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SGBD Introdução Exemplos de Banco de Dados: É uma coleção de dados inter-relacionados, representando informações sobre um domínio específico.[Navathe] INTERNET BIBLIOTECA SUPERMERCADO LOCADORA DVD AGÊNCIA BANCÁRIA Exemplo de um banco de dados Compartilhamento dos dados: A redundância controlada de dados acontece quando o software tem conhecimento da múltipla representação da informação e garante a sincronia entre as diversas representações. Do ponto de vista do usuário externo ao sistema em computador, tudo acontece como se existisse uma única representação da informação. Essa forma de redundância é utilizada para melhorar a performance global do sistema. Um exemplo é um sistema distribuído, onde uma mesma informação é armazenada em vários computadores, permitindo acesso rápido a partir de qualquer um deles. A redundância não controlada de dados acontece quando a responsabilidade pela manutenção da sincronia entre as diversas representações de uma informação está com o usuário e não com o software. Redigitação A mesma informação é digitada várias vezes. No caso do exemplo da indústria, os dados de um produto são digitados no setor de vendas, no setor de produção e no setor de compras. Além de exigir trabalho desnecessário, a redigitação pode resultar em erros de transcrição de dados. Inconsistências de dados A responsabilidade por manter a sincronia entre as informações é do usuário. Por erro de operação, pode ocorrer que uma representação de uma informação seja modificada, sem que as demais representações o sejam. Exemplificando, uma alteração na estrutura de um determinado produto pode ser informada através do sistema de produção e deixar de ser informada nos demais sistemas. A estrutura do produto passa a aparecer de forma diferente nos vários sistemas. O banco de dados passa a ter informações inconsistentes. A solução para evitar a redundância não controlada de informações é o compartilhamento de dados. Definição Sistema Gerenciamento de Banco de Dados Com o tempo, foram sendo identificadas funcionalidades comuns a muitos programas. Por exemplo, hoje em dia, a grande maioria dos programas comunica-se com os usuários através de interfaces gráficas de janelas. Entretanto, normalmente, os programas não contém todo código referente a exibição dos dados na interface, mas utilizam gerenciadores de interface de usuário, conjuntos de rotinas que incluem as funcionalidades que um programador vai necessitar frequentemente, ao construir uma interface de usuário. Da mesma forma, para comunicar-se com processos remotos, usam gerenciadores de comunicação. Para manter grandes repositórios compartilhados de dados, ou seja, para manter bancos de dados, são usados sistemas de gerência de banco de dados (SGBD). Sistema de Gerenciamento de Bancos de Dados (SGBD) É uma coleção de programas que permite aos usuários criar e manter um Banco de Dados. [Navathe] É constituído por um conjunto de dados (BD) associados a um conjunto de programas para acesso a esses dados.[Silberschatz] DADOS SGBD Exemplos Vantagens dos SGBD X Velocidade Facilidade de acesso Redução da redundância Evita-se inconsistência Vantagens 1. A manutenção de programas torna-se mais simples, pois uma separação clara de funções torna programas mais facilmente compreensíveis. 2. A produtividade de programadores também aumenta, já que os programas ficam menores, pois usam funções já construídas. Classificação dos usuários de um SGBD Administrador de BD: pessoa que tem o controle sobre o funcionamento do BD. Funções: definição do esquema modificação da organização física e do esquema (relativamente raras) concessão de autorização para acesso a dados (diferentes permissões para diferentes usuários) especificação de restrições de integridade AO nota secretária >= 0 epode... pode... <= 10 gerente salario_professor Os alunos >= 1000 clientesnão nãopodem.... podem.... Usuários Classificação dos usuários de um SGBD Programadores de aplicação: profissionais da área de computação que interagem usando comandos para desenvolver programas de aplicação. Classificação dos usuários de um SGBD Usuários sofisticados (ou ocasionais): interagem com o SGBD através da linguagem de consulta para atender às requisições. Classificação dos usuários de um SGBD Usuários simples (ou ingênuos): não sofisticados, interagem via os programas de aplicação existentes objetivos Objetivos dos SGBD Prover um ambiente que seja conveniente e eficiente para recuperar e armazenar informações de Banco de Dados Eliminar ou reduzir Redundância ou inconsistência de dados Dificuldade de acesso aos dados Problemas de segurança Eliminar ou reduzir Anomalias de acesso concorrente Isolamento dos dados Linguagens Linguagens de Base de Dados • Linguagem de Definição de Dados (“Data Definition Language” - DDL): é utilizada pelo DBA e projetistas de base de dados para definir seus esquemas. O SGBD tem um compilador para processar descrições em DDL e construir a descrição do esquema armazenado no catálogo; • Linguagem de Manipulação de Dados (“Data Manipulation Language” - DML): uma vez que o esquema é compilado e a base de dados preenchida com dados, os usuários têm que ter algum modo de manipular os dados. Manipulações comuns como recuperação, inserção, remoção e modificação de dados são realizadas pela DML. Linguagem de Consulta Porção da linguagem de manipulação envolve o resgate de informações que Arquitetura Arquitetura e Independência de Dados de SGBD’s Objetivo Separar o usuário da aplicação do banco de dados físico. A arquitetura mais difundida na literatura é a Arquitetura “Three-Schema” (também conhecida como arquitetura ANSI/SPARC), proposta por Tsichritzis & Klug em 1978. 1. O nível interno tem um esquema interno que descreve a estrutura de armazenamento físico da base de dados. O esquema interno usa um modelo de dados físico e descreve todos os detalhes de armazenamento de dados e caminhos de acesso à base de dados; 2. O nível conceitual tem um esquema conceitual que descreve a estrutura de toda a base de dados. O esquema conceitual é uma descrição global da base de dados, que omite detalhes da estrutura de armazenamento físico e se concentra na descrição de entidades, tipos de dados, relacionamentos e restrições. Um modelo de dados de alto-nível ou um modelo de dados de implementação podem ser utilizados neste nível. 3. O nível externo ou visão possui esquemas externos ou visões de usuários. Cada esquema externo descreve a visão da base de dados de um grupo de usuários da base de dados. Arquitetura Three-Schema A arquitetura “three-schema” pode ser utilizada para explicar conceitos de independência de dados, que podem ser definidos como a capacidade de alterar o esquema de um nível sem ter que alterar o esquema no próximo nível superior. Dois tipos de independência de dados podem ser definidos: Independência Lógica de Dados: É a capacidade de alterar o esquema conceitual sem ter que mudar os esquemas externos ou programas de aplicação. Pode-se mudar o esquema conceitual para expandir a base de dados, com a adição de novos tipos de registros (ou itens de dados), ou reduzir a base de dados removendo um tipo de registro. Neste últimocaso, esquemas externos que se referem apenas aos dados remanescentes não devem ser afetados; • Independência Física de Dados: É a capacidade de alterar o esquema interno sem ter que alterar o esquema conceitual externo. Mudanças no esquema interno podem ser necessárias devido a alguma reorganização de arquivos físicos para melhorar o desempenho nas recuperações e/ou modificações. Após a reorganização, se nenhum dado foi adicionado ou perdido, não haverá necessidade de modificar o esquema conceitual. Modelo de Dados Objetivo Transformar aspectos do Mundo Real em um Modelo de Dados Formal Exemplos: Toda pessoa tem um nome e uma data de nascimento (MUNDO REAL) nome nasc Pessoa Toda conta em um banco tem um número e um saldo numero saldo Conta (MUNDO REAL) Modelo Conceitual Um modelo conceitual é uma descrição do banco de dados de forma independente de implementação em um SGBD. O modelo conceitual registra que dados podem aparecer no banco de dados, mas não registra como estes dados estão armazenados a nível de SGBD. modelo conceitual = modelo de dados abstrato, que descreve a estrutura de um banco de dados de forma independente de um SGBD particular Modelos Conceituais Modelos de alto nível Possuem conceitos que descrevem os dados como os usuários os percebem Não são implementados em SGBD UML Entidade-Relacionamento (E-R) Toda conta em um banco tem um número e um saldo numero saldo Conta (MUNDO REAL) A técnica mais difundida de modelagem conceitual é a abordagem entidaderelacionamento (ER). Nesta técnica, um modelo conceitual é usualmente representado através de um diagrama, chamado diagrama entidaderelacionamento (DER). Exemplo de modelo conceitual Um modelo lógico é uma descrição de um banco de dados no nível de abstração visto pelo usuário do SGBD. Assim, o modelo lógico é dependente do tipo particular de SGBD que está sendo usado. Um modelo lógico para o BD acima deve definir quais as tabelas que o banco contém e, para cada tabela, quais os nomes das colunas. Abaixo é apresentado o modelo lógico (de forma textual) TipoDeProduto(CodTipoProd,DescrTipoProd) Produto(CodProd,DescrProd,PrecoProd,CodTipoProd) CodTipoProd referencia TipoDeProduto Modo textual Modelos Lógicos São implementados em SGBD Hierárquico Em Rede Relacional Binário Funcional Orientados a Objetos Modelo de tabelas em um banco de dados relacional O modelo lógico descreve a estrutura do banco de dados, conforme vista pelo usuário do SGBD. modelo lógico = modelo de dados que representa a estrutura de dados de um banco de dados conforme vista pelo usuário do SGBD Modelos Físicos Modelos de baixo nível Contém conceitos que descrevem os detalhes de como os dados estão armazenados no computador Projeto de Banco de Dados O projeto de um novo BD dá-se em duas fases: 1 Modelagem conceitual Nesta primeira fase, é construído um modelo conceitual, na forma de um diagrama entidade-relacionamento. Este modelo captura as necessidades da organização em termos de armazenamento de dados de forma independente de implementação. 2 Projeto lógico A etapa de projeto lógico objetiva transformar o modelo conceitual obtido na primeira fase em um modelo lógico. O modelo lógico define como o banco de dados será implementado em um SGBD específico. evolução Sistemas de Arquivos Evolução SISTEMA DE ARQUIVO SGBD HIERÁRQUICOS Modelo Hierárquico Dados são representados como um conjunto de árvores, com raiz e seus ramos Prós: Os desenvolvedores deste sistema estão entre os primeiros a tratarem características como concorrência, recuperação, integridade e processamento eficiente de consultas. Contras: Complexidade dos diagramas de estrutura de árvore Consultas complexas Evolução SISTEMA DE ARQUIVO SGBD HIERÁRQUICOS SGBD EM REDE Modelo em Redes Os dados são representados por uma coleção de registros e os relacionamentos entre dados são representados por meio de links Acesso aos dados através dos relacionamentos Exemplo: Suponha os registros cliente e conta; Suponha que o cliente Hayes possui a conta A-102, Johnson possui as contas A-101 e A-201, e Turner possui a conta A-305. A-102 Hayes Johnson Turner Main Alma 400 Harrison A-101 500 A-201 900 A-305 350 Palo Alto Putnam Stamford Modelo em Redes As consultas são complicadas: o programador é forçado a pensar em termos de links e, em como percorrê-los para obter as informações de que necessita. A-102 Hayes Johnson Turner Main Alma 400 Harrison A-101 500 A-201 900 A-305 350 Palo Alto Putnam Stamford Evolução SISTEMA DE ARQUIVO SGBD HIERÁRQUICOS SGBD EM REDE Modelo Relacional Surgiu em 1970, por Codd, tendo por base a teoria dos Conjuntos Contribuiu decisivamente para a massificação da utilização da tecnologia de bases de dados Evolução SISTEMA DE ARQUIVO SGBD HIERÁRQUICOS Banco de Dados Avançados Evolução 1ª Geração - Pré-relacional 2ª Geração - Relacional Modelo Hierárquico Modelo em Rede Modelo Relacional 3ª Geração - Pós-relacional Novos modelos Novos modelos na área SGBD ORIENTADOS A OBJETO DATA WAREHOUSE SGBD OBJETO-RELACIONAL DATA MINING Novos modelos na área Vídeo Som Texto BANCO DE DADOS MÓVEIS BANCO DE DADOS MULTIMÍDA BANCO DE DADOS ESPACIAIS “Novos” modelos na área Alguns não são nem tão novos assim, mas são considerados avançados por serem não-convencionais CREATE TRIGGER empregado-salario ON INSERT empregado IF empregado.salario > (SELECT ... ) THEN abort BANCO DE DADOS ATIVOS BANCO DE DADOS TEMPORAIS BANCO DE DADOS DEDUTIVOS EXERCÍCIOS Exercício 1.1: Enumere as principais diferenças entre o processamento de dados com arquivos convencionais e o processamento de dados com SGBD. Exercício 1.2: Descreva alguns fatores que levam alguém a preferir o uso de arquivos convencionais ao uso de SGBD. Descreva alguns fatores que levam alguém a preferir o uso de SGBD ao uso de arquivos convencionais. Exercício 1.3: Defina, os seguintes conceitos: banco de dados, sistema de gerência de banco de dados, modelo de dados, modelo conceitual, modelo lógico, modelagem conceitual e projeto lógico. Exercício 1.4: Qual a diferença entre a redundância de dados controlada e a redundância de dados não controlada? Dê exemplos de cada uma delas.
