UNIP UNIVERSIDADE PAULISTA INTRODUÇÃO À BANCO DE DADOS. 2º Sem / 2011

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1 UNIP UNIVERSIDADE PAULISTA INTRODUÇÃO À BANCO DE DADOS 2º Sem / 2011 Prof.: Luiz Shigueru Seo BIBLIOGRAFIA Sistema de Silberschatz, Korth e Sudarshan 3ª edição Ed. Makron Books Sistemas de Ramirez e Elmasri, Shamkant, Navathe 2005 Addison-Wesley. Introdução Sistemas de C. J. Date 7ª edição Ed. CAMPUS Projeto de uma visão prática Felipe Machado e Mauricio Abreu Ed. Erica Modelagem conceitual e projeto de Cougo, P Ed CAMPUS Projeto de Carlos Alberto Heuser - 5ª edição Ed. Sagra Luzzatto Projeto de Sistemas e Emiliano S. Monteiro Ed. Brasport Conceitos, Modelos, Gerenciadores, Projeto Lógico e Físico Valdemar W. Setzer - Ed. Edgard Blucher ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 2 1

2 Sistemas - Conceitos A palavra SISTEMA envolve amplo espectro de idéias. Ex.: Sistema Solar; Sistema Empresarial; Sistema de Transporte; Sistema de Comunicação; Sistema Biológico; Sistema Econômico; etc. É um conjunto de elementos interdependentes, interconectados de modo a formar um todo organizado. Conjunto de elementos, materiais ou idéias, reunidos com sinergia em busca de um objetivo comum. Disposição das partes ou dos elementos de um todo, coordenados entre si, e que funcionam como estrutura organizada. Reunião de elementos naturais da mesma espécie. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 3 Sistemas de Informação Mundo Real Desenvolver um projeto de sistema de informação consiste em abstrair e traduzir um problema do mundo real em uma solução que envolve a organização, pessoas e tecnologia (hardware e software). Abstração SOFTWARE SOLUÇÃO SISTEMA DE INFORMAÇÃO ORGANIZAÇÃO Dados + Regras Sistema de Arquivos Programa Programa de de aplicação aplicação APLICAÇÃO de de BD BD PESSOAS HARDWARE ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 4 2

3 Sistemas de Informação São sistemas que, através de processos de coleta e tratamento de dados, geram e disseminam as informações necessárias aos objetivos dos diversos níveis organizacionais. Produção Fabril Insumos Produtos Acabados Sistemas de Informação TRANSFORMAÇÃO Dados Informações úteis ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 5 Sistemas de Informação Regras de Negócios Processos Dados input Sistemas de Informação Informações output Dados Estruturados Armazenados ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 6 3

4 Empresas sem Problemas: - implementação de vários sistemas em arquivos convencionais - dados redundantes, exigindo maior esforço de atualização - perda de integridade, informações conflitantes causadas por diversidade de critérios e de sistemas - dificuldade em consolidar os dados de diferentes fontes - formam-se nas empresas os donos das informações ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 7 Empresas com Vantagens: - dados centralizados - critérios uniformes - informações íntegras - facilidade na operação - recursos de SW Problemas: - dados compartilhados - administração centralizada - controle de acesso para preservar a privacidade e a segurança - necessidade de padronização - interação entre sistemas ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 8 4

5 para executar para planejar Como funciona? Ambiente Operacional PROCESSAMENTO BATCH (Sem interação) input SGBD Programa de aplicação com BD Programa de aplicação com BD Processamento Real Time output terminais locais modem BD Programa de aplicação com BD terminais remotos ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 9 Importância dos SBD nas Organizações Como podem ser classificados os Sistemas de Informação quanto ao nível de atendimento? Para cada aplicação, usa tipo diferente de SBD: OLAP Estratégico Sistema de Planejamento Estratégico Sistema de Informações Estratégicas (Análise Multidimensional e Preditiva) Simulações de Cenários OLTP OLAP Tático Gerêncial Tático (Operacional) Sistema de Apoio à Decisão (Sistema de Informações Gerenciais) Sistema de Planejamento e Controle Operacional OLTP Operacional Sistema de Processamento Transacional e Controles Internos ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 10 5

6 Importância dos SBD nas Organizações AMBIENTE DE APLICAÇÕES Operacionais Dão suporte às funções associadas à execução do negócio da empresa: sistemas administrativos controle de estoque sistemas de expedição etc Tático Operacional Dão Apoio operacional Acompanhamento Operacional Executar o Negócio Apoio à Decisão - DSS Dão suporte às funções associadas à concepção do negócio da empresa Planejamento Estratégico da Empresa Informações Gerenciais - EIS Consolida dados transacionais e serve para planejamento e controle das atividades operacionais. Planejar o Negócio ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 11 OLTP Importância dos SBD nas Organizações OPERACIONAL X ANALÍTICO OLAP ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 12 6

7 AMBIENTE: OPERACIONAL OU TRANSACIONAL Tipo de processamento: OLTP Importância dos SBD nas Organizações baseado em transações mantém usualmente situação corrente atualizações e consultas em grande número trabalha com alto nível de detalhe Acesso a dados de uma instância voltado para velocidade e automação de funções repetitivas (dia a dia) ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 13 Importância dos SBD nas Organizações AMBIENTE: GERENCIAL E ESTRATÉGICO Tipo de processamento: OLAP pequeno número de consultas variáveis consistência é fundamental necessidade de ver os dados sob diferentes perspectivas: aplicações dinâmicas atualização quase inexistente, apenas novas inserções dados históricos são relevantes operações de agregação e cruzamentos aados consolidados, acumulativos consultas ad hoc - não planejadas acessos sequenciais das tabelas tb. chamado de table scan ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 14 7

8 Porcentagem de executivos Importância dos SBD nas Organizações MODELAGEM MULTIDIMENSIONAL Valores Agregados Vendas Produto XPTO XPTA XPTN Região Mes ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 15 Importância dos SBD nas Organizações Exemplo de Avaliação de Desepenho 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Des empenho financeiro Eficiência o peracio nal Utilização dos indicadores Satisfação dos clientes Des empenho do s funcio nário s Incluído em revisões regulares Utilizado para direcionar mudanças organizacionais Atrelado a compensação Inovação e mudança Ambiente e co munidade ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 16 8

9 Importância dos SBD nas Organizações Modelo de Avaliação Painel de Controle ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 17 DEFINIÇÕES ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 18 9

10 NÍVEIS DE ABSTRAÇÃO (V.Setzer) Mundo Real Estruturas Das Informaçoes Informais Estruturas Das Informações Formais Estrutura Lógica Estrutura Física Mundo Real Modelo Descritivo Modelo Conceitual Modelo Operacional Lógico Modelo Interno Implementação Física Seres, Objetos, Fatos Organismos De Negócios Necessidades Descrição Das Estruturas Relatórios Escritos Em Linguagem Natural, Inteligíveis Especificações De Manipulação Deve Ser Formal P/ Computadores Modelo Essencial Preliminar Modelo Essencial (Lógico) Plano De Soluções Especificações De Programas Estrutura Interna de Armazenamento. Implementação Fïsica da Solução Arquivos, BD, Tabelas, Programas ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 19 Segundo C.J. Date CONCEITOS BANCO DE DADOS Um Sistema de é basicamente um sistema de manutenção de registros por computador, ou seja, um sistema cujo objetivo global é manter as informações e torná-las disponíveis quando solicitadas. Trata-se de qualquer informação considerada como significativa ao indivíduo ou à organização servida pelo sistema. Em outras palavras, que seja necessária ao processo de tomada de decisão daquele indivíduo ou a organização. Segundo Abraham Silberschatz Um Sistema de Banco de Dado é um conjunto de dados associados e centralizados, que contém informações sobre uma empresa em particular e proporciona aos usuários uma visão abstrata dos dados. A visão abstrata dos dados acaba por ocultar determinados detalhes sobre a forma de armazenamento e manutenção dos dados São projetados para gerir grandes volumes de informações. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 20 10

11 CONCEITOS BANCO DE DADOS Dicionário Aurélio: Coleção abrangente, organizada e inter-relacionada de dados armazenados em um meio físico, com o objetivo de evitar ou minimizar duplicidade de informação, otimizar a eficiência de seu tratamento, permitindo o acesso, através de diversas formas, a uma grande variedade de informações. Outra definição: é um conjunto ou uma coleção de dados que estão estruturados e de alguma forma relacionados, e que são utilizados durante as operações da empresa para manter seus processos operacionais. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 21 SISTEMA GERENCIADOR DE BANCO DE DADOS Um SGBD é uma coleção de dados e programas de propósito geral que facilita o processo de definir, construir e manipular bancos de dados para vários usuários ou aplicações. Definir um banco de dados significa estruturar e especificar os tipos de dados a serem armazenados juntamente com uma descrição detalhada de cada tipo. Construir um banco de dados é o processo de armazenar os dados em algum meio de armazenamento controlado pelo SGBD. Manipular um banco de dados compreende certas funções como consultar o banco de dados para recuperar dados específicos, atualizar o banco de dados para refletir mudanças percebidas no mundo dos negócios e produzir relatórios a partir dos dados. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 22 11

12 SISTEMA DE BANCO DE DADOS Usuários Programadores Consultas Programas de Aplicação SGBD DDL Software para processar consultas ou aplicações Software para acessar dados armazenados GERENCIADORES DML Estrutura do BD (Metadados) BD armazenado ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 23 Modelos de Implementação de BD 1- Modelo Hierárquico 3- Modelo Relacional FUNCIONARIOS 2- Modelo em Rede (Network) cod_func nome_func matricula cod_depto 1 Jose 1001 RH 2 Maria 2004 RH 3 João 3012 MKT 4 Carlos 4223 INF DEPARTAMENTOS cod_depto nm_depto data_cri RH Recursos Humanos 1/1/2001 MKT Marketing 24/2/2004 INF Informática 6/1/1969 ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 24 12

13 INDEPENDÊNCIA DE DADOS Programa com Estrutura de Dados dados em memória Programa Estrutura de Dados programa e dados na mesma memória dependência total Ex.: Word, Excel Dados em Arquivo estrutura de dados com programa sistemas de arquivos dependência da Estrutura de Dados no Programa Independência de Dados da Aplicação Programa variáveis SGBD Meta Dados ou DD Estrutura de Dados Dados em BD código programa com SGBD estrutura de dados independente Meta-Dados ou Dicionário de Dados Dados Armazenados em BD ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 25 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD Controle de Redundância Compartilhamento de Dados Controle de Acesso Persistência p/ Objetos e Estrutura de Dados Inferência através de Regras de Dedução Definição e Manipulação de Dados Múltiplas Interfaces Cumprimento das Restrições de Integridade Capacidade de recuperação automática Desempenho ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 26 13

14 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD CONTROLE DE REDUNDÂNCIA Redundância duplicação de informações Problemas: duplicação de esforço para manter os dados atualizados desperdício de espaço de armazenamento possibilidade de inconsistência dos dados quebra de integridade de dados SGBD deve ser capaz de controlar a redundância para evitar inconsistências. Fundo de Inves timento Conta Corrente Poupança ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 27 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD COMPARTILHAMENTO DE DADOS Sistemas Multiusuários Acessos concorrentes para consulta Acessos concorrentes de atualizações pode causar inconsistência de dados SGBD deve prover controle de concorrência de transações, através de mecanismos próprios. (LOCK) Usuario 1 Conta Corrente Usuario 2 Usuario 3 ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 28 14

15 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD CONTROLE DE ACESSO Login no Sistema Operacional Senhas do SGBD para usuários e para grupos de usuários Restrição ou Permissão de acesso a parte do banco de dados (GRANT/REVOKE) Proibição de executar certas operações, por exemplo atualização de campos restritivos Proibição de uso de software privilegiado, a exemplo do software para gerência de contas de usuários. SGBD deve prover permissões e restrições de acessos ao BD ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 29 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD PERSISTÊNCIA PARA OS OBJETOS E ESTRUTURA DE DADOS Capacidade dos BDs de se integrarem a linguagens de programação de alto nível de forma a permitir que as estruturas criadas fiquem armazenadas no BDs. (SQL permite seleção de dados criando novas estruturadas de dados no ato da execução (SELECT dado- 1, dado-2, dado-3, dado-n, etc., Stored Procedure). Objetos persistentes são armazenados em arquivos do sistema gerenciador, fora dos programas que os utilizam, sobrevivendo a falhas das transações e até a algumas falhas de hardware. SGBD deve prover condições de execução e armazenamento de Objetos de Persistência ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 30 15

16 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO DE BANCO DE DADOS DDL: Data Definition Language - Define o esquema do BD. - descreve as estruturas de dados do esquema, às vezes chamada de metadados, e a armazena em um dicionário de dados. DCL: Data Control Language Realiza controle do BD DML: Data Manipulation Language Realiza acesso ao BD para consultas e atualizações SQL: Structure Query Language Linguagem de programação de SGBDR que engloba: DDL, DCL e DML. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 31 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD MÚLTIPLAS INTERFACES Um SGBD deve prover uma variedade de interfaces de usuário, tais como: interfaces interativa de acesso aos dados; interfaces de comunicação com o S.O., redes e de conectividade com outros SGBDs; ferramentas para desenvolvimento de aplicações telas de consultas, formulários, relatórios e gráficos; ferramentas para administração do banco de dados. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 32 16

17 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD RESTRIÇÕES DE INTEGRIDADE Restrições de Integridade mais complexas: - unicidade de itens de dados; - integridade referencial - uma instância de uma tabela que referencia outra tabela Ex. Existência de Dependentes em função de Funcionários. - restrições derivadas da semântica dos dados Ex.: um aluno não pode matricular-se na mesma disciplina mais de uma vez. - validação de dados Ex.: CPF, CNPJ, RG formatos; data de entrega menor que data da compra. Restrições: Forma de verificação da consistência e Integridade dos dados no BD ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 33 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD CAPACIDADE DE RECUPERAÇÃO (RECOVERY) Backup/Restore: responsável por assegurar que o BD seja restaurado para seu estado anterior à falha, recuperação de incidentes. Load/Unload de dados: carga/descarga de objetos do BD, a partir de arquivos de dados. Recovery automático: garante que as falhas ocorridas no processamento das transações não sejam propagadas aos objetos persistentes (quebra de integridade) SGBD deve prover facilidades para restaurar o banco de dados em caso de falha de hardware ou de software, ou mesmo falha da aplicação. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 34 17

18 FUNCIONALIDADES DE UM SGBD DESEMPENHO Desempenho = Tempo de Resposta da transação Eficiência no desempenho, usando para isso: - Estruturas de Dados - Métodos de Acesso - Otimização de Consultas Novas aplicações: - Multimídias - Sistemas de Informações Geográficas - Sistemas de Informações Gerenciais e Estratégicas - Aplicações Web SGBD deve executar as funções de acesso a de uma forma eficiente ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 35 BENEFÍCIOS DO USO DE BD Disponibilidade de informação atualizada em tempo real Estabelecimento e o cumprimento de padrões de dados Flexibilidade nas mudanças Redução no tempo de desenvolvimento de novas aplicações Economia de escala Padronização de acessos ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 36 18

19 DESVANTAGENS - AUMENTO DE CUSTOS Alto investimento inicial para aquizição de Software de BD e possível necessidade de hardware adicional. Implementação ou Manutenção de Sistemas existentes para os padrões de Banco dse Dados Contratação de profissionais especializados (AD e ABD) Treinamento e capacitação técnica aos analistas e programadores Overhead para garantir segurança, controle de concorrência, recuperação e integridade de dados. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 37 IMPLEMENTAÇÃO DE REGRAS DE NEGÓCIO Organizações possuem regras para conduzir seus negócios. Regras de negócio podem variar desde simples restrições de domínios de valores a complexas políticas organizacionais. SI baseados em arquivos convencionais Todas as regras nos programas de aplicação SI baseados em SGBD - Cliente/Servidor ( 2 camadas) todas as regras no servidor de banco de dados ou regras mais simples, frequentes e compartilhadas no servidor de banco de dados regras mais complexas e específicas nos programas de aplicação SI baseados em Servidores de Aplicação (3 camadas) regras mais simples e compartilhadas no servidor de banco de dados regras mais complexas, frequentes e compartilhadas nos componentes de Servidor de Aplicações regras mais específicas nos programas de aplicação ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 38 19

20 ARQUITETURAS DE TRES ESQUEMAS ANSI / SPARC American National Standards Institute Standards Planning And Requirements Committee (ANSI/SPARC) propôs, em 1975, a Arquitetura de Três Esquemas Tem como objetivo separar o banco de dados físico das aplicações do usuário, através de três diferentes níveis de esquemas: - Esquema de Nível Externo - Esquema de Nível Conceitual - Esquema de Nível Interno ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 39 ARQUITETURAS DE TRES ESQUEMAS ANSI / SPARC NÍVEL EXTERNO mapeamento externo / conceitual NÍVEL CONCEITUAL mapeamento conceitual Visão Externa 1 Usuários Finais... Esquema Conceitual Visão Externa n Nível Externo (Visões): corresponde às abstração dos usuários. Nível Conceitual: decreve toda a estrutura do BD a nível de propriedades, relacionamentos, restrições etc, sem os detalhes de implementação física. - Ex. MER /DER NÍVEL INTERNO Mapeamento físico Esquema Interno Nível Interno (físico): descreve as estruturas de acesso e armazenamento do BD ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 40 20

21 MODELAGEM DE BANCO DE DADOS Modelo Conceitual: requerem uma representação abstrata, independente dos detalhes de armazenamento dos dados, que possa ser entendido por usuários finais. categoria de alto nível: próximo de como os usuários finais percebem os dados (como negócios da empresa) Modelo Lógico: categoria de nível intermediário: pode ser entendido pelos usuários técnicos, mas não muito distante da forma de armazenamento dos dados Modelo Físico: descreve a organização dos arquivos do banco de dados e estrutura de dados, métodos de acesso, regras de integridade, etc. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 41 MODELO CONCEITUAL Conhecidos como Modelos Semânticos Modelo Entidade-Relacionamento (Chen, 1976) Objetos do Modelo E-R (DER) : - Entidades: representam objetos ou conceitos do mundo real - Relacionamentos: representam associações do mundo real entre duas ou mais entidades - Atributos: representam algumas características de uma entidade ou de um relacionamento Fornecedor 1 N Fornecimento N 1 Frn-F F-Pc Peça ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 42 21

22 MODELO LÓGICO Conhecidos como Modelos de Implementação Modelo Relacional ou Diagrama Relacional (DR) Descrevem dados por meio de estruturas de registros São classificados de acordo com o tipo de estrutura e as operações em que se baseiam. FORNECEDOR FORNECIMENTO PEÇA ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 43 MODELO RELACIONAL cd_func nome do funcionario RG_func dt_nasc Dept Jose da Silva /02/1975 TI Antonio dos Santos /01/1970 RH Maria Jose de Albuquerque /04/1989 Vendas Angela de Almeida /08/1954 Compras Relação de dados composta de linhas e colunas ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 44 22

23 MODELO ENTIDADE RELACIONAMENTO - EXEMPLO Exemplo de Modelo Descritivo: Um Departamento de desenvolvimento de projetos está lotado de Funcionários que possuem Dependentes. Os Funcionários podem ser Engenheiros, Contadores e Secretárias. Os Engenheiros são alocados em diversos projetos e apenas um deles, com perfil adequado, pode gerenciar o projeto. Alguns dos engenheiros, dependendo da sua categoria funcional, podem participar de outros projetos. Os projetos usam peças que podem ser compostos de outras peças. As peças são fornecidas por fornecedores diversos, mas apenas alguns deles são credenciados pelo Departamento para o efetivo fornecimento. ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 45 EXEMPLO DE MODELO CONCEITUAL - DER Departamento 1 Lotação N Funcionário 1 N Tem Dependente 1 Cat-Func Engenheiro Contador Secretária M 1 Alocação Gerencia N N Projeto M M Usa Fornec.Efetivo N P Peça N M N Composição Credenciamento N N Fornecedor M Fornece ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 46 23

24 EXEMPLO DE MODELO RELACIONAL - DR ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 47 ARQUITETURA DE SGBD USUÁRIOS FRONT END COMANDOS SQL BACK END DADOS ERROS CATÁLOGO DO SISTEMA GERENTE DE TRANSAÇÕES GERENTE CONTROLE de ACESSO ou USER GERENTE DE LOGS GERENTE DE ACESSO A DADOS GERENTE DE COMUNICAÇÕES INTERPRETADOR OTIMIZADOR LOG Banco de Dados MENSAGENS DE/PARA OUTROS SGBDS ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 48 24

25 GERÊNCIA DE TRANSAÇÕES DE BD Estados de terminação de uma transação SYNCPOINT (ponto de sincronismo) ROLLBACK INICIO UPDATE DELETE COMMIT S2 S1 (SyncPoint ou SavePoint) ATUALIZA O BD ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 49 POSSÍVEIS FALHAS DURANTE UMA TRANSAÇÃO System Crash: (parada brusca provocada por fatos anormais) - erro hardware/software Erro na transação ou no sistema: - integer overflow ou divisão por zero Condições de excessão detectadas pela transação: - dados não encontardos Garantia do controle de concorrência: - deadlock Transações Concorrentes - atualização de uma transação impacta na outra ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 50 25

26 Prof.: Luiz Shigueru Seo ABD - Introdução a Prof. Luiz Shigueru Seo 51 26

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