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1 SISTEMAS DE BANCOS DE DADOS Os Sistemas de Bancos de Dados apareceram para acabar com os problemas e desvantagens dos tradicionais Sistemas de Processamento de Arquivos, onde os registros permanentes eram armazenados em vários arquivos e programas aplicativos extraiam, adicionavam e modificavam esses dados nos arquivos apropriados. Desvantagens dos Sistemas de Processamento de Arquivos Redundância de dados e Inconsistência, Dificuldade no acesso a dados, Isolamento dos dados, Múltiplos usuários, Problemas de segurança, Problemas de Integração Abordagem dos Bancos de Dados Posicionamento do SGBD na Infra-Estrutura de software Usuários dos Bancos de Dados Usuário Final Desenvolvedores de Aplicação Administradores de Bancos de Dados (DBA) Abstração de Dados Nível Visão Nível Conceitual Nível Físico - nível mais baixo da abstração, no qual os dados são descritos como são armazenados e as estruturas de baixo nível são descritas em detalhe Independência de Dados - Observando-se os três níveis de abstração de um banco de dados (visões - conceitual - físico) independência de dados é a capacidade de modificar um esquema em um nível sem alterar a definição de esquema em um nível acima. Independência de dados Física: capacidade de se alterar o esquema físico sem a necessidade de reescrever os programas de aplicação. Ex.forma de armazenamento; Independência de dados Lógica: capacidade de se alterar o esquema lógico sem a necessidade de reescrever os programas de aplicação. A independência de dados lógica é mais difícil de ser atingida, pois os programas de aplicação são muito dependentes da estrutura lógica dos dados que eles acessam. Ex.atingida somente no nível visão. Linguagem de Definição de Dados (DDL) A linguagem de definição de dados (Data Definition Language) especificará em seu conjunto toda a definição da criação do banco de dados. A compilação das instruções DDL é um conjunto de tabelas que são armazenadas no dicionário de dados. Um dicionário de dados é um arquivo que contêm metadados (dados acerca dos dados), dando ao SGBD a forma e acesso de como obter os dados reais requeridos quando de uma leitura ou modificação realizada no banco de dados. 1

2 Linguagem de Manipulação de Dados (DML) A linguagem de manipulação de dados (Data Manipulation Language) é uma linguagem que Permite ao usuário recuperar, inserir, remover ou modificar informações armazenadas no banco de Dados. Ex.: SQL (Structured Query Language). Temos dois tipos de DML: Procedimental: requer do usuário a especificação de quais dados são desejados e como chegar até eles; Não Procedimental: requer do usuário a especificação de quais dados são desejados sem especificar como chegar até eles; Principais Funções e Propriedades de um Sistema Gerenciador de Bancos de Dados (SGBD) Interagir com o gerenciador de arquivos Garantir a integridade dos dados Garantir a segurança Recuperação e Backup Controle de Concorrência Principais Componentes de um Sistema de Bancos de Dados Gerenciador de Arquivos, Processador de consultas, Pré-compilador DML, Compilador DDL Observamos também que para a implementação física do sistema de dados, temos as seguintes estruturas de dados: Arquivos de dados, Dicionário de Dados, Índices. Linguagem de definição de dados Permite a especificação não só de um conjunto de relações, mas também de informações sobre cada relação, incluindo: O esquema para cada relação O domínio dos valores associados a cada atributo As restrições de integridade O conjunto dos índices a serem mantidos para cada relação As informações de segurança e autorização para cada relação A estrutura de armazenamento físico de cada relação no disco Tipos de domínio na SQL char(n). String de caracteres de tamanho fixo com tamanho n especificado pelo usuário. varchar(n). String de caracteres de tamanho variável com tamanho n máximo especificado pelo usuário. int. Inteiro (um subconjunto finito de inteiros que é dependente da máquina). 2

3 smallint. Inteiro pequeno (um subconjunto dependente da máquina do tipo de domínio inteiro). numeric(p,d). Número de ponto fixo, com precisão de p dígitos especificada pelo usuário, com n dígitos à direita do ponto decimal. real, double precision. Números de ponto flutuante e ponto flutuante de precisão dupla com precisão dependente da máquina. float(n). Número de ponto flutuante, com precisão de pelo menos n dígitos. Construção de Create Table Uma relação SQL é definida usando o comando create table: create table r (A 1 D 1, A 2 D 2,..., A n D n, (restrição-de-integridade 1),..., (restrição-de-integridade k)) r é o nome da relação cada A i é o nome de um atributo no esquema da relação r D i é o tipo de domínio dos valores no domínio do atributo A i Exemplo: create table agência (nome_agência char(15) not null, cidade_agência char(30), ativo integer) Restrições de integridade em Create e Table not null primary key (A1,..., An ) Exemplo: Declare nome_agência como a chave primária para agência e certifique-se de que os valores de ativo não sejam negativos. create table agência (nome_agência char(15), cidade_agência char(30), ativo integer, chave primária (nome_agência)) Declaração de chave primária em um atributo assegura not null automaticamente na SQL- 89 em diante; precisa ser declarada explicitamente na SQL-89 Construções de Drop Table e Alter Table 3

4 O comando drop table exclui do banco de dados todas as informações sobre a relação removida. O comando alter table é usado para acrescentar atributos a uma relação existente: alter table r add A D onde A é o nome do atributo a ser acrescentado à relação r e D é o domínio de A. A todas as tuplas na relação é atribuído NULL como o valor para o novo atributo. O comando alter table também pode ser usado para descartar atributos de uma relação: alter table r drop A onde A é o nome de um atributo da relação r O descarte de atributos não é aceito por muitos bancos de dados. Estrutura básica das consultas A linguagem SQL é baseada em operações de conjunto e operações relacionais com certas modificações e melhorias Uma componente SQL típica tem a forma: select A1, A2,..., An from r1, r2,..., rm where P Ai representa um atributo ri representa uma relação P é um predicado. O resultado de uma consulta SQL é uma relação. A cláusula select A cláusula select lista os atributos desejados no resultado de uma consulta Exemplo: Encontre os nomes de todas as agências na relação empréstimo: select nome_agência NOTA: Os nomes SQL não fazem distinção entre letras maiúsculas e minúsculas. Algumas pessoas usam maiúsculas sempre que usamos o estilo negrito. A SQL permite duplicatas nas relações bem como nos resultados de consulta. Para forçar a eliminação de duplicatas, insira a palavra-chave distinct após select. Encontre os nomes de todas as agências na relação empréstimo e remova as duplicatas. select distinct nome_agência 4

5 A palavra-chave all especifica que as duplicatas não são removidas. select all nome_agência Um asterisco na cláusula select indica todos os atributos select * A cláusula select pode conter expressões aritméticas envolvendo os operadores +, B,, * e / operando em constantes ou atributos de tuplas. A consulta: select número_empréstimo, nome_agência, quantia * 100 retornará uma relação que é a mesma relação empréstimo préstimo,, exceto que o atributo quantia é multiplicado por 100. A cláusula where A cláusula where especifica condições que o resultado precisa satisfazer Corresponde ao predicado de seleção da álgebra relacional. Para encontrar todos os números de empréstimo para empréstimos feitos na agência Perryridge com quantias superiores a US$1200: select número_empréstimo where nome_agência = Perryridge and quantia > 1200 Os resultados da comparação podem ser combinados usando os conectivos lógicos and, or, e not. As comparações podem ser aplicadas aos resultados das expressões aritméticas. A SQL inclui um operador de comparação between Exemplo: Encontre o número de empréstimo dos empréstimos com quantias entre US$ e US$ (ou seja, ³ US$ and US$ ) select número_empr where quantia between and A cláusula from A cláusula from lista as relações envolvidas na consulta Encontre os nomes de cliente, os números de empréstimo e as quantias de empréstimo para todos os empréstimos da agência Perryridge 5

6 select nome_cliente, tomador.número_empréstimo, quantia from tomador, empréstimo where tomador.número_empréstimo = empréstimo.número_empréstimo and nome_agência = Perryridge A operação de renomeação A SQL permite renomear relações e atributos usando a cláusula as: nome-antigo as nome-novo novo Encontre o nome, o número de empréstimo e a quantia de empréstimo de todos os clientes; renomeie a coluna número_empréstimo como empréstimo_id. select nome_cliente, tomador.número_empréstimo as id_empréstimo, quantia from tomador, empréstimo where tomador.número_empréstimo = empréstimo.número_empréstimo Variáveis de tupla As variáveis de tupla são definidas na cláusula from por meio da cláusula as. Encontre os nomes de cliente, os números de empréstimo e a quantia para todos os clientes que têm um empréstimo em alguma agência. select nome_cliente, T.número_empréstimo, S.quantia from tomador as T, empréstimo as S where T.número_empréstimo = S.número_empréstimo Encontre os nomes de todas as agências que têm ativos maiores do que pelo menos uma agência localizada em Brooklyn select distinct T.nome_agência from agência as T, agência as S where T.ativo > S.ativo and S.cidade_agência = Brooklyn Operações de string A SQL incui um operador de correspondência de string para comparações em strings de caractere. A operação like usa padrões que são descritos usando dois caracteres especiais: Porcentagem (%): O caractere % corresponde a qualquer substring. Sublinhado (_): O caractere _ corresponde a qualquer caractere. Encontre os nomes de todos os clientes cujos endereços de rua incluem a substring Main. l select nome_cliente from cliente where rua_cliente like %Main% Localize o nome Main% 6

7 like Main Main\% escape \ A SQL aceita várias operações de string como concatenação (usando ) conversão de maiúscula em minúscula (e vice-versa) versa) localização do tamanho da string, extração de substrings etc. Ordenação da exibição de tuplas Liste em ordem alfabética todos os clientes que têm um empréstimo na agência Perryridge select distinct nome_cliente from tomador, empréstimo where tomador número_empréstimo = empréstimo.número_empréstimo and nome_agência = Perryridge ryridge order by nome_cliente Podemos especificar desc para ordem decrescente ou asc para ordem crescente, para cada atributo; a ordem crescente é o padrão. Exemplo: order by nome_cliente desc Operações de conjunto As operações SQL union, intersect e except operam em relações e correspondem às operações da álgebra relacional,,. Cada uma das operações acima elimina automaticamente as duplicatas; para menter todas as duplicatas, use as versões de multiconjunto correspondentes union all, intersect all e except all. Suponha que uma tupla ocorre m vezes em r e n vezes em s; ; então, ela ocorre: m + n vezes em r union all s min(m,n) m,n) vezes em r intersect all s max(0, m n) vezes em r except all s Set Operations Encontre todos os clientes do banco que possuem suem um empréstimo, uma conta ou as duas coisas no banco: (select nome_cliente from depositante) union (select nome_cliente from tomador) Encontre todos os clientes que possuem um empréstimo e uma conta no banco: (select distinct nome_cliente from depositante) intersect (select distinct nome_cliente from tomador) 7

8 Encontre todos os clientes que possuem uma conta mas nenhum empréstimo no banco: (select distinct nome_cliente from depositante) except (select nome_cliente from tomador) Funções agregadas Essas funções operam no multiconjunto dos valores de uma coluna de uma relação e retornam um valor avg: valor médio min: valor mínimo max: valor máximo sum: soma dos valores count: número de valores Encontre o saldo médio das contas na agência Perryridge. select avg (saldo) from conta where nome_agência = Perryridge Encontre o número de tuplas na relação cliente: select count (*) from cliente Encontre o número de depositantes do banco: (select count (distinct nome_cliente) from depositante Funções agregadas group by Encontre o número de depositantes de cada agência. (select nome_agência, count (distinct nome_cliente) from depositante, conta where depositante.número_conta = conta.número_conta group by nome_agência Nota: Os atributos na cláusula select fora das funções agregadas precisam aparecer na lista group by. Funções agregadas Cláusula having Encontre o nome de todas as agências onde o saldo médio é maior que US$ 1200: select nome_agência, avg (saldo) from conta 8

9 group by nome_agência having avg (saldo) > 1200 Nota: Os predicados na cláusula having são aplicados após a formação de grupos, enquanto os predicados na cláusula where são aplicados antes da formação de grupos. Valores nulos É possível que as tuplas tenham um valor nulo, indicado por NULL,, para algum(ns) de seus atributos n nulo significa um valor desconhecido ou que um valor não existe. O predicado is null pode ser usado para verificar a presença de valores nulos. Exemplo: Encontre todos os números de empréstimo na relação empréstimo mo com valores nulos para quantia: select número_empréstimo where quantia is null 9