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SCC0141 - Bancos de Dados e Suas Aplicações Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior Material original: Elaine Parros Machado de Sousa Sistemas de Banco de.

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1 SCC Bancos de Dados e Suas Aplicações Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior Material original: Elaine Parros Machado de Sousa Sistemas de Banco de Dados

2 Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de Dados arquiteturas cliente/servidor Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida Modelagem de Dados

3 Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de Dados arquiteturas cliente/servidor Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida Modelagem de Dados

4 USP – ICMC - GBDI 4 Evolução dos Sistemas de Bases de Dados

5 USP – ICMC - GBDI 5 Evolução dos Sistemas de Bases de Dados Os programas de aplicação são executados no servidor de dados – os terminais burros executam quase nenhum processamento.

6 USP – ICMC - GBDI 6 Evolução dos Sistemas de Bases de Dados PC

7 USP – ICMC - GBDI 7 Evolução dos Sistemas de Bases de Dados PC PCs mais potentes executam tanto o programa de aplicação quanto o SGBD. O servidor de arquivos provê espaço de armazenamento, escasso à época.

8 USP – ICMC - GBDI 8 Evolução dos Sistemas de Bases de Dados

9 USP – ICMC - GBDI 9 Arquitetura Cliente/Servidor Dados e Regras SGBD ServidorCliente Aplicações

10 USP – ICMC - GBDI 10 Arquitetura Cliente/Servidor Duas camadas Dados e Regras SGBD ServidorCliente Aplicações BD + parte (pequena) da lógica de negócio Interface + maior parte da lógica de negócio

11 USP – ICMC - GBDI 11 Arquitetura Cliente/Servidor Três camadas Dados e Regras SGBD ServidorCliente Aplicações-Cliente BD + parte comum da lógica de negócio Interface + parte específica da lógica de negócio Servidor de Aplicação

12 USP – ICMC - GBDI 12 Arquitetura Cliente/Servidor Quatro camadas Dados e Regras SGBD Servidor Cliente Aplicações-Cliente Servidor de Aplicação Servidor de Interface

13 Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de Dados arquiteturas cliente/servidor Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida Modelagem de Dados

14 Definição da base de dados armazenada Base de dados armazenada SGBD Aplicação ESQUEMA INSTÂNCIA

15 Esquema e Instância Banco de dados: Esquema Definição Estático (ou quase!) Instância Instância Manipulação Dinâmica Instância Esquema

16 Esquema e Instância Esquema pode ser definido em 3 níveis Three-Schema Architecture

17 Arquitetura Esquema de Três Three-Schema Architecture (ou arquitetura ANSI/SPARC) 1. múltiplas visões para os usuários esquemaabstração 2. armazenamento da descrição da base de dados (esquema) em diferentes níveis de abstração 3. independência de dados Incorporação de características importantes da filosofia de bases de dados

18 Three-Schema Architecture Nível Externo ou de Visão Visão 1Visão 2Visão N... Nível Conceitual ou Lógico Nível Interno ou Físico Esquema Conceitual e/ou Esquema Lógico Esquema Físico Sub-Esquemas (views)

19 Three-Schema Architecture esquema físico Nível Interno – esquema físico descreve estrutura física de armazenamento da base de dados como os dados estão armazenados

20 Three-Schema Architecture esquema conceitual e/ou lógico Nível Conceitual – esquema conceitual e/ou lógico descreve a estrutura da base de dados sem detalhes de estrutura de armazenamento físico quais dados estão armazenados e como estão relacionados descrição do esquema conceitual/lógico: modelo conceitual (ex: MER) modelo de implementação (ex: Modelo Relacional)

21 Three-Schema Architecture sub-esquemas Nível Externo – sub-esquemas define as visões dos usuários descreve a parte da base de dados em que cada grupo de usuários tem interesse descrição de sub-esquemas: modelo conceitual (ex: MER) modelo de implementação (ex: Modelo Relacional)

22 Three-Schema Architecture Nível Externo ou de Visão Visão 1Visão 2Visão N... Nível Conceitual ou Lógico Nível Interno ou Físico mapeamento externo/conceitual mapeamento conceitual/interno

23 Three-Schema Architecture ABSTRAÇÃO Visualização de níveis de esquema em sistemas de banco de dados ABSTRAÇÃO escondendo detalhes e complexidade nos diferentes níveis visão mais geral ou mais específica

24 Recordando.... Three-Schema Architecture (ou arquitetura ANSI/SPARC) independência de dados independência de dados múltiplas visões para os usuários esquemaabstração armazenamento da descrição da base de dados (esquema) em diferentes níveis de abstração OK!!!!

25 Independência de Dados capacidade de modificar o esquema em determinado nível sem afetar o esquema do nível superior Independência de dados na arquitetura de três esquemas capacidade de modificar o esquema em determinado nível sem afetar o esquema do nível superior SGBD pode suportar: independência física independência lógica

26 Independência de Dados Nível Externo ou de Visão Visão 1Visão 2Visão N... Nível Conceitual ou Lógico Nível Interno ou Físico Independência Física???

27 Independência de Dados Independência física de dados modificações no esquema interno não provocam alterações nos esquemas lógico e externo por que modificar esquema interno? quando os esquemas em níveis superiores teriam que ser alterados?

28 Independência de Dados Independência física de dados modificações no esquema interno não provocam alterações nos esquemas lógico e externo por que modificar esquema interno? quando os esquemas em níveis superiores teriam que ser alterados? Modificações no nível interno – reorganização dos dados – ex: inserção de novos mecanismos de acesso, novos índices, mais espaço de armazenamento.

29 Independência de Dados Nível Externo ou de Visão Visão 1Visão 2Visão N... Nível Conceitual ou Lógico Nível Interno ou Físico Independência Lógica???

30 Independência de Dados Independência lógica de dados modificações no esquema lógico não provocam alterações nos esquemas externos aplicativos não precisam ser reescritos por que modificar esquema lógico? quando os esquemas em níveis superiores teriam que ser alterados?

31 Independência de Dados Independência lógica de dados modificações no esquema lógico não provocam alterações nos esquemas externos aplicativos não precisam ser reescritos por que modificar esquema lógico? quando os esquemas em níveis superiores teriam que ser alterados? Modificações no nível conceitual – reestruturação lógica – ex.: novas tabelas, novos atributos, novas restrições de integridade expansão. No cado de redução, níveis superiores talvez tenham que ser alterados. Ex.: exclusão de atributos, relacionamentos, ou restrições de integridade.

32 Ciclo de Vida Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Análise Funcional Projeto Implementação Coleta/Especificação de Requisitos Dados e Metadados SGBD Aplicação Mundo Real Protótipo Requisitos Funcionais Requisitos de Dados Sistemas de Banco de Dados

33 Dados e Metadados SGBD Aplicação Mundo Real Requisitos Funcionais Requisitos de Dados DBA Pessoal de Suporte e Operação Analistas de Sistemas Programadores Usuários Operadores de Aplicação Projetistas de Interface Desenvolvimento de Software Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Análise Funcional Projeto Implementação Coleta/Especificação de Requisitos Protótipo

34 Ciclo de Vida Sistemas de Banco de Dados Dados e Metadados SGBD Aplicação Mundo Real Requisitos Funcionais Requisitos de Dados Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Projetistas de BD DBA Pessoal de Suporte e Operação Usuários Operadores de Aplicação Projetistas de Interface Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Análise Funcional Projeto Implementação Coleta/Especificação de Requisitos Protótipo

35 Projeto conceitual esquema conceitual para a base de dados níveis conceitual/lógico e externo baseado nos requisitos de dados objetivos: estrutura da base de dados semântica relacionamentos restrições Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri]

36 Projeto conceitual (cont.) independente do SGBD pode incluir especificação em alto nível de: aplicações características funcionais das transações modelo conceitual – ex: MER

37 Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri] Projeto lógico esquema lógico níveis conceitual/lógico e externo mapeamento do modelo conceitual para o modelo do SGBD ex: Modelo Relacional

38 Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri] Projeto lógico (cont.) Passo1 – mapeamento independente de um SGBD específico mas... dependente do paradigma (relacional, OO, relacional-objeto) Passo 2 – ajustes de acordo com as características e restrições do modelo implementado por um SGBD específico

39 Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri] Projeto físico esquema físico nível interno estruturas físicas de armazenamento organização de registros físicos índices número de discos …. critérios: tempo de resposta espaço utilizado número de transações

40 Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de Dados arquiteturas cliente/servidor Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida Modelagem de Dados

41 Abstração Modelagem de dados Os Três Reinos - Abstração Produto Sigla Nome-P Peso Verifica Padrão Empregado Código Idade Trabalha Peça Máquina Usina Composta por Nome-E Código Material Tempo Total de horas 1 1 N M N N 1 N M Percepção ModelagemImplementação Real Imaginário Representação

42 Idéias Modelo E/R Modelo Relacional SGBD Relacional

43 Idéias Modelo E/R Modelo Relacional SGBD Relacional MER SQL - DDL DADOS

44 Modelagem de Dados - Motivação Por que modelar?? se projetistas se apóiam pouco em metodologias sistemáticas para conduzir o projeto da base de dados... então tempo e recursos são subestimados resultado não atende às necessidades das aplicações documentação é limitada manutenção custosa

45 Modelagem de Dados - Motivação Por que modelar??? Se projeto é feito direto em termos de estruturas de armazenamento... Então considera limitações da estrutura escolhida; inclui macetes para bom desempenho e representação da informação; convívio com a inadequação da estrutura escolhida dificulta o diálogo com o usuário dificulta o diálogo com o usuário esquece-se o que é percepção da realidade e o que é necessidade de implementação

46 Modelos de Dados Modelo de dados Modelo de dados – definição abstrata, autônoma e lógica dos objetos, operadores e outros elementos que, juntos, constituem a máquina abstrata com a qual os usuários interagem. (Date) objetos estrutura dos dados operadores comportamento dos dados Modelos conceitual e de implementação (ou lógico)

47 Modelos de Dados Modelos de dados (Elmasri) Conceituais Modelo Entidade Relacionamento (MER) Modelo de Objetos da ODMG (Object Database and Open Source Vendors) …. de Implementação : Ex: Rede, Hierárquico, NO-SQL, Relacional

48 Modelos Conceituais Objetivo: descrição do conteúdo da base de dados NÃO considera estruturas de armazenamento Enfoque: compreensão e descrição da realidade (informação) compreensão e seleção das propriedades relevantes da informação compreensão e descrição das restrições sobre os dados diálogo com o usuário Projeto Conceitual

49 Ciclo de Vida Sistemas de Banco de Dados Dados e Metadados SGBD Aplicação Mundo Real Requisitos Funcionais Requisitos de Dados Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Projetistas de BD DBA Pessoal de Suporte e Operação Usuários Operadores de Aplicação Projetistas de Interface Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Análise Funcional Projeto Implementação Coleta/Especificação de Requisitos Protótipo

50 Modelagem Conceitual Requisitos de Dados Entrada: Requisitos de Dados Processo: modelagem – representação conceitual modelo conceitual (Ex: MER) Esquema Conceitual Resultado: Esquema Conceitual descrição sucinta (diagramas e texto) clara, concisa, sem ambigüidades, sem contradições padronizada

51 Modelagem Conceitual – Exemplo usando MER: N#Cred Aluno Turma Disciplina Ministra Matricula N M N Professor Composta por M livro nota É pré-requisito de N N 1 N Cidade Idade Grau Nome N#Funcional Idade Nome N#USP Nome Sigla N#Alunos Código

52 Modelagem Conceitual Ex: SDM (Semantic Data Model) [McLeod-81] SAM (Semantic Association Model) [Su-86] IFO [Abiteboul-87] ME-R (Modelo Entidade-Relacionamento) [Chen-76] Modelos Orientados a Objetos Object Model (ODMG), UML, OMT, OOAD, BOOCH …..

53 Modelos de Implementação Modelo em Rede: dados representados por um conjunto de registros relações entre registros representadas por links registros organizados no BD por um conjunto de grafos

54 Modelos de Implementação Modelo Hierárquico similar ao Modelo em Rede dados e relações representados por registros e links diferença: no Modelo Hierárquico os registros estão organizados em árvores Sistema IMS (Information Management System - IBM)

55 Modelos de Implementação Modelo Relacional difere por não usar links relaciona os registros por meio de valores possibilidade do desenvolvimento de fundamentos matemáticos para sua definição Cálculo Relacional e Álgebra Relacional Precursor, Sistema R (IBM)

56 Ciclo de Vida Sistemas de Banco de Dados Dados e Metadados SGBD Aplicação Mundo Real Requisitos Funcionais Requisitos de Dados Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Projetistas de BD DBA Pessoal de Suporte e Operação Usuários Operadores de Aplicação Projetistas de Interface Projeto Conceitual Projeto Lógico Projeto Físico Análise Funcional Projeto Implementação Coleta/Especificação de Requisitos Protótipo

57 Sugestão de leitura Capítulos introdutórios dos livros citados na bibliografia principal da disciplina USP – ICMC - GBDI


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