Engenharia de Computação / Engenharia de Produção Banco de Dados Prof. Maria das Graças da Silva Teixeira

Transcrição

1 Unidade 2 Modelo Relacional Engenharia de Computação / Engenharia de Produção Banco de Dados Prof. Maria das Graças da Silva Teixeira Material base: Banco de Dados, , prof. Otacílio José Pereira

2 Contexto na Disciplina 1 Introdução 2 Modelo Relacional 3 SQL 4 Projeto de Banco de Dados 5 Armazenamento e Indexação 6 Processamento e Otimização de Consultas 7 Gerenciamento de Transações 8 Controle de Concorrência 9 Recuperação de Falhas 10 Segurança de Banco de Dados 11 Tópicos Avançados

3 Reflexões Preliminares Como organizar e estruturar as informações de um banco de dados? Quais técnicas e mecanismos podem ser empregadas nesta estruturação, ou de forma mais contextualizada, nesta modelagem? Que tipo de operações e ações devem ser previstas para manipular as informações modeladas?

4 Roteiro Características do Modelo Relacional Exemplos de modelo relacional Álgebra Relacional SQL Linguagem de Manipulação de Dados - DML Linguagem de Definição de Dados - DDL

5 Modelo Relacional A maioria dos SGBD s estruturam as informações com base no modelo relacional; Nesta unidade partiremos do pressuposto que já temos um banco de dados modelado, projetado e instalado; Na unidade 4 Projeto de Banco de Dados, veremos como projetar um banco de dados.

6 Acessa Contexto A ênfase deste tópico está em compreender um modelo de dados, suas características e as operações que podem ser feitas sobre ele. Estruturado Armazenados em Disco

7 Modelo Um Modelo é a representação abstrata e simplificada de um sistema real, com a qual se pode explicar ou testar o seu comportamento, no todo ou em partes; Exemplos de Modelos: Maquete de um empreendimento imobiliário; Mapa rodoviário; Planta de uma casa; Molde de um novo conjunto feminino; Todos estes são modelos que permitem compreender o mundo real de uma forma simplificada.

8 Modelo Relacional Objetivos de um modelo relacional: Permitir refinar e representar o entendimento sobre um ambiente observado; Servir de instrumento para comunicação; Favorecer o processo de verificação e validação; Servir como referencial para a geração de estruturas de dados; Estabelecer conceitos únicos a partir de visões diversas. O Modelo Relacional é o modelo que permitirá atingir estes objetivos sob o aspecto da organização das informações em um banco de dados.

9 Exemplo Em uma determinada cidade está crescendo o número de adeptos de esportes, sobretudo os esportes dito radicais; Um dos esportistas mais antigos, ciente deste crescimento resolve montar uma Loja de Materiais Esportivos especializados para esta área, a Radical Sports; Com base neste panorama, quais informações são interessantes considerar para a informatização desta loja?

10 Exemplo Um possível conjunto das informações está abaixo identificado:

11 Introdução ao Modelo Relacional Um banco de dados relacional é formado por um conjunto de tabelas ou relações; Relação: Tabela de valores bidimensional organizada em linhas e colunas. Representa um conjunto de entidades do Modelo E/R ou uma classe em um Diagrama de Classes; Cada tabela é formada por atributos que pode possuir valores dentro de um Domínio estabelecido; Cada linha de uma tabela é uma tupla com vários valores onde cada valor pertence a um determinado domínio.

12 Introdução ao Modelo Relacional Exemplo Considere as informações de um produto: Produto (codproduto, dcrproduto, vlrunitario) Produto representa a relação ou tabela; codproduto, dcrproduto, vlrproduto são seus atributos; Cada atributo tem seu domínio, por exemplo codproduto tem como domínio os números inteiros; A relação pode ter as seguintes tuplas ou linhas: 1 Velame(Parapente) R$ 2.000,00 2 Selete (Cadeirinha) R$ 560,00 3 Capacete R$ 120,00

13 Conceitos de um Modelo Relacional Esquema de Relação: Estabelece a estrutura da relação, isto é, seus atributos e domínio; Relação: É uma variável que representa a relação; Instância de Relação: São os valores, um instantâneo da relação em determinado momento; Fazendo uma analogia com Orientação a Objetos: Esquema = Definição da Classe Relação = Declaração da Variável Instância = Objeto instanciado na variável

14 Alguns conceitos Superchaves: Conjunto de um ou mais atributos que, permitem identificar de forma única uma entidade em um conjunto de entidades. Ex:(Nome,Numero_Conta) e (Nome,CPF) Chaves Candidatas: Ocorrem quando em uma relação existe mais de uma combinação de atributos possuindo a propriedade de identificação única. Ex: Matrícula é uma chave candidata e CPF também é outra chave candidata Chave Primária: Atributo ou combinação de atributos que possuem a propriedade de identificar de forma única uma linha da tabela. Ex: Matrícula Chave Estrangeira: Ocorre quando um atributo de uma relação for chave primária em outra relação. Linha (Tupla): Representa uma entidade do conjunto de entidades, ou um objeto de uma classe.

15 Alguns Conceitos Colunas: Representam os vários atributos do conjunto de entidades ou classe. Ex: Matrícula, Nome, CPF, Endereço, Dt-Nasc, Dt-Adm. Célula: Item de dado elementar da linha i, coluna j. Ex: Vitória (linha 3, coluna 4) Ligações: Representam os relacionamentos do Modelo E/R ou Diagrama de Classes. A ligação entre duas relações é feita, em geral, transportando-se a chave de uma relação para outra (item transposto).

16 Características do Modelo Relacional Nenhum campo componente de uma chave primária pode ser nulo; Cada célula de uma relação pode ser vazia (exceto uma chave primária), ou ao contrário, conter um único valor; A ordem das linhas é irrelevante; Não há duas linhas totalmente iguais; Cada coluna tem um nome e colunas distintas devem ter nomes distintos; Usando-se os nomes para se fazer referência às colunas, a ordem destas torna-se irrelevante;

17 Características do Modelo Relacional Cada relação recebe um nome próprio distinto do nome de qualquer outra relação da base de dados; Os valores de uma coluna são retirados todos de um mesmo conjunto, denominado domínio da coluna; Duas ou mais colunas distintas podem ser definidas sobre um mesmo domínio; Um campo que seja uma chave estrangeira ou um item transposto só pode assumir valor nulo ou um valor para o qual exista um registro na tabela onde ela é chave primária.

18 Álgebra Relacional Define como utilizar um sistema de banco de dados; Em outras palavras, uma vez que as informações de um sistema estão estruturadas conforme o modelo e os dados estão armazenados, como estes dados são utilizados? Ainda de outra forma: quais operações podemos realizar sobre um banco de dados?

19 Aquecimento: Álgebra Relacional Sobre as tabelas a seguir: Quais consultas e tipos de operações podem ser realizadas sobre elas? Por exemplo: escolher apenas algumas colunas

20 Álgebra Relacional Informações a exercitar: Funcionários (cod_func, nome, cod_depto, telefone) Clientes (cod_cliente, nome, telefone) Departamentos (cod_depto, dcr_depto)

21 Álgebra Relacional Conceitos Básicos: Relações: Conjunto de tuplas; Operações: Manipulação sobre as tuplas das relações; Álgebra Nos lembra algo relacionado com matemática; São os fundamentos matemáticos das operações com relações (tabelas) em um modelo relacional;

22 Que operações básicas empregamos no banco de dados? Escolher colunas; Escolher linhas; Juntar os dados de uma relação com outra Por meio das colunas; Por meio das linhas; Outras. Álgebra Relacional

23 Álgebra Relacional Visão Geral das Operações Unárias (envolve apenas uma relação) Projeção; Seleção; Selecionar Projetar a b c Produto x y a a b b c c x y x y x y Renomeação; Binárias União Intersecção (envolve mais de uma relação) Diferença Produto Cartesiano; União; Diferença; Interseção; Junção Natural. a1 a2 a3 b1 b1 b2 Ligação (natural) b1 b2 b3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 b1 b1 b2 c1 c1 c2 a a a b c x y z x y Dividir x z a

24 Álgebra Relacional Projeção (π) Indicada na literatura por π (a letra grega pi); Retorna os valores de determinadas colunas de uma tabela; Exemplos: π nome (Funcionários) π nome, telefone (Funcionários) Projetar

25 Álgebra Relacional Operação Seleção (σ) Seleciona tuplas que satisfazem certa condição; Indicada na literatura por σ (a letra grega sigma); Selecionar Exemplos: σ cod_depto= RH (Funcionários) σ cod_cliente= 0045 (Clientes) Observação As comparações são permitidas usando =,,<,, > e e os conectivos e (^) e ou ( ).

26 Álgebra Relacional Operação Produto Cartesiano ( X ) Combina informações a partir de diversas relações; Exemplo: Funcionário X Depto Produz todas as combinações entre funcionário e depto σ func.cod_depto = depto.cod_depto (Funcionários X Departamentos) É comum empregarmos com a seleção para fazermos a amarração entre determinados campos que precisamos visualizar.

27 Álgebra Relacional Exercício Escreva as sentenças das consultas abaixo e apresente o resultado conforme dados mostrados como exemplo: Quais funcionários são analistas? Quais os funcionários da Produção em Java e da Produção em.net? Quais o nome e telefone do cliente com código 0012? Outras

28 Álgebra Relacional Operação União Permite encontrar tuplas que estão em uma das relações envolvidas; Indicada na literatura pelo símbolo da união ( ); Exemplo: Selecionar os nomes e telefones de funcionários juntamente com os nomes e telefones de clientes para fazermos uma mala direta π nome, telefone (Funcionários) π nome, telefone (Clientes) Caso as linhas existam nas duas relações (duplicadas), apenas uma será considerada. Segue-se o conceito de operações sobre conjuntos.

29 Álgebra Relacional Operação Diferença Permite encontrar tuplas que estão em uma relação e não estão em outra; Indicada na literatura pelo símbolo da união (-); Exemplo: Quais os telefones de Funcionários que não constam na lista de telefones de cliente? π telefone (Funcionários) - π telefone (Clientes) Poderíamos até considerar que as relações Funcionarios e Clientes possuem agora o atributo CPF para utilizarmos em vez de telefone; Observação: As relações precisam ser compatíveis. Apresentarem o mesmo número de atributos; Cada atributo de uma relação ser do mesmo domínio (tipo) da outra relação.

30 Álgebra Relacional Operação Renomear (ρ) Permite dar um nome diferente para relações que aparecem mais de uma vez em uma consulta; Indicada na literatura por ρ (a letra grega ro); Exemplos: Selecionar os dados do funcionário cujo código é t (σ cod_func= (Funcionários)) Selecionar nome e telefone dos funcionários que sejam do mesmo departamento que o funcionário de código π nome, telefone (σ t.cod_depto = func2.cod_depto (t X ρ func2 (Funcionários))

31 Álgebra Relacional Operação Interseção ( ) Encontra tuplas que estão nas duas relações envolvidas, ao mesmo tempo; Indicada na literatura pelo símbolo da interseção ( ); Exemplo: Quais funcionários também são clientes da loja? π nome, telefone (Funcionarios) π nome, telefone (Clientes) Poderíamos usar o CPF em vez do telefone, conforme observação anterior.

32 Operação Junção/Ligação Natural ( X ) Permite combinar relações por meio dos relacionamentos entre elas; É uma combinação das operações de Seleção e Produto Cartesiano em uma mesma operação; Exemplo: Álgebra Relacional (funcionario X Departamento)

33 Exercício Álgebra Relacional Seja o modelo de dados abaixo: Alunos (cod_aluno, nome, matricula, telefone, cpf, coeficiente) Funcionarios (cod_funcionario, nome, matricula, telefone, cpf, cod_cargo) Cargo (cod_cargo, dcr_cargo) Cod_cargo = 1 -> Professor Cod_cargo = 2 -> Funcionario Turmas (cod_turma, dcr_turma, cod_professor, cod_disciplina) Alunos_Turmas (cod_turma, cod_aluno, nota, freq) Disciplinas (cod_disciplina, dcr_disciplina) PreRequisitos (cod_disc_pre, cod_disc_pos)

34 Álgebra Relacional Exercício (continuação) Recuperar o código, nome, matrícula e cpf de alunos juntamente com professores (para convocar para evento da faculdade); Recuperar o nome e telefone dos funcionários que também são alunos; Recuperar o nome e telefone dos funcionários que não são alunos; Recuperar o nome, telefone e descrição do cargo dos funcionários; Recuperar a descrição da turma, a descrição da disciplina e o nome do professor das disciplinas ministradas por Pedro ; Recuperar as disciplinas que são pré-requisitos de Programação I.

35 Álgebra Relacional Funções Agregadas As funções agregadas tomam uma coleção de valores e retornam um único valor como resultado. Principal funções agregadas: avg: valor médio min: valor mínimo max: valor máximo sum: soma dos valores count: número de valores Sintaxe das funções agregadas na álgebra relacional: G1, G2,..., GnG F1(A1), F2(A2),..., Fm(Am) (E) E é qualquer expressão de álgebra relacional G 1, G 2, G n uma lista de atributos em que agrupar (pode ser vazia) Cada F i é uma função agregada Cada A i é um nome de atributo G é o símbolo para G Caligráfico

36 Álgebra Relacional Funções Agregadas Exemplo: Qual a quantidade de Professores? G count(cod_funcionarios) (δ (cod_cargo = 1) (Funcionarios) ) Qual a média de notas, por disciplina? cod_disciplinag avg(nota) (δ (Turmas.cod_turma = Alunos_Turmas.cod_turma) (Turmas x Alunos_Turmas) )

37 Álgebra Relacional Modificação de Banco de Dados O conteúdo do banco de dados pode ser modificado usando as seguintes operações: Exclusão; Inserção; Atualização. Todas essas operações são expressas usando o operador de atribuição.

38 Álgebra Relacional Modificação de Banco de Dados Exclusão Uma requisição de exclusão é expressa semelhantemente a uma consulta, exceto que, em vez de exibir tuplas ao usuário, as tuplas selecionadas são removidas do banco de dados; Pode excluir apenas tuplas inteiras (não pode excluir valores em atributos específicos); Na álgebra relacional, uma exclusão é expressa por: r r E, onde r é uma relação e E é uma consulta de álgebra relacional. Exemplo: Exclua todos os funcionários do RH Funcionarios Funcionarios σ cod_depto = RH (Funcionarios)

39 Álgebra Relacional Modificação de Banco de Dados Inclusão Para inserir dados em uma relação: Especificamos uma tupla a ser inserida; Escrevemos uma consulta cujo resultado é um conjunto de tuplas a serem inseridas; Na álgebra relacional, uma inserção é expressa por: r r E, onde r é uma relação e E é uma expressão de álgebra relacional; A inserção de uma única tupla é expressa fazendo E ser uma relação constante contendo uma tupla; Exemplo: Inserir um novo departamento Departamento Departamento {( PRJ, Projeto )}

40 Álgebra Relacional Modificação de Banco de Dados Atualização Um mecanismo para mudar um valor em uma tupla sem mudar todos os valores na tupla; Use o operador de projeção generalizada para realizar essa tarefa r Π F1, F2,..., Fn (r) Cada F i é: O i o atributo de r, se o i o atributo não estiver atualizado, ou, Se o atributo precisar ser atualizado, F i é uma expressão, envolvendo apenas constantes e os atributos de r, que fornece o novo valor para o atributo Exemplo: Atualizar o código de um Departamento, criado com erro. Departamento Π PROJ,dcr_departamento (σ dcr_departamento = Projeto (Departamento))

41 Para estudos Lista de Exercícios (disponibilizada no site); Leitura: SILBERSCHATZ, A. et.al. Sistema de banco de dados. 5.ed. Rio de Janeiro: Elsevier, Capítulo 2 Modelo Relacional.