INF220 - Banco de Dados I

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1 Banco de Dados - Introdução Bibliografia INF220 - Banco de Dados I Prof. Jugurta Lisboa Filho Departamento de Informática - UFV Notas de Aula ([email protected]) ELMASRI, R; NAVATHE, S. Fundamentals of database systems. 3ed. Addison-Wesley, HEUSER, C. A. Projeto de Banco de Dados. 3ªed. Porto Alegre: Sagra Luzzato, (Série livros didáticos, n.4) SILBERSCHATZ, A; KORTH, H.; SUDARSHAN, S. Sistema de Banco de Dados. 3rd ed.. Makron Books, (livro texto) Uso inicial dos computadores processamento de dados numéricos processamento serial linguagens de programação de baixo nível ênfase no algoritmo (fluxograma) dados internos ao programa Evolução do hardware e do software processamento de dados alfanuméricos linguagens de programação de alto nível grande volume de dados sistema de arquivos dados ainda cativos dos programas economia de tempo e memória usuários on line e batch Bancos de dados autonomia dos dados em relação aos programas segurança de dados compartilhamento consultas complexas ênfase nos dados BD Não Convencionais

2 Conceitos Básicos em Banco de Dados Banco de Dados (BD) Principais Conceitos Banco de Dados (BD) Sistema de Gerência de Banco de Dados (SGBD) Sistema de Banco de Dados (SBD) Projeto de Banco de Dados Modelos de Dados Definindo Banco de Dados (BD) 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) Um Banco de 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. ex.: fichas de publicações em uma biblioteca O BD contém informações que circulam pela aplicação além de abstrações de elementos da própria aplicação. Ex.: 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. Ex.: Um BD para uma aplicação bancária não deve permitir que uma conta-poupança fique com saldo negativo.

3 SGBD Programa de Aplicação Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (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. Realiza as funções da aplicação. Ex: cálculo do consumo mensal de energia elétrica, a partir dos dados de leitura dos medidores. Garante as restrição de integridade (RI) que não podem ser controladas pelo SGBD. Implementa interface e relatórios específicos. Ex: Emissão de extrato de consumo. Acessa o BD através do SGBD para consulta e atualização dos dados da aplicação. Sistema Distribuição Sistema Medição Sistema Cobrança SGBD BD

4 Sistema de Banco de Dados (SBD) Sistema de Banco de Dados (SBD) Sistema de software composto pelos programas de aplicação, pelo SGBD e pelo BD, para um determinado conjunto de aplicações. Sistema de BD Programadores/Usuários Consultas / Programas de Aplicação SGBD DefiniçãodoBD (meta-dados) Software para processar consultas/programas Software para acessar dados armazenados BD Armazenado 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 independência física dos dados. Garante 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 escondidos.

5 Arquitetura de Três Níveis (ANSI/SPARC) Independência de Dados NÍVEL EXTERNO NÍVEL CONCEITUAL NÍVEL INTERNO Visão Externa 1 Usuário final... Esquema conceitual Esquema interno BD armazenado Visão Externa n 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 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

6 Sistema de Banco de Dados (SBD) Sistema de Banco de Dados (SBD) 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) 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. 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. Projetista de Banco de Dados (DB Designer) 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. Analista/Programador de Aplicação (Analista de Sistemas) 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

7 Projeto de Banco de Dados Projeto de Banco de Dados 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. CiclodeVidadeumSistemadeInformação estudo de viabilidade análise de requisitos projeto -ProjetodoBD - Projeto dos Programas de Aplicação implementação validação e testes produção/operação

8 Mini-Mundo Terminologia em Projeto de Banco de Dados Projeto de Esquemas de BD (Elmasri, 1994) Análise de Requisitos Requisitos de BD Fases do Projeto de BD X Arquitetura ANSI/SPARC Projeto Conceitual Passos do Projeto Terminologia ANSI/SPARC Independe do SGBD Esquema Conceitual (Mod. E-R) + Projeto conceitual usando um modelo conceitual de alto nível - (não possui correspondente) Projeto Lógico + Projeto lógico usando um modelo de SGBD + Esquema conceitual Depende do SGBD Esquema Lógico (Mod. Relacional) + Projeto de Visões + Projeto físico + Esquema externo + Esquema interno Projeto Físico Navathe, Comm. ACM, 1992 Esquema Físico (Mod. Implement.)

9 Modelo de Dados Linguagem e Interface de BD 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. 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 ex.: relacional, hierárquico, rede Baixo-nível (físico) descreve como o dado está armazenado no computador. formato e ordenação de registro, caminhos de acesso (índices) 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 em uma linguagem hospedeira Linguagem de especificação do armazenamento-sdl Usada pare definir o esquema interno. Linguagem de definição de visões - VDL Usada para criar as visões externas. Linguagem de Consulta - QL Permite a recuperação de dados Embute DDL, DML, VDL e QL 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

10 Classificação de SGBD SGBD-EvoluçãonoTempo 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 Até Desenvolvimento da fita magnética º computador comercial Década de º SGBD, IDS-Integrated Data Store (GE) - Formada base p/ Modelo de Dados em Rede desenv. p/ CODASYL DBTG Sistemas de gerenciamento 1970 de arquivos - IMS DB/DC (database/data comunication) - Formada base p/ Modelo Hierárquico - Acesso multi-usuário Década de 70 - SGBD desenv. como disciplina acadêmica Modelo Relacional proposto por Ted Codd (IBM) CODASYL, Database Task Group Report ª SIGMOD Conference - 1ª VLDB Conference Modelo E-R proposto por Peter Chen Década de 70 Projetos de Pesquisa -SystemR(IBM) - INGRES (Univ. Califórnia) - System 2000 (Univ. Texas) - ADABAS (Germany) Linguagens de Consulta - SQUARE, SEQUEL (SQL), QBE, QUEL Década de 80 - SGBD desenv. para PC (Dbase, Paradox, etc) - Linguagens de 4ª Geração ANSI/SPARC report +100 SGBD disponíveis Publicado 1º padrão SQL SGBDs emergentes - DB2, ORACLE, SYBASE, INFORMIX, etc Década de 90 - Novas aplicações (espacial, temporal, multimídia) - SGBD Orientados a Objetos O 2, POSTGRES, Orion - Processamento Paralelo - Padrões para troca de dados SQL2, SQL3 - SGBD heterogêneos, multidb - Internet, Java, browser s