GBC043 Sistemas de Banco de Dados. Modelo Relacional (R) Ilmério Reis da Silva UFU/FACOM

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1 GBC043 Sistemas de Banco de Dados Modelo Relacional (R) Ilmério Reis da Silva UFU/FACOM

2 UFU/FACOM Página 2 Modelo Relacional R : Definição Def. O MODELO RELACIONAL representa um banco de dados como uma coleção de relações. Uma relação é uma tabela de valores, onde cada linha é um conjunto de valores relacionados e cada coluna um conjunto de valores de mesmo tipo e significado. Tabela Cliente Coluna Linha

3 UFU/FACOM Página 3 R - Características foi proposto por Ted Codd em 1970; versões comerciais disponibilizadas no início da década de 80 (SQL/DS; ORACLE); seu formalismo usa teoria de conjuntos e lógica de primeira ordem; é um método declarativo de especificar dados e consultas;

4 UFU/FACOM Página 4 R Conceitos informais Relação é uma tabela de valores Cada linha da tabela representa fatos do mundo real, chamada tupla no modelo formal Cada coluna da tabela tem um cabeçalho que indica o significado do item de dado na coluna, chamado atributo no modelo formal Cada linha tem pelo menos uma chave que é um subconjunto de valores que identifica unicamente a linha

5 R Exemplo de Relação UFU/FACOM Página 5

6 UFU/FACOM Página 6 R Definições formais Definições formais

7 UFU/FACOM Página 7 R Domínio e Cardinalidade Def. um domínio D é um conjunto de valores atômicos e a cardinalidade de D, denotada por D, é o número de valores em D. Exemplos: D 1 =Domínio(sexo)={F, M}; D 1 =2 D 2 =Dom(funcionario.idade)= [15, 80]; D 2 =66 Um domínio tem também um tipo de dado ou formato funcionario.idade: inteiro fone: (dd)dddd.dddd, onde cada d representa um dígito númerico decimal, sendo os dois primeiros um código de área

8 UFU/FACOM Página 8 R Esquema de relação e atributo Def. O esquema de relação descreve a relação e é definido por R(A 1, A 2,..., A n ), onde R é o nome da relação e cada A i é o nome de um atributo. Def. O atributo é o nome do papel desempenhado por algum domínio na relação Exemplo: EMPREGADO(cpf, nome, endereco, sexo) Dom(cpf)=ddd.ddd.ddd-dd Dom(nome)=cadeia de caracteres que representam nomes de pessoas Dom(endereco)=cadeia de caracteres que representam endereços Dom(sexo)={F, M}

9 UFU/FACOM Página 9 R Tupla, valor de atributo e NULL Def. uma tupla t é um conjunto ordenado de valores denotado por t=<v 1, v 2..., v n >, onde cada v i é derivado do domínio apropriado de A i ou é um valor nulo. Def. o valor nulo, denotado por NULL, é um valor especial para representar valores desconhecidos ou que não se aplicam. Se t=<v 1, v 2..., v n > então t[a i ] = t.a i = v i Exemplo: EMPREGADO(cpf, nome, endereco, sexo) empregado=< , 'John Smith', '101 Main St. Atlanta, GA 30332', 'M'> empregado.sexo='m' Um domínio pode ser definido por um tipo. Ex: int, date

10 UFU/FACOM Página 10 R Relação, estado, grau e cardinalidade Def. uma relação r de um esquema R(A 1, A 2,..., A n ), denotado por r(r), é um conjunto de tuplas r={t 1, t 2,..., t m }. Obs: O estado da relação r reflete as tuplas válidas que representam um estado particular do mundo real O esquema R é relativamente estático, mas em geral, o estado da relação r é dinâmico; n é o grau do esquema da relação; m é a cardinalidade da relação;

11 UFU/FACOM Página 11 R Características das relações as tuplas em uma relação não possuem ordem; os atributos em uma tupla estão ordenados de acordo com o esquema da relação; não há atributos compostos ou multivalorados no modelo relacional normalizado, pois todos os atributos são atômicos; NULL é um valor especial para representar valores desconhecidos ou que não se aplicam; um esquema de relação pode ser interpretado como uma afirmação ou asserção sobre a estrutura da relação; uma tupla pode ser interpretada como um fato ou instância da afirmação; uma relação pode representar uma entidade ou um relacionamento do modelo ER;

12 UFU/FACOM Página 12 R Restrições e suas categorias Def. RESTRIÇÕES são condições que devem ser mantidas por todos os estados válidos das relações CATEGORIAS DE RESTRIÇÕES: Inerentes: são características do modelo de dados, por exemplo, não há atributo composto no modelo R; Baseadas em esquema: podem ser expressas no modelo de dados, por exemplo, restrição de domínio; Baseadas na aplicação: não podem ser expressas no modelo de dados, portanto devem ser implementadas por meio de programas de aplicação;

13 UFU/FACOM Página 13 R Superchave Def. SUPERCHAVE é um subconjunto de atributos SCh do esquema de relação R, tal que em qualquer estado válido r de R não existem duas tuplas com a mesma combinação de valores para os atributos de SCh Sejam as tuplas t i, t j com i j ENTÃO t i [SCh] t j [SCh] OBS: SCh=R é uma superchave, pois a relação r é um conjunto

14 UFU/FACOM Página 14 R Chave Def. CHAVE Ch de R é uma superchave de R tal que a remoção de qualquer atributo de Ch gera um subconjunto Ch' que não é superchave de R Obs: uma relação pode ter mais de uma chave, cada uma é chamada chave candidata, e uma delas é chamada chave primária PK; a Integridade de Entidade é uma restrição inerente ao Modelo R e define que a chave primária não pode ser nula.

15 UFU/FACOM Página 15 R Chave estrangeira e integridade referencial Def. Uma CHAVE ESTRANGEIRA FK de uma relação R que referencia a relação S é um conjunto de atributos FK de R com o mesmo domínio da chave primária PK de S tal que para qualquer tupla r de R r[fk] é nulo ou existe s[pk] tal que r[fk]=s[pk] Seja FK i (R) = PK(S) então para toda tupla r em R Existe s em S r[fk i ]= s[pk] ou r[fk i ]=NULL Uma chave estrangeira FK(R)=PK(S) define uma INTEGRIDADE REFERENCIAL de R para S

16 UFU/FACOM Página 16 R Esquema de BD Def. um Esquema de BD é um conjunto de esquemas de relações que pertencem ao BD S = {R 1, R 2,..., R n }

17 R Exemplo de Esquema de BD Company UFU/FACOM Página 17

18 R Integridade referencial em esquema de BD UFU/FACOM Página 18

19 UFU/FACOM Página 19 R Esquema de BD, de relações e suas chaves COMPANY = {employee, department, dept_locations, project, works_on, dependent} employee(fname, minit, lname, ssn, bdate, address, sex, salary, superssn, dno) dependent(essn,dependent_name, sex, bdate, relationship) department(dname, dnumber, mgrssn, mgrstartdate) dept_locations(dnumber, dlocation) project(pname, pnumber, plocation, dnum) works_on(essn, pno, hours)

20 UFU/FACOM Página 20 R Chave primária PK(employee)=ssn PK(dependent)=(essn,dependent_name) PK(department)=dnumber PK(dept_locations)=(dnumber, dlocation) PK(project)=pnumber PK(works_on)=(essn, pno)

21 UFU/FACOM Página 21 R Integridade referencial Chave estrangeira FK dno (employee)=pk(department) FK superssn (employee)=pk(employee) FK essn (dependent)=pk(employee) FK mgrssn (department)=pk(employee) FK dnumber (dept_locations)=pk(department) FK dnumber (project)=pk(department) FK essn (works_on)=pk(employee) FK pno (works_on)=pk(project)

22 UFU/FACOM Página 22 R Restrições de domínio Dom(employee.sex)=Dom(dependent.sex)={'M', 'F'} Dom(employee.bdate)=DATE Dom(department.mgrstartdate)=DATE Dom(employee.salary)=DECIMAL(10, 2) Dom(department.dnumber)=Dom(employee.dno) =Dom(project.dnum)=Dom(project.pnumber) =Dom(works_on.pno)=INTEGER

23 R Operações no BD e violação de restrições Vamos estudar as operações de inserir INSERT; excluir DELETE; e alterar - UPDATE e a manutenção da consistência do BD ou seja, execução das operações sem violar as restrições modeladas. A Instância do BD Empresa a seguir será utilizada para ilustrar as alternativas de tratamento das violações de restrições nas operações acima. UFU/FACOM Página 23

24 R Instância do BD Empresa UFU/FACOM Página 24

25 R Violação de restrições em INSERIR EMPREGADO(fname, minit, lname, ssn, bdate, address, sex, salary, superssn, dno) Inserir empregado<'cecilia', 'F','Ribeiro', NULL, ' ', 'Rua Esmeralda, 35, Uberlandia, MG', F, 28000, NULL, 4> empregado.ssn=null => viola restrição integridade de entidade Inserir empregado<'cecilia', 'F','Ribeiro', , ' ', 'Rua Esmeralda, 35, Uberlandia, MG', F, 28000, NULL, 4> empregado.ssn= => viola restrição de chave Inserir empregado<'cecilia', 'F','Ribeiro', , ' ', 'Rua Esmeralda, 35, Uberlandia, MG', F, 28000, NULL, 7> empregado.dno=7 => viola restrição integridade referencial UFU/FACOM Página 25

26 R Violação de restrição em EXCLUIR EMPREGADO(fname, minit, lname, ssn, bdate, address, sex, salary, superssn, dno) DEPARTAMENTO(dname, dnumber, mgrssn, mgrstartdate) FK dno (empregado)=pk(departamento) Excluir tuplas em DEPARTAMENTO com dnumber=5 => viola restrição de integridade referencial FK dno (empregado) Opções de tratamento de violação de restrições em exclusão: restrict: rejeita a exclusão cascade: propaga a exclusão set null: modifica valores de atributos que referenciam a causa das violações Exemplo: Qual o resultado da operação acima na instância do BD Empresa anterior, considerando cada uma das três opções? UFU/FACOM Página 26

27 UFU/FACOM Página 27 R Violação de restrição em ALTERAR A operação ALTERAR pode ser interpretada como uma operação Excluir seguida de Inserir, portanto está sujeita às mesmas violações, inclusive às opções de tratamento de violações mostradas anteriormente, a saber, restrict, cascade e set null.

28 UFU/FACOM Página 28 R Exercício em sala Descreva o Esquema de BD no modelo R, incluindo as restricoes para um Sistema de Eventos Esportivos-SEE especificado a seguir. A principio vamos descrever o Esquema de BD SEE independente do Esquema Conceitual especificado por meio do diagrama EER. O SEE tem como objetivo armazenar dados de modalidades esportivas (ex: natação), categorias (ex: 100m costas), competições, locais, pessoas e equipes participantes. Além disso, armazenar dados de empresas patrocinadoras e resultados das competições. Uma categoria deve ter nome, tipo (individual ou coletiva) e gênero. Cada competição tem uma data, horário, local e refere-se a uma fase da categoria, sendo que deve existir pelo menos uma fase final por categoria. Os atletas ou equipes se inscrevem em categorias e participam de competições. Cada atleta(ou equipe) terá um resultado na competição, incluindo um escore e uma indicação de colocação na campetição e na categoria. O vencedor da competição final será o vencedor da categoria. Cada local terá um endereço, capacidade de público e lista de modalidades esportivas. As pessoas terão cpf, nome, idade e serão do tipo funcionário ou atleta. Dos atletas deve-se registrar as categorias inscritas. Os funcionários podem ser responsáveis por locais. Cada local deve ter um responsável. O árbitro é um tipo especial de funcionário para o qual deve-se registrar as modalidades. Cada esquipe terá um nome e uma lista de atletas participantes. Cada empresa patrocinadora terá um cnpj, nome, endereço e tipo de patrocínio (atleta, equipe e/ou evento). Nos dois primeiros casos deve-se registrar quem são os patrocinados, no último caso deve-se registrar o valor do patrocínio.

29 Bibliografia/Exercícios do Modelo R [EN] Capítulo 3 [RG] Capítulo 3 [SK] Capítulo 2 UFU/FACOM Página 29

30 UFU/FACOM Página 30 FIM Modelo R FIM Modelo R