SISTEMA DE BANCO DE DADOS. Banco e Modelagem de dados

Transcrição

1 SISTEMA DE BANCO DE DADOS Banco e Modelagem de dados

2 Sumário Conceitos/Autores chave Introdução Arquiteturas de um Sistema Gerenciador Componentes de um Sistema Vantagens da Abordagem Conclusões Materiais complementares Bibliografi a Banco e Modelagem de dados 2

3 Conceitos/Autores-chave Glossário Pontos críticos Dado: É o valor do campo quando é armazenado no Banco de Dados. Ex. O valor do campo nome do cliente para quem está fazendo a entrada de dados. Banco de Dados: Uma coleção organizada de dados relacionados. Conteúdo do campo: É o valor do campo armazenado no Banco de Dados. Ex. O valor do campo nome do cliente sem estar, momentaneamente, sendo utilizado. Diferenças entre SGBD, SBD e BD. Um Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) é um conjunto de programas de propósito geral que facilita o processo de construção e manipulação de bancos de dados para servir a diversas aplicações. Um Banco de Dados (BD) é uma coleção de dados inter-relacionados projetado para atender às necessidades de um grupo específico de aplicações e usuários. O conjunto desses dois elementos, SGBD e BD conformam um Sistema de Banco de Dados (SBD). A figura ao lado, ilustra estas diferenças. SBD Metadados: É um Dicionário de Dados que armazena informações sobre os dados criados pelo usuário, como por exemplo uma tabela, registro, restrições. Em um SBD, este dicionário ou diretório é consultado antes que o dado real seja modificado. SGBD Representação de um SBD, SGDB e um BD BD Banco e Modelagem de dados 3

4 1. Introdução Um SBD é composto por um Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD), o qual tem como função gerenciar os dados de forma conveniente e eficiente, e o BD, o qual contém arquivos de dados e o esquema lógico do BD. As definições das estruturas são expressas em uma linguagem especial chamada Linguagem de Definição dos Dados (LDD), e o resultado da compilação de declarações LDD são armazenados em um arquivo especial chamado Dicionário de Dados (DD). O dicionário de dados é um arquivo que contém metadados, dados sobre os dados, do qual fazem parte as especificações das estruturas de dados, regras e métodos de acesso e outros detalhes necessários à implementação. Por outro lado, faz-se uso de uma linguagem de manipulação de dados (LMD), cuja finalidade é permitir que os usuários possam acessar ou manipular os dados organizados de acordo com um modelo de dados. As linguagens utilizadas para o gerenciamento da informação nos SBD s são chamadas de linguagens de consulta. O processador de consultas, componente do SGBD, traduz as consultas em instruções de baixo nível, otimizando-as de forma a tornar sua execução mais eficiente. Banco e Modelagem de dados 4

5 2. Arquiteturas de um Sistema Gerenciador de Banco de dados As primeiras arquiteturas usavam mainframes para executar o processamento principal e de todas as funções do sistema, incluindo os programas aplicativos, programas de interface com o usuário, bem como a funcionalidade dos SGBDs. Esta é a razão pela qual a maioria dos usuários fazia acesso aos sistemas via terminais que não possuíam poder de processamento, apenas a capacidade de visualização. Todos os processamentos eram feitos remotamente, apenas as informações a serem visualizadas e os controles eram enviados do mainframe para os terminais de visualização, conectados a ele por redes de comunicação. Como os preços de hardware foram decrescendo, muitos usuários trocaram seus terminais por computadores pessoais (PC) e estações de trabalho. No começo os SGBDs usavam esses computadores da mesma maneira que usavam os terminais, ou seja, o SGBD era centralizado e toda sua funcionalidade, execução de programas aplicativos e processamento da interface do usuário eram executados em apenas uma máquina. Gradualmente, os SGBDs começaram a explorar a disponibilidade do poder de processamento no lado do usuário, o que levou à arquitetura cliente-servidor (Gordon, 2006). A arquitetura cliente-servidor foi desenvolvida para dividir ambientes de computação onde um grande número de PCs, estações de trabalho, servidores de arquivos, impressoras, servidores de banco de dados e outros equipamentos são conectados juntos, por uma rede. A idéia é definir servidores especializados, tais como servidor de arquivos, que mantém os arquivos de máquinascliente, ou servidores de impressão que podem estar conectados a várias impressoras; assim, quando se desejar imprimir algo, todas as requisições de impressão são enviadas a este servidor. Banco e Modelagem de dados 5

6 As máquinas-cliente disponibilizam para o usuário as interfaces apropriadas para utilizar esses servidores, bem como poder de processamento para executar aplicações locais. Esta arquitetura se tornou muito popular por algumas razões. Primeiro A facilidade de implementação dada à clara separação das funcionalidade e dos servidores. Segundo Um servidor é inteligentemente utilizado porque as tarefas mais simples são delegadas às máquinas-clientes mais baratas. Terceiro O usuário pode executar uma interface gráfica que lhe é familiar, ao invés de usar a interface do servidor. Desta maneira, a arquitetura cliente-servidor foi incorporada aos SGBDs comerciais. Diferentes técnicas foram propostas para se implementar essa arquitetura, sendo que a mais adotada pelos Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados Relacionais (SGBDRs) comerciais é a inclusão da funcionalidade de um SGBD centralizado no lado do servidor. As consultas e a funcionalidade transacional permanecem no servidor, sendo que este é chamado de servidor de consulta ou servidor de transação. É assim que um servidor SQL é fornecido aos clientes. Cada cliente tem que formular suas consultas SQL, prover a interface do usuário e as funções de interface usando uma linguagem de programação. O cliente pode também se referir a um dicionário de dados o qual inclui informações sobre a distribuição dos dados em vários servidores SQL, bem como os módulos para a decomposição de uma consulta global em um número de consultas locais que podem ser executadas em vários sítios. Comumente o servidor SQL também é chamado de back-end machine e o cliente de front-end machine. Como SQL provê uma linguagem padrão para o SGBDRs, esta criou o ponto de divisão lógica entre o cliente e o servidor. Atualmente, existem várias tendências para arquitetura de Banco de Dados, nas mais diversas direções. Banco e Modelagem de dados 6

7 Alguns tipos de arquiteturas de SGBDs 2.1 Plataformas centralizadas Na arquitetura centralizada, existe um computador com grande capacidade de processamento, o qual é o hospedeiro do SGBD e emuladores para os vários aplicativos. Esta arquitetura tem como principal vantagem, a de permitir que muitos usuários manipulem grande volume de dados. Sua principal desvantagem está no seu alto custo, pois exige ambiente especial para mainframes e soluções centralizadas. possibilitem: o tratamento de transações, as confirmações de transações (commits), desfazer transações (rollbacks), linguagens de consultas (stored procedures) e gatilhos(triggers). A principal vantagem desta arquitetura é a divisão do processamento entre dois sistemas, o que reduz o tráfego de dados na rede. 2.2 Sistemas de computador pessoal - PC 2.4 Banco de dados distribuídos Os computadores pessoais trabalham em sistema stand-alone, ou seja, fazem seus processamentos sozinhos. No começo esse processamento era bastante limitado, porém, com a evolução do hardware, tem-se hoje PCs com grande capacidade de processamento. Eles utilizam o padrão Xbase e quando se trata de SGBDs, funcionam como hospedeiros e terminais. Desta maneira, possuem um único aplicativo a ser executado na máquina. A principal vantagem desta arquitetura é a simplicidade. 2.3 Banco de dados cliente-servidor Na arquitetura Cliente-Servidor, o cliente (front_end) executa as tarefas do aplicativo, ou seja, fornece a interface do usuário (tela, e processamento de entrada e saída). O servidor (back_end) executa as consultas no DBMS e retorna os resultados ao cliente. Apesar de ser uma arquitetura bastante popular, são necessárias soluções sofisticadas de software que Nesta arquitetura, a informação está distribuída em diversos servidores. Como exemplo, observe a figura. Cada servidor atua como no sistema cliente-servidor, porém as consultas oriundas dos aplicativos são feitas para qualquer servidor indistintamente. Caso a informação solicitada seja mantida por outro servidor ou servidores, o sistema encarregase de obter a informação necessária, de maneira transparente para o aplicativo, que passa a atuar consultando a rede, independente de conhecer seus servidores. Exemplos típicos são as bases de dados corporativas, em que o volume de informação é muito grande e, por isso, deve ser distribuído em diversos servidores. Porém, não é dependente de aspectos lógicos de carga de acesso aos dados, ou base de dados fracamente acopladas, em que uma informação solicitada vai sendo coletada numa propagação da consulta numa cadeia de servidores. A característica básica é a existência de diversos programas aplicativos consultando a rede para acessar os dados necessários, porém, sem o conhecimento explícito de quais servidores dispõem desses dados. Banco e Modelagem de dados 7

8 3. Componentes de um sistema gerenciador de banco de dados Um sistema de Banco de Dados está dividido em módulos específicos, de modo a atender a todas as funções do sistema. Os componentes funcionais do Sistema de Banco de Dados podem ser divididos pelos componentes de processamento de consultas e pelos componentes de administração de memória. Os componentes de processamento de consulta incluem: Compilador DML Tem a finalidade de traduzir os comandos utilizados para manipulação de dados (DML), tais como inserção de dados, exclusão de dados, atualização de dados e seleção de dados em instruções de baixo nível, que são interpretados pelo componente de execução de consultas. Também tem a função de transformar a solicitação feita pelo usuário, por meio da linguagem SQL, em uma forma mais eficiente, de modo a encontrar uma melhor estratégia para a execução da consulta. A finalidade desta estratégia é minimizar o acesso ao disco onde se encontram os dados da aplicação ou negócio. Pré-compilador: Pré-compilador para Comandos DML: Tem a finalidade de converter os comandos utilizados em programas de aplicação em chamadas de procedimentos normais da linguagem hospedeira. Este módulo interage com o módulo anterior. Interpretador DDL: Tem a finalidade de interpretar comandos utilizados para criar uma tabela, eliminar uma tabela, criar índices, etc., definidos como linguagem de definição de dados (DDL) e armazená-los em um conjunto de tabelas que fazem parte dos metadados. Banco e Modelagem de dados 8

9 Os componentes de administração de armazenamento de dados incluem: Gerenciamento Gerenciamento de autorizações e integridade: Tem a finalidade de garantir o cumprimento das regras de integridade e a permissão ao usuário no acesso ao dado. Na figura são consolidados os componentes do Banco de Dados: Administração Administração de arquivos: Tem a finalidade de gerenciar a alocação de espaço no armazenamento em disco e as estruturas de dados usadas para representar estas informações armazenadas em disco. Existem estruturas que são exigidas e que fazem parte da implementação física do Sistema de BD: Arquivo de dados U S U Á R I O Compilador DML Pré compilador Interpretador DDL Ger. de autorizações e integridade Administração de arquivos Índices Arq. de dados Dic. de dados Utilizado para armazenar o próprio BD. Índices Alguns dos principais componentes pertencentes s um SBD Proporcionam acesso rápido aos itens de dados. Dicionário de dados Tem a finalidade de armazenar informações sobre a estrutura utilizada para armazenar o banco de dados. Banco e Modelagem de dados 9

10 4. Vantagens do uso de um banco de dados Redução ou Eliminação de Redundâncias Possibilita a eliminação de dados privativos de cada sistema. Os dados, que eventualmente são comuns a mais de um sistema, são compartilhados por eles, permitindo o acesso a uma única informação sendo consultada por vários sistemas. Eliminação de Inconsistências Através do armazenamento da informação em um único local com acesso descentralizado e, sendo compartilhada em vários sistemas, os usuários estarão utilizando uma informação confiável. A inconsistência ocorre quando um mesmo campo tem valores diferentes em sistemas diferentes. Exemplo, o estado civil de uma pessoa é solteiro em um sistema e casado em outro. Isto ocorre porque esta pessoa atualizou o campo em um sistema e não o atualizou em outro. Quando o dado é armazenado em um único local e compartilhado pelos sistemas, este problema não ocorre. Restrições de Segurança Define para cada usuário o nível de acesso a ele concedido (leitura; leitura e gravação ou sem acesso) ao arquivo e/ou campo. Este recurso impede que pessoas não autorizadas utilizem ou atualizem um determinado arquivo ou campo. Padronização dos Dados Permite que os campos armazenados na base de dados sejam padronizados segundo um determinado formato de armazenamento (padronização de tabela, conteúdo de compôs, etc.) e ao nome de variáveis seguindo critérios padrões preestabelecido pela empresa. Exemplo: Para o campo Sexo somente será permitido armazenamento dos conteúdos M ou F. Compartilhamento dos Dados Permite a utilização simultânea e segura de um dado, por mais de uma aplicação ou usuário, independente da operação que esteja sendo realizada. Deve ser observado apenas o processo de atualização concorrente, para não gerar erros de processamento (atualizar simultaneamente o mesmo campo do mesmo registro). Os aplicativos são por natureza multiusuário. Banco e Modelagem de dados 10

11 Os programas de aplicação definem apenas os campos que serão utilizados independente da estrutura interna dos arquivos. Quando há inclusão de novos campos no arquivo, será feita manutenção apenas nos programas que utilizam esses campos, não sendo necessário mexer nos demais programas. Obs.: Nos sistemas tradicionais este tipo de operação requer a alteração no layout de todos os programas do sistema que utilizam o arquivo. Independência dos Dados Representa a forma física de armazenamento dos dados no Banco de Dados e a recuperação das informações pelos programas de aplicação. Esta recuperação deverá ser totalmente independente da maneira com que os dados estão fisicamente armazenados. Quando um programa retira ou inclui dados o SGBD compacta-os para que haja um menor consumo de espaço no disco. Este conhecimento do formato de armazenamento do campo é totalmente transparente para o usuário. A independência dos dados permite os seguintes recursos: Manutenção da Integridade Permite que os campos armazenados na base de dados sejam padronizados segundo um determinado formato de armazenamento (padronização de tabela, conteúdo de compôs, etc) e ao nome de variáveis seguindo critérios padrões preestabelecido pela empresa. Exemplo: Um código de uma determinada disciplina na tabela Histórico Escolar sem a sua descrição na tabela Disciplina. Banco e Modelagem de dados 11

12 5. Conclusões Neste módulo foram apresentados os conceitos básicos de Banco de Dados, Sistema Gerenciador de Banco de Dados e Sistema de Banco de Dados. Importante O essencial é que o projeto de banco de dados deve representar exatamente a realidade do domínio do problema, independente da tecnologia ou ferramenta a ser utilizada. De modo contrário, não será possível obter os resultados esperados pela organização, ou muito pior, os resultados obtidos não vão refletir a verdadeira situação do negócio, e como conseqüência, serão tomadas decisões sobre dados incorretos ou inconsistentes. Banco e Modelagem de dados 12

13 Materiais complementares ELMASRI, R.; NAVATHE, S.B. Sistemas de Banco de Dados: Fundamentos e Aplicações. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. HEUSER, C. A., Projeto de Banco de Dados, Série Livros Didáticos, n.4. 5ª edição, Ed. Sagra Luzzatto, Porto Alegre, p. WATSON, R. Data Management: Banco de Dados e Organizações, 3ª edição. Ed. LTC, Rio de Janeiro, p. Bibliografi a DATE, C. J. Introdução a Sistemas de Banco de Dados. 8.ed., Editora Elsevier - Campus, São Paulo, pp ELMASRI, R.; NAVATHE, S.B. Sistemas de Banco de Dados: Fundamentos e Aplicações. 3ª.ed. Rio de Janeiro: LTC, p. GORDON, J. R.; Gordon, Steven R. Sistemas de Informação: Uma abordagem Gerencial. LTC, KORTH, H. F.; SILBERSCHATZ, A., SUDARSHAN, S. Fundamentos de bases de dados. Madrid, 3.ed. Makron Books, pp PAVON, J.; Representação de Estruturas de Conhecimento em Sistemas de Bancos de Dados, dissertação de mestrado, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. 119p Banco e Modelagem de dados 13