INE 5323 Banco de Dados I

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1 UFSC-CTC-INE Curso Ciências Computação INE 5323 Banco Dados I Ronaldo S. Mello 2006/2 Horário Atendimento: Quintas-feiras, das 17h30 às 19h Programa da Disciplina Objetivo Conteúdo Avaliação Bibliografia 1

2 Objetivo Esta disciplina apresenta uma visão introdutória e uma visão usuário um Banco Dados (). Ao final da disciplina, o aluno verá ter assimilado os conceitos fundamentais sobre e Sistema Gerência (), assim como os aspectos acesso, integrida e molagem um relacional. Conteúdo 1. Introdução i. Problemática do gerenciamento dados em uma organização ii. (finição, vantagens) iii. (finição, funções, catálogo, usuários e arquitetura) 2. Molo relacional i. Molos dados ii. Fundamentação teórica iii. Aspectos integrida iv. Álgebra relacional v. Cálculo Relacional vi. Linguagem SQL 3. Restrições Integrida 4. Visões 5. Autorização acesso 6. Molagem dados i. Etapas do projeto um relacional ii. Molagem conceitual iii. Molagem lógica iv. Normalização 2

3 Avaliação 3 provas: P1, P2 e P3; 3 Trabalhos: - álgebra/cálculo relacional (T1); - SQL (T2); - molagem dados (T3). Conteúdo da P1: introdução a cálculo relacional; Conteúdo da P2: SQL a visões/autorização acesso; Conteúdo da P3: molagem dados. Nota Final (NF) = (P1 + P2 + P3 + Média(T1,T2,T3)) / 4 Recuperação: prova abrangendo todo o conteúdo ministrado na disciplina (PR). Aplica-se somente a alunos com 3.0 <= NF < A nova nota final (NNF) será NNF = (NF + PR) / 2. Bibliografia Principal 1. Elmasri, R.; Navathe S. B. Sistemas Banco Dados. 4 a ed. Editora Addison-Wesley (em inglês: Elmasri, R.; Navathe S. B. Fundamentals of Database Systems. 4 th ed. Addison-Wesley. 2003). 2. Korth, H. F.; Sudarshan, S; Silberschatz, A. Sistema Banco Dados. 5 a ed. Editora Campus, Ramakrishnan, R., Gehrke, J. Database Management Systems. 3 th ed. McGraw Hill Date, C. J. Introdução a Sistemas Bancos Dados. 8 ª ed. Editora Campus, Heuser, C.A. Projeto Banco Dados. 5 a ed. Série Livros Didáticos Instituto Informática da UFRGS, número 4. Editora Sagra-Luzzatto,

4 UFSC-CTC-INE INE 5323 Banco Dados I Introdução: e Banco Dados () s fazem parte do nosso dia-a-dia! operação bancária reserva hotel matrícula em um curso da Universida cadastro na vío locadora Área : pesquisa e senvolvimento tecnologias para dar suporte eficiente ao gerenciamento dados sistemas informação 4

5 Conceitos Básicos Dado: fato do mundo real que está registrado e possui um significado implícito no contexto um domínio aplicação exemplos: enreço, DN, filhos Informação: fato útil que po ser extraído direta ou indiretamente a partir dos dados exemplos: enreço e ida da pessoa; ela tem filhos? Conceitos Básicos : coleção dados inter-relacionados e persistentes que representa um subconjunto dos fatos presentes em um domínio aplicação (universo discurso) Sistema Gerência : coleção programas responsável pelo gerenciamento dos dados em um s e Aplicações operações dados e/ou mensagens dados 5

6 Por quê usar? Consire o contexto ( passado ) uma gran organização que NÃO utiliza exemplo: domínio da Universida várias divisões gerenciais (com suas aplicações) gran volume dados aplicações manipulam dados comuns Acadêmica Espaço Físico Pessoal Alunos Professores Disciplinas Turmas Salas Centros Departamentos Cursos Disciplinas Centros Departamentos Professores Funcionários Gerenciamento Dados sem Cada aplicação screve os seus dados nomes e formatos próprios dados são particulares cada aplicação (isolamento) Gerenciamento local procedimentos manipulação dados implementados pela própria aplicação implementados por softwares gerenciamento arquivos manipulação dados em mais baixo nível» varreduras em caias bytes 6

7 Problemas com este Contexto Redundância não-controlada Difícil manutenção Inclusão professor; Alteração disciplina Falta padronização dificulta integração e reutilização programas Formas restritas acesso novas operações manipulação dados exigem mudança no código da aplicação Falta segurança exemplo: falha em uma operação Utilização um Evita (ou minimiza) estes problemas! Um é finido em mais talhes como: Uma coleção dados operacionais inter-relacionados e persistentes. Estes dados são gerenciados forma inpennte dos programas que os utilizam, servindo assim a múltiplas aplicações uma Organização. 7

8 Exemplo um Disciplinas Turmas Salas Alunos Cursos Departamentos Centros Professores Funcionários Visão da Divisão Pessoal Visão da Divisão Espaço Físico Visão da Divisão Acadêmica Organização: Universida Vantagens do Uso um Dados armazenados em um único local evita-se refinições; minimiza-se redundância Dados compartilhados pelas aplicações facilita integração aplicações; evita refinições Maior inpendência dados novas operações manipulação dados não requerem modificação pesada no código da aplicação aplicações não se preocupam mais com o gerenciamento dos dados Maior flexibilida acesso linguagens para manipulação dados em mais alto nível varreduras em linhas tabelas, instâncias classes,... 8

9 Quando não usar um? Quando minha aplicação é simples lida com poucos dados operacionais pom ser mantidos em um ou poucos arquivos Quando minha aplicação faz processamento pesado mas não requer gerenciamento dados operacionais exemplo: algumas aplicações científicas Quando o custo para instalação e administração um é muito alto equipamento, pessoal, treinamento,... Definição Sistema cujo objetivo principal é gerenciar o acesso e a correta manutenção dos dados armazenados em um banco dados. Funções básicas Métodos acesso Integrida Semântica Segurança Concorrência Inpendência 9

10 Funções Básicas um Métodos acesso (Data Definition Language) especificação do esquema do (dados e seus tipos dados, índices,...) (Data Manipulation Language) manipulação dados (I, A, E, C) processamento eficaz consultas consira relacionamentos, predicados seleção, volume dados, índices,... exemplo: buscar professores que lecionam em turmas lotadas em salas do quarto andar Alternativas Processamento Professores Turmas Salas (10 dados) (10 dados) 1 N (20 dados) N 1 andar (=4 -> 5 dados) Alternativa 1: (partindo Professores) 1. Profs Turmas: 10x20 acessos (pior caso!) para associar os profs às suas turmas = 200 acessos (resultado: 20 dados) 2. Profs com Turmas Salas: 20x10 acessos (pior caso!) para associar as turmas com seus profs às suas salas = 200 acessos (resultado: 20 dados) 3. Profs com Turmas com Salas: filtrar as salas do 4 o andar = 20 acessos TOTAL: = 420 acessos Alternativa 2: (partindo Salas) 1. Salas: filtrar as salas do 4 o andar = 10 acessos (resultado: 5 dados) 2. Salas Turmas: 5x20 acessos (pior caso!) para associar as salas com as suas turmas = 100 acessos (resultado: 6 dados supor algumas turmas) 3. Salas com Turmas Profs: 6x10 acessos (pior caso!) para associar as turmas aos seus profs = 60 acessos TOTAL: = 170 acessos 10

11 Funções Básicas um Integrida semântica garantia dados sempre corretos com relação ao domínio aplicação exemplos estados válidos para os dados (I sexo; A salário) relacionamentos válidos entre os dados (turma N:1 disciplina; apenas professores doutores lecionam disciplinas pós-graduação) especificação RIs testes, ações parte integrante da Funções Básicas um Segurança evitar violação consistência dos dados segurança acesso (usuários e aplicações) matrizes autorização visões segurança contra falhas (recovery) monitoração transações Transação» conjunto operações a serem realizadas no» princípio do tudo ou nada categorias falhas transação, sistema e meio armazenamento manutenção histórico atualizações (logs) e backups do 11

12 Exemplos Registros Históricos Transação (transferência bancária) begin transaction update Contas set saldo = saldo where número = 100 update Contas set saldo = saldo where número = 200 commit transaction... <begin transaction T256>... <T256,update,Contas,100, ,450,00>... <T256,update,Contas,200, ,400,00>... <end transaction T256>... Arquivo Funções Básicas um Concorrência evitar conflitos acesso simultâneo a dados por transações (scheduler) principais técnicas bloqueio (lock) e timestamp Inpendência transparência da organização dos dados níveis inpendência Inpendência física transparência organização (esquema) física dos dados exemplos: organização dos arquivos, inxação, distribuição, agrupamento Inpendência lógica transparência do esquema lógico do exemplo: visões (vários esquemas externos) 12

13 Funções Básicas um Níveis inpendência (níveis abstração) finem uma arquitetura três esquemas s finais Esquema Externo 1... Esquema Externo n Mapeamento externo-lógico Esquema Lógico Mapeamento lógico-físico Esquema Físico em Detalhe Externa Comandos Acesso 13

14 Meios Armazenamento Externa Comandos Consultas Repositório : arquivos dados operacionais arquivos índices Meios Armazenamento Externa Catálogo do (metadados): especificação do esquema restrições Consultas integrida autorizações acesso visões Comandos localização arquivos configurações e estimativas 14

15 Meios Armazenamento Comandos Externa Exemplos configurações: - dispositivos para dados, backup e log - nro. logs - nro. máximo usuários - nro. Consultas máximo locks - tamanho buffer - tempo timeout - intervalo backup automático - tamanho logs -... Meios Armazenamento Externa Exemplos estimativas: - espaço ocupado do log, e backup - estimativas sobre cada arquivo dado: * número registros * número valores distintos para cada campo Consultas * índices utilizados para acesso * tempo médio processamento transações Comandos*... 15

16 Meios Armazenamento Externa Comandos Acesso Repositório : cópias do histórico transações Externa Super do : projeto s (DA) finição do esquema dos dados finição índices finição restrições integrida, visões e autorizações acesso Consultas recuperação manual falhas (undo transações, backup do,...) Comandos monitoramento da performance acesso ao e modificação configurações do (aumento tamanho buffer, criação índices)... 16

17 Acesso instruções internas Comandos Tarefa: finir, RIs, visões ou autorizações instruções gravação do esquema Módulo central do : controle acesso físico principais responsabilidas: gerência Ambiente arquivos ad hoc gerência buffers notificação falhas ao transação(ões) criação ou modificação arquivos do gravação do Tarefas: monitorar o sempenho do ; finir ou alterar configurações instruções configuração/consulta Acesso Comandos instruções internas transação(ões) gravação gravação ou consulta 17

18 Comandos Tarefa: recuperação manual do Acesso localização dados instruções recuperação do dados para backup dados undo e/ou redo transações histórico e/ou dados backup gravação (Desenvolvida no ) acesso ao através comandos Ambiente pré-compilados e embutidos no seu código s suportam bindings com várias LPs (LHs) exemplo: SQL Server (SQL embutido em C (ferramenta ESQL/C)):... Consultas EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION; integer mat; Comandos char nomeprof[30]; EXEC SQL END DECLARE SECTION;... printf( Informe matrícula: "); scanf("%i", &mat); EXEC SQL SELECT nome INTO :nomeprof FROM Professores WHERE matrícula = :mat; 18

19 instrução(ões) traduzida(s) Comandos Acesso transação(ões) dados gravação verificação Ris, autorizações acesso e localização dados Comandos Acesso acesso direto ao executa operações sem estar vinculado a uma aplicação que acessa o 19

20 Acesso plano acesso Comandosexecutável estimativas sobre os dados finição operações Instrução(ões) consulta instrução(ões) traduzido estimativas transação(ões) dados gravação verificação RIs, autorizações acesso e localização dados senvolve aplicações no próprio utiliza um ambiente senvolvimento: - ferramentas LP + embutida - ferramentas 4GL (linguagem integrada) Consultas exemplo: PL/SQL (Oracle) - geradores relatórios - geradores Comandos formulários

21 Comandos Tarefa: senvolvimento aplicações Acesso estimativas Instrução(ões) consulta plano acesso instrução(ões) traduzida(s) geração estimativas sobre os dados 21