1. Conceitos de Bancos de Dados

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1 Bancos de Dados 1. Conceitos de Bancos de Dados 1

2 Bancos de Dados na Vida Cotidiana BD e sistemas de informação baseados em BD são cada vez mais essenciais para a vida moderna Quase todas as nossas atividades id d que envolvem relacionamento com grandes empresas prestadoras de serviços ou com o governo usam alguma interação com um banco de dados O baixo custo do armazenamento de dados em meio digital, somado à grande estabilidade dos sistemas de gerenciamento de bancos de dados atuais recomenda o uso de BD em grande parte dos SI informatizados 2

3 BD tradicionais x BD especiais BD tradicionais: gerenciam informação textual ou alfanumérica BD especiais: gerenciam também outros tipos de dados BD multimídia: imagens, sons, vídeos BD geográficos (Sistemas de Informação Geográficos): objetos georreferenciados, imagens georreferenciadas, análise espacial Data Warehouses e OLAP: bancos de dados formados especificamente para análise de dados agregados a partir de BD bastante detalhados, voltados para a tomada de decisões Sistemas de tempo real e BD ativos: controle de processos industriais e de automação WWW (por quê não, principalmente depois do XML?) 3

4 Definição de BD Banco de dados: Uma coleção de dados relacionados entre si Dados Fatos conhecidos que podem ser registrados (codificados) e que têm significado implícito 4

5 Definição de BD Mais especificamente, não se trabalha com qualquer coleção de dados relacionados Um BD representa algum aspecto do mundo real l(universe of Discourse/UoD, Miniworld) BD são organizados com lógica e coerência; um conjunto aleatório de dados, d mesmo relacionados, não constitui ium BD BD são projetados, construídos e populados com dados que possuem algum objetivo específico, e voltados para um grupo provável de usuários, que o utilizarão por intermédio de algumas aplicações previamente concebidas e voltadas para suas necessidades BD nem precisam ser informatizados! ados! (ex. biblioteca/fichas) 5

6 SGBD x SBD SGBD: Sistema de Gerência (ou Gerenciamento) de Banco de Dados Coleção de programas (pacote) que permitem que usuários criem e mantenham um banco de dados Pacote de software com finalidade genérica Finalidades de uso de um SGBD Definição de BD: especificação e criação de tipos, estruturas de dados e restrições Construção de BD: armazenamento de dados de acordo com a estrutura definida em algum meio de armazenamento controlado pelo SGBD Manipulação de BD: realização de operações como consultas, alteração de dados, emissão de relatórios, etc. 6

7 SGBD x SBD SBD: Sistema de Banco de Dados Nome dado ao conjunto de recursos que é utilizado para suportar alguma aplicação usando apenas o BD Corresponde ao conjunto formado pelo SGBD, programas desenvolvidos para facilitar o acesso ao SGBD (programas de aplicação, consultas, etc.) e os próprios dados 7

8 8 Figura 1.1 Configuração de um sistema de banco de dados simplificado.

9 BD x sistemas baseados em Processamento de arquivos: arquivos Cada usuário define e implementa os arquivos necessários para uma aplicação específica, como parte do desenvolvimento da aplicação Quaisquer mudanças na estruturação dos dados vão exigir modificações em todos os programas que acessam aqueles dados Tende a ser utilizado por apenas um usuário, o que induz à redundância de informações e desperdício de espaço de armazenamento A estrutura dos arquivos pode ser mantida oculta de outros usuários, possibilitando a criação de arquivos e sistemas proprietários 9

10 BD x sistemas baseados em arquivos BD têm diversas características específicas voltadas para situações que exigem um acesso mais controlado aos dados Independência dê de programas específicos; isolamento entre dados d e programas Recursos para limitar a redundância Possibilidade de acesso simultâneo por múltiplos usuários: múltiplas visões, controle de concorrência, controle de acesso Processamento transacional (atômico) 10

11 Exemplo de BD 11

12 Características do Enfoque de Natureza autodescritiva Bancos de Dados O banco de dados não contém apenas os dados em si, mas também uma definição completa da estrutura dos dados e de suas restrições O Catálogo do sistema contém informações como: a estrutura de cada arquivo o tipo e formato de armazenamento de cada dado d restrições porventura existentes sobre cada dado Os dados armazenados no catálogo são chamados de metadados O catálogo é usado pelo SGBD, mas também pode ser acessado por programas do usuário que necessitem obter informações sobre a estrutura dos dados 12

13 Características do Enfoque de Bancos de Dados Natureza autodescritiva (cont.) Um SGBD tem finalidade genérica, ou seja, não é desenvolvido para funcionar com apenas um conjunto de dados ou uma aplicação específica O SGBD precisa trabalhar com eficiência equivalente em situações variadas em termos do porte das aplicações e em termos da natureza das aplicações Sistemas baseados em arquivos podem implementar estruturas de dados otimizadas para o problema que pretendem resolver, o que pode ser vantajoso apesar de significar perda de generalidade 13

14 Características do Enfoque de Bancos de Dados Isolamento entre programas e dados e abstração de dados Como a estrutura dos dados está descrita no catálogo, o SGBD é desenvolvido para funcionar independentemente do conteúdo do banco Alterações na estrutura dos dados não exigem a reescrita de código do SGBD, embora possam exigir mudanças no código do aplicativo e na interface com o usuário Essa característica é usualmente chamada de independência de dados Em BD orientados a objeto ou objeto-relacionais é possível associar operações às classes de objetos armazenadas no BD, porém a interface é separada da implementação 14

15 15 Figura 1.3 Formato de armazenamento interno para registro ALUNO.

16 Características do Enfoque de Bancos de Dados Suporte a múltiplas visões dos dados Nem todo usuário precisa ter acesso ou conhecer toda a estrutura do banco Ocasionalmente, pode ser necessário fornecer a um usuário uma visão particular dos dados, derivada dos dados armazenados: dados virtuais Os usuários não precisam saber se os dados que acessam são armazenados ou virtuais Et Este também é um recurso de segurança 16

17 17 Figura 1.4 Duas visões derivadas de um banco de dados da Figura 1.2 (a) Visão do HISTORICO ESCOLAR DO ALUNO. (b) Visão dos PRÉ-REQUISITOS DO CURSO.

18 Características do Enfoque de Bancos de Dados Compartilhamento de dados e processamento de transações multiusuário SGBD precisam permitir o compartilhamento t de dados d entre seus diversos usuários, e isso requer: Controle de concorrência Controle de acesso Processamento de transações de múltiplos usuários simultaneamente Transações simultâneas precisam operar corretamente Dois ou mais usuários não podem alterar simultaneamente o mesmo dado Transações precisam ter garantia de término com execução integral das instruções nelas contidas 18

19 Pessoas Envolvidas Administrador de Bancos de Dados DBA, Database administrators Autoriza acesso ao banco Controla modificações na estrutura dos dados Monitora o uso do SGBD (segurança, desempenho) Garantia de recursos computacionais (infra-estrutura: espaço em disco, equipamentos, etc.) Administra o ambiente de BD 19

20 Pessoas Envolvidas Projetista de Bancos de Dados Identifica os dados que devem ser mantidos no banco, através do projeto (análise) e seu detalhamento Determina as estruturas mais apropriadas para armazenar cada tipo de dado Faz o relacionamento com os usuários para garantir que suas necessidades de informação estejam atendidas no projeto do BD Especifica restrições de integridade para os dados Desenvolve visões do BD para usuários ou grupos específicos 20

21 Pessoas Envolvidas Usuários finais É deles o principal conhecimento acumulado sobre o problema a ser resolvido O grau de envolvimento com o projeto e com a implementação do SBD variam bastante Usuários casuais -> linguagem interativa de consulta Usuários leigos -> consultas e transações predefinidas Usuários sofisticados -> exigências complexas Usuários individuais -> uso de pacotes, pouco compartilhamento de informação 21

22 Pessoas Envolvidas Analistas de Sistemas e Programadores Responsáveis pela implementação do sistema de banco de dados Dfi Definem e implementam a interface it do sistema it com o usuário ái Definem e implementam produtos extraídos a partir do sistema (relatórios, gráficos, etc.) Definem e implementam consultas predefinidas, para uso por parte de usuários leigos Outros Implementadores do SGBD Produtores de ferramentas especializadas Operadores 22

23 Vantagens de se Utilizar um Controle de redundância SGBD O armazenamento redundante de dados é considerado danoso à estabilidade de um SI Problemas na atualização: duplicidade de trabalho Desperdício de espaço de armazenamento Geração de inconsistências Redundância introduzida de forma controlada pode ajudar a melhorar o desempenho do BD Evita a navegação entre várias tabelas para se obter um dado Restrições de integridade tem que ser implementadas e garantidas 23

24 24 Figura 1.5 Armazenamento redundante do NomedoAluno e NumerodoCurso no HISTORICO_ESCOLAR. (a) Dados consistentes. (b) Registro inconsistente.

25 Vantagens de se Utilizar um Controle de acesso SGBD Como parte da especificação do BD, é possível determinar que usuários têm ou não acesso a cada dado Alguns usuários também podem não ter permissão de modificar os dados, embora possam acessá-los A configuração das permissões para acesso é realizada pelo DBA, usando seus privilégios de administrador do BD 25

26 Vantagens de se Utilizar um SGBD Armazenamento persistente de objetos de programa e estruturas de dados Característica ti da orientação a objetos, inerente aos SGBD OO Não é sempre o caso em bancos de dados relacionais, em que ocorre o problema de incompatibilidade por impedância, ou seja, diferenças e incompatibilidades d entre as estruturas t de dados d do SGBD com as estruturas das linguagens de programação 26

27 Vantagens de se Utilizar um SGBD Representação de relacionamentos complexos entre dados Recuperação de informação com base em relacionamentos Imposição de restrições de integridade Especificação de tipo para cada dado Especificação de domínio para cada dado Restrições quanto ao relacionamento com outros dados Restrições tiõ quanto à semântica âti dos dados dd (questões especificamente ligadas à lógica da aplicação) 27

28 Vantagens de se Utilizar um SGBD Controle de cópias de segurança Garantia da existência de cópias no caso de perda de dados Recuperação em caso de falha Garantia da possibilidade de restauração da situação do banco de dados a um estado consistente e íntegro Garantia de execução integral ou cancelamento integral lde transações 28

29 Implicações do Uso de BD Potencial para padronização Redução do tempo de desenvolvimento de aplicações, em relação ao enfoque por arquivos Flexibilidade para alterações e evolução Disponibilidade de informações atualizadas o tempo todo Economia de escala no gerenciamento de informação 29

30 Quando não Utilizar um SGBD Investimentos iniciais em hardware, software e treinamento são incompatíveis com o projeto Obs: SGBD livres/gratuitos it Generalidade excessiva gera dificuldades na programação de aplicações muito particulares Custos de administração do ambiente de BD Os dados são simples, e não se espera que sejam alterados Exigências rigorosas de tempo de processamento Não é necessário ter acesso simultâneo por múltiplos usuários 30

31 Referências Capítulo 1 de Elmasri & Navathe 31