Banco de Dados Introdução Prof. Luís Alexandre
Conteúdo Abrangência e uso Evolução dos sistemas de informação Novos modelos e sistemas de banco de dados Tecnologias associadas a banco de dados Modelagem e projeto de bancos de dados Novas aplicações e tecnologias de banco de dados Introdução a Banco de Dados 2
Abrangência e uso Nas atividades diárias necessitamos de aplicações que envolvem bancos de dados: Bancos; Reservas em hotéis; Companhias aéreas; Catálogo informatizado em bibliotecas; Assinaturas de revistas; Compras em supermercados; Etc. Introdução a Banco de Dados 3
Sistemas de Informação São recursos vitais nas organizações; Atendem a alguma necessidade funcional do negócio da organização; Componentes dos sistemas de informação: Organização Pessoas Tecnologia (hardware, software e telecomunicações) Introdução a Banco de Dados 4
Hardware e telecomunicações cada vez mais poderosos Roda Viva Tecnológica Softwares cada vez mais amigáveis Cada vez mais usuários, cada vez mais exigentes Introdução a Banco de Dados 5
Evolução dos Sistemas de Informação Programa com Programa com dados Programa armazenados com dados armazenados dados armazenados arquivos de dados Programa com Programa com gerência Programa de arquivos com gerência de arquivos gerência de arquivos banco de dados Sistema de Gerência de BD Programa de Programa de aplicação de BD aplicação de BD Introdução a Banco de Dados 6
Sistema de Informação Mundo Real?! Desenvolver um projeto de sistema de informação consiste em traduzir um problema do mundo real em uma solução que envolve a organização, pessoas e tecnologia (hardware e software). SISTEMA DE INFORMAÇÃO Usuário Dados + Regras SGBD Programa Programa de de aplicação aplicação Aplicação de de BD BD Usuário Introdução a Banco de Dados 7
Banco de dados Coleção de dados relacionados, logicamente coerentes e que permitam a geração de informações de interesse para uma organização. Projetado, construído e preenchido com dados para um propósito específico. Destinado à utilização por grupo de usuários, diretamente ou por meio de aplicações préconcebidas. Introdução a Banco de Dados 8
Uma arquitetura simplificada de sistema de banco de dados Usuários Sistema de BD Consultas / Programas de Aplicação SGBD Software para processar consultas / programas Software para acessar dados armazenados Definição do BD (Metadados) BD armazenado Introdução a Banco de Dados 9
Vantagens do controle centralizado de dados controle / redução de redundâncias; padronização de dados; integridade mantida: assegurando que os dados estão corretos; independência de dados e dispositivos; restrições de segurança; diminuição de inconsistências; compartilhamento de dados; referência cruzada. Introdução a Banco de Dados 10
Independência de dados Capacidade de mudar o esquema num nível de um sistema de banco de dados sem ter que mudar o esquema no nível seguinte mais alto. Independência lógica de dados: - Capacidade de mudar o esquema conceitual sem ter que mudar esquemas externos ou programas de aplicação. Independência física de dados: - Capacidade de mudar o esquema interno sem ter que mudar o esquema conceitual. Introdução a Banco de Dados 11
Características típicas de SGBD Persistência dos objetos do BD; Definição e manipulação dos dados (DDL, DML e DCL); Carga e descarga (leitura e armazenamento rápidos); Cópia e recuperação (backup); Segurança de acesso e dos dados (níveis de segurança); Integridade dos dados; Controle de concorrência das transações; Eficiente acesso aos dados; Independência de dados; Facilidade de administração; Redução do tempo de desenvolvimento do projeto. Introdução a Banco de Dados 12
BDs não são sempre a solução Sobrecustos Alto investimento inicial e possível necessidade de hardware adicional. Custo da generalidade do SGBD para definição e processamento dos dados. Overhead para garantir segurança, controle de concorrência, recuperação e integridade. Introdução a Banco de Dados 13
BDs não são sempre a solução Quando NÃO usar BDs O volume de dados é pequeno e as aplicações são simples, bem definidas. Mudanças não são esperadas. Existem requisitos estritos de tempo real que não podem ser satisfeitos por causa do overhead do SGBD. Acessos múltiplos e concorrentes não são necessários. Introdução a Banco de Dados 14
Classes de usuários de BD Administradores Administrador de dados Administrador do banco de dados (DBA) Pessoal de suporte e operação Desenvolvedores Analistas de sistemas Projetistas de bancos de dados Programadores de aplicações Usuários finais Usuários ocasionais e sofisticados Operadores de aplicações Introdução a Banco de Dados 15
DBA É a pessoa encarregada de instalar, configurar e gerenciar um SGBD. São suas funções: Decidir sobre o conteúdo de informações; decidir como os dados serão representados no BD (projeto físico e lógico); definir os controles de segurança e integridade; definir estratégias de reserva e recuperação; monitorar o desempenho das aplicações. Introdução a Banco de Dados 16
Evolução dos Bancos de Dados (Khoshafian 1995) Sistemas de arquivos BD modelo em rede BD hierárquico BD relacional Linguagens OO Modelos semânticos Objetos complexos Hipermídia Inteligência artificial BD OO Information retrieval BD inteligente Introdução a Banco de Dados 17
Bancos de Dados Relacionais Características marcantes simplicidade e uniformidade do modelo (tabelas com células atômicas) formalismo matemático (Álgebra, Cálculo Relacional e a Teoria dos Conjuntos) linguagem padronizada (SQL - Structured Query Language) Desvantagens gradativamente superadas em mais de 30 anos de pesquisa e desenvolvimento: desempenho falta de expressão semântica Introdução a Banco de Dados 18
Mercado de SGBDs Domínio total dos SGBDs relacionais (mais de 90% dos BDs corporativos) Principais fornecedores e produtos: Borland (Interbase, Paradox); Computer Associates (Ingres II); IBM (DB2 UDB) Informix; Microsoft (SQL Server e Access); Oracle; Progress; MySQL; PostgreSQL; Symantec (Sybase); Introdução a Banco de Dados 19
Contribuição da Orientação a Objetos 2 abordagens : SGBD OO puro : extensão de linguagem de programação OO (ex: C++ e Smalltalk) com persistência de objetos, característica de SGBD. SGBD relacional-objeto (ou universal ): Extensão de SGBD relacional com características OO (classes, herança e objetos complexos). Introdução a Banco de Dados 20
Exemplos de SGBDs OO e RO SGBDs OO: O2, ObjectStore, Gemstone, Poet, Versant, Objectivity/DB e Jasmine. SGBDs RO ou universais : UniSQL, Informix/US, Oracle8, DB2/UDB, etc. Introdução a Banco de Dados 21
Características dos SGBDs Relacionais-Objeto Tipos de dados extensíveis no contexto da SQL; Suporte a objetos complexos: tipos estruturados de objetos; conjuntos de objetos; referências (ponteiros) a outros objetos; Suporte ao princípio da herança, no contexto da SQL; Subsistema de regras de produção (ou do negócio); Introdução a Banco de Dados 22
Sistemas de Gerência de Banco de Dados Tradicionais dados SGBD Programa de Programa de aplicação Programa de BD de aplicação de BD aplicação de BD Inteligentes independência de dados dados e regras SGBD ativo ou dedutivo Programa de aplicação de BD independência de conhecimento Introdução a Banco de Dados 23
Banco de Dados Dedutivo Regras de dedução Exemplo: Se <premissa> Então <conclusão> regra: Se Humano(X) Então Mortal(X) dado (fato armazenado): Humano(Sócrates) fato deduzido: Mortal(Sócrates) Introdução a Banco de Dados 24
Banco de Dados Ativo Regras de ação: Quando <evento> Se <condição> Então <ação> Exemplo: Quando: Sempre que a quantidade em estoque do item X Se: Então: for modificada Quantidade em estoque < N (mínima) Emitir pedido de compra de N itens X Introdução a Banco de Dados 25
SGBDs dedutivos Exemplos somente protótipos de pesquisa, não existem produtos comerciais ainda. SGBDs ativos Sybase, Informix, Ingres, Oracle, DB2, Interbase e outros. Introdução a Banco de Dados 26
Implementação de regras ativas Triggers (gatilhos) e procedimentos armazenados CREATE TRIGGER controle_estoque_x AFTER UPDATE OF quantidade_em_estoque ON ITEM IF ITEM.nome = X AND :new.quantidade < N THEN emitir_pedido_compra ( X, N) Introdução a Banco de Dados 27
Evolução das tecnologias associadas a bancos de dados Bancos de dados centralizados; Arquitetura cliente-servidor com servidor de arquivos; Arquiteturas cliente-servidor com servidor de banco de dados: servidor de dados; servidores de dados e regras. Introdução a Banco de Dados 28
Bancos de Dados Centralizados (Década de 70) hardware + sistema operacional Programa de aplicação de BD terminais locais dados SGBD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação de BD modem terminais remotos Introdução a Banco de Dados 29
Redes de Microcomputadores (Década de 80) cabo da rede microcomputadores (estações de trabalho) cada vez mais poderosos Introdução a Banco de Dados 30
Arquitetura Cliente/Servidor com Servidor de Arquivos cabo da rede Servidor de Arquivos Programa + SGBD Programa + SGBD Servidor de Impressão Introdução a Banco de Dados 31
Arquitetura Cliente/Servidor com Servidor de Bancos de Dados SGBD cabo da rede Servidor de Banco de Dados Servidor de Arquivos Programa Programa Servidor de Impressão Introdução a Banco de Dados 32
Arquitetura cliente-servidor com servidor de dados dados SGBD Programa de Programa de aplicação de BD aplicação Aplicações de BD Banco de dados servidor Interface do usuário + lógica do negócio clientes Introdução a Banco de Dados 33
Arquitetura cliente-servidor com servidor de dados e funções Duas camadas ( two-tiers ) Dados + regras SGBD ativo Programa de Programa de aplicação de BD aplicação Aplicações de BD Banco de dados + parte da lógica do negócio Interface do usuário + parte da lógica do negócio servidor clientes Introdução a Banco de Dados 34
Arquitetura cliente-servidor com servidor de dados e funções Servidor de regras clientes regras SGBD ativo Programa de Programa de aplicação de BD aplicação Aplicações de BD Banco de regras dados SGBD Interface do usuário + parte da lógica do negócio Servidor de dados Banco de dados Três camadas ( three-tiers ) Introdução a Banco de Dados 35
Processo de Desenvolvimento de Sistemas de Informação Ciclo de vida de sistemas Definição; Projeto; Implementação; Testes; Carga /conversão de dados/programas; Implantação (incluindo treinamento); Produção (incluindo manutenção e monitoramento). Introdução a Banco de Dados 36
Mundo real?! dados e regras Programa de SGBD Programa aplicação Programa de de BD de aplicação de BD Introdução a Banco de Dados aplicação de BD 37
Mundo real Requisitos de Dados Coleta/Especificação de Requisitos Requisitos Funcionais Projeto Conceitual Análise Funcional Projeto Lógico Prototipação Projeto Funcional Projeto Físico Programação dados e regras Programa de SGBD Programa aplicação Programa de de BD de aplicação de BD Introdução a Banco de Dados aplicação de BD 38
Mundo real Requisitos de Dados Coleta/Especificação de Requisitos Requisitos Funcionais Projeto Conceitual Análise Funcional Projeto Lógico Ferramenta (CASE) Projeto Funcional Projeto Físico Programação dados e regras Programa de SGBD Programa aplicação Programa de de BD de aplicação de BD Introdução a Banco de Dados aplicação de BD 39
Mundo real Requisitos de Dados Coleta/Especificação de Requisitos Requisitos Funcionais Projeto Conceitual Análise Funcional Projeto Lógico Projeto Funcional Projeto Físico Linguagens visuais Programação dados e regras Programa de SGBD Programa aplicação Programa de de BD de aplicação de BD Introdução a Banco de Dados aplicação de BD 40
Ferramentas de Projeto (CASE) Modelagem: Modelo Entidade-Relacionamento; Modelos de processos; Modelos orientados a objeto; Geradores de código; Dicionário de dados; Engenharia reversa e avante. Obs: Ainda pouco usadas Introdução a Banco de Dados 41
Exemplos de Ferramentas CASE ERwin - BPwin (Logic Works) Rational Rose System Architect Oracle Designer 2000 WG-CASE (IBPI) TALISMAN (Staa) OR - Compass Introdução a Banco de Dados 42
Ferramentas de programação Linguagens Gráficas e Visuais; Construtores de formulários e relatórios; Programação baseada em eventos; Cada vez mais orientadas a objeto; Cada vez mais cliente /servidor; Suporte a várias plataformas; Obs: Cada vez mais usadas Introdução a Banco de Dados 43
Exemplos de ferramentas de desenvolvimento Visual Basic Delphi PowerBuilder C++ OOCOBOL Ferramentas próprias de SGBDs Ferramentas para aplicações Internet Introdução a Banco de Dados 44
Novas aplicações de banco de dados Sistemas de Informações Geográficas (SIG) Dados + regras SGBD com dados e funções espaciais Introdução a Banco de Dados 45
Sistema de informações executivas BD 1 aplicação aplicação DATA WAREHOUSE BD 2 Sistema de suporte à decisão BD 3 aplicação Introdução a Banco de Dados 46
Novas aplicações de banco de dados Aplicações pela WWW (ex: comércio eletrônico, B2B) BD SGBD SGBD BD SGBD BD Introdução a Banco de Dados 47
Novas aplicações de banco de dados Projetos do tipo Genoma; Bibliotecas digitais; Monitoramento de imagens de satélites; Etc. Introdução a Banco de Dados 48
Tópicos na área (SBBD) Adaptação de Tecnologias de Banco de Dados na Indústria Aplicações Industriais Avançadas de Banco de Dados Aplicações Financeiras, Governamentais e em Áreas Sociais Diversas Aplicações Médicas Aplicações envolvendo Bases de Conhecimento Aplicações de Mineração de Dados e Descoberta de Conhecimento Armazém de Dados (Data Warehousing) Autorização, Privacidade e Segurança de Dados Bancos de Dados Ativos Banco de Dados Auto-Gerenciados e Autônomos Bancos de Dados Científicos e Estatísticos Bancos de Dados Distribuídos, Paralelos e Peer-to-Peer Bancos de Dados Espaciais Bancos de Dados Multi-dimensionais e Temporais Bancos de Dados Móveis Bancos de Dados Multimídia Bancos de Dados Semi-estruturados e XML Bancos de Dados de Sensores e Processamento de Streams Bancos de Dados Textuais Bancos de Dados na Web Banco de Dados para Bio-Informática Banco de Dados Embutidos e para Computação Pessoal Bibliotecas Digitais e Gerenciamento de Documentos - Bibliotecas Digitais - Controle de Concorrência e Recuperação - Comércio Eletrônico e Banco de Dados - Computação Móvel - Descoberta de Conhecimento e Mineração de Dados - Desempenho e Benchmark - Experiências de uso de Tecnologias de Banco de Dados - Gerenciamento Ambiental - Gerenciamento de Dados em Empresas - Gerência de Meta-dados - Integração de Informações e Interoperabilidade - Linguagens de Consulta e Interfaces com Usuário - Mediadores e Plataformas para Gerenciamento de Dados - Métodos de Acesso e Indexação - Orientação a Objetos e Bancos de Dados - Processamento de Consultas e Otimização - Processos de Negócios - Projeto de Banco de Dados - Recuperação de Informação - Qualidade, Proveniência (Provenance) e Semântica de dados - Semântica de Dados - Serviços de Banco de Dados na Web - Sistemas de Informação Geográfica - Técnicas de Modelagem de Banco de Dados - Visualização de Dados - Workflow e Banco de Dados - Bases de Conhecimento 49
Conclusão Na Informática, TUDO ACABA EM BANCO DE DADOS! Introdução a Banco de Dados 50