Bases de Dados

Bases de Dados
• Objectivos:
– aprender a usar efectivamente um Sistema de Gestão de Bases de Dados, através:
• desenho da BDs <==> modelação (ER/EER/ODL)
• criação e manipulação da BDs => programação em SQL
• estrutura do SGBDs: ficheiros de indices, transacções, concorrência, recuperação,...
• Ênfase:
– Modelo relacional
– Modelação: modelos ER, EER e ODL.
– Implementação: SQL
• Aulas práticas: desenvolvimento de uma BD
–
–
–
–
modelação de uma BDs
Implementação em SQL em MS-SQLserver ou Oracle
Formulação de questões em SQL
Interfaces à BDs (formulários ou relatórios em Access)
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1
BDs: Avaliação e Bibliografia
• Avaliação:
– trabalhos práticos (obrigatórios para obter frequência -- mínimo 40%): 4/5 valores
– exame final: 16/15 valores (nota mínima: 6 valores)
• Bibliografia:
– Elmasri and Navathe, Fundamentals of Database Systems, 3rd. Ed., AddisonWesley, 1999.
– J. Ullman and J. Widom, A first course in Database Systems, Prentice-Hall, 1997
– Korth and Silberschatz, Database Systems Concepts, 3rd. Ed.,McGraw-Hill, 1996
• Encomendar livros pela Internet:
– www.bookpool.com
– www.amazon.co.uk ou www.amazon.com
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2
Bases de Dados (definição)
• Conjunto dados que se relacionam entre si
• Dados: representam factos da vida real que podem ser guardados
–
–
–
–
Contactos: nomes, endereços, telefones, ...
Escola: alunos, professores, disciplinas, turmas, horário, ...
Banco: cliente, conta, dependência, ...
Clube vídeo: loja, filme, fornecedor, empregado, sócio, ...
• Vantagens:
– organização de grandes volumes de informação
– uso de programas que facilitam a definição, criação, e manipulação da BDs,
i.e. Sistemas de Gestão de Bases de Dados (SGBDs):
Oracle, Sybase, DB2, SQL-server (Access), Adabas, Ingres, ...
• Sistema de BDs = BDs + SGDBs
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3
Exemplo de BDs
Filme( título, ano, duração, tipo)
Actor( nome, endereço,)
Participa( nomeA,títuloF)
nome
Actor
endereço
Harrison Ford
789 Palm Dr, Beverly Hills
Judy Foster
300 Stars Av., Beverly Hills
Participa
Filme
título
A Testemunha
O Silêncio dos
Inocentes
ano
1987
1992
duração
tipo
120
côr
130
côr
nome
Harrison Ford
Judy Foster
títuloF
A Testemunha
O Silêncio dos Inocentes
Har rison Ford Guerra das Estrelas
• Quais os filmes em que Harrison Ford participou? Ordene os filmes por ano de estreia.
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4
Exemplo de BDs
Alunos
codAluno nomeAluno
95001 Catarina
96005 Carlos
curso
CC
MAT
Disciplinas
codDisc
BD
AL
nomeDisc
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Analise de Dados
creditos depart.
4 CC
4 MA
Funcionamento
codDisc sem anoLic anoLec prof
BD
1
3
1999 F. Silva
IA
2
3
1999 M. Filgueiras
Classificações
codAluno codDisc nota
95001 BD
14
96005 BD
14
• Listar as disciplinas frequentadas e classificações obtidas pelo aluno Carlos.
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5
Desenvolvimento de BDs
• Consultar e actualizar informação da BDs
– Em que filmes participou o actor Harrison Ford?
– Quantos filmes foram produzidos em 1992?
• Definir utilizadores da BDs e permissões de acesso (administração)
• Desenvolver ecrãs gráficos para operações mais comuns
– bancos: ecrãs específicos para os caixas no atendimento a clientes
• Criar relatórios específicos
– extracto de conta
• Tornar parte da BDs acessível via Internet?
– Cada vez mais importante: compra de livros pela Internet, ...
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6
Características de uma abordagem de BDs
• Independência dos dados
–
o catálogo do sistema tem a descrição da BDs (meta-dados):
• estrutura de cada ficheiro usado para a BDs
• tipo e formato de cada item de dados
• restrições várias sobe os dados
– permite que o software do SGBDs seja independente da BD em vista.
• Separação entre dados e programas (abstração)
– num sistema tradicional de ficheiros, a estrutura do ficheiro de dados está
inserida nos programas que manipulam esses ficheiros
• dificuldades em alterar a organização dos dados
– numa BDs, a estrutura dos ficheiros está no catálogo do SGBDs e portanto
separada dos programas de acesso
• conduz a independência dados/programa (propriedade: abstracção dos dados)
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7
Características de uma abordagem de BDs (cont.)
• Suporte de visões múltiplas dos dados
–
permite fornecer diferentes perspectivas (ou visões) dos dados para diferentes
utilizadores.
– Visão:
• pode ser um subconjunto da BDs ou
• pode conter dados virtuais que são derivados de ficheiros da BDs mas que não são
explicitamente guardados.
• Exemplo: performance dos alunos de um curso (ordem alfabética de aluno).
Performance
nomeAluno
Catarina
Catarina
Pedro
Pedro
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nomeDisc nota sem anoLec
EDA
12
1 98/99
SO
13
2 98/99
SO
14
2 98/99
IG
15
2 98/99
8
Características de uma abordagem de BDs (cont.)
• Partilha de dados
–
acesso multi-utilizador à BDs => SGBDs tem de controlar concorrência para
garantir consistência e correcção nas actualizações da BDs
– exemplo:
• vários agentes de viagens a tentarem reservar um lugar num determinado voo.
• O SGBDs tem de garantir que um determinado lugar só pode ser acedido para reserva
por apenas um agente.
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Capacidades desejáveis para um bom SGBDs
• Controlar redundância
• Restrição de acesso não autorizado
– passwords, diferentes níveis de acesso, acesso restricto a software com previlégios
• Providenciar múltiplas Interfaces com utilizador
• Garantir a satisfação de restrições de integridade
• Providenciar Mecanismos de Backup e Recuperação
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10
Desenho/Modelação de Bases de Dados
• Porquê a fase de modelação?
–
Acordar numa estrutura da BDs antes de enveredar por uma determinada
implementação.
– Simplifica eventuais correcções a fazer, facilita o entendimento dos dados por
parte de não-especialistas, simplifica implementação, ...
• Envolve determinar:
–
–
–
–
Quais as entidades a modelar
Como é que se relacionam as entidades
Que restrições existem no domínio
Como conseguir um bom modelo de dados
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Fases no Desenho de BDs
Problema
Requisitos/Análise
1ª. Fase:
• entrevistas com potenciais utilizadores da BDs
• compreender e documentar os seus requisitos
• produzir um conjunto de requisitos o mais detalhado
e completo possível
Requisitos da BDs
Desenho conceptual
Esquema conceptual
(modelo de Alto-Nível)
Desenho lógico
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2ª. Fase:
• definir um esquema conceptual da BDs que inclua
descrição das entidades da BD, relacionamentos
entre entidades e restrições
• evitar detalhes de implementação
Independente do SGBDs
12
Fases no Desenho de BDs (cont.)
Desenho lógico
(Mapeamento do Modelo de Dados)
Esquema da BDs
(especifico de SGBDs)
Dependente do SGBDs
3ª. Fase:
• implementação da BDs usando um SGBDs comercial
Desenho físico
Esquema interno
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4ª. Fase:
• estruturas em memória e organização dos ficheiros
da BDs
• ficheiros de indices
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Formalismos de modelação de BDs
• Modelo E/R - Entidades/Relacionamentos:
– mais próximo do relacional
– pode ser enriquecido para integrar conceitos de objectos: modelo EER
• Modelo ODL - Object-Definition Language
– mais no espirito de modelos orientados a objectos
• Ambos modelos podem ser traduzidos (semi-automaticamente) para
esquemas relacionais.
• ODL traduz-se mais naturalmente num esquema orientado-a-objectos
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14
Modelo Entidade-Relacionamento
• Entidades:
– objecto ou conceito do mundo real com uma existência independente
– com existência física, e.g. carro, empregado, produto, aluno, etc.
– com existência conceptual: uma empresa, uma profissão, um curso, etc.
• Atributos:
– propriedades que caracterizam (e estão associadas) uma entidade
• atributos de Pessoa: nome, sexo, data nascimento, morada, etc.
• Relacionamentos
– representam interacções entre 2 ou mais entidades
trabalha(empregado, departamento)
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Modelo ER: Atributos
• Valores dos atributos = Informação da BD
• Domínios de atributos
– conj. de valores que podem ser atribuídos a um atributo de uma entidade.
• Tipos de atributos:
– atributo simples ou atómico: não é divisível.
– atributo composto: divisível em atributos simples com significado independente
• o atributo Endereço da entidade PESSOA pode ser decomposto em: Rua, Cidade e
CódigoPostal.
– atributo de valor único: têm apenas um valor para uma determinada entidade
– atributo de valores-múltiplos: pode tomar 1 ou mais valores de um conjunto de
valores para a mesma entidade.
• entidade CARRO, atributo Cor-do-carro (vermelho, branco, cinza, …)
• entidade PESSOA, atributo TítuloAcadémico ( licenciado, mestre, doutor,…)
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Modelo ER: Atributos (cont.)
• Tipos de atributos:
– atributo derivado: pode ser derivado de outro atributo.
• Idade pode ser derivado de DataNascimento
– atributo com valor nulo (NULL)
• quando o atributo não é aplicável a uma determinada entidade.
• Ex: o atributo TítulosAcadémicos só se aplica a pessoas com curso superior, sendo
nulo para as restantes.
• Interpretações para o valor NULL:
– o atributo não se aplica;
– o valor do atributo não é conhecido ou está em falta.
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Modelo ER: Entidade Tipo
• Entidade Tipo:
– determina o esquema para um conjunto de entidades que partilham a mesma
estrutura (atributos).
– caracteriza-se por um nome e uma lista de atributos.
Esquema da entidade-tipo EMPREGADO:
EMPREGADO(Nome, Idade, Salário)
• Atributo chave de uma entidade-tipo:
– é o atributo que identifica de forma únivoca cada entidade.
• deve aparecer sublinhado.
Ex:
EMPRESA( Nome, Endereço, Presidente)
PESSOA( Nome, NumBI, DataNasc, Endereço, …)
– pode ser constituído por mais do que um atributo simples.
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Requisitos de uma BDs de uma Empresa
•
Uma empresa está dividida em departamentos. Cada departamento tem um nome, um número e
um gerente. Inclui ainda a data em que o gerente começou a gerir o departamento. O
departamento pode ter várias localizações.
•
Um departamento controla um determinado número de projectos. Cada projecto tem um nome,
um número e uma localização única.
•
Para cada empregado, guardar o nome, o número do BI, endereç, salário, sexo e data de
nascimento.
Um empregado pertence a um departamento, mas pode trabalhar em vários projectos, que não
são necessáriamente controlados pelo mesmo departamento.
Tomar nota do número de horas por semana que um empregado trabalha num dado projecto.
Tomar nota do supervisor directo de cada empregado.
•
Tomar nota do número de dependentes de cada empregado para efeitos de seguro. Para cada
dependente, guardar o nome, sexo, data de nascimento e grau de parentesco para o empregado.
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Construção do modelo ER para a BD-Empresa
• Identificar entidades-tipo e atributos:
1. DEPARTAMENTO( Nome, Num, {Local}, Gerente, GerData)
atributos com valores múltiplos: Local
2. PROJECTO( Nome, Num, {Localização}, DepCtl)
3. EMPREGADO( Nome(P,U), NumBI, Sexo, Endereço,Salário,Dnasc,
Dept, Super)
4. DEPENDENTE( Empregado, DNome, Sexo, Dnasc, GrauPar)
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Construção do modelo ER para a BD-Empresa
Falta representar:
– 1 empregado trabalha em N projectos
– num. de horas que cada empregado trabalha em cada projecto Identificar
entidades-tipo e atributos:
• Podemos representar esta info como:
– atributo-composto-multivalor da entidade Empregado
TrabalhaEm( Projecto, Horas)
– atributo-composto-multivalor da entidade Projecto:
Trabalhadores( Empregado, Horas)
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Relacionamentos
Falta representar (entre outros):
“um Departamento tem um Director que o dirige; um Director é um empregado”
Dirige( Departamento, Empregado)
• O esquema Dirige traduz um relacionamento entre 2 entidades,
Departamento e Empregado.
• No modelo ER, uma entidade não pode referenciar directamente outra
entidade; tal necessidade traduz-se na definição de um relacionamento.
• Outros relacionamentos:
TrabalhaPara(Empregado,Departamento)
Controla(Departamento,Projecto)
DependeDe(Dependente,Empregado)
Supervisiona(Empregado,Empregado)
TrabalhaEm(Empregado,Projecto,Horas)
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Esquema da BDs
Com a definição dos relacionamentos, algunds dos atributos são redundantes pelo que
não devem ser incluídos no esquema. O esquema consiste:
•
Entidades:
DEPARTAMENTO( Nome, Num, {Local}, )
PROJECTO( Nome, Num, {Localização} )
EMPREGADO( Nome(P,U), NumBI, Sexo, Endereço,Salário,Dnasc)
DEPENDENTE( DNome, Sexo, Dnasc, GrauPar)
•
Relacionamentos:
trabalhaPara(Empregado,Departamento) dependeDe(Dependente,Empregado)
•
controla(Departamento,Projecto)
dirige(Empregado,Departamento, GerData)
supervisiona(Empregado,Empregado)
trabalhaEm(Empregado,Projecto,Horas)
Falta analisar o tipo de participação das entidades no relacionamentos.
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Relacionamentos (Grau e Atributos)
•
Grau de um relacionamento:
– número de entidades no relacionamento.
–
Ex. de um relacionamento ternário:
fornece(Fornecedor, Produto, Projecto)
•
Relacionamentos com atributos.
Horas é um atributo do relacionamento
trabalhaEm(Empregado, Projecto, Horas)
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Relacionamentos (Restrições)
•
Restrições nos relacionamentos:
– permitem limitar as combinações possíveis entre entidades partic ipantes
– Ex: um empregado trabalha para apenas um departamento.
•
Tipos de Restrições:
– Cardinalidade dos Relacionamenos:
• tipo de participação das entidades no relacionamento
• 1 : N -- um para-muitos
trabalhaPara(Empregado, Departamento)
• M : N -- muitos-para -muitos
trabalhaEm(Empregado, Projecto, Horas)
• 1 : 1 -- um-para-muitos
dirige(Empregado, Departamento)
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Restrições nos Relacionamentos (cont.)
– Tipo de participação:
• especifica se a existência de uma instância de entidade depende do seu relacionamento com
outra entidade, via esse relacionamento.
• Participação total (dependência existêncial)
– quando todas as instâncias de uma entidade estão relacionadas com alguma instância
de uma outra entidade participante no relacionamento.
trabalhaPara(Empregado, Departamento)
• Participação parcial
– quando não se espera que todas as instâncias de uma entidade participem no
relacionamento.
dirige(Empregado, Departamento)
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Entidades Fracas
•
Entidade Fraca:
– é identificada pelo seu relacionamento (relacionamento identific ador) com
determinadas entidades (entidade identificadora)
– tem sempre participação total (dependência existêncial) em relação ao
relacionamento-identificador.
– Possui uma chave-parcial, que é o conjunto de atributos que univocamente
determinam a entidade fraca relacionada com a mesma entidade-identificadora.
– Ex: dependenDe(Dependente, Empregado)
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Modelo ER para a BDs sobre uma Empresa
• Entidades-tipo:
DEPARTAMENTO( Nome, Num, {Local}, )
PROJECTO( Nome, Num, Local )
EMPREGADO( Nome(P,U), NumBI, Sexo, Endereço, Salário, Dnasc )
DEPENDENTE( DNome, Sexo, Dnasc, GrauPar )
• Relacionamentos:
trabalhaPara(Empregado,Departamento)
N:1
total/total
dependeDe(Dependente,Empregado)
N:1
total/parcial
controla(Departamento,Projecto)
1:N
parcial/total
dirige(Empregado,Departamento, GerData)
1:1
parcial/parcial
supervisiona(Empregado,Empregado)
1:N
parcial/parcial
M:N
total/total
Supervisor
Supervisionado
trabalhaEm(Empregado,Projecto,Horas)
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Diagramas ER
•
Ênfase na representação dos esquemas em vez de instâncias de entidades e
relacionamentos.
•
Notação para os diagramas:
Entidade-Tipo
Entidade-Fraca
Relacionamento
Atributo
Atributo-Chave
Atributo-Multivalor
Atributo-Derivado
Atributo-Composto
Relacionamentoidentificador
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Diagramas ER (cont.)
E1
E1
R
1
E2
N
R
R
E2
E
(min,max)
Participação-total de E2
em R
1:N
Restrição-estrutural
da participaçaõ de E em R
• Uma entidade E participa num relacionamento R com restrição (min,max) em que
0 ² min ² max e max ³ 0, se para cada entidade e 5 E, e participa pelo menos
min e
no máximo max instâncias do relacionamento R.
min = 0 -- participação parcial
max > 0 -- participação total
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Exemplo Restrição-Estrutural
• No diagrama:
– um empregado trabalha para um departamento
– Num departamento trabalham pelo menos 4 empregados
Empregado
(1,1)
(4,N)
trabalhaPara
Departamento
• Nomes para as entidades-tipo, atributos e relacionamentos deve ser feita com
critério:
– entidades - nomes singular
– atributos - nomes
– relacionamentos - nomes ou verbos de forma a facilitar a leitura da esquerda para
a direita
Bases de Dados
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O Modelo EER (ER Extendido)
• BDs recentes (Multimédia, GIS, CAD/CAM,…) requerem novos conceitos
semânticos de modelação:
– subclasse, superclasse, especialização e generalização, herança de atributos, etc.
• Subclasses e Superclasses
– uma subclasse corresponde a um sub-conjunto de entidades com alguma
característica comum e pertencentes à mesma entidade-tipo
– superclasse corresponde à entidade-tipo que aglutina os vários sub-conjuntos de
entidades, i.e. subclasses.
– Ex:
superclasse
subclasses
Bases de Dados
Secretárias
Empregado
Engenheiros
Técnicos
Directores
32
O Modelo EER (Relacionamento ISA)
• O relacionamento ISA (ou superclasse/subclasse) caracteriza a ligação entre
as subclasses e a respectiva superclasse
Director
isa
Empregado
Secretária
isa
Empregado
Técnico
isa
Empregado
– uma entidade membro de uma subclasse representa a mesma entidade-física de
um membro da superclasse, apenas os “papeis” são diferentes.
– Ex. A entidade Director de nome X é a mesma entidade X de Empregado;
Bases de Dados
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EER: Herança de Atributos
• As subclasses herdam todos os atributos da sua superclasse
• uma subclasse com todos os atributos que herda da superclasse, é uma
entidade-tipo.
• Porquê a divisão em subclasses?
– Certos atributos aplicam-se a apenas algumas instâncias da superclasse
– Alguns relacionamentos podem ter participação de apenas alguns membros de
uma subclasse
Bases de Dados
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EER: Especialização
• Especialização
– é o processo de de definição do conjunto das subclasses de uma entidade-tipo
(superclasse da especialização)
– e.g. {Secretária, Engenheiro, Técnico} especializa Empregado com
base no tipo de trabalho.
– podemos ter várias especializações da mesma entidade-tipo com base em
diferentes características.
– Podemos associar atributos específicos (extra) a cada subclasse
– estabelecer relacionamentos-tipo específicos entre uma subclasse e outras
entidades-tipo ou outras subclasses
Bases de Dados
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Diagrama EER
Nome
• 3 especializações de Empregado
Empregado
NumBI
d
d
EmpPrazo
Director
EmpEfectivo
Escalão
Secretária
Técnico
Engenheiro
Salário
Salário
Efiliado
dirige
Qualificação
EngTipo
VelEscrita
Sindicato
Projecto
Bases de Dados
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EER: Generalização
• Generalização: processo funcionalmente inverso da especialização.
– eliminam-se as diferenças entre várias entidades-tipo, identificam-se as
caracteristicas comuns que passarão a caracterizar uma nova superclasse da qual
as entidades-tipo originais são subclasses especiais.
Carro(Matricula, Nreg, Npass, VelMax, Preço)
Camião(Matricula, Nreg, Neixos, Tonelagem, Preço)
generalizando temos:
Nreg
Veículo
Matricula
Preço
d
Carro
Camião
Tonelagem
Npass
Bases de Dados
VelMax
Neixos
37
Tipos de Especialização/Generalização
• Especialização definida-por-atributo
– quando a divisão em subclasses se basei numa condição de membro
– e.g. condição tipoTrabalho=“secretária” determina quais dos empregados vão
pertencer à subclasse Secretária.
• Especialização definida-por-utilizador
– quando não existe a condição.
• Especialização disjunta
d
– quando as subclasses são disjuntas, i.e. cada entidade pode ser membro de no
máximo uma subclasse de especialização.
• Especialização com sobreposição
o
– quando a mesma entidade pode pertencer a mais do que uma subclasse, e.g. a
superclasse Pessoa pode decompor-se em subclasses Empregado, Estudante ,
Licenciado (e.g. um assistente é um empregado da universidade, é licenciado e
é aluno de doutoramento)
Bases de Dados
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Tipos de Especialização/Generalização (cont.)
• Especialização Total (linhas duplas nos diagramas)
– quando toda a entidade de uma superclasse tem de ser membro de alguma subclasse.
– e.g. especialização {EmpEfectivo, EmpPrazo} de Empregado . Todos
empregados estão numa das subclasses.
• Especialização Parcial (linha simples nos diagramas)
– permite que uma entidade não pertença a qualquer das subclasses.
• Temos assim 4 tipos de especialização:
– disjunta total; disjunta parcial; sobreposição total; sobreposiçaõ parcial
– o tipo de especialização é determinado a partir do significado na vida real
• A generalização de uma superclasse é habitualmente total
– contém as entidades das subclasses de onde foi derivada.
Bases de Dados
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Desenho de BDs
SGBD O-O
ODL
(object definition lang.)
Relações
Ideias
(info a modelar)
ER/EER
(entidade/relacionamento)
Conceptualização
•
SGBD Relacional
Implementação
A modelação visa definir a estrutura da BDs antes da sua implementação, de forma a
permitir a sua compreensão por parte dos utilizadores.
Bases de Dados
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Modelo Relacional
• Introduzido por Codd (1970)
• Base de Dados = Conjunto de relações
• Relação <==> Tabela
Filme (Título, Ano, Duração, Tipo)
Esquema
atributos
Filme
tabela
Título
Ano
Zorro
1998
Guerra das Estrelas 1977
Mighty Ducks
Bases de Dados
1991
Duração
Tipo
120
124
104
cor
cor
cor
tuplo
41
Esquema Relacional de uma BDs
Empregado(Pnome,Unome,EBI,Dnasc,Morada,Sexo,Salário,SuperBI,Ndep)
Departamento(Dnome,Dnum, DirBI, DirData)
Locais_Dep(Dnum,Dlocal)
Projecto(Pnome,Pnum,Plocal)
TrabalhaEm(EBI,Pnum,Horas)
Dependente(EBI,Nome,Sexo,Dnasc,GrauParentesco)
Bases de Dados
42
Modelo Relacional: conceitos
• Domínio:
– conjunto de valores de um dado tipo que caracterizam um atributo
• Tuplos:
– sequência ordenada de valores (ordem da sequência é importante)
– tuplos de uma relação (ou tabela) não têm ordem
– os valores das componentes de um tuplo são atómicos
• no relacional não pode haver atributos compostos ou multivalor
• Chave de uma relação R
– identifica de forma única os tuplos de R
– conjunto mínimo de atributos de R, t.q. não existem 2 tuplos distintos de R com
valores iguais nesses atributos.
– Uma relação pode ter várias chaves candidatas
• chave primária; chaves alternativas
Bases de Dados
43
Restrições Intrínsecas do Relacional
• Integridade de entidade
– os valores da chave-primária não podem ser nulos
• Unicidade da chave
– não podem existir 2 tuplos diferentes com valores iguais na chave
• Chave externa
– conjunto de atributos de uma relação que referenciam a chave de outra relação
• Integridade referêncial
– um tuplo de uma relação que se refira a uma outra relação, tem de se referir a um
tuplo existente nessa relação
• garante consistência entre tuplos de 2 relações
• e.g. os tuplos correspondentes ao empregado-supervisor com EBI 3456789 e ao
departamento número 5 têm de existir, dado o seguinte empregado:
Empregado(João,Pinto,7654321,19975-03-04,R. das Fontainhas,M,250000,3456789,5)
Bases de Dados
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Interpretação de uma relação
• Relações uniformizam a representação de factos sobre entidades e
relacionamentos
• Um esquema de uma relação deve ser visto como uma declaração
• Esquema de BD relacional = conjunto de esquemas relacionais +
conjunto de restrições de integridade
• Operações no modelo relacional:
– actualizações: inserir, remover e modificar
– consultas: álgebra relacional
Bases de Dados
45
Operação inserir
• Permite inserir um ou mais tuplos numa tabela
• pode violar qualquer dos 4 tipos de restrições:
–
–
–
–
domínio: se um dos valores não pertencer ao domínio
chave: o valor da chave do novo tuplo já existe num outro tuplo da tabela
integridade de entidade: se o valor da chave do novo tuplo for null
integridade referêncial: se o valor de uma chave externa referir um tuplo não
existente.
• Se uma das restrições for violada, opta-se por:
– rejeitar a inserção (com aviso ao utilizador)
– ou, tentar corrigir a razão para a rejeição ocorrer.
Bases de Dados
46
Operação remover
• remove tuplos de valores de uma tabela
• pode violar apenas a integridade referêncial:
– no caso de o tuplo a remover for referenciado por uma das chaves-externas de
outro tuplo naBDs.
• Requer uma condição sobre os atributos de forma a selecionar o tuplo ou
tuplos a serem removidos
– remover todos os empregados do departamento 10.
• Caso ocorra violação, opta-se por:
– rejeitar a operação, ou
– procurar propagar a operação e remover todos os tuplos que referenciam o que
está a ser removido, ou
– alterar para null os valores dos atributos dos tuplos que referenciam o que está a
ser removido
• Operação modificar = remover+inserir (regras destas operações)
Bases de Dados
47
Conversão do Modelo ER para o Modelo Relacional
• Passo 1:
entidade-tipo
relação
– atributos simples da entidade
– atributos compostos
– chave da entidade
Sexo
atributos da relação
atributos individuais na relação
chave da relação
...
Pnome
EBI
Nome
Empregado
Empregado
Bases de Dados
Pnome
Unome
EBI
Sexo
Unome
...
48
ER
• Passo 2:
entidade-fraca
Relacional
relação
– Seja W uma entidade-fraca e E a entidade-identificadora de W:
– Criar uma relação R em que:
• atributos simples de W
• chave-principal de E e chave-parcial de W
EBI
Empregado
atributos de R
chave-principal de R
dependeDe
Dependente
Nome
...
...
Chave-externa
Dependente
Bases de Dados
EBI
Nome
Sexo
...
49
ER
• Passo 3:
Relacional
relacionamento binário 1:1 R(E1,E2)
– Sejam S e T as relações correspondentes às entidade E1 e E2, respectivamente.
– Escolhes-se uma das relações, e.g. S (a que corresponde à entidade com
participação total em R) e:
• incluir como chave externa em S a chave-principal de T
• incluir todos atributos simples do relacionamento R na relação S
EBI
Empregado
dirige
(0,1)
Departamento
Dnum
(1,1)
...
DirData
Chave-externa
Departamento Dnome
Bases de Dados
Dnum
DirBI
DirData
50
ER
• Passo 4:
Relacional
relacionamento binário 1:N R(E1,E2)
– Sejam S e T as relações correspondentes às entidade E1 e E2, respectivamente.
– Escolhes-se a relação que corresponde à entidade participante do lado N em R,
suponha-se que é S:
• incluir como chave externa em S a chave-principal de T
• incluir todos atributos simples do relacionamento R na relação S
EBI
Empregado
Departamento
trabalhaPara
Dnum
1
N
...
Chave-externa
Empregado
Bases de Dados
Pnome
...
EBI
... DNum
51
ER
• Passo 4:
Relacional
relacionamento binário M:N R(E1,E2)
– Criar uma nova relação S para representar o relacionamento R.
• incluir como chave externa em S as chaves-principais das relações que representam as
entidades E1 e E2 participantes em R
• o conjunto das chaves-externas formará a chave-principal de S
• incluir todos atributos simples do relacionamento R na relação S
EBI
Empregado
Projecto
trabalhaEm
Pnum
N
M
...
Horas
trabalhaEm
Bases de Dados
EBI
Pnum
chaves-externas
e
chave-principal
Horas
52
ER
• Passo 5:
Relacional
relacionamento binário M:N R(E1,E2)
– Criar uma nova relação S para representar o relacionamento R.
• incluir como chave externa em S as chaves-principais das relações que representam as
entidades E1 e E2 participantes em R
• o conjunto das chaves-externas formará a chave-principal de S
• incluir todos atributos simples do relacionamento R na relação S
EBI
Empregado
Projecto
trabalhaEm
Pnum
N
M
...
Horas
Nota: os relacionamentos 1:1 e 1:N
também podem ser transformados de
acordo com o passo 5.
Bases de Dados
trabalhaEm
EBI
Pnum
chaves-externas
e
chave-principal
Horas
53
ER
• Passo 6:
Relacional
atributos-multivalor
– Para cada atributo A multivalor, cria-se uma nova relação S que
• inclui o atributo de A mais a chave-principal, K, da relação que representa a entidade
ou relacionamento que tem A como atributo multivalor.
• A chave-principal de S será acombinação de A e K.
Dnum
Departamento
Dlocal
Ex: um departamento pode ter
várias localizações.
...
Locais_Dep
Dnum
Dlocal
Nota: os passos de 1 a 6 seriam suficientes
para converter o esquema-ER da pag. 28 no
esquema-relacional da pag. 44 (BDs Empresa).
Bases de Dados
54
ER
• Passo 7:
Relacional
relacionamentos com aridade superior a 2 (mais de 2 entidades)
– Para cada relacionamento R com aridade n>2, criar uma nova relação S:
• incluir como chaves-externas em S, as chaves-principais das relações que representam
as entidades participantes.
• A chave-principal de S será o conjunto de todas as chaves-externas.
• Incluir como atributos de S, todos os atributos do relacionamento R.
Fnome
Fornecedor
fornecimento
Projecto
Qtd
Pnum
Produto
Fornecimento
Bases de Dados
Fnome
Pnome
Pnum
Pnome
Qtd
55
Exercício de modelação
Os STCP pretendem construir uma base de dados sobre os percursos dos
seus autocarros. A base de dados deve guardar informação relativa aos
autocarros, como sejam a matrícula, a data de entrada em serviço, o número
de quilómetros, a data da próxima revisão e o tipo (marca/modelo) de
autocarro. Cada tipo de autocarro tem uma marca, um modelo, um número
de lugares sentados e um número de lugares de pé. A base de dados deve
guardar
também
informação
relativa
aos
percursos.
Um
percurso
é
identificado por um número (e.g. 78, 35) e tem uma distância total em
quilómetros. Os percursos percorrem paragens. As paragens têm um
número identificador, um nome, e uma localização decomposta em local,
rua e número. Existem limitações aos percursos que um determinado tipo
de autocarro pode fazer, inerentes às suas dimensões. Estas limitações
devem ficar registadas na base de dados. Existe um percurso especial
para quando um autocarro mais o respectivo condutor são alugados, e
este percurso não percorre paragens. Deve ser guardada também informação
relativa aos condutores, como sejam o número de BI, o nome, a morada, a
data de entrada em serviço e os percursos que cada condutor está habilitado
a fazer (um condutor pode estar habilitado a fazer vários percursos).
Na base de dados deve ficar registada também informação operacional
diária, correspondente ao registo de saídas. Existem três turnos de
saída, 6h, 14h e 22h. Um autocarro e um condutor fazem no máximo uma
saída por dia, podendo não fazer nenhuma. A informação do registo de
saída inclui a data, o turno, o condutor, o autocarro e o percurso
atribuído.
Bases de Dados
56
Exercício de modelação (cont.)
• Desenhe um diagrama-ER ou EER para a base de dados descrita acima
indicando as chaves das entidades, a cardinalidade dos
relacionamentos e o tipo de participações.
• Converta o diagrama da alínea anterior para o modelo relacional justificando
os passos que efectua na conversão.
• Diga se o seu modelo relacional consegue responder à questão
``Na data 24/12/00 no turno das 22h quantos autocarros fizeram o
percurso 78?''. Justifique.
Bases de Dados
57
EER
Relacional
• Passo 8: Converter cada especializaçao com m subclasses (S1,…,Sm) e
superclasse (generalizada) C, onde os atributos de C sao (k,a1,…,an) em que
k é a chave primária, para relaçoes usando uma das seguintes 4 opçoes:
– 8a – Criar uma relaçao L para C com atributos atrib(L) = (k, a1,…,an) e cp(L) =
k. Criar uma relaçao Li para cada subclasse Si, 1<=i<=m, com atributos
atrib(Li)=(k) + (atributos de Si) e cp(Li) = k.
– 8b - Criar uma relaçao Li para cada subclasse Si, 1<=i<=m, com atributos
atrib(Li)=(atributos de Si) + (k,a1,…,an) e cp(Li) = k.
– 8 c - Criar uma única relaçao L com atributos atrib(L) = (k, a1,…,an) + (atributos
de S1) + … + (atributos de Sm) + (t) e cp(L) = k. Esta opçao é para uma
especializaçao com subclasses disjuntas, e t é um atributo de tipo que indica a
subclasse a que cada tuplo pertence, se alguma.
– 8d - Criar uma única relaçao L com atributos atrib(L) = (k, a1,…,an) + (atributos
de S1) + … + (atributos de Sm) + (t1, …, tm) e cp(L) = k. Esta opçao é para uma
especializaçao com subclasses sobrepostas, e cada ti, 1<=i<=m, é um atributo
booleano que indica se um tuplo pertence à subclasse Si.
Bases de Dados
58
“Boas” relações: como?
• o significado do esquema da relação deve ser simples de explicar
– não combinar os atributos de várias entidades e relacionamentos numa única
relação
• evitar relações que permitam o aparecimento de anomalias de inserção:
Emp_Dep(Enome, EBI, Dnasc, Morada, Dnum, Dnome, DirDep)
• inserir um tuplo de um novo empregado, teremos de incluir valores sobre o
departamento onde trabalha. Quando adicionamos info sobre o departamento, temos
de ser consistentes com os valores adicionados sobre o mesmo departamento para
outros empregados
• evitar ter atributos numa relação cujo valor pode ser nulo, pois nem sempre
se sabe qual a interpretação a aplicar.
• conceber relações que possam ser combinadas por uma operação de junção
com base numa condição de igualdade em atributos que são chavesprincipais ou chaves-externas (evita-se gerar tuplos que não deviam existir -spurious tuples)
Bases de Dados
59
SQL - Structured Query Language
l
SQL é uma linguagem declarativa que permite:
u
definir a BDs (é uma DDL),
u
questionar e actualizar a BDs (é uma DML),
u
definir visões diferentes da BDs para diferentes utilizadores,
u
criar indices sobre ficheiros de forma a tornar o acesso mais rápido
SQL1 - 1a versão ANSI definida em 1986.
l SQL2 - (ou SQL92) 2a versão ANSI definida em 1992.
l SQL3 - está para breve
l Base de dados que servirá de exemplo:
l
Filme(titulo,ano,comp, tipo, nomeEstúdio, produtorC#)
Actua(tituloFilme, anoFilme, nomeActor)
Actor(nome,endereço, sexo, dataNasc)
Executivo(nome, endereço, cert#, salário)
Estúdio(nome, endereço, presC#)
Bases de Dados
60
Resumo da sintaxe do SQL
CREATE TABLE <nome_tabela> (
<nome_coluna> <tipo_valores> [<atributos_restrictivos>],
...
[<restrições_tabela>, ...] )
DROP TABLE <nome_tabela>
ALTER TABLE <nome_tabela> ADD <nome_coluna> <tipo_valores>
INSERT INTO <nome_tabela>[(<nome_coluna>,...)]
(VALUES (<valor_constante>,...,<valor_constante>) | <consulta_selecção>)
DELETE FROM <nome_tabela> [WHERE <condição_selecção>]
UPDATE <nome_tabela> SET <nome_coluna>=<valor_expressão>,... | [WHERE <condição_selecção>]
CREATE VIEW <nome_visão>[(<nome_coluna>,...)] AS <consulta_seleção>
DROP VIEW <nome_visão>
Bases de Dados
61
Resumo da sintaxe do SQL (2)
SELECT [DISTINCT] <lista_atributos> (
FROM (<nome_tabela> {<alias>} | <op_junção>)
[WHERE <condição>]
[GROUP BY <atributos_agrupamento> [HAVING <condição_agrupamento>] ]
[ORDER BY <nome_coluna> [<ordem>], ...]
<ordem> = (ASC | DESC)
<lista_atributos> = (*|( <nome_coluna> | <função>(([DISTINCT]<nome_coluna]... | *)
Bases de Dados
62
Restrições e Triggers em SQL
•
Elemento activo: (expressão ou comando) escrito uma vez, guardado na BDs, e
espera-se que seja executado quando determinados eventos ocorrerem.
•
em SQL2 temos várias formas de indicar restrições associadas a relações que são
testadas sempre que há modificações nessas relações:
–
–
–
–
•
restrições de chave
restrições de integridade referencial
restrições de domínio
asserções genéricas
em SQL3 podem também estabelecer-se triggers (gatilhos)
– que são accionados com a ocorrência de determinados eventos (i.e. quando determinada
condição for verdadeira).
Bases de Dados
63
Restrições da relação:
•
Restringem os valores permitidos a determinados atributos da relação
•
São especificadas como parte da instrução CREATE TABLE
•
chaves:
PRIMARY KEY
CREATE TABLE Actor (nome CHAR(30) PRIMARY KEY, ...);
CREATE TABLE Filme (título CHAR(50), ano NUMBER(4), ...,
PRIMARY KEY (título, ano) );
•
pode proibir-se a existência de valores nulos para atributos
– através do uso de NOT NULL
•
quando são verificadas estas restrições?
– Quando se altera a BDs, mas no caso da chave tal só se verifica na inserção ou actualizaçã.
Bases de Dados
64
Restrições de Integridade referencial
•
Chaves externas:
– obrigam a que os valores dados à chave externa façam sentido, i.e. existam em tuplos da
tabela referenciada.
•
quando a chave externa possui um só atributo podemos usar:
REFERENCES <tabela> (<atributo>)
•
exemplo:
CREATE TABLE Participa (
filme
CHAR(50),
ano
NUMBER(4),
actor
CHAR(30)
salario
DECIMAL(9,2),
REFERENCES Actor(nome),
FOREIGN KEY (filme, ano) REFERENCES Filem(titulo,ano)
);
Bases de Dados
65
Manutenção de Integridade referencial
•
•
a restrição de integridade referencial é verificada no fim de cada instrução SQL capaz
de a violar, da seguinte forma:
–
são proibidas inserções (INSERT) e actualizações (UPDATE) na tabela referenciante que violem a
integridade referencial.
–
As eliminações (DELETE) e actualizações (UPDATE) na tabela referenciada que violem a integridade
referencial são tratadas de acordo com a acção indicada:
•
CASCADE - propaga as eliminações à tabela referenciante
•
SET NULL - coloca valores nulos nos atributos referenciantes
•
SET DEFAULT - coloca valores nulos nos atributos referenciantes
•
por omissão: proíbe essas actualizações ou eliminações
exemplo:
CREATE TABLE Estudio (
nome CHAR(30) PRIMARY KEY, morada VARCHAR(255),
presidente INT REFERENCES Executivo(#cert)
ON DELETE Set Null,
ON UPDATE Cascade );
Bases de Dados
66
Restrições sobre atributos
•
•
os valores permitidos para os atributos podem ser restringidos
–
através de restrições expressas na sua definição
–
através de restrições expressas num domínio usado na sua definição
CHECK <condição>
–
a condição envolve o atributo cujos valores se quer restringir
–
mas pode conter qualquer coisa que pode seguir-se a WHERE numa interrogação SQL.
–
exemplos:
sexo CHAR(1) CHECK (sexo IN (‘F’,’M’)),
presidente INT CHECK (prsidente IN (SELECT #cert FROM Executivo)),
•
restrições de domínio
CREATE DOMAIN sexoDom CHAR(1)
CHECK (VALUE IN (‘F’, ‘M’) );
•
Bases de Dados
VALUE refere-se a um valor do domínio.
67
Asserções
•
Permitem verificar condições genéricas: qualquer expressão que pode aparecer a seguir a
WHERE
•
declaração:
CREATE ASSERTION <nome> CHECK (<condição>)
•
qualquer alteração à BDs que leve a condição a tomar o valor FALSO será rejeitada
•
a condição tem (obviamente) de dar um valor booleano
•
exemplos:
CREATE ASSERTION PresidenteRico CHECK
(NOT EXISTS ( SELECT * FROM Estúdio, Executivo
WHERE presidente= #certificado AND salario< 10000000
–
ninguém pode ser presidente de um estúdio a menos que tenha um salário de 10000000.
CREATE ASSERTION SomaDuração CHECK
(10000 >= ALL (SELECT SUM(Duração) FROM Filme GROUP BY Estúdio);
–
a duração total de todos os filmes de um dado estúdio não deve exceder 10000 minutos
Bases de Dados
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Triggers (gatilhos) em SQL3
•
baseiam-se em regras do tipo evento-condição-acção (ECA)
•
a acção pode ser executada antes, depois ou em vez do evento que a dispara
•
exemplos:
CREATE TRIGGER TriggerSalario
AFTER UPDATE OF salario ON Executivo
REFERENCING
OLD as oldTuple,
NEW as newTuple
WHEN (oldTuple.salario > newTuple.salario)
UPDATE Executivo
SET salario = oldTuple.salario
WHERE #certificado = newTuple.#certificado
FOR EACH ROW
Bases de Dados
69
Triggers (gatilhos) em SQL3
•
•
Execução da acção:
–
AFTER -- a condição WHEN é testada depois do evento disparo
–
BEFORE - a condição WHEN é testada antes do evento disparo
–
INSTEAD OF - a acção é executada se a condição WHEN se verifica e o evento disparo nunca é
executado.
Eventos disparo:
–
•
UPDATE, INSERT, DELETE
FOR EACH ROW
–
indica um gatilho de tuplo
Bases de Dados
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