Modelo de dados relacional e as restrições de um BD relacional

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1 Modelo de dados relacional e as restrições de um BD relacional O modelo relacional foi introduzido por Ted Codd, da IBM em 1970 atraiu a atenção em virtude de sua simplicidade e base matemática o modelo tem sua base teórica na teoria dos conjuntos usa o conceito de uma relação matemática, algo como uma tabela de valores primeiras implementações comerciais tornaram-se disponíveis no início dos anos 80 SGBD Oracle e SQL/DS do SO MVS da IBM desde essa época o modelo tem sido implementado em um grande número de sistemas comerciais SGBDs relacionais mais conhecidos atualmente Informix, Oracle, Rdb, SQL Server, MySQL, Firebird, Access, Base e outros Conceitos do modelo relacional O modelo relacional representa o BD como uma coleção de relações cada relação se parece com uma tabela de valores cada linha da tabela representa um fato que corresponde a uma entidade ou relacionamento do mundo real a tabela é chamada de RELAÇÃO uma linha é chamada de TUPLA um cabeçalho de coluna é conhecido como ATRIBUTO o tipo do dado que descreve o conteúdo da coluna é representado pelo DOMÍNIO 1

2 Domínios, atributos, tuplas e relações Exemplo de uma relação ALUNO cada TUPLA representa uma entidade ALUNO (mostrada como uma linha) cada ATRIBUTO corresponde a um cabeçalho de coluna valores null representam atributos cujos valores não existem (ou não se aplicam para uma determinada entidade) ou são valores desconhecidos Domínios, atributos, tuplas e relações A especificação de um DOMÍNIO é a definição de um tipo de dado ou formato do qual pertence os valores de dados é útil especificar um nome para esse domínio; exemplos: Numeros_fone_residencia: conjunto de números de telefone de sete dígitos ou o formato ddd-dddd Numeros_ssn: conjunto de nove dígitos válidos para número de SSN ou o formato ddd-dd-dddd Nomes: conjunto de cadeias de caracteres que representa os nomes de pessoas Codigos_departamento: conjunto de códigos de departamentos, como VD, ALMOX, COBR inteiro curto, inteiro longo, real de ponto flutuante, flutuante de precisão dupla, cadeia de caracteres de comprimento fixo ou de comprimento variável, formatos de hora, data, moeda, timestamp, not null 2

3 Domínios, atributos, tuplas e relações Um esquema de relação R, indicada por R (A 1, A 2,..., A n ) é composto de um nome de relação R e de uma lista de atributos A 1, A 2,..., A n D é chamado de domínio de A i e é indicado por dom(a i ) O grau de uma relação é o número n de atributos de seu esquema de relação exemplo de um esquema de relação de grau 7 que descreve os universitários ALUNO (Nome,SSN, FoneResidencia,Endereco,FoneEscritorio,Idade,MPG) Uma relação do esquema de relação R (A 1, A 2,..., A n ), indicado por r(r) é um conjunto de n-tuplas, r = {t 1,t 2,...t m } Cada n-tupla t é uma lista ordenada de n valores, t =<v 1, v 2,..., v n >, onde v i é o valor correspondente ao atributo A i Características das relações r = {t 1,t 2,...t m } as tuplas em uma relação não têm qualquer ordenação em particular a definição de uma relação não especifica qualquer ordem a relação exibida na figura anterior é considerada idêntica à mostrada abaixo quando se exibe uma relação em uma tabela (fisicamente armazenada), as linhas são, em geral, exibidas em uma ordem 3

4 Características das relações Da mesma forma, não faz parte da definição da relação a ordenação dos atributos e dos valores Duas tuplas idênticas: Para criar um esquema relacional a partir de um esquema do modelo ER, faz-se o mapeamento do modelo de dados: entidades, relacionamentos e atributos, seguindo alguns procedimentos: Mapeamento das entidades para cada entidade de um esquema ER, cria-se uma relação R que inclua todos os atributos simples da entidade. Cada valor em uma tupla é atômico (indivisível), portanto os atributos compostos e multivalorados não são permitidos. Os atributos multivalorados são representados em relações separadas e os atributos compostos são representados apenas por seus atributos componentes simples (ou seja, incluir somente os componentes simples dos atributos compostos). Um atributo-chave é usado para identificar, unicamente, cada tupla na relação. O atributo-chave é determinado em função de seu significado e de sua propriedade que não variam com o tempo. 4

5 Mapeamento das entidades considera-se como chave primária, o atributo-chave que é usado para identificar a tupla na relação. Se a chave escolhida for um atributo composto, os atributos simples componentes juntos formam a chave primária da relação R. No nosso exemplo, criamos as relações EMPREGADO, DEPARTAMENTO, e PROJETO que correspondem às entidades EMPREGADO, DEPARTAMENTO e PROJETO. Escolheu-se Ssn, DNumero e PNumero como chaves primárias para as relações EMPREGADO, DEPARTAMENTO e PROJETO, respectivamente. A chave primária deve ser sublinhada no esquema da relação. Por exemplo: EMPREGADO (Ssn, PNome, MInicial, UNome, DataNasc, Endereco, Sexo, Salario); DEPARTAMENTO (DNumero, DNome) e PROJETO (PNumero, PjNome, PLocalizacao). Chave estrangeira é um atributo de alguma entidade que se refere à chave primária de outra entidade e o(s) atributo(s) da chave estrangeira têm o mesmo domínio que o(s) atributo(s) da chave primária que ela se relaciona. Mapeamento dos relacionamentos 1:1 para cada relacionamento binário 1:1 de um esquema ER, identifica-se as relações que correspondem às entidades participantes. Escolher uma das relações e nela inserir como chave estrangeira a chave primária da outra relação. É melhor escolher, entre as entidades, aquela com a participação total no relacionamento para receber a chave estrangeira. Incluir todos os atributos simples (ou os componentes simples dos atributos compostos) do relacionamento 1:1, se houver, como atributos na entidade escolhida para receber a chave estrangeira. Em nosso exemplo, mapeamos o relacionamento 1:1, GERENCIA escolhendo a entidade participante DEPARTAMENTO para ser a entidade que irá receber a chave estrangeira porque sua participação no relacionamento GERENCIA é total (todo departamento é gerenciado). Inserimos a chave primária da relação EMPREGADO como chave estrangeira na relação DEPARTAMENTO e a denominamos de GerSsn. Também incluímos o atributo GerDataInicio na relação DEPARTAMENTO para representar a data que o empregado começou a gerenciar o departamento. 5

6 Mapeamento dos relacionamentos 1:N ou N:1 para cada relacionamento binário 1:N ou N:1 de um esquema ER, identifica-se a relação que representa a entidade participante do lado N do relacionamento. Inserir na relação, como chave estrangeira, a chave primária da entidade do lado 1 do relacionamento. Isso é feito porque cada instância (ocorrência) de entidade do lado N do relacionamento está relacionada a, no máximo, a uma instância (ocorrência) do lado 1. Incluir qualquer atributo simples (ou componentes simples de atributos compostos) do relacionamento 1:N, se houver, como atributos na entidade escolhida para receber a chave estrangeira (lado N). Em nosso exemplo, mapeamos os relacionamentos 1:N, CONTROLA, e N:1, TRABALHA_PARA. Para CONTROLA, insere-se a chave primária da relação DEPARTAMENTO como chave estrangeira na relação PROJETO com o nome DNum. Para TRABALHA_PARA, inclui-se a chave primária da relação DEPARTAMENTO como chave estrangeira na relação EMPREGADO com o nome de DNo. A relação PROJETO agora passa a ter PROJETO (PNumero, PjNome, PLocalizacao, DNum) e EMPREGADO (Ssn, PNome, MInicial, UNome, DataNasc, Endereco, Sexo, Salario, DNo). Mapeamento dos relacionamentos 1:N em nosso exemplo, mapea-se o relacionamento 1:N, SUPERVISAO, inserindo a chave primária da relação EMPREGAO como chave estrangeira na própria relação EMPREGADO, isso porque o relacionamento é recursivo e denomina-se SuperSsn: EMPREGADO (Ssn, PNome, MInicial, UNome, DataNasc, Endereco, Sexo, Salario, SuperSsn, DNo). 6

7 Mapeamento dos relacionamentos M:N para cada relacionamento binário M:N, cria-se uma nova relação para representar o relacionamento M:N. Insere-se como chave estrangeira desta nova relação, as chaves primárias das relações que representam as entidades participantes do relacionamento. A combinação delas formará a chave primária desta nova relação. Também devem ser incluídos quaisquer atributos simples do relacionamento M:N (ou os componentes simples dos atributos compostos), se houver, como atributos desta nova relação. Observe que não se pode representar um relacionamento M:N por meio de uma simples chave estrangeira em uma das relações participantes. Mapeamento dos relacionamentos M:N Em nosso exemplo, mapea-se o relacionamento M:N TRABALHA_EM, criando a relação TRABALHA_EM. Insere-se as chaves primárias das relações EMPREGADO e PROJETO como chaves estrangeiras em TRABALHA_EM, denominadas ESsn e PNo, respectivamente. Também inclui-se o atributo Horas para representar o número de horas que um empregado trabalha em um determinado projeto. A chave primária da relação TRABALHA_EM é a combinação das chaves estrangeiras {ESsn, PNo}. A nova relação, TRABALHA_EM, tem os seguintes atributos: TRABALHA_EM (ESsn, PNo, Horas). 7

8 Mapeamento dos atributos multivalorados para cada atributo mutivalorado, cria-se uma nova relação que deverá conter um atributo correspondente ao atributo multivalorado, mais uma chave primária da relação, que representa a entidade ou o relacionamento que tem o atributo multivalorado. Atributo e chave primária compõem a chave estrangeira nesta nova relação. A chave primária desta nova relação é, então, a combinação de um dos componentes do atributo multivalorado com a chave primária da entidade do atributo multivalorado. A relação DEPTO_LOCALIZACOES (DNumero, DLocalizacao) mostra este mapeamento. Mapeamento das entidades fracas o controle da entidade fraca está relacionada à entidade proprietária. No exemplo, o controle dos dependentes de cada empregado é feito por meio de um relacionamento 1:N tem-se os atributos: Nome, DataNascimento, Sexo e Parentesco dois dependentes de dois empregados podem ter os mesmos valores para Nome, DataNascimento, Sexo e Parentesco, mas são entidades diferentes só serão identificados como entidades distintas depois de determinar a entidade EMPREGADO em particular à qual o dependente estiver relacionado a chave primária para este mapeamento é um atributo composto: um atributo se refere à chave primária de EMPREGADO o(s) outro(s) é (são) atributo(s) da entidade DEPENDENTE (o nome do dependente pode ser um deles, desde que não se tenha dependentes do mesmo empregado com o mesmo nome) DEPENDENTE (ESsn, NomeDependente, Sexo, DataNasc, Parentesco) 8

9 Correspondência entre os modelos ER e Relacional Um dos principais pontos que deve ser notado em um esquema relacional, em contraste com um esquema ER, é que os relacionamentos não são representados explicitamente no esquema relacional; pelo contrário, são representados por dois atributos, um, a chave primária e o outro, a chave estrangeira, inseridos em duas relações. Duas tuplas de relações distintas são relacionadas quando têm o mesmo valor da chave primária de uma relação na chave estrangeira da outra. A tabela abaixo mostra a correspondência entre esses dois modelos: Modelo ER Entidade Relacionamento 1:1, 1:N, N:1 Relacionamento M:N Atributo-chave Atributo simples Atributo composto Atributo multivalorado Modelo Relacional Relação Chave estrangeira Nova relação e duas chaves estrangeiras Chave primária Atributo Conjunto de atributos simples componentes Nova relação e chave estrangeira Esquema e estado de um BD relacional Um esquema é um conjunto de esquemas de relação S = {R 1, R 2,..., R m } A figura abaixo mostra um esquema de BD relacional que chama-se EMPRESA = {EMPREGADO, DEPARTAMENTO, DEPTO_LOCALIZACOES, PROJETO, TRABALHA_EM, DEPENDENTE}. Os atributos sublinhados representam as chaves primárias 9

10 Esquema e estado de um BD relacional Um estado de um BD relacional S são as instâncias das relações A figura abaixo mostra um estado do BD correspondendo ao esquema EMPRESA 10