Banco de Dados Apostila

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BANCO DE DADOS 1. Alguns exemplos de utilização:    

Depósitos ou retiradas bancárias; Reserva de hotel ou vôo; Catálogo de biblioteca on-line; Compras on-line.

Este tipo de interação ocorre através de Aplicações de banco de dados, onde a maioria das informações armazenadas podem ser textuais ou numéricas. Atualmente também podem ser armazenados: imagens, áudio e vídeo. São os chamados Banco de Dados Multimídia. Um banco de dados também pode ser utilizado por Sistemas de Informações Geográficas (GIS) que podem armazenar e analisar mapas, dados sobre clima e imagens de satélites. Sistemas de Datawarehousing e processamento analítico on-line (On-line Analytical Processing – OLAP) também utilizam Banco de dados , onde é possível extrair e analisar informações comerciais que auxiliam na tomada de decisão. 2. O que é um banco de dados? Coleção de dados relacionados. Um banco de dados tem alguma fonte de derivação do dado e algum grau de interação com o mundo real e um público que interage com seu conteúdo. Para que um banco de dados seja preciso e confiável ele precisa ser um reflexo do mundo real podendo ter qualquer tamanho e complexidade. Conforme Heuser(1998), é um conjunto integrado que atende à uma comunidade de usuários. 3. Alguns conceitos  SGBD: Database Management System. Trata-se de uma coleção de programas que permite aos usuários criarem e manterem um banco de dados. É um sistema de software de uso geral que facilita o processo de : definição, construção, manipulação e compartilhamento do banco de dados. Surgiram na década de 70 para facilitar a programação de aplicações de banco de dados já que os primeiros sistema existentes no mercado eram caros e difíceis de se utilizar, necessitando de especialistas treinados para o SGBD específico. Nesta época também ocorreu um considerável investimento em pesquisa em banco de dados resultando no SGBD relacional que dominou o mercado apartir dos anos 80 já que as plataformas de hardware e software se tornaram financeiramente mais acessíveis ou que resultou em uma conversão de padrão internacional. Atualmente o desenvolvimento de Sistemas de Informação ocorrem quase que exclusivamente sobre banco de dados com uso de SGBD relacional.

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Figura 1 - Sistema de Gerenciamento de Banco de dados

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   

Definição de um banco de dados: Envolve a especificação de tipos e estruturas assim como restrições dos dados a serem armazenados. A definição ou informação descritiva do banco de dados também é armazenada na forma de um catálogo ou dicionário, chamado de metadados. Contrução: Processo de armazenamento dos dados em algum meio controlado pelo SGBD. Manipulação: Inclui funções como consulta ao banco de dados para recuperar dados específicos, atualização e inserção de dados. Compartilhamento: De um banco de dados. Permite que diversos usuários e programas acessem-o simultaneamente. Proteção e manutenção: Existe a proteção do sistema contra defeitos ou falhas de hardware ou software e proteção de segurança contra acesso não autorizado ou malicioso. Um banco de dados de grande porte pode ter um ciclo de vida de muitos anos, de modo que o SGBD precisa ser capaz de manter o sistema, permitindo sua evolução à medida que os requisitos mudam com o tempo.

4. Natureza de autodescrição de um Sistema de Banco de Dados Seu sistema contém além do próprio banco de dados uma definição ou descrição de sua estrutura que é armazenada no catálogo que possui informações sobre cada arquivo, tipo e formato de armazenamento de cada ítem de dados e diversas restrições sobre estes dados. Estas informações são chamadas de metadados e descrevem a estrutura do banco de dados principal. O catálogo é utilizado pelo software de SGBD e também pelos usuários do banco de dados que precisam de informações sobre o banco de dados. 5. Atores  Administradores de banco de dados (DBA): É responsável por autorizar o acesso ao banco de dados, coordenar e monitorar seu uso, adquirir recursos de software e hardware conforme a necessidade da empresa. Também é Faculdades QI – Fundamentos de Banco de Dados – Professora Esp. Tatiana Bastos Rigobello

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



responsável por problemas como falhas na segurança e demora no tempo de resposta do sistema. Em grande organizações, ele é auxiliado por uma equipe que executa estas funções Projetistas de banco de dados: São responsáveis por identificar os dados a serem armazenados e escolher estruturas apropriadas para representar e armazenar esses dados. Essas tarefas são realizadas principalmente antes que o banco de dados esteja realmente implementado e populado com os dados. Usuários finais: São pessoas cujas funções exigem acesso ao banco de dados para consultas e atualizações e geração de relatórios. O banco de dados existe para atender os usuários finais.

6. Exemplo de um banco de dados ALUNO NOME Silva Braga

NUMERO_ALUNO

TIPO_ALU NO CURSO 17 1 CC 8 2 CC

DISCIPLINA NOME_DISCIPLINA NR_DISCIPLINA Introdução à ciência da computação Estrutura de dados Matemática discreta Banco de dados

CC1310 CC3320 MAT2410 CC3380

TURMA IDENTICACAO_TU RMA 85 92 102 112 119 135

NUMERO_DISCIPLINA MAT2410 CC1310 CC3320 MAT2410 CC1310 CC3380

CREDITO S

DEPARTAM ENTO 4 4 3 3

CC CC MAT CC

SEMESTR E ANO segundo segundo Primeiro segundo segundo segundo

7 7 8 8 8 8

PROFES SOR Kleber Anderson Carlos Chang Anderson Santos

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HISTORICO_ESCO LAR IDENTIFICACAO_TUR NUMERO_ALUNO MA 17 112 17 119 8 85 8 92 8 102 8 135

NOTA B C A A B A

PROJETO DE BANCO DE DADOS 1. Compartilhamento de dados Considere o exemplo abaixo:

Figura 2 - Sistemas isolados - Fonte: Heuser(1998)

  

Vendas: Esta função concentra as atividades da indústria relativas ao contato com os clientes, como fornecimento de cotações de preços, vendas, e informações sobre disponibilidade de produtos. Produção: Esta função concentra as atividades da indústria relativas à produção propriamente dita, como planejamento da produção e controle do que foi produzido. Compras Esta função concentra as atividades da indústria relativas à aquisição dos insumos necessários à produção, como cotações de preços junto a fornecedores, compras e acompanhamento do fornecimento.

Se cada uma das funções acima for informatizada de forma separada, sem considerar a informatização das demais funções, pode ocorrer que, para cada uma das funções, seja criado um arquivo separado de produtos (HEUSER, 1998) o que leva a redundância de dados que ocorre quando uma informação é representada várias vezes em um sistema. Faculdades QI – Fundamentos de Banco de Dados – Professora Esp. Tatiana Bastos Rigobello

FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas 2. Problemas ocorridos com a redundância: 

Redigitação: A mesma informação é digitada várias vezes exigindo um trabalho desnecessário e resultando em erros de transcrição de dados.  Inconsistência de dados: A sincronia entre as informações de um banco de dados é de responsabilidade do usuário, uma informação que é modificada em um módulo e não é refletida em outro pode acarretar em uma inconsistência de daods. A solução para evitar esta redundância é o compartilhamento dos dados onde cada informação é armazenada uma única vez podendo ser acessada por vários sistemas.

Figura 3 - Dados compartilhados - Fonte: Heuser(1998)

3. Modelo de Banco de dados Trata-se da descrição dos tipos de informações qie estão armazenadas em um banco de dados. Para construir um modelo de dados, utiliza-se a linguagem de modelagem de dados que pode ser gráfica ou textual. Em um projeto de banco de dados são utilizados dois níveis de abstração de modelo de dados: conceitual e lógico. 

Modelo Conceitual: Descrição do banco de dados de forma independente da implementação em um SGBD. O modelo conceitual registra que dados devem aparecer no banco, mas não como estes dados são armazenados. A técnica utilizada na modelagem conceitual é a abordagem Entidade relacionamento(ER), onde o modelo conceitual é representado através do diagrama de entidade/relacionamento. A figura abaixo demonstra um modelo ER:

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Figura 4 - Diagrama Entidade / Relacionamento - Fonte: Heuser(1998)



Modelo Lógico: Descrição de um banco de dados no nível de abstração visto pelo usuário do SGBD. O modelo lógico é dependente do tipo particular de SGBD que está sendo usado. É o modelo de dados que representa a estrutura de dados de um banco de dados conforme visto pelo usuário de SGBD.

Figura 5 - Modelo Lógico

MODELAGEM CONCEITUAL A Modelagem Conceitual tem por objetivo obter uma descrição abstrata, independente de implementação em computador, dos dados que serão armazenados no banco de dados. É representada através da abordagem entidade/relacionamento criada por Peter Chen onde são abordados os seguintes conceitos: Entidade, Relacionamento,Atributos, generalização/Especialização e entidade Associativa. 1. Entidade Representa no modelo conceitual, um conjunto de objetos da realidade moderada. Neste modelo interessam somente os objetos sobre os quais se deseja manter

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas informações.Uma entidade pode representar tanto objetos concretos da realidade (uma pessoa ou um automóvel) quanto objetos abstratos (departamento ou endereço). Representação Gráfica é um Retângulo (o nome da identidade fica dentro do retângulo)

Uma entidade é um conjunto de objetos (COISA, TUDO O QUE É PERCEPTÍVEL OU MANIPULÁVEL). Ocorrência ou Instância da Entidade: Referência a um objeto em particular 2. Relacionamento Conjunto de Associações entre entidades. Em um DER, um relacionamento é representado através de um losango, ligado por linhas aos retângulos das entidades que participam do relacionamento.

Exemplo de ocorrência neste caso: JOAO (pessoa) está lotada na TI (departamento). Este modelo expressa que o BD mantém informações sobre:  um conjunto de objetos classificados como pessoas (relacionamento PESSOA)  um conjunto de objetos classificados como departamentos (relacionamento DEPARTAMENTO)  um conjuntos de associações, que ligam um departamento a uma pessoa. (relacionamento LOTAÇÃO). Diagrama de Ocorrência

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Departamento: d1, d2, d3 Pessoa: P1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8 Relacionamento lotação: p1,d1, p2,d1,p4,d2, p5, d3 Um departamento pode conter várias pessoas mas uma pessoa só pode estar lotada em um departamento. 3. Auto-Relacionamento Um relacionamento não precisa necessariamente estar associado à entidades diferentes, podendo ocorrer o auto-relacionamento onde existem ocorrências na mesma entidade. Neste casoo é necessário um conceito adicional : o papel da entidade no relacionamento.

Uma entidade possui um relacionamento com ela própria. Isto quer dizer que temos pessoas que assumem papel de marido outras de esposa.

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas 4. Cardinalidade de Relacionamentos É uma propriedade importante de um relacionamento pois define quantas ocorrências de uma entidade podem estar associadas a uma determinada ocorrência através do relacionamento. Existem duas cardinalidades: Mínima e Máxima. 

Exemplos: departamento no relacionamento lotação: só podemos ter um empregado por departamento(cardinalidade mínima). Um departamento possui cardinalidade máxima = 120 , isto quer dizer que um departamento pode ter até 120 empregados



Estes relacionamentos são chamados de relacionamentos binários pois envolvem 2 entidades, podem ser: N:n – muitos para muitos 1:n – (um para muitos) 1:1 - (um para um) Exercício: Identificar os tipos de cardinalidade nos exemplos abaixo:

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1- Pessoa (entidade), casamento (relacionamento) 2- Empregado(entidade), alocação(relacionamento), Mesa(entidade)

1- Aluno(entidade), inscrição(relacionamento), curso(entidade) 2- Empregado (entidade), possui(relacionamento), dependentes(entidade) 3- Empregado(entidade),supervisão(relacionamento), empregado(entidade)

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Relacionamento n:n (muitos para muitos)

1- Engenheiro(entidade), alocação(relacionamento), projeto(entidade) 

Relacionamento 0:n



Modelo ER

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas    

Um único departamento é responsável por nenhuma ou muitas disciplinas Uma disciplina pode possuir nenhum ou muitos pré-requisitos Um ou nenhum aluno realiza a inscrição em um único curso Nenhum ou muitos cursos podem possuir nenhuma ou muitas disciplinas

5. Atributos

Informações associadas a ocorrências de entidades ou de relacionamentos. Dado que é associado a cada ocorrência de uma entidade ou de um relacionamento.

Na prática, atributos não são representados graficamente, para não sobrecarregar os diagramas, já que muitas vezes entidades possuem um grande número de atributos. Prefere-se usar uma representação textual que aparece separadamente do diagrama ER.No caso de ser usado um software para construção de modelos ER, o próprio software encarrega-se do armazenamento da lista de atributos de cada entidade em um dicionário de dados. No exemplo acima, para cada ocorrência de projeto é associado exatamente um nome, código e tipo. 

Cardinalidade dos atributos: No exemplo acima , o nome e o código são obrigatórios. Possuem cardinalidade mínima: 1, pois cada entidade possui no mínimo um valor associado. São mono-valorados, pois a cardinalidade máxima também é um, só pode possuir um valor . Já no exemplo:

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas Nome e código também possuem cardinalidade mínima e máxima = 1. Já o atributo telefone é um atributo opcional.(cardinalidade mínima 0 e cardinalidade máxima = n, pois pode possuir vários telefones). Os relacionamentos também podem possuir atributos conforme o exemplo abaixo:

Neste exemplo a entidade engenheiro possui atributos: código e nome, e esta entidade pode possuir nenhuma ou muitas “ATUAÇÃO”(Relacionamento) onde possui uma função (que é o atributo do relacionamento ATUAÇÃO) e pode estar relacionado a nenhum ou muitos projetos que possuem código e título como atributos. No exemplo abaixo:



Uma única financeira pode financiar nenhuma ou muitas vendas que possuem um número de parcelas e taxa de juros.

IDENTIFICADORES (Identificando uma entidade) Um identificador é um conjunto de um ou mais atributos (e possivelmente relacionamentos, como visto abaixo) cujos valores servem para distinguir uma ocorrência da entidade das demais ocorrências da mesma entidade.  No DER, atributos identificadores são representados por um círculo preto.

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O identificador neste exemplo é o código, isto quer dizer que cada pessoa pode ter um único código, já os campos nome e endereço, podem ser associados para mais de uma pessoa. IDENTIFICADORES COMPOSTOS Exemplo: almoxarifado de uma empresa de ferragens. Os produtos ficam armazenados em prateleiras dispostas em armários organizados em corredores. Os corredores são numerados seqüencialmente e as prateleiras são numeradas seqüencialmente dentro de cada corredor, para identificar uma prateleira é necessário conhecer seu número e o número do corredor em que se encontra.

IDENTIFICADORES DE RELACIONAMENTOS Um exemplo é o relacionamento CONSULTA entre entidades de MÉDICO e de PACIENTE. Entre um determinado médico e um determinado paciente podem haver diversas consultas. Neste caso, é necessário algo que distinga uma consulta entre um médico e seu paciente das demais consultas entre este médico e este paciente. A diferenciação dá-se através de atributos identificadores de relacionamento. No caso do relacionamento CONSULTA o atributo identificador do relacionamento pode ser data/hora.

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GENERALIZAÇÃO/ESPECIALIZAÇÃO Através deste conceito é possível atribuir propriedades particulares a um subconjunto das ocorrências (especializadas) de uma entidade genérica. O símbolo para representar generalização/especialização é um triângulo isósceles. Associada ao conceito de generalização/especialização está a idéia deherança de propriedades. Herdar propriedades significa que cada ocorrência da entidade especializada possui, além de suas próprias propriedades (atributos, relacionamentos e generalizações/especializações), também as propriedades da ocorrência da entidade genérica correspondente.

A generalização/especialização pode ser classificada em dois tipos, total ou parcial, de acordo com a obrigatoriedade ou não de cada ocorrência da entidade genérica corresponder uma ocorrência da entidade especializada. Em

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas uma generalização/especialização total para cada ocorrência da entidade genérica existe sempre uma ocorrência em uma das entidades especializadas. ENTIDADE ASSOCIATIVA Em alguns casos, é necessário que associemos uma entidade com a ocorrência de um relacionamento. O modelo de entidades e relacionamentos não permite relacionamentos entre relacionamentos, somente entre entidades. A idéia da entidade associativa é tratar um relacionamento como se ele fosse uma entidade. Observe o modelo abaixo:

Como não podemos fazer isso diretamente, indicamos que o relacionamento consulta é uma entidade associativa, através de um retângulo em volta do relacionamento.

ESQUEMAS GRÁFICOS E TEXTUAIS

1. Representação do Diagrama ER:

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2. Exemplo de Representação Textual Esquema: EMP_DEP Entidade: EMPREGADO Atributos: CÓDIGO: inteiro Identificadores: CÓDIGO Entidade: DEPENDENTE Atributos: NÚMERO_SEQUENCIA: inteiro NOME: texto(50) Faculdades QI – Fundamentos de Banco de Dados – Professora Esp. Tatiana Bastos Rigobello

FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas Identificadores: EMPREGADO via EMP_DEP NÚMERO_SEQUENCIA Relacionamento: EMP_DEP Entidades: (1,1) EMPREGADO (0,n) DEPENDENTE ABORDAGEM RELACIONAL - Composição de um Banco de Dados Relacional

1. Tabelas: Uma tabela é um conjunto não ordenado de linhas (tuplas, na terminologia acadêmica). Cada linha é composta por uma série de campos (valor de atributo, na terminologia acadêmica).Cada campo é identificado por nome de campo (nome de atributo, na terminologia acadêmica). O conjunto de campos das linhas de uma tabela que possuem o mesmo nome formam uma coluna.

2. Chaves O conceito básico para estabelecer relações entre linhas de tabelas de um banco de dados relacional é o da chave. • •

Chave Primária: Uma chave primária é uma coluna ou uma combinação de colunas cujos valores distinguem uma linha das demais dentro de uma tabela. Exemplo de chave composta:

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•

Chave Estrangeira: Uma chave estrangeira é uma coluna ou uma combinação de colunas, cujos valores aparecem necessariamente na chave primária de uma tabela. A chave estrangeira é o mecanismo que permite a implementação de relacionamentos em um banco de dados relacional.

•

Exemplos de chave estrangeira:

3. Domínio e Valores vazios

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas Quando uma tabela do banco de dados é definida, para cada coluna da tabela,deve ser especificado um conjunto de valores (alfanumérico, numérico,…)que os campos da respectiva coluna podem assumir. Este conjunto de valores é chamado de domínio da coluna ou domínio do campo. Além disso, deve ser especificado se os campos da coluna podem estar vazios (“null” em inglês) ou não. Estar vazio indica que o campo não recebeu nenhum valor de seu domínio 4. Integridade • •

Integridade de Domínio: (número inteiro, número real, alfanumérico de tamanho definido,data, …) Integridade de Vazio: Através deste tipo de restrição de integridade é especificado se os campos de uma coluna podem ou não ser vazios

•

Integridade de chave: Trata-se da restrição que define que os valores da chave primária e alternativa devem ser únicos.

•

Integridade Referencial: É a restrição que define que os valores dos campos que aparecem em uma chave estrangeira devem aparecer na chave primária da tabela referenciada. NORMALIZAÇÃO

Consiste em definir o formato lógico adequado para as estruturas de dados identificados no projeto lógico do sistema, com o objetivo de minimizar o espaço utilizado pelos dados e garantir a integridade e confiabilidade das informações. É feita, através da análise dos dados que compõem as estruturas utilizando o conceito chamado “Formas Normais (FN)”. Para realizar a normalização dos dados, é primordial que seja definido um campo chave para a estrutura, campo este que permite identificar os demais campos da estrutura. •

Exemplo:

Arquivo de Notas Fiscais (Num. NF, Série, Data Emissão, Cod Cliente, Nome Cliente, Endereço Cliente, CGC Cliente, Relação das mercadorias vendidas (onde para cada mercadoria temos: Cod Mercadoria, Descrição Mercadoria, Quantidade Vendida, Preço de Venda, Total da Venda desta mercadoria) e Total Geral da Nota) Neste exemplo, existem várias mercadorias em um única Nota Fiscal, sendo portanto elementos repetitivos que deverão ser retirados. Como eliminar os elementos repetidos:

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FACULDADE QI Curso Superior de Análise Desenvolvimento de Sistemas Estrutura na primeira forma normal (1FN) • Arquivo de Notas Fiscais (Num. NF, Série, Data Emissão, Cod Cliente, Nome Cliente, Endereço Cliente, CGC Cliente, Total Geral da Nota) • Arquivo de Vendas (Num. NF, Cod Mercadoria, Descrição Mercadoria, Quantidade Vendida, Preço de Venda, Total da Venda desta mercadoria) Já a segunda forma normal ou 2 FN: Consiste em retirar das estruturas que possuem chaves compostas (campo chave sendo formado por mais de um campo), os elementos que são funcionalmente dependente de parte da chave. A Terceira Forma Normal ou 3FN: Consiste em retirar das estruturas os campos que são funcionalmente dependentes de outros campos que não são chaves. Podemos afirmar que uma estrutura está na 3FN, se ela estiver na 2FN e não possuir campos dependentes de outros campos não chaves. Após a normalização a estrutura das tabelas no banco de dados possuirá o seguinte formato: •

Arquivo de Notas Fiscais (Num. NF, Série, Data Emissão, Cod Cliente e Total Geral da Nota)

•

Arquivo de Vendas (Num. NF, Cod Mercadoria, Quantidade Vendida e Total da Venda desta mercadoria)

•

Arquivo de Mercadorias (Cod Mercadoria, Descrição Mercadoria, Preço de Venda)

•

Arquivo de Clientes (Cod Cliente, Nome Cliente, Endereço Cliente e CGC Cliente)

Após a normalização, as estruturas dos dados estão projetadas para eliminar as inconsistências e redundâncias dos dados, eliminando desta forma qualquer problema de atualização e operacionalização do sistema. A versão final dos dados poderá sofrer alguma alteração, para atender as necessidades específicas do sistema, a critério do analista de desenvolvimento durante o projeto físico do sistema. MODELO ENTIDADE RELACIONAMENTO X MODELO RELACIONAL

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FONTES PESQUISADAS: Título

Autor

Ed. Cidade

ANO

Projeto de Banco de HEUSER, Carlos Dados Alberto

Sagra-Luzzatto

Porto Alegre

2004

Sistema de Banco de Dados

Elsevier

Rio de Janeiro

2006

Elsevier

Rio de Janeiro

2007

SILBERSCHATZ, Abraham; Korth, Henry F. ; Sudarshan, S. Teorey, Toby J. ; Lightstone, Sam; Nadeau, Tom GALEOTE, Sidney

Projeto e modelagem de banco de dados Sistemas de Armazenamento de Dados Oracle 10g SERSON, Roberto database Rubinstein DATE, C.J. Introdução a Sistemas de Bancos de Dados Otimizando a Performance de Bancos de Dados Relacionais Análise Relacional de Sistemas Projeto de Banco de Dados: uma visão prática Aprenda em 24 horas SQL Banco de Dados para a WEB

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