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Banco de Dados. Bibliografia de Banco de Dados Livros-texto (entre muitos outros): Banco de Dados, Uma Visão Prática,Felipe Machado e Mauricio Abreu,

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1 Banco de Dados

2 Bibliografia de Banco de Dados Livros-texto (entre muitos outros): Banco de Dados, Uma Visão Prática,Felipe Machado e Mauricio Abreu, Ed Érica, Modelagem Coceitual e Projeto de Banco de Dados, Paulo Cougo, EdCampus, 1997.

3 Introdução Conceitos Básicos Conjunto de dados sobre o qual uma comunidade de usuários realiza operações de recuperação e atualização. Um BD representa algum aspecto do mundo real, chamado mini-mundo ou universo de discurso. As mudanças no mini-mundo são refletidas no banco de dados. Mini-mundo Banco de Dados Usuários Aplicações

4 Conceitos Básicos Um banco de dados computadorizado pode ser criado e mantido por um grupo de programas de aplicação escritos especificamente para aquela tarefa ou por um SISTEMA DE GERÊNCIA DE BANCOS DE DADOS (SGBD). Um SGBD é uma coleção de programas de propósito geral que facilita o processo de definir, construir e manipular bancos de dados para várias aplicações. –Definir um banco de dados significa especificar os tipos de dados a serem armazenados juntamente com uma descrição detalhada de cada tipo. –Construir o banco de dados é o processo de armazenar os dados em algum meio de armazenamento controlado pelo SGBD. –Manipular um banco de dados compreende certas funções como consultar o banco de dados para recuperar dados específicos, atualizar o banco de dados para refletir mudanças percebidas no mini-mundo e produzir relatórios a partir dos dados. O banco de dados e o SGBD juntos são chamados genericamente de SISTEMA DE BANCOS DE DADOS.

5 Bancos de Dados Conceitos Básicos Coleção de programas de propósito geral que facilita o processo de definir, construir e manipular banco de dados para várias aplicações Coleção de programas de propósito geral que facilita o processo de definir, construir e manipular banco de dados para várias aplicações SGBD Sistema de Banco de Dados

6 Definição do BD (Meta-dados) BD armazenado Consultas / Programas de Aplicação Software para processar consultas / programas Software para acessar dados armazenados Usuários / Programadores Sistema de BD SGBD

7 Um exemplo de banco de dados AlunoNomeNúmeroÁrea José Antonio 17 8 INF Disciplina NomeNúmeroCréditosDept I.C.C. Estruturas de Dados Matemática Discreta Bancos de Dados INF1310 INF3320 MAT2410 INF INF MAT INF Pré-RequisitoN o _Curso INF3380 INF3320 N o _Pre-Req INF3320 MAT2410 INF1310 Histórico-EscolarN o _Aluno N o _Curso Grau 17 8 MAT2410 INF1310 MAT2410 INF1310 INF3320 INF3380 BCAABABCAABA

8 Sistemas de Informação SISTEMA DE INFORMAÇÃO –dados; –SGBD; –o hardware e o sistema operacional; –as pessoas que usam e administram os dados; –os programas de aplicação que acessam e atualizam os dados; –os programadores que desenvolvem essas aplicações.

9 Programa de aplicação de BD SGBD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação dados e regras ?! Desenvolver um projeto de sistema de informação consiste em traduzir um problema do mundo real numa solução que envolve a organização, pessoas e tecnologia (hardware e software). SISTEMA DE INFORMAÇÃO Mundo Real

10 Requisitos de Dados Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Coleta/Especificação de Requisitos Requisitos Funcionais Análise Funcional Projeto Funcional Programação Programa de aplicação de BD SGBD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação dados e regras Mundo Real

11 Programa com dados armazenados Programa com gerência de arquivos Programa de aplicação de BD SGBD Programa com gerência de arquivos Programa com gerência de arquivos Programa de aplicação de BD Programa de aplicação de BD dados Programa com dados armazenados Programa com dados armazenados Evolução dos Sistemas de Informação

12 Evolução dos Bancos de Dados (Khoshafian 1995) Sistemas de arquivos BD em rede BD hierárquico BD relacional Linguagens OO Modelos semânticos Objetos complexos BD OO Information retrieval Inteligência artificial Hipermídia BD inteligente

13 Evolução dos Bancos de Dados Programa de aplicação de BD SGBD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação de BD dados regras Regras permitem disvincular certos procedimentos dos programas de aplicação

14 Bancos de Dados Centralizados hardware + sistema operacional Programa de aplicação de BD SGBD Programa de aplicação de BD Programa de aplicação de BD dados (Década de 70) terminais locais modem terminais remotos

15 Redes de Microcomputadores microcomputadores (estações de trabalho) cada vez mais poderosos (Década de 80) cabo da rede

16 Arquitetura Cliente/Servidor com Servidor de Arquivos Servidor de Arquivos Servidor de Impressão Programa + SGBD Programa + SGBD cabo da rede

17 Arquitetura Cliente/Servidor com Servidor de Bancos de Dados Servidor de Arquivos Servidor de Impressão Programa Servidor de Banco de Dados SGBD Programa cabo da rede

18 Arquitetura Cliente/Servidor com Múltiplos Servidores de Bancos de Dados Cooperativos Arquitetura Cliente/Servidor com Múltiplos Servidores de Bancos de Dados Cooperativos (Década de 90) modem gateway mainframe

19 Comunicação BDs via Web

20 Pessoal envolvido em grandes sistemas de bancos de dados Usuários (atores em cena) –projetistas do BD –administradores do BD (ABD) : –usuários finais -ocasionais -paramétricos -sofisticados -analistas de sistemas -programadores de aplicação

21 Pessoal envolvido em grandes sistemas de bancos de dados Usuários (atores em cena) –projetistas do BD : responsáveis por identificar os dados a serem armazenados no BD e por escolher as estruturas apropriadas para representar e armazenar esses dados. Comunicação c/ usuários p/ identificação de visões. –administradores do BD (ABD) : responsáveis pela autorização do acesso ao BD e pela coordenação e monitoração do seu uso.

22 Pessoal envolvido em grandes sistemas de bancos de dados Usuários (atores em cena) –usuários finais -ocasionais : tipicamente gerentes e tomadores de decisão.Utilizam-se de ling. consultas sofisticadas. - paramétricos : usuários de transações enlatadas, por exemplo, caixas de bancos, funcionários de reservas em companhias aéreas. -sofisticados : engenheiros, cientistas, analistas de negócios.Utilizam-se das facilidades do SGBD.

23 Pessoal envolvido em grandes sistemas de bancos de dados Usuários (atores em cena) –analistas de sistemas : determinam os requisitos dos usuários finais, especialmente dos ocasionais e paramétricos, e desenvolvem especificações de transações que satisfaçam esses requisitos. –programadores de aplicação : implementam as especificações das transações como programas, testando-os, corrigindo-os e documentando-os.

24 Pessoal de suporte (trabalhadores atrás da cena) –projetistas e implementadores de SGBD : projetam e implementam o SGBD como um software produto. –projetistas e implementadores de ferramentas : projetam e implementam pacotes de software que facilitam o projeto e o uso do BD e ajudam a melhorar o desempenho do SGBD. –operadores e pessoal de manutenção e suporte : responsáveis pelo funcionamento do ambiente de hardware e software do sistema de BD. Pessoal envolvido em grandes sistemas de bancos de dados

25 Funcionalidades de um SGBD Controle de redundância Compartilhamento de dados Controle de Acesso Persistência p/ Objetos e Estrut. de Dados Inferência através de Regras de Dedução Múltiplas interfaces Representação de relacionamentos Cumprimento das restrições de integridade Capacidade de backup e restauração

26 Controle de Redundância Redundância Problemas: duplicação de esforço para manter os dados atualizados; desperdício de espaço de armazenamento; possibilidade de inconsistência dos dados Quando a redundância é necessária: SGBD deve ser capaz de controlar a redundância para evitar inconsistências.

27 Compartilhamento de Dados Sistemas multiusuários Controle de Concorrência

28 Controle de Acesso Subsistema de segurança e autorização Mecanismos usuais de controle de acesso: senhas para usuários e para grupos de usuários; restrição de acesso a parte do banco de dados; proibição de executar certas operações, por exemplo atualização; acesso de usuários paramétricos restrito apenas a transações enlatadas; proibição de uso de software privilegiado, a ex. do software de criação de contas.

29 Persistência p/ Objetos e Estruturas de Dados Persistência p/ Objetos e Estruturas de Dados Capacidade dos Banco de Dados de se integrarem a linguagens de programação de alto nível de forma a permitir que as estruturas criadas pelas LPs fiquem armazenadas definitivamente no BDs.

30 Inferência através de Regras de Dedução Capacidade de permitir a definição de regras no SGBD que permitam deduzir novas informações a partir dos fatos armazenados.Regras: adolescentes são todos aqueles que têm entre 14 e 18 anos carioca: cidadão natural do RJ engenheiros: todo aquele que tem diploma de curso de EngenhariaConsulta: Quais os adolescentes cariocas que são engenheiros?

31 Múltiplas Interfaces Um SGBD deve prover uma variedade de interfaces de usuário. Tipos de interfaces: linguagens de consulta para usuários casuais; linguagens de programação para programadores de aplicações; formulários (telas) para usuários paramétricos; menus; linguagem natural.

32 Representação de Relacionamentos O SGBD deve ter a capacidade de representar uma variedade de relacionamentos complexos entre os dados, bem como recuperar e atualizar dados relacionados de uma maneira fácil e eficiente.

33 Cumprimento das Restrições de Integridade Restrições: forma de verificação da consistência dos dados no BDs Restrições de integridade mais complexas: Unicidade de itens de dados; Integridade referencial (um registro em uma tabela que referencia outra tabela deve referenciar um registro existente na outra tabela) Restrições derivadas da semântica dos dados (exemplo: um aluno não pode fazer a mesma disciplina mais de uma vez).

34 Capacidade de Backup e Restauração O SGBD deve prover facilidades para restaurar o banco de dados em caso de falha de hardware ou de software. sub-sistema de backup e restauração: responsável por assegurar que o banco de dados é restaurado para seu estado anterior à execução do programa.

35 Benefícios adicionais dos Bancos de Dados Potencial para o estabelecimento e o cumprimento de padrões Flexibilidade de mudanças Redução no tempo de desenvolvimento de novas aplicações Disponibilidade de informação atualizada Economia de escala

36 Bancos de dados 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. 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.

37 Modelo, Esquema, Instância Modelo Instância Esquema Percepção abstrata da realidade Percepção da estrutura da realidade Descrição da realidade num dado momento regras para estruturar dados regras para verificar validade (Intensão) (Extensão) estático, invariante no tempo dinâmico, variante no tempo

38 AlunoNomeNúmeroÁrea José Antonio 17 8 INF Disciplina NomeNúmeroCréditosDept I.C.C. Estruturas de Dados Matemática Discreta Bancos de Dados INF1310 INF3320 MAT2410 INF INF MAT INF Pré-RequisitoN o _Curso INF3380 INF3320 N o _Pre-Req INF3320 MAT2410 INF1310 Histórico-EscolarN o _AlunoN o _CursoGrau 17 8 MAT2410 INF1310 MAT2410 INF1310 INF3320 INF3380 BCAABABCAABA Modelo, Esquema, Instância modelo relacional (tabelas) esquema instância

39 A Arquitetura de Três Esquemas Visão Externa 1 Visão Externa 1 Visão Externa n Visão Externa n Esquema Conceitual Esquema Interno Usuários finais... NÍVEL EXTERNO NÍVEL CONCEITUAL NÍVEL INTERNO mapeamento externo/conceitual mapeamento conceitual/interno

40 Arquitetura de Banco de Dados Nível Interno: descreve as estruturas de acesso e armazenamento do BD; Nível Conceitual: decreve toda a estrutura do BD a nível de propriedades, relacionamentos, restrições etc, sem os detalhes de implementação física. Um modelo conceitual (por ex. ERE) é utilizado nessa etapa. Nível externo: corresponde às visões específicas dos usuários.

41 Visões exemplo: companhia aérea 1- Empregados (nome, cpf, end, tel, filiação, dep) 2- Equipamentos (n0 avião,marca,tipo,capac, tripulação, revisão) 3- Funções (nomefunção,salário,qualificação, serviço, tipo_equipam) 4-Vôo (linha, tipo_equipam, n 0 horas, serviço_bordo, horário) Aplicações: Folha pagamento (1,3) Equipe tripulação (1,2,3) Manutenção equip (1, 2) Reserva vôo (2,4) Escala manutenção (1,2,3)

42 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: Independência física de dados:

43 Linguagens de Bancos de Dados Linguagem de definição dos dados (LDD) Linguagem de definição do armazenamento (LDA) Linguagem de definição das visões (LDV) –(Usualmente a LDD incorpora a LDA e a LDV) Linguagem de manipulação dos dados (LMD) – Alto nível ou não procedural : orientada a conjuntos – Baixo nível ou procedural : orientada a registros –(Às vezes, a LDD e a LMD confundem-se na mesma linguagem. Exemplo : SQL) Linguagem hospedeira –Linguagem de programação na qual comandos da LMD são embutidos.

44 Interfaces de Bancos de Dados Interfaces baseadas em menus (listas de opções) Interfaces gráficas Interfaces baseadas em formulários (telas) Interfaces de linguagem natural Interfaces para usuários paramétricos Interfaces para o ABD

45 Componentes de um SGBD Comandos em LDD Comandos privilegiados Consulta de alto nível Programas de aplicação Comandos em LMD Transações compiladas Compilador da LDD Compilador da LMD Processador de consultas Processador do BD em tempo de execução Compilador da linguagem hospedeira Subsistema de controle de concorrência / backup / restauração Gerenciador dos dados armazenados Banco de dados armazenado Catálogo/ Dicionário de Dados ABD e equipe usuários ocasionais programadores de aplicações usuários paramétricos Pré-compilador

46 Classificação dos SGBDs Critério principal de classificação: modelo de dados Relacional, Redes, Hierárquico, Relacional Objeto e Orientado a Objetos. Outros critérios: – Número de usuários Monousuário, Multiusuário – Número de locais (sites) Centralizado, Distribuído (homogêneo, heterogêneo) – Preço (US$) 100 a (monousuários, PC), a (a maioria), a (alguns mais elaborados) – Propósito Geral, Específico

47 PROJETO DE BANCOS DE DADOS Requisitos de Dados Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Esquema Conceitual Esquema Físico Esquema Lógico Coleta e Análise de Requisitos Mini-Mundo Independente de SGBD Específico para um SGBD Foco : dados

48 Banco de Dados Hierárquicos Segue o estilo de um organograma empresarial (Diretoria- Divisão-Seção-Setor) ou de biblioteca (Exata-Matemática- Algebra Linear-Vetores). Este modelo é capaz de representar este tipo de organização de forma direta, mas apresenta inconvenientes quando esta situação não aparece claramente com relações de hierarquia. Fábrica Financeiro Comercial Injeção Extrusão Pagar Receber Contábil Vendas Marketing Paulo Vinícius Vilma Sílvia Dagoberto Juracy Richard Pedro Carlos Ernesto Sandra Paula Pedrinho João Sabemos que Paulo é "filho" da Injeção que por sua vez é "filha" da Fábrica.

49 Banco de Dados em Rede Neste modelos os dados são dispostos em registros, previamente classificados em classes que descrevem a estrutura de determinado tipo de registro. Os registros são descritos em relações de conjuntos onde são estabelecidas as ligações lógicas entre eles. Informática André Paulo Carla


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