Mestrado em Engenharia de Computação área de concentração Geomática Bancos de Dados Mestrado em Engenharia de Computação área de concentração Geomática UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Conceitos de Sistemas de Banco de Dados e Arquitetura Modelos de Dados, Esquemas e Instâncias Arquitetura de Banco de Dados e Independência de Dados Linguagem de Banco de Dados e Interfaces O Ambiente de Sistemas de Banco de Dados Classificação de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Modelos de Dados... Abstração de dados - oculta os detalhes de armazenamento de dados que não são necessários à maioria dos usuários do banco de dados. Um Modelo de Dados é um conjunto de conceitos que pode ser usado para descrever a estrutura de um banco de dados. Estrutura de um BD - tipos de dados, relações, restrições, operações básicas e comportamentos que devem valer para os dados Uma característica fundamental da abordagem de Banco de Dados é que ela provê algum nível de abstração de dados, ao ocultar os detalhes de armazenamento de dados que não são necessários à maioria dos usuários do banco de dados. Um Modelo de Dados é a principal ferramenta para disponibilizar a abstração de dados. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Modelo de Dados... Modelo: é a representação abstrata e simplificada de um sistema real, com a qual se pode explicar ou testar o seu comportamento, em seu todo ou em partes. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Categorias de Modelo de Dados... Conceitual (Alto-nível) - provê conceitos que estão próximos à forma pela qual os usuários percebem os dados. Físico (Baixo-nível) - provê conceitos que descrevem os detalhes de como os dados são armazenados no computador. Lógico (Representacional/ Implementacional ) - provê conceitos que podem ser entendidos pelos usuários, mas que estão, de certo modo, vinculados à forma como os dados estão organizados no computador. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Categorias de Modelo de Dados... Modelos Conceituais Entidade/Relacionamento (ER) Modelos Orientados a Objetos (Object-oriented data models) Modelos Lógicos Relacional Hierárquico Rede Modelos Físicos: métodos de acesso + estruturas de armazenamento... UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Esquemas e Instâncias... Esquemas são unidades de especificação que servem de mapeamento para as estruturas de um banco de dados. Diagrama de Schema - é a descrição da base de dados (meta-dados) Schema construct - cada objeto do schema Estado da Base de Dados - é o conjunto de dados na Base de Dados em um determinado instante (conjunto de ocorrências ou instância) UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Esquemas e Instâncias...... UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Esquemas e Instâncias...  Schema da Base de Dados (Intensão) Estado da Base de Dados (Extensão)  Schema da Base de Dados (Intensão) UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Níveis de Modelagem - Origem... Dificuldades existentes antes da arquitetura em três níveis de schema (arquitetura ANSI-SPARC): Um mesmo modelo de dados, concebido para uma aplicação, necessitava de um esquema para cada tipo de implementação do SGBD (relacional, hierárquico, rede, etc.) e para cada visão. Dificuldades existentes antes da arquitetura em três níveis de schema (arquitetura ANSI-SPARC): Um mesmo modelo de dados, concebido para uma aplicação, ao necessitar ser implementado em diferentes SGBDs exigia a geração de diferentes schemas, com transformações significativas do modelo original. Cada schema dependia das características de implementação do particular SGBD. Os modelos de dados eram impactados pelo tipo de implementação (relacional, hierárquica, em rede, etc.) A implementação de um mesmo schema em um mesmo SGBD poderia ser percebida ou disponibilizada ao usuário final por diferentes visões.Estas visões seriam dependentes de restrições de acesso, limitações físicas, características do ambiente, 9 UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Níveis de Modelagem - Origem... [antes da arquitetura em três níveis de schema] N0 de esquemas para uma aplicação = N0 de tipos de implementação x N0 de diferentes visões UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Níveis de Modelagem - Origem... IMP 1 IMP 2 IMP 3 IMP 4 Visão 1 Visão 2 Visão 3 Visão 4 Visão 5 [antes da arquitetura em três níveis de schema] UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Arquitetura ANSI-SPARC USUÁRIOS FINAIS NÍVEL EXTERNO VISÃO 1 (esquema externo 1) VISÃO N (esquema externo n) ESQUEMA CONCEITUAL NÍVEL CONCEITUAL ESQUEMA INTERNO NÍVEL INTERNO STORED DATABASE UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Arquitetura em 3 níveis (ANSI-SPARC) Nível Externo mais próximo do usuário, relacionado à forma como o dado é percebido (visto) pelo usuário Nível Conceitual relacionado à representação lógica dos dados armazenados no banco de dados Nível Interno mais próximo da representação física dos dados, aquele relacionado à forma como o dado é fisicamente armazenado UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Arquitetura em 3 níveis de esquema Os três níveis de schema são apenas descrições dos dados Os dados reais existem apenas no nível físico Mapeamento: é o processo de transformar pedidos e resultados entre os diferentes níveis da arquitetura o catálogo deve ser expandido em um SGBD de 3 níveis de esquema para incluir informações relativas a como mapear pedidos e dados entre os diversos níveis. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Independência de Dados Independência de dados: é a capacidade de alterar o schema em um nível do Sistema de Banco de Dados, sem ter que alterar o schema do nível superior mais próximo. Independência lógica de dados: é a capacidade de alterar o schema conceitual sem ter que alterar schemas externos ou programas aplicativos. Independência física de dados: é a capacidade de alterar o schema interno sem ter que alterar o schema conceitual (externo). Somente a definição de visões e o mapeamento necessitam ser alterados em um DBMS que suporta independência lógica de dados. Programas aplicativos que referenciam a construção de schemas esternos devem trabalhar como antes, depois que o esquema conceitual experimenta uma reorganização lógica. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Linguagens de SGBD (DBMS Languages)... Data Definition Language (DDL): utilizada para definir os schemas conceitual e interno (níveis lógico e físico), em SGBDs em que não há uma separação estrita entre estes dois níveis. Storage Definition Language (SDL): usada para especificar o esquema interno. View Definition Language (VDL): usada para especificar as visões dos usuários e o seu mapeamento no esquema conceitual. Data Manipulation Language (DML): usda para consultas e atualizações na base de dados. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Linguagens de SGBD (DBMS Languages)... É comum nos SGBDs não separar os diferentes tipos de linguagem (SDL, DDL, VDL e DML). Um exemplo típico é a linguagem de banco de dados relacional SQL - structured query language. Há dois tipos de DMLs: high level ou nonprocedural (set-at-a-time or set- oriented) ex.: SQL low-level ou procedural (record-at-a-time) UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Linguagens de SGBD (DBMS Languages)... Host-language - linguagem de programação de uso geral em que são inseridos comandos DML. data sublanguage - a linguagem DML que é inserida na host-language user-friendly interfaces - para usuários naive e paramétricos UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Interfaces dos SGBDs browsing - permitem ao usuário varrer o conteúdo da base de dados em uma forma não estruturada baseadas em menus gráficas baseadas em formulários linguagens naturais para usuários paramétricos - pequeno conjunto de comandos abreviados para os DBAs - incluem comandos privilegiados UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Ambiente de um Sistema de Banco de Dados UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Ambiente de um Sistema de Banco de Dados Stored Data Manager - controla o acesso à informação do SGBD armazenada em disco (base de dados + catálogo). DDL Compiler - processa definições de esquemas (meta-dados), especificadas na DDL, e armazena- as no catálogo do SGBD. Run-time database processor - responsável pelo acesso à base de dados em tempo de execução (o acesso a disco é feito via SDM). O stored data manager pode usar serviós do sistema operacional (SO) para efetuar transferência de dados em baixo nível entre o disco e a memória principal do computador., porém ele controla outros aspectos da transferência de dados, tais como o gerenciamento de buffers na memória principal. Uma vez que o dado esteja nos buffers da memória principal ele pode ser processado pelos outros módulos do SGBD. O Catálogo inclui informações tais como: nomes de arquivos, ítens de dados, detalhes de armazenamento de cada arquivo, informações para mapeamento entre esquemas e restrições. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Ambiente de um Sistema de Banco de Dados Query Compiler - processa consultas de alto nível que são submetidas interativamente. Faz o parsing e analisa a consulta, após o que gera calls ao run-time-processor para executar os pedidos. Precompiler - extrai os comandos DML de programas aplicativos escritos em uma linguagem hospedeira. DML Compiler - compila comandos DML em código objeto que provê acesso ao banco de dados. Query Compiler - processa consultas de alto nível que são submetidas interativamente. Faz o parsing e analisa a consulta, após o que gera calls ao run-time-processor para executar os pedidos. UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Utilitários em um Sistema de Banco de Dados Database utilities ajudam o DBA a executar o Sistema de Banco de Dados. Loading - usado para conversões: formato corrente do arquivo => estruturas de arquivos do BD. Backup Reorganização de arquivos - utilizado para melhorar a performance do sistema. Monitoramento de performance outros utilitários - sorting files, compressão de dados, monitoramento de acesso, sistemas de dicionários de dados expandidos. sistemas de dicionários de dados expandidos: Além de informações sobre esquemas e restrições armazena outras informações, tais como: decisões sobre projeto uso de padrões descrição de programas aplicativos informação do usuário UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Facilidades de Comunicação Interface com Software de Comunicação: sua função é possibilitar a usuários remotos o acesso ao Banco de Dados, através de terminais, workstations, microcomputadores, etc. O sistema integrado SGBD/sistema de comunicação de dados é chamado de sistema DB/DC. Arquitetura Client-Server UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias

Classificação dos SGBDs Modelo de dados: relacional, network, hierárquico, orientado a objetos N0 de usuários: multi-usuário, stand-alone Centralizado x Distribuído Homogêneo x Heterogêneo Custo Propósito geral x propósito específico UERJ © Oscar Luiz Monteiro de Farias