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1 Programação com acesso a BD Prof.: Clayton Maciel Costa clayton.maciel@ifrn.edu.br 1

2 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias 2

3 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Modelo de dados: Conjunto de conceitos descrevem a estrutura de um BD: Abstração de dados; Estrutura = tipos de dados + relacionamentos + restrições (+operações => recuperação e atualização). Esquema: Descrição (textual ou gráfica) da estrutura de um BD de acordo com um determinado modelo de dados; Instância: Conjunto de dados armazenados no BD em um determinado instante de tempo. 3

4 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Por exemplo: Modelo 1 Modelo 2 Detalhes que não interessam a estes usuários não aparecem 4

5 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Estrutura de um banco de dados: B A N C O D E D A D O S 5

6 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias 6

7 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias 7

8 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Esquema do BD: Armazenado no catálogo; Mudanças muito menos frequentes. Estado do BD: Dados do banco em qualquer ponto do tempo; Inicialmente vazio; Muda frequentemente; Validade parcialmente garantida pelo SGBD. 8

9 Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Instâncias : Alterações : Nos dados A todo momento Diagrama de Esquema Novas Versões Estado: Vazio Populado / Carregado

10 Categorias de Modelo de Dados MODELOS CONCEITUAIS (Alto Nível) Descrevem a estrutura de um BD de uma forma mais próxima da percepção dos usuários; Independente de aspectos de implementação; Conceitos: entidades, atributos, relacionamentos; Exemplos: Modelo entidade-relacionamento (ER); Modelo orientado a objetos (OO). 10

11 Categorias de Modelo de Dados MODELOS REPRESENTACIONAIS (Nível Intermediário) Descrevem a estrutura de um BD da forma como será manipulado através de SGBD; Mais dependente das estruturas físicas de armazenamento de dados; Exemplos: Modelo relacional; Modelo de rede (CODASYL); Modelo hierárquico. 11

12 Categorias de Modelo de Dados MODELOS FÍSICOS (Baixo Nível) Descrevem como os dados são fisicamente armazenados; Conceitos: formatos dos registros, ordenamento dos registros, caminhos de acesso (eficiência); 12

13 Arquitetura de um Sistema de BD Características do enfoque de BD: Isolamento de programas e dados; Suporte de visões múltiplas de usuários; Catálogo para armazenar a descrição (esquema) do BD. Arquitetura de três níveis: Mantém independência de dados e programas; Suporta múltiplas visões. 13

14 Arquitetura de um Sistema de BD Esquema Interno: Descreve como os dados estão fisicamente armazenados; Exemplo: Organização de arquivo: seqüencial-indexado, hashing, seqüencial, heap. Alocação em disco: Contígua, lista encadeada, lista encadeada utilizando índice. Tipo de registro: Fixo, variável. Esquema Conceitual: Descreve quais dados estão armazenados no banco de dados; Descreve os relacionamentos entre os dados armazenados. Esquema Externo: Descreve parte do banco de dados; Simplificar a visão do usuário; Ver só o que interessa; Segurança. 14

15 Arquitetura de um Sistema de BD Esquema Externo Esquema Externo 1 Esquema Externo 2 Esquema Externo n Esquema Conceitual Esquema Conceitual Esquema Interno (Físico) Esquema Interno (Banco de Dados armazenado) 15

16 Arquitetura de um Sistema de BD Exemplo 1 Esquema conceitual: Estudantes (eid: string, nome: string, login: string, idade: integer, gpa:real); Cursos (cid: string, cnome:string, creditos:integer); Matricula (eid:string, cid:string, nota:string). Esquema Físico: Relações guardadas como arquivos desordenados; Índices na primeira colunas de estudantes. Esquema externo (Visão): Info_Curso(cid:string, horário:string). 16

17 Arquitetura de um Sistema de BD Exemplo 2 17

18 Independência de Dados Capacidade de se alterar o esquema em um determinado nível sem alterar o esquema (ou esquemas) do nível imediatamente mais alto. VANTAGEM: Imunidade dos programas em relação a mudanças na estrutura do banco de dados; Um dos maiores benefícios de usar SGBD. 18

19 Independência de Dados Habilidade de modificar o esquema físico sem causar redefinição dos programas de aplicação Modificações são necessárias para melhorar desempenho Habilidade de modificar o esquema lógico sem causar redefinição dos programas de aplicação Modificações são necessárias quando a estrutura lógica da base é alterada 19

20 Independência de Dados 20

21 Linguagens de Banco de Dados Finalidade: garantir a especificação do esquema de um banco de dados; permitir consultas e atualizações sobre o banco de dados. Componentes: DDL - Data Definition Language: Utilizada para especificar o esquema de um BD; Expressões da DDL: Interpretadas (compilados) gerando a especificação de um conjunto de tabelas; A especificação das tabelas é armazenada no catálogo do banco de dados. Exemplo (SQL): create table Empregado (matr integer not null, nome varchar(35), salario real, primary key(matr)); 21

22 Linguagens de Banco de Dados Componentes (cont.) DML - Data Manipulation Language: Utilizada para permitir: Consultas sobre um BD Exemplo (SQL) select nome from Empregado where salario > 7000 Inserções em uma tabela Exemplo (SQL) DML Procedural - requer a especificação de quais dados devem ser acessados e como devem ser acessados Não procedural - requer somente a especificação de quais dados devem ser acessados insert into Empregado values(123, Bárbara, ) Remoções em uma tabela Exemplo (SQL) delete from Empregado where matr=14 Atualizar valores de atributos de uma tabela Exemplo (SQL) update Empregado set salário=salário*1.15 where salário<

23 Linguagens de Banco de Dados Componentes (cont.) VDL View Definition Language: Utilizada para criar visões de usuários Exemplo (SQL): Create View Info_Renda_Emp as Select nome, salario From Empregado; 23

24 Interfaces do SGBD Baseadas em menus: Apresenta uma lista de menus que conduzem através da formulação de uma solicitação. Baseadas em formulários: Os usuários podem preencher as entradas do formulário. 24

25 Interfaces do SGBD Interfaces gráficas: Exibe um esquema para o usuário na forma de diagramas. A consulta é construída manipulando o diagrama. 25

26 Interfaces do SGBD Para usuários leigos: Aplicações desenvolvidas por analistas e programadores 26

27 Interfaces do SGBD Para o DBA: Ambiente onde o DBA pode colocar em prática todos os detalhes técnicos definidos nos modelos, usando comandos ou opções do software 27

28 Módulos Componentes do SGBD SGBD Processador de Consultas + Sistema de Armazenamento Processador de Consultas Compilador DML Analisa sintaticamente e semanticamente comandos DML expressos em uma linguagem de consulta (ex. SQL); Traduz estes comandos para uma das formas de representação interna de consultas (ex. álgebra relacional). Pré-Compilador DML Traduz comandos DML em chamadas a procedimentos (rotinas) na linguagem hospedeira. Interpretador DDL Interpreta comandos DDL e os armazena no catálogo: Tabelas e descrição do banco de dados Esquema Mecanismo de Consultas Responsável pela otimização e geração de planos de execução de consultas. 28

29 Módulos Componentes do SGBD SGBD Sistema de Armazenamento Gerenciador de Transações Controle de concorrência; Recuperação do banco de dados após falhas. Gerenciador de Buffer Responsável para recuperar objetos em disco e carregá-los na memória principal em forma de páginas; SGBD possui uma área de buffer em memória principal. Gerenciador de Arquivo (File System) Responsável pelo armazenamento físico em disco; Gerencia a alocação de espaço em disco. 29

30 Módulos Componentes do SGBD BD Arquivos de dados + Índices + Catálogo Arquivos de dados Armazena os dados. Índices Estruturas de índices para os arquivos de dados. Catálogo Armazena esquema do banco de dados (meta-dados): Nomes das tabelas; Atributos de cada tabela; Definição de índice para uma tabela, etc Armazena informações estatísticas: Exemplo: Cardinalidade de uma tabela. Utilizadas na otimização de consultas. 30

31 Módulos Componentes do SGBD Programadores Usuário experiente DBA/Projetista Programa Aplicativo Consulta Esquema Pre-compilador DML Compilador DML Mecanismo de Consultas Interpretador DDL Processador de Consultas Gerenciador de Buffer Gerenciador de Arquivo Gerenciador de Transações Sistema de Armazenamento SGBD Código Objeto aplicativos índices Arquivos de dados Catálogo BD SBD 31

32 Utilitários do Sistema de Banco de Dados Carga (loading) Arquivos dados Banco de Dados. Cópia de segurança (backup) Para restaurar em caso de falhas. (Re-)Organização de arquivos Melhorar o desempenho. Monitoramento do desempenho Fornece estatísticas para o DBA: informações sobre desempenho reorganização 32

33 Ferramentas, Ambientes de Aplicações e Facilidades de Comunicações Ferramentas: SQL Power Architect, DbDesigner, PowerDesigner, etc... Ambientes de desenvolvimento: NetBeans, Delphi, etc... Software de comunicação: Utiliza os recursos disponíveis na rede. 33

34 Classificação dos SGBDs Quanto ao modelo de dados adotado: De rede; Hierárquicos; Relacionais; Orientados a objetos; Objeto-relacionais. Quanto ao número de usuários suportados: Monousuários; Multiusuários. Quanto à localização dos dados: Centralizados; Distribuídos. 34

35 Classificação dos SGBDs Monousuário x Multiusuário 35

36 Exemplo de um BD relacional 36

37 FIM 37

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