Aulas Teóricas Professora: Fabiana Costa Guedes

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11/19/10 ECO022 - Banco de Dados - Aulas Teóricas - Fabiana Costa Guedes

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Banco de Dados

Aulas Teóricas

Professora:

Fabiana Costa Guedes

11/19/10 ECO022 - Banco de Dados - Aulas Teóricas -

Fabiana Costa Guedes 2

ECO031 - Banco de Dados - Aulas Teóricas -

Ementa

Conceitos da tecnologia de banco de

dados.

Modelos de informação e dados.

Arquiteturas de bancos de dados.

Controles operacionais do banco de

dados.

Implementação de bancos de dados

Avaliações

Etapa 1 e 2

60% teórica e 30% prática

Parte será de avaliação e parte de

trabalhos dentro de sala e fora.

Trabalhos em duplas e grupos.

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Histórico

Década de 60

Início da Década:

dados armazenados diretamente em

arquivos

problemas:

redundâncias e inconsistências

dificuldade de acesso

integridade lógica

atomicidade das transações

segurança

Década de 60

Final da Década:

sistemas de gerência de bancos de dados

(SGBDs) pioneiros:

IMS

TOTAL

problemas parcialmente endereçados:

redundância e inconsistências

atomicidade das transações

segurança

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Década de 70

Início da Década:

CODASYL DBTG Report [1971] e ANSI/SPARC

Report [1975]

Década de 70

Início da Década:

Modelo Relacional [1970]

uma única estrutura de dados - relações

álgebra relacional

cálculo relacional

formas normais: 1NF, 2NF, 3NF

B-trees [1972]

índices em memória secundária para

grandes volumes de chaves

Década de 70

Metade da Década:

SGBDs relacionais pioneiros (SGBD-Rs):

System R [1976] e Ingres [1976]

introdução da maior parte da tecnologia utilizada nos

SGBDs atuais, incluindo a linguagem SQL [1974]

problemas endereçados:

redundância e inconsistências

atomicidade das transações

segurança

dificuldade de acesso

problemas parcialmente endereçados:

integridade lógica

Década de 70

Metade da Década:

Modelo Entidade-Relacionamento [1976]:

dois tipos de objetos - entidades e relacionamentos

modelagem de dados no nível adequado de abstração

falta de uma linguagem de manipulação de dados

adequada

Extensões do modelo ER

agregação, generalização e especialização [1977]

Década de 70

Final da Década:

Teoria do modelo relacional:

variedade de dependências

MVDs [1976], JDs [1979]

e de formas normais:

4NF [1977], PJNF [1979]

Outros modelos de dados:

modelo NF2 [1977]

modelo funcional [1977] e linguagens

funcionais [1979]

Década de 80

Início da Década:

SGBD-Rs distribuídos pioneiros (SGBDD-R):

System R* e Ingres Distribuído

extensões da tecnologia relacional para tratar BDDs

exemplo: otimização de consultas distribuídas

desenvolvimento de novas tecnologias para tratar de

novos problemas

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Década de 80

Metade da Década:

Maturidade em estratégia de projeto de

BDs convencionais

entendimento do papel do modelo ER e do

modelo relacional

mapeamento correto entre esquemas ER e

esquemas relacionais [1986]

entendimento correto do papel de restrições

de integridade

Década de 80

Metade da Década:

SGBDs Orientados a Objeto (SGBD-OO):

baseiam-se no paradigma de orientação a objeto (OO),

como as linguagens de programação OO (LP-OO)

SGBD-OO x LP-OO persistente

endereçam requisitos de aplicações não-convencionais:

objetos complexos

encapsulamento

transações longas

SGBD-OOs pioneiros:

O2 [1988]

Exodus [1986]

ORION [1986]

Década de 80

Metade da Década:

"Próxima geração" de SGBD-Rs:

combinam características de OO com o

modelo relacional

expandem a arquitetura de SGBDs com

novas possibilidades

exemplo: otimizadores de consultas configuráveis

Exemplos:

POSTGRES [1986]

STARBURST

Década de 80

Final da Década:

Maturidade da tecnologia de SGBDs:

vários SGBD-Rs com desempenho aceitável

DB2, Ingres, Oracle, Sybase, Informix

padronização do SQL [1986, 1989]

Década de 90

Início da Década:

Maturidade da tecnologia de SGBDs:

primeiros SGBD-OOs comerciais

SGDBs paralelos / dedutivos / ativos / tempo

real / ...

avanços em padronização de interfaces e

interoperabilidade:

ODBC da Microsoft [1992]

X/Open SQL call level interface [1993]

ODMG-93

DCOM/OLE

CORBA

Década de 90

Metade da Década:

novas classes de aplicações:

Data Mining

Bibliotecas Digitais

Vídeo-sob-demanda

Animação

Hipermídia e Multimídia em geral

GIS

Meteorologia

(4)

Década de 90

Final da Década:

WIIS - Web information integration system:

sistema para tratar dados extraídos de vários Web sites

WIIS devem lidar com:

um grande número de Web sites

maior autonomia dos componentes

dados semi-estruturados

Enfoque de Data Warehouse:

dados são extraídos das fontes e armazenados em uma

warehouse

Enfoque de Multi-SGBD:

dados são mantidos nos Web sites

consultas são decompostas e enviadas aos vários Web sites

Milênio

Onde estamos?

trivialização do uso da tecnologia de BDs

(!)

proliferação de produtores e

consumidores de dados (!!)

aplicações com volume de dados da

ordem de petabytes (!!!)

Milênio

Bancos de Dados Móveis:

topologia:

um backbone fixo com estações de controle

também fixas

conjunto de células nas quais transitam as

estações móveis

localização dos dados:

dados residem tanto nas estações fixas

quanto nas móveis ("walkstations")

22

Introdução

SGBD

(Sistema Gerenciador de Banco de

Dados): coleção de dados

inter-relacionados e um conjunto de programas

para acessar esses dados

Coleção de dados (Banco de Dados):

informações relevantes a uma empresa

Objetivo: recuperar tais informações de

maneira conveniente e eficiente

Termos Típicos

Dados

-fatos que podem ser armazenados

ex:nomes, telefones, endereços

Base de dados

- coleção de dados

interelacionados logicamente, ex: agenda de

telefones, ficha de clientes

Sistema Gerenciador de Banco de Dados

(SGBD)

– coleção de programas que permite a

criação e gerência de bases de dados

Mini-Mundo ou Universo de Discurso

- é

uma parte do Mundo real sobre o qual o BD

será criado e a aplicação será

(5)

Visão Geral - SGDB

Sistema de Arquivos – Visão

Geral

Aplicações do SGBD

Banco (clientes, contas, empréstimos)

Linhas aéreas (reservas, horários)

Universidades (alunos, cursos, notas)

Transações de Cartão de Crédito

(compras, faturas)

Telecomunicação (registro de

chamadas, cobranças, saldos de

cartões pré-pago)

Aplicações SGDB

Finanças (valores mobiliários, vendas,

compras de ações, títulos, dados de

mercado)

Vendas (clientes, produtos, compras)

Revendas online(pedidos, avaliações)

Indústria (gerenciamento de cadeia de

suprimentos, produção, estoques, pedidos)

Recursos Humanos (funcionários, salários,

descontos em folha, benefícios,

contracheques)

Interação de Pessoas e BD

No início as pessoas lidavam com o banco

de dados indiretamente (relatórios

impressos, fatura de cartão, caixa bancário,

agente de reservas)

Hoje as pessoas lidam diretamente com o

banco de dados, mesmo sem perceber

(sistemas telefônicos interativos, comércio

eletrônico, internet banking)

Importância de BD

Faz parte da vida das pessoas: imagine

quantas vezes você interage com um banco

de dados mesmo sem perceber?

(6)

Por que não usar o Sistema

de Arquivos

Redundância e inconsistência dos

dados

: cada programa terá seus

próprios arquivos, o mesmo dado

pode estar em vários locais ao mesmo

tempo

Ex.: telefone de cliente no registro de

conta poupança e de conta corrente

Por que não usar o Sistema

de Arquivos

Dificuldade de acesso a dados

:

novas consultas não previstas levarão

muito tempo para serem programadas

Ex.: novo relatório apenas com clientes

de um determinado bairro)

Por que não usar o Sistema

de Arquivos

Isolamento de Dados

: dados

dispersos em arquivos dispersos em

diferentes formatos dificultam

programação

Problemas de Integridade

: restrições

tem de ser implementadas no

software.

Ex.: saldo de aplicação sempre > R$

25,00

Por que não usar o Sistema

de Arquivos

Problema de Atomicidade

: em caso

de falha é preciso que os dados sejam

restaurados completamente.

Ex.: transferência de R$ 50,00 da conta

A para a conta B, uma falha poderia

fazer com que o dinheiro fosse debitado

da conta A mas não creditado na B

Por que não usar o Sistema

de Arquivos

Anomalias de acesso concorrente

: vários

usuários podem estar lendo/escrevendo

dados simultaneamente.

Exemplo de problema: dois clientes fazendo

saques de R$ 50,00 e R$ 100,00 de uma

mesma conta bancária

Transação 1: lê saldo de R$ 500,00

Transação 2: lê saldo de R$ 500,00

Transação 1: grava saldo atualizado de R$ 450,00

Transação 2: grava saldo atualizado de R$ 400,00

Por que não usar o Sistema

de Arquivos

Problema de Segurança

: nem todos

os usuários do sistema devem ser

capazes de acessar todos os dados, e

é difícil impor tais restrições de

segurança

(7)

Requisitos para Banco de

Dados

Requisitos para Banco de

Dados

Requisitos para Banco de

Dados

Requisitos para Banco de

Dados

Evolução dos Banco de Dados

Visão dos Dados

(8)

Níveis de Abstração

Níveis de abstração:

Físico

: o mais baixo, descreve como os dados

estão realmente armazenados (complexo e de

baixo nível)

Lógico

: descreve quais dados estão

armazenados e a relação entre eles (estruturas

simples, ocultando complexidade real)

Visão

: (view) o mais alto, descreve apenas

parte do banco de dados (as relevantes para um

usuário)

Níveis de Abstração

Esquemas de Banco de

Dados

Esquema:

a estrutura lógica do banco de dados

Exemplo: O banco de dados consiste nas

informações sobre um conjunto de clientes e

contas e na relação entre eles

Análogo às informações de tipo de uma variável

em um programa

Esquema físico: projeto de banco de dados no

nível físico

Esquema lógico: projeto de banco de dados no

nível lógico

Instância do Banco de Dados

Instância:

o conteúdo real do banco

de dados em um determinado ponto

no tempo

Análogo ao valor de uma variável

Independência de Dados

Capacidade de modificar a definição dos

esquemas em determinado nível, sem

afetar o esquema de nível superior.

Independência de dados física – modifica o

modelo físico sem que qualquer programa

de aplicação precise ser reescrito.

Independência de dados lógica – modifica o

esquema lógico sem que qualquer

programa de aplicação precise ser reescrito.

Modelo de Dados

Coleção de ferramentas conceituais para

descrever:

Dados

Relações entre dados

Restrições de consistência

(9)

Modelos Hierárquicos e de

Rede

São os primeiros modelos

Intimamente relacionados com

implementação, dificultam a tarefa de

modelagem

São pouco usados atualmente,

estando restritos a sistemas muito

antigos que ainda são utilizados

Modelo Relacional

Usa uma coleção de tabelas para

representar dados e a relação entre eles

Cada linha da tabela corresponde a um

registro

Cada coluna da tabela representa um

atributo

É o sistema mais usado, a grande maioria

dos SGBDs é baseada nele

Modelo Relacional

Exemplo de dados tabulares no modelo

relacional

Exemplo de Banco de Dados

Relacional

Modelo

Entidade/Relacionamento

Baseado em uma percepção do mundo real

Coleção de objetos básicos (entidades) e

suas relações

Muito usado no projeto de banco de dados

Modelo de Dados baseado em

Objeto

Modelo de dados orientado a objeto

Extensão do modelo E-R com noções de

orientação a objetos

Modelo de dados relacional de objeto

(10)

Modelo de Dados

Semi-estruturado

Permite especificação de dados em

que itens de dados individuais possam

ter diferentes conjuntos de atributos (o

oposto dos modelos tradicionais)

XML é amplamente utilizada para

representar esses dados

Evolução dos Sistemas de BD

Linguagens de Manipulação

de Dados (DML)

Linguagem para acessar e manipular os

dados organizados pelo modelo de dados

apropriado

A DML também é conhecida como linguagem de

consulta

Tipos de acesso:

Recuperação de informação armazenada

Inserção de novas informações

Exclusão de informações

Modificação de informações

Linguagens de Manipulação

de Dados (DML)

Duas classes de linguagem

Procedurais

– usuário especifica

que

dados são necessários e

como

obter

esses dados

Declarativas

(não procedurais) – usuário

especifica

que

dados são necessários

sem

especificar como obter esses dados

SQL

é a linguagem de consulta mais

utilizada

Linguagens de Definição de

Dados (DDL)

Usada para especificar o esquema do

banco de dados

Também utilizada para especificar

propriedades adicionais dos dados,

incluindo:

Restrições de domínio (Ex.: tipo inteiro)

Assertivas (Ex.: saldo > $100)

Autorização (dependendo do tipo de usuário,

ex.: somente leitura, somente inserção, etc.)

Linguagens de Definição de

Dados (DDL)

Resultado de uma instrução DDL é

armazenada no dicionário de dados

Dicionário de dados contém

(11)

Gerenciamento de Transações

Uma transação é uma coleção de

operações que desempenha uma

função lógica única dentro de uma

aplicação do sistema de BD.

Cada transação é uma unidade de

atomicidade e consistência.

Administrador de BD -

Funções

Definição do esquema

Definição da estrutura de dados e

método de acesso

Esquema e modificações na

organização física

Fornecer autorização de acesso ao

sistema

Especificação de regras de integridade

Usuários de Banco de Dados

Programadores de aplicação – usam a DML

Usuários sofisticados – não escrevem

programas e interagem com o BD por meio

de linguagens de consultas

Usuários especialistas – escrevem

aplicações especializadas

Usuários navegantes – usuários comuns

que interagem com o sistema pelos

programas aplicativos.

SGBD

Algumas Ferramentas

Sistemas comerciais

IBM DB2

Oracle

Microsoft SQL Server

Informix

Sybase

Gratuitos

MySQL

PostgreSQL

Firebird

Questões

1. Cite algumas vantagens de se utilizar

banco de dados

2. Descreva situações de seu dia-a-dia em

que você utiliza banco de dados

3. Para que servem os diferentes níveis de

abstração em bancos de dados?

4. Qual a vantagem de um SGBD utilizar uma