4- PROJETO DE BANCO DE DADOS

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1 4- PROJETO DE BANCO DE DADOS OBJETIVOS DE ENSINO: 4 - Empregar a técnica da modelagem de dados no projeto de banco de dados. OBJETIVOS OPERACIONAIS Ao final desta unidade o aluno será capaz de: Definir modelagem de dados Definir classe de dados Definir relacionamento Classificar relacionamento quanto ao grau e a obrigatoriedade Definir modelo de dados Definir as etapas da análise de dados top-down Definir as necessidades de dados a partir de classe de dados identificadas na análise top-down Definir normalização Definir primeira forma normal Normalizar classe de dados obtendo a primeira forma normal Definir segunda forma normal Normalizar classe de dados obtendo a segunda forma normal Definir a terceira forma normal Definir entidade Normalizar classe de dados obtendo a terceira forma normal Aplicar a técnica de descrição de entidades Aplicar a técnica da matriz de associação para identificar relacionamentos existentes entre entidades Aplicar a técnica de descrição de relacionamentos Elaborar diagrama entidade relacionamento. Página: 1

2 4.1 - INTRODUÇÃO Modelagem de Dados É uma técnica formal para análise dos dados, que os agrupa de forma a facilitar o entendimento das atividades realizadas pela empresa. A modelagem é fundamentalmente uma técnica que visa facilitar a comunicação entre usuário e analista CONCEITOS BÁSICOS Classe de Dados É qualquer objeto, concreto ou abstrato, a respeito do qual haja necessidade de armazenamento de dados. Ex.: FUNCIONÁRIO PRODUTO Dados São características de um objeto. que se deseja armazenar para posteriormente manipulá-las. Ex: NOME DO FUNCIONÁRIO DATA EMISSÃO NOTA FISCAL Entidade É qualquer objeto, concreto ou abstrato, onde já foram especificados os dados que são de interesse para armazenamento. Ex.: FUNCIONARIO PRODUTO Página: 2

3 Ocorrência É o conjunto dos dados que caracterizam especificamente um determinado objeto. NOME DO João da Silva Maria Lins IDADE DO Ocorrências Dado Real É o dado que não necessita de outro para caracterizar seu significado. Ex. NOME DO outros dados. Dado Derivado É o dado resultante de uma ou mais operações de cálculo, executadas em EX.: MÉDIA ANUAL = (MÉDIA PRIMEIRO BIMESTRE + MÉDIA SEGUNDO BIMESTRE + MÉDIA TERCEIRO BIMESTRE + MÉDIA QUARTO BIMESTRE) /4 Dado Agregado É um agrupamento de dados, onde algum de seus componentes não tem sentido isoladamente. Ex.: DATA NASCIMENTO FUNCIONÁRIO pode ser considerado corno um agregado de DIA, MÊS e ANO. Chave É um dado utilizado no acesso a uma entidade. Chave Candidata È todo dado para o qual não haverá mais de uma ocorrência da entidade, em que o mesmo valor apareça. entidade. Chave Primária É a chave candidata escolhida para identificar as diferentes ocorrências da Página: 3

4 Chave Alternativa É toda chave candidata mão escolhida como primária. Chave Secundária Qualquer dado, exceto a chave primária, utilizado para selecionar ocorrências de uma entidade. Ex.: Para podemos ter os dados: NÚMERO MATRICULA NOME NÚMERO CARTEIRA IDENTIDADE CURSO Dentre estes dados teremos: CHAVES CANDIDATAS: NÚMERO MATRICULA. NUMERO CARTEIRA IDENTIDADE CHAVE PRIMÁRIA: NUMERO MATRICULA CHAVE ALTERNATIVA: NÚMERO CARTEIRA IDENTIDADE CHAVE SECUNDÁRIA: NOME CURSO OBS.: É aconselhável que a chave primária seja um dado sobre o qual a organização tenha domínio, pois qualquer alteração neste campo (formato ou tamanho) acarretará alterações em diversos programas de aplicação. A representação gráfica dos dados será: NUMERO MATRÍCULA NOME NÚMERO CARTEIRA IDENTIDADE CURSO DISCIPLINA Onde: Sublinhado: Indica o dado que é chave primária do agrupamento. Indica que a partir de uma ocorrência da chave existirá apenas uma ocorrência do dada Indica que a partir de uma ocorrência da chave, pode existir mais de uma ocorrência do dado (item repetitivo). Página: 4

5 Relacionamento São associações que ligam entidades de uma forma definida e são de importância para a empresa. Ex.: ESTÁ MATRICULADO TURMA TURMA TËM MATRICULADO TURMA ESTÁ MATRICULADO TÊM MATRICULADO Mapeamento, Cardinalidade ou Grau de Relacionamento É a propriedade que diz, para cada entidade de um relacionamento, quantas ocorrências de uma delas podem ou devem estar associadas a uma ocorrência da outra, e vice-versa. Representação gráfica: um para um (1:1) um para vários (1:N) vários para vários (N:N) TURMA ESTÁ MATRICULADO TÊM MATRICULADO Lê-se: 1 turma têm matriculado N alunos 1 aluno está matriculado 1 turma Página: 5

6 Obrigatoriedade É a propriedade que diz, para cada entidade que participa de um relacionamento, quando da existência de uma ocorrência de uma delas se é requerida a existência de pelo menos uma ocorrência da outra, e vice-versa. Representação Gráfica: A B A é obrigatório e B opcional A B A é obrigatório e B obrigatório A B A é opcional e B opcional ESTÁ MATRICULADO TURMA TÊM MATRICULADO Lê-se: para a existência de um é obrigatória a existência de uma TURMA. Para a existência de uma TURMA não é obrigatória a existência de um Modelo de Dados É a representação gráfica das entidades e seus relacionamentos. Página: 6

7 Ex.: DISCIPLINA TURMA PROFESSOR Modelo de Dados da Empresa ou Corporativo É a representação gráfica das classes de dados e seus relacionamentos englobando a estrutura geral das informações da empresa. Modelo de Dados do Projeto É a representação gráfica das entidades e seus relacionamentos englobando a estrutura de dados de um projeto específico. O modelo de dados do projeto deve ser compatível com o modelo de dados corporativo FLUXO BÁSICO DOS PROCESSOS DE MODELAGEM um sistema. A modelagem de dados e uma atividade realizada durante o ciclo de vida de Cicio de Vida de um Sistema É o conjunto de etapas que definem o desenvolvimento de um sistema. Diferentes autores e abordagens apresentam diferentes etapas para o ciclo. Em nosso caso iremos considerar: Estudo de viabilidade Análise do sistema Projeto do sistema Implementação Implantação Manutenção Página: 7

8 Neste sentido, a modelagem a nível de projeto de um sistema poderá seguir as seguintes etapas: análise de dados top-down, descrita abaixo, e análise de dados bottom-up, que será detalhada a seguir Análise de Dados Top-Down É uma etapa cumprida durante o estudo de viabilidade de um projeto. O objetivo será apenas o de criar um modelo preliminar dos dados que serão processados pelo sistema, caso a execução do projeto seja aprovada. a) Identificar as Classes de Dados Na fase de estudo de viabilidade do projeto, as funções do sistema em estudo serão analisadas de forma geral, apenas para identificar os grandes agrupamentos de dados que serão manipulados pelo sistema e se constituem nas classes de dados. Para cada classe de dados identificada deve-se saber o que é, qual sua utilidade e quem é responsável por sua atualização. b) Elaborar modelo de dados preliminar relacionam. Definir como as classes de dados identificadas anteriormente se ANÁLISE DE DADOS BOTTOM-UP O estudo de viabilidade serve de base para a decisão de execução ou não do projeto. Em sendo viável, o projeto será executado a partir da fase de análise. Nesta etapa do ciclo de vida, as funções e classes de dados que anteriormente tinham sido objeto de um estudo preliminar, serão detalhadas. Em organizações em que o desenvolvimento de sistemas é centralizado, esta atividade em geral é realizada por analistas de sistemas. Entretanto, com a crescente utilização de SGBD, a análise de dados passa a ser uma técnica necessária também aos programadores, que são chamados ao desenvolvimento de sistemas não apenas na etapa de implementação, mas também na análise. A análise de dados bottom-up, partindo das classes de dados identificadas no estudo de viabilidade, chegará a um modelo de dados suficientemente detalhado. A partir deste modelo serão derivadas as estruturas de arquivos tradicionais ou do banco ce dados a ser manipulado pelo SGBD. Para isso as etapas a serem cumpridas serão: Página: 8

9 Definir as necessidades de Dados Para cada classe de dados se faz necessário um levantamento DOS dados que serão mantidos pelo sistema a) Conceituação dos Dados Cada um dos dados deverá ser identificado com um nome condizente com seu conteúdo. Neste sentido, em empresas que disponham de uma administração de dados, as regras de nomenclatura definidas no modelo corporativo deverão ser obedecidas. Atualmente, boa parte das linguagens de quarta geração já dispõem de dicionário de dados automático. Nestes dicionários, as definições que já existirem deverão ser utilizadas pelas novas aplicações, sem necessidade de recria-las. Como padrão na conceituação dos dados podemos seguir a regra N + QN1 + QN QN0 + C CLASSE DE DADOS QUALIFICADOR DO DADO NATUREZA DO DADO Exs.: Data Cadastramento Cliente Preço Unitário Produto Na conceituação dos dados, deve-se ter em mente algumas perguntas a serem respondidas: a. O que é o dado? Qual o seu significado para o usuário, bem como seu formato e tamanho? b. Para que serve? Qual a utilização do dado pelo usuário? c. Como é utilizado? De que forma o dado é utilizado? d. Há interesse de histórico? Os valores que o dado assumiu no passado devem ser guardados? e. Quem é o proprietário? Página: 9

10 Quem é o responsável pela criação e manutenção dos dados? Através de que funções estes processos são executados? f. Qual o domínio? Que possíveis valores o dado pode assumir? b) Dependência Funcional Da matemática temos: Dados dois conjuntos A e B, dizemos que B é funcionalmente dependente de A se, somente se, para cada elemento de A não temos mais do que um elemento de b associado. Não devendo existir elemento em B sem que haja elemento em A associado X NÃO É FUNÇÃO Y A É FUNÇÃO B Tenha em mente este conceito ao analisar a existência de chaves primárias entre os dados analisados, bem como posteriormente na definição dos relacionamentos Normalização de Dados Normalização É uma técnica formal que agrupa os dados de uma forma capaz de comportar mudanças e reduzir a redundância de dados. Página: 10

11 A normalização está baseada nos conceitos de formas normais Um agrupamento de dados está em uma determinada forma normal, se ele satisfaz um conjunto de restrições. As formas normais foram definidas inicialmente por Edgar F. Codd, que foi o responsável também pela definição da abordagem relacional de SGED. Primeira Forma Normal Um agrupamento de dados está na primeira forma normal quando não possuir itens repetitivos. Em outras palavras, partindo-se de um valor da chave só existirá um valor para os demais dados do agrupamento. Segunda Forma Normal Um agrupamento de dados está na segunda forma normal quando estiver na primeira forma normal e todos os dados forem dependentes funcionais completos da chave. Terceira Forma Normal Um agrupamento de dados está na terceira forma norma; quando estiver na segunda forma normal e todos os dados dependerem exclusivamente da chave Não deve existir dependência entre os tens. Existem outras formas normais. Entretanto para nosso estudo prático será suficiente o conhecimento das três primeiras. Como resultado da normalização, teremos um conjunto de agrupamentos de dados, cada qual constituindo uma entidade, Cada uma das entidades deverá receber um nome e ser conceituada. Na conceituação das entidades deve-se levar em conta: a. O que é a entidade? Qual o seu significado para o usuário? b. Para que serve? Qual a utilização da entidade pelo usuário? c. Como é utilizado? De que forma a entidade é utilizada? d. Há interesse de histórico? Os valores que a entidade assumiu no passado devem ser guardados? e. Quem é o proprietário? Quem é o responsável pela criação e manutenção da entidade? Através de que funções estes processos são executados? f. Quais são as subentidades? Há grupos de ocorrências da entidade que requerem algum tratamento especial? Página: 11

12 4.4.3 Elaborar Modelo de Dados Detalhado Dispondo das entidades resultantes da normalização, teremos de identificar os relacionamentos existentes entre elas, para então criar o modelo de dados. a) Elaborar Matriz de Associação Ë um processo de identificação dos relacionamentos existentes entre as entidades. Para isso faz uso das chaves e do conceito do usuário para cada entidade. b) Elaborar Diagrama A elaboração do modelo de dados terá por base as entidades e os relacionamentos determinados pela matriz de associação. Uma outra denominação para o presente modelo é modelo entidaderelacionamento. Esta abordagem foi descrita por Peter-Chen aparecendo como proposta de sistematização do projeto de banco de dados. c) Conceituação dos Relacionamentos Assim como dados e entidades, os relacionamentos deverão ser nomeados e conceituados, levando em conta: a. O que é o relacionamento? Qual o seu significado para o usuário? b. Para que serve? Qual a utilização do relacionamento pelo usuário? c. Como é utilizado? De que forma o relacionamento é utilizado? d. Quem é o proprietário? Quem é o responsável pela criação e manutenção do relacionamento? Através de que funções estes processos são executados? Página: 12

13 4.5- ESTUDO DE CASO Afim de fixar os conceitos vistos, apresentamos um exemplo de análise de dados bottom-up. Vamos considerar que a partir da análise de dados top-down foi definido como classe de dados o documento abaixa: FICHA DESEMPENHO FINAL NÚMERO MATRICULA NOME DO XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXf CÓDIGO CURSO XX DESCRIÇÃO CURSO XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX DISCIPLINAS CURSADAS CÓDIGO DESCRIÇÃO MÉDIA % FREO XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99, MEDIA GERAL 99, Considere que: a. Cada ficha diz respeito a um aluno. b. O aluno recebe um número de matrícula que o diferencia de todos os demais. c. O mesmo aluno em diferentes cursos terá diferentes números de matrícula. d. Cada disciplina tem um código que a diferencia das demais e. Em uma determinada ficha cada disciplina aparece uma única vez. Página: 13

14 Definir as Necessidades de Dados a) Conceituação dos Dados temos como dados: Para a classe dos dados FICHA DESEMPENHO FINAL NÚMERO MATRICULA NOME CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO DESCRIÇÃO DISCIPLINA MÉDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA Os dados MÉDIA GERAL e MEDIA GERAL FREQUÊNCIA são derivados, podendo ser obtidos através de processamento, cai não serem considerados. A conceituação não se restringe a dar nomes aos dados. Como exercício. para cada dado responda ás questões de conceituação de dados do item b) Dependência Funcional O conceito de dependência funcional nos será útil neste momento para definirmos a chave primária da classe de dados. O dado capaz de diferenciar cada uma das fichas é o NÚMERO DE MATRÍCULA DO. A partir de uma ocorrência deste dado analisaremos o número de ocorrências dos demais. NÚMERO MATRÍCULA NOME CODIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO DESCRIÇÃO DISCIPLINA MÉDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA Página: 14

15 Normalização de Dados Primeira Forma Normal. Um agrupamento de dados está na primeira forma normal quando não possuir itens repetitivos. Em outras palavras, partindo-se de um valor da chave só existirá um valor para os demais dados do agrupamento. Pela definição vemos que o agrupamento não está na 1FN. Para passá-lo para 1FN: a. Crie um agrupamento com os dados não repetitivos onde a chave é a chave original. b. Para os tens repetitivos: b1 Identifique uma chave primaria. b2. Crie um agrupamento com 05 itens repetitivos onde a chave será composta pela chave do agrupamento original mais a chave identificada no tem b1. NÚMERO MATRICULA NOME CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO NÚMERO MATRICULA DESCRIÇÃO DISCIPLINA MÉDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA Os agrupamentos criados substituirão o original, desde que guardem as mesmas informações. Isto explica a utilização da chave composta. Através dela continuaremos sabendo quais disciplinas cada aluno fez. Por outro lado. a partir da chave composta o número de ocorrências de cada dado, neste caso, se restringirá a 1 O agrupamento está na 1 FN. Segunda Forma Normal Um agrupamento de dados está na segunda forma normal quando estiver na primeira forma normal e todos os dados forem dependentes funcionais completos da chave. Página: 15

16 Cada um dos agrupamentos resultantes da transformação para a 1FN deverá ser analisado em relação aos critérios da definição anterior. NÚMERO MATRICULA NOME CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO Está da 2FN, na medida em que está na 1FN e pelo fato de que para diferenciar/acessar diferentes ocorrências de cada um dos dados dependemos da chave. NÚMERO MATRICULA DESCRIÇÃO DISCIPLINA MÉDIA DISCIPLINA FREQUÉNCIA DISCIPLINA O agrupamento está na 1FN, Entretanto, verificamos que o dado DESCRIÇÃO DISCIPLINA tem suas ocorrências diferenciadas apenas pelo emprego de. não havendo necessidade de utilização do NÚMERO MATRiCULA. Em outras palavras: todos os alunos matriculados em um curso, PD. por exemplo, terão a mesma descrição associada, PROCESSAMENTO DE DADOS, não importando sua matricula. O agrupamento não está na 2FN. NÚMERO MATRÍCULA MÉDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA DESCRIÇÃO DISCIPLINA Para passar um agrupamento que esteja na 1 FN. para a 2FN: a. Crie um agrupamento com os dados que dependem completamente da chave. b. Para cada item que não depende completamente da chave crie um agrupamento onde a chave será a parte da chave composta do qual é funcionalmente dependente. Agrupamentos com mesma chave devem ser reunidos. Os agrupamentos criados substituirão o original, desde que guarde as Página: 16

17 mesmas informações. Desta forma teremos: NÚMERO MATRICULA NOME CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO NÚMERO MATRICULA DESCRIÇÃO DISCIPLINA MÉDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA DESCRIÇÃO DISCIPLINA Terceira Forma Normal Um agrupamento de dados está na terceira forma normal quando estiver na segunda forma normal e todos os dados dependerem exclusivamente da chave. Não deve existir dependência entre os tens. Cada um dos agrupamentos resultantes da transformação cara a 2FN deverá ser analisado em relação aos critérios da definição anterior. NÚMERO MATRÍCULA NOME CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO O agrupamento esta na 2FN, entretanto, verificamos que os dados CÓDIGO CURSO e DESCRIÇÃO CURSO apresentam dependência funciona. O agrupamento não está na 3FN. Para passar um agrupamento que esteja na 2FN, para a 2FN: a.crie um agrupamento com os dados que não apresentam dependência funcional entre si. mas apenas em relação a chave. Este agrupamento continuará com a mesma chave. b.para cada conjunto de dados que apresentam dependência funcional: b1. Identifique uma chave primaria. b2. Crie um agrupamento com os itens dependentes da chave identificada no tem b1. Página: 17

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19 NÚMERO MATRICULA NOME CURSO CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO -CURSO NÚMERO MATRICULA CÓDIGO CURSO DISCIPLINA NUMERO MATRICULA MEDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA DISCIPLINA DESCRIÇÃO DISCIPLINA A conceituação não se restringe a dar nomes as entidades. Como exercício para cada entidade responda às questões de conceituação de dados do item Elaborar Modelo de Dados Detalhado a) Elaborar Matriz de Associação Criaremos uma matriz onde estarão listadas nas respectivas linhas e colunas as entidades identificadas pela normalização. Cada elemento da matriz será preenchido se. e somente se, houver um relacionamento entre a entidade daquela linha e a entidade daquela coluna. Como não temos relacionamento de uma entidade consigo mesma, os elementos da diagonal serão anulados. Página: 19

20 CURSO -CURSO AUTO-DISCIPLINA DISCIPLINA A L U N O C U R S O A A D L L I U U S N N C O O I C - P U D L R I I S S N O C A I P L I N A Para cada entidade identificada na matriz faça: a. Identifique a chave primária b. Se a chave for simples (um único dado) Para cada entidade que tenha entre seus dados o identificador no item a, faça a seguinte pergunta: b1. Para uma ocorrência da primeira entidade com um determinado valor de chave, quantas ocorrências da segunda entidade apresentarão o dado com o mesma valor? Uma (1) ou várias (N)? b2. Marque a resposta na posição da matriz correspondente as duas entidades. c. Se a chave for composta (mais de um dado) Para cada componente da chave: c1.identifique a entidade em que aquele componente é chave primária. c2.para uma ocorrência da primeira entidade com um determinado valor de chave, quantas ocorrências da segunda entidade apresentarão o dado com o mesmo valor? Uma (1) ou várias (N)? c3.marque a resposta na posição da matriz correspondente as duas entidades. Página: 20

21 Na aplicação das instruções esteja atento para as observações que tenham sido feitas a respeito da classe de dados original. Muitas destas observações poderão ser colhidas durante as entrevistas realizadas com o usuário durante as etapas de estudo de viabilidade e análise do projeto do sistema. Deve-se considerar ainda que o modelo de dados poderá conter melhorias propostas pelo usuário ou pelo próprio analista no decorrer da análise. Durante a análise de um sistema, mais do que a automatização de processos da forma com que são feitos atualmente. deve haver uma preocupação com melhorias, quer no aspecto técnico de informática, quer, sobretudo, no atendimento das necessidades do cliente. Por vezes o modelo de dados e funções de um sistema poderão apresentar uma nova rotinização para uma atividade, bem como um novo conjunto de informações. b) Elaborar Diagrama Em nosso exemplo didático, estaremos modelando a situação atual sendo a matriz preenchida da seguinte forma: A L U N O C U R S O A L U N O C U R S O A L U N O - D I S C I P L I N A 1 N CURSO N -CURSO 1 1 AUTO-DISCIPLINA 1 1 DISCIPLINA N D I S C I P L I N A Página: 21

22 CURSO CURSO DISCIPLINA DISCIPLINA c) Conceituação dos Relacionamentos A conceituação não se restringe a dar nomes aos relacionamentos. Como exercício, para cada relacionamento responda às questões de conceituação de relacionamentos do item Dentre as perguntas a serem respondidas existe uma a respeito da obrigatoriedade dos relacionamentos, o que virá a complementar o modelo Simplificação do Modelo O modelo acima é passível de simplificação. Isto se deve ao fato de que caca aluno cursa um único curso. Desta forma, nada impediria de considerar CÓDIGO CURSO no agrupamento -CURSO como mais um dado do agrupamento. Assim, teremos: Página: 22

23 NÚMERO MATRICULA NOME CURSO CÓDIGO CURSO DESCRIÇÃO CURSO -CURSO NÚMERO MATRICULA CÓDIGO CURSO DISCIPLINA DISCIPLINA NUMERO MATRICULA MEDIA DISCIPLINA FREQUÊNCIA DISCIPLINA DESCRIÇÃO DISCIPLINA CURSO DISCIPLINA DISCIPLINA Página: 23