Relação entre Modelo de Dados, e Instância Modelo de Dados Regras para estruturação dos dados Regras para verificação das instâncias Instância 11

12 Categorias de Modelos de Dados Modelos conceituais Descrevem a estrutura de um banco de dados de acordo com a percepção dos usuários independentes de aspectos de implementação (ex.: modelo ER, modelo funcional) Modelos representacionais (lógicos) Descrevem a estrutura de um banco de dados da forma como será manipulado pelo SGBD mais dependentes de aspectos de implementação (ex.: modelo relacional, modelo hierárquico) Modelos físicos Descrevem a estrutura de um banco de dados da forma como os dados são fisicamente armazenados totalmente dependentes de aspectos de implementação (registros, blocos, índices, etc.) Arquitetura de um Sistema de BD Arquitetura de três esquemas: Separa as aplicações da estrutura física do banco de dados s são definidos em três níveis: Nível interno esquema interno Nível conceitual esquema conceitual Nível externo esquemas externos (visões) Transformações entre os níveis são denominadas mapeamentos (mappings) 12

13 Arquitetura de um Sistema de BD Nível Externo Externo 1 Externo 2 Externo n Visão de cada usuário Nível Conceitual Conceitual Visão comunitária Nível Interno Interno Visão do armazenamento físico Independência de Dados Capacidade de se alterar o esquema em um determinado nível sem alterar o esquema (ou esquemas) do nível imediatamente mais alto Imunidade dos programas (aplicações) em relação a mudanças na estrutura do banco de dados Há dois tipos de independência de dados: Independência de dados lógica Independência de dados física 13

14 Arquitetura de um Sistema de BD Externo 1 Externo 2 Externo n Nível Externo Visão de cada usuário Independência lógica Nível Conceitual Independência física Conceitual Interno Visão comunitária Nível Interno Visão do armazenamento físico Linguagens e Interfaces Linguagens: Linguagem de definição de dados (LDD) Linguagem de manipulação de dados (LMD) Linguagem de consulta Interfaces: Baseadas em menus Baseadas em formulários Gráficas Baseadas em linguagem natural Parametrizadas 14

15 CONSULTA Compilador de Consulta Componentes de um SGBD Utilitários Carga (loading) Carrega arquivos de dados pré-existentes no banco de dados Backup Gera cópias de segurança Reorganização do banco de dados Reorganiza a estrutura física (arquivos) do banco de dados Monitoração de desempenho Monitora o uso do banco de dados e gera estatísticas 15

16 Classificação dos SGBDs Quanto ao modelo de dados adotado: relacional hierárquico (em) rede orientado a objetos objeto-relacional baseado em grafos Quanto ao número de usuários suportados: monousuário multiusuário Quanto à localização dos dados: centralizado distribuído Exemplo de um BD Relacional Empregado NumEmp NomeEmp Salário Dept 032 J Silva M Reis C Melo R Silva R Pinto V Simão J Neves Departamento NumDept NomeDept Ramal 21 Pessoal Financeiro Técnico

17 Exemplo de um BD em Rede Empregado Departamento 21 Pessoal J Silva M Reis C Melo Financeiro R Silva R Pinto Técnico V Simão J Neves 640 Exemplo de um BD Hierárquico Departamento 21 Pessoal Financeiro Técnico 144 Empregado 032 J Silva M Reis C Melo R Pinto R Silva V Simão J Neves

18 Resumo Conceitos básicos: BD, SGBD, SBD Modelo de dados esquema instância Modelos de dados: conceituais, lógicos, físicos Independência de dados lógica, física Linguagens: LDD (DDL), LMD (DML), LC (QL) Questões e Exercícios Sugeridos Capítulo 1: 1.1, 1.3, 1.5, 1.6 Capítulo 2: 2.1, 2.2, 2.4,