Prof. Antonio Almeida de Barros Jr. Prof. Antonio Almeida de Barros Junior

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1 Prof. Antonio Almeida de Barros Jr.

2 Introdução Dados Informações Banco de Dados Conceitos Básicos em Bancos de Dados Definição BD - Banco de Dados SGBD - Sistema de Gerenciamento de BD Programa de Aplicação SBD - Sistema de BD Vantagens do uso de SBD Arquitetura de Três Níveis (ANSI/SPARC) Independência da Dados Independência lógica de dados Independência física de dados SBD - Sistema de BD Projeto de Banco de Dados Terminologia em Projeto de BD Linguagem e Interface de BD Classificação de SGBD Referências 2

3 Dados -> Fatos brutos Os fatos ainda não foram processados para revelar seu significado; 3

4 Dados -> Fatos brutos Os fatos ainda não foram processados para revelar seu significado; 4

5 Informações -> Resultado do processamento de dados brutos para revelar seu significado Exemplo: Clientes que residem no estado do RJ. 5

6 Bancos de Dados Autonomia dos dados em relação aos programas; Segurança de dados; Compartilhamento; Consultas complexas; Ênfase nos dados. 6

7 Conceitos Básicos em Bancos de Dados Banco de Dados (BD); Sistema de Gerência de Banco de Dados (SGBD); Sistema de Banco de Dados; Projeto de Banco de Dados; Modelos de Dados. 7

8 Um banco de dados é um conjunto de arquivos relacionados entre si. (Chu, 1983) Um banco de dados é uma coleção de dados operacionais armazenados, sendo usados pelos sistemas de aplicação de uma determinada organização. (Date, 1985) Um banco de dados é uma coleção de dados relacionados (Elmasri e Navathe, 1989) 8

9 Um Banco e Dados é um modelo (representação) de uma parte da realidade (mini-mundo). Um BD é projetado, construído e povoado com dados para um propósito específico. Existe um conjunto de usuários e um conjunto de aplicações utilizadas pelos usuários. Um BD pode ser gerado e mantido manualmente ou através de um computador. Exemplo: fichas de publicações em uma biblioteca. 9

10 O BD Contém informações que circulam pela aplicação além de abstrações de elementos da própria aplicação. Exemplo: Um BD para uma aplicação de distribuição de energia elétrica armazena informação sobre consumo mensal como também a descrição de cada consumidor. O BD deve também respeitar, a cada instante, as leis (regras, regulamentos, normas) da aplicação. Exemplo: Um BD para uma aplicação bancária não deve permitir que uma conta-poupança fique com saldo negativo. 10

11 SGBD é uma coleção de programas que permite aos usuários criar e manter um banco de dados. SGBD é um software de propósito geral que facilita o processo de definição, construção e manipulação do BD para várias aplicações. Definição do BD: Especificação e descrição detalhada dos tipos, estruturas e restrições dos dados a serem armazenados no BD. Construção do BD: Processo de Carga inicial dos dados em um meio de armazenamento controlado pelo SGBD. Manipulação do BD: Execução de operações de consulta e recuperação de dados. Atualização de dados para refletir as mudanças no mini-mundo. Geração de relatórios a partir dos dados do BD. 11

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13 Quanto ao modelo de dados Principal critério para classificar SGBDs; Rede, Hierárquico, Relacional, Orientado-a-Objetos, Objeto-Relacional; Quanto ao número de usuários Monousuário, Multiusuário; Quanto à localização da base de dados Centralizado; Distribuído (SGBDD) Homogêneo; Heterogêneo -> Banco de Dados Federados Quanto à generalidade Propósito geral; Propósito específico. 13

14 Realiza as funções da aplicação. Exemplo: Cálculo do consumo mensal de energia elétrica, a partir dos dados de leitura dos medidores. Garante as restrições de integridade (IR) que não podem ser controladas pelo SGBD. Implementa interface e relatórios específicos. Exemplo: Emissão de extrato de consumo. Acessa o BD através do SGBD para consulta e atualização dos dados da aplicação. 14

15 Sistema Administrativo Sistema de Contabilidade SGBD Sistema de Cobrança BD 15

16 Sistema de software composto pelos programas de aplicação, pelo SGBD e pelo BD, para um determinado conjunto de aplicações. Os componentes funcionais de um sistema de banco de dados incluem: Gerenciador de arquivos Gerencia a alocação do espaço na armazenagem do disco e as estruturas de dados usadas para representar a informação armazenada no disco. Gerenciador do banco de dados Fornece a interface entre os dados de baixo nível armazenados no disco e os programas aplicativos e de consulta submetidos ao sistema. 16

17 Continuação dos componentes funcionais de um sistema de banco de dados: Processador de consultas Traduz os comandos numa linguagem de consulta para instruções de baixo nível que o gerenciador do banco de dados pode interpretar. Além disso, o processador de consultas tenta transformar uma requisição do usuário em uma forma compatível e mais eficiente com respeito ao banco de dados, encontrando uma boa estratégia para a executar a consulta. Pré-compilador da DML Converte comandos da DML embutidos em um aplicativo para chamadas de procedimento normal na linguagem hospedeira. O pré-compilador precisa interagir com o processador de consultas pra gerar o código apropriado. Compilador da DDL Converte comandos da DDL em um conjunto de tabelas contendo metadados ou "dados sobre dados". 17

18 Diagrama simplificado da arquitetura do sistema de banco de dados: 18

19 Diagrama expandido da arquitetura do sistema de banco de dados: 19

20 Vantagens do uso de SBD Diminui a redundância dos dados; Padroniza a definição e o acesso aos dados, através da DDL (linguagem de definição de dados) e da DML (linguagem de manipulação de dados). Assegura a independência física dos dados. Garante a independência lógica dos dados. Garante a consistência dos dados em caso de falhas de hardware ou software (S.O., SGBD, programas de aplicação). Garante a consistência dos dados em ambiente multiusuário, onde mais de um programa pode acessar, de forma concorrente, os mesmos dados. Auxilia na manutenção das restrições de integridade da aplicação, evitando que testes de consistência sejam repetidos em programas de aplicação. O usuário tem uma visão abstrata dos dados, onde detalhes do meio de armazenamento são escolhidos. 20

21 Arquitetura de Três Níveis (ANSI / SPARC) O American National Standards Institute (ANSI) através do Standards Planning and Requirements Committee (SPARC) estabeleceu um padrão para o desenvolvimento de tecnologias de Banco de Dados (BD), definindo uma arquitetura de 3 níveis independentes: Interno, Conceitual e Externo. 21

22 Externo Arquitetura de Três Níveis (ANSI / SPARC) Níveis da Arquitetura Refere-se à independência programa/dados; Como cada usuário não necessita de trabalhar com a totalidade do esquema conceitual, o SGBD permite definir para cada um, uma view, que determina a janela de dados com que necessita de trabalhar; Este conceito aplica-se também às aplicações; Refere-se à visão dos usuários ao BD; Descreve a parte do banco de dados que é relevante para um determinado usuário. 22

23 Conceitual Arquitetura de Três Níveis (ANSI / SPARC) Níveis da Arquitetura Refere-se ao modelo conceitual dos dados, independente dos usuários e das aplicações; Constitui a estrutura do Banco de Dados; É o nível que permite esconder os detalhes do armazenamento físico dos dados, do nível externo; Descreve quais são os dados armazenados no banco de dados e relacionamentos entre estes dados. 23

24 Interno Arquitetura de Três Níveis (ANSI / SPARC) Níveis da Arquitetura Refere-se ao armazenamento físico dos dados, organização de ficheiros, métodos de acesso e organização das estruturas físicas; Deve ser organizado para permitir um melhor desempenho nas operações realizadas com maior frequência; Representação física do banco de dados no computador; Descreve como os dados são armazenados no banco de dados; 24

25 Arquitetura de Três Níveis (ANSI / SPARC) 25

26 Independência lógica de dados Modificações na definição dos dados (esquema lógico), na maioria das vezes, não afetam os programas de aplicação. Capacidade de mudar o esquema lógico sem necessidade de modificar programas de aplicação e esquemas externos. Apenas definição de visões e mapeamentos devem ser alterados. Exemplo: Acrescentar um campo a um registro; Acrescentar uma definição de tipo de registro. 26

27 Independência física de dados Alterações em estruturas de armazenamento (esquema físico / interno) não afetam os programas de aplicação. Capacidade de mudar o esquema interno sem necessidade de alterar o esquema lógico (ou externos) Exemplo: Reorganização física de arquivos; Criação de estruturas de acesso adicionais. 27

28 O que se espera de um SBD: Compartilhamento de dados por aplicações diversas; Controle de autorização de acesso a dados; Redundância de dados controlada; Evita duplicação de esforços; Reduz espaço de armazenamento; Acesso a dados através de diferentes interfaces; Modelagem de relacionamentos complexos entre dados; Garantia de restrições de integridade da aplicação; Garantia de consistência física dos dados; Transações devem seguir as propriedades ACID; Atomicidade, Consistência, Isolamento e Durabilidade; Existência de mecanismos de reconstrução; Potencial para imposição de padrões (modelagem e programação); 28

29 O que se espera de um SBD, continuação: Flexibilidade para definir e alterar a definição dos dados; Redução do tempo de desenvolvimento de aplicações; Desvantagens do uso de SGBD: Overhead para prover segurança, controle de concorrência, recuperação e funções de integridade. 29

30 Usuários do SBD: Atores e Papéis Administrador do Banco de Dados (DBA): Responsável pelos esquemas físico e lógico do BD. Gerencia o controle de acesso aos dados. Monitora a performance do SBD. Analista / Programador de Aplicação (Analista de Sistemas) Identifica os requisitos da aplicação e com auxílio do usuário, cria o modelo conceitual do BD. Junto com o DBA, estende e modifica o modelo lógico. Define e projeta a informatização da aplicação, incluindo seu conjunto de programas. Usa os esquemas conceitual e lógico do BD. Usuário Final Ocasional Acessa ocasionalmente o SBD, mas pode necessitar de diferentes informações por vez. Escreve suas consultas diretamente em linguagem de consulta. Comum Acessa o BD para incluir novos dados e consultar dados armazenados através de procedimentos padrão. Ex.: caixa de banco. 30

31 Objetivo Trabalho de engenharia para modelar e definir a estrutura de um banco de dados que satisfaça as necessidades de informação dos usuários de uma organização, tendo em vista um conjunto específico de aplicações a serem desenvolvidas. Características básicas Complexidade Requer a divisão do problema em sub-partes; Multiplicidade de Tarefas Requer a utilização de uma metodologia de projeto. 31

32 Ciclo de Vida de um Sistema de Informação Estudo de Viabilidade Análise de Requisitos Projeto Projeto do BD projeto dos Programas de Aplicação Implementação Validação e Testes Produção / Operação 32

33 Projeto de Esquemas de BD Minimundo Independe do SGBD Análise de Requisitos Projeto Conceitual Requisitos de BD Esquema conceitual (Mod. E-R) Depende do SGBD Projeto Lógico Projeto Físico Esquema Lógico (Mod. Relacional) Esquema Físico (Mod. Implementado) 33

34 Frases do Projeto de BD X Arquitetura ANSI/SPARC Passos do Projeto Projeto conceitual usando um modelo conceitual Projeto lógico usando um modelo de SGBD Projeto de visões Terminologia ANSI / SPARC Não possui correspondente Esquema conceitual Esquema externo Projeto físico Esquema interno Navathe, Comm. ACM,

35 Modelo de Dados Conjunto de conceitos que podem ser usados para descrever a estrutura de um banco de dados; Principal ferramenta para abstrair os detalhes de armazenamento dos dados no BD; Representa: Tipos de dados; Relacionamentos; Restrições que devem ser mantidas sobre os dados; Alguns modelos também permitem a especificação de um conjunto de operações básicas. 35

36 Categorias de Modelos de Dados Alto-nível (conceitual) Entidade, atributo e relacionamento; Independe de aspectos de implementação; Nível de representação (lógico/clássico) Baseado em registro Exemplo: relacional, hierárquico, rede. Baixo-nível (físico) Descreve como o dado está armazenado no computador; Formato e ordenação de registro, caminhos de acesso (índices). 36

37 Linguagens de SGBD Linguagem de Definição de Dados - DDL Usada pelo DBA para definir o esquema lógico; Linguagem de Manipulação de Dados - DML Usada para popular e alterar o BD; Auto-nível, não procedural, declarativa (orientada a conjuntos); Baixo-nível, procedural (orientada a registros / embutida a uma linguagem hospedeira); Linguagem de especificação do armazenamento-sdl Usada para definir o esquema interno; Linguagem de definição de visões VDL Usada para criar as visões externas; Linguagem de Consulta de Dados DQL Permite recuperação dos dados; Embute DDL, DML, VDL e DQL. 37

38 Interfaces de SGBD Interfaces baseadas em menu; Interfaces Gráficas; Interfaces baseadas em formulários; Interfaces de linguagem natural; Interfaces para o Administrador da Base de Dados. 38

39 SILBERSCHATZ, A; KORTH, H.; SUDARSHAN, S. Sistema de Banco de Dados. 5ª Ed.. Editora Campus, Notas de Aula: Prof. Andre Rodrigo Sanches. Disponível em: Acessado em 09/02/