Programação com acesso a BD - Professor Baesse ... · • Tabelas e descrição do banco de dados Esquema Mecanismo de Consultas ... Aula 3 - Sistemas de banco de dados - conceitos

Programação com acesso a BD

Prof.: Clayton Maciel [email protected] 1

Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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• Modelo de dados: Conjunto de conceitos descrevem a estrutura de um BD:

• Abstração de dados;

• Estrutura = tipos de dados + relacionamentos + restrições (+operações => recuperação e atualização).

• Esquema: Descrição (textual ou gráfica) da estrutura de um BD de acordo com um determinado modelo de dados;

• Instância: Conjunto de dados armazenados no BD em um determinado instante de tempo.

Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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• Por exemplo:

Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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Detalhes que não interessama estes usuários não aparecem

Modelo 1

Modelo 2

≠

• Estrutura de um banco de dados:

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BANCO

DE

DADOS

Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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• Esquema do BD:

• Armazenado no catálogo;

• Mudanças muito menos frequentes.

• Estado do BD:

• Dados do banco em qualquer ponto do tempo;

• Inicialmente vazio;

• Muda frequentemente;

• Validade parcialmente garantida pelo SGBD.

Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

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Nos dadosA todo momento

Diagrama de Esquema

Novas Versões

Alterações :

Instâncias :

Estado:

Vazio

101001001001010101010010010010100111101010101001001010101010

Populado / Carregado

Modelos de Dados, Esquemas e

Instâncias

Categorias de Modelo de Dados

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MODELOS CONCEITUAIS (Alto Nível)

• Descrevem a estrutura de um BD de uma forma mais próxima da percepção dos usuários;

• Independente de aspectos de implementação;

• Conceitos: entidades, atributos, relacionamentos;

• Exemplos:• Modelo entidade-relacionamento (ER);

• Modelo orientado a objetos (OO).

Categorias de Modelo de Dados

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MODELOS REPRESENTACIONAIS (Nível Intermediário)

• Descrevem a estrutura de um BD da forma como será manipulado através de SGBD;

• Mais dependente das estruturas físicas de armazenamento de dados;

• Exemplos:• Modelo relacional;

• Modelo de rede (CODASYL);

• Modelo hierárquico.

Categorias de Modelo de Dados

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MODELOS FÍSICOS (Baixo Nível)

• Descrevem como os dados são fisicamente armazenados;

• Conceitos: formatos dos registros, ordenamento dos registros, caminhos de acesso (eficiência);

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• Características do enfoque de BD:

• Isolamento de programas e dados;

• Suporte de visões múltiplas de usuários;

• Catálogo para armazenar a descrição (esquema) do BD.

• Arquitetura de três níveis:

• Mantém independência de dados e programas;

• Suporta múltiplas visões.

Arquitetura de um Sistema de BD

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• Esquema Interno:• Descreve como os dados estão fisicamente armazenados;• Exemplo:

• Organização de arquivo:• seqüencial-indexado, hashing, seqüencial, heap.

• Alocação em disco:• Contígua, lista encadeada, lista encadeada utilizando índice.

• Tipo de registro:• Fixo, variável.

• Esquema Conceitual:• Descreve quais dados estão armazenados no banco de dados;• Descreve os relacionamentos entre os dados armazenados.

• Esquema Externo:• Descreve parte do banco de dados;

• Simplificar a visão do usuário;• “Ver” só o que interessa;

• Segurança.

Arquitetura de um Sistema de BD

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Esquema Externo 1

Esquema Externo 2

Esquema Externo n

Esquema Conceitual

Esquema Interno(Banco de Dados armazenado)

EsquemaConceitual

EsquemaInterno (Físico)

EsquemaExterno

Arquitetura de um Sistema de BD

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Esquema conceitual:• Estudantes (eid: string, nome: string, login: string, idade: integer,

gpa:real);• Cursos (cid: string, cnome:string, creditos:integer);• Matricula (eid:string, cid:string, nota:string).

Esquema Físico:• Relações guardadas como arquivos desordenados;• Índices na primeira colunas de estudantes.

Esquema externo (Visão):• Info_Curso(cid:string, horário:string).

Arquitetura de um Sistema de BD –

Exemplo 1

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Arquitetura de um Sistema de BD –

Exemplo 2

• Capacidade de se alterar o esquema em um determinado nível sem alterar o esquema (ou esquemas) do nível imediatamente mais alto.

• VANTAGEM:

• Imunidade dos programas em relação a mudanças na estrutura do banco de dados;

• Um dos maiores benefícios de usar SGBD.

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Independência de Dados

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Independência de Dados

Habilidade de modificaro esquema físicosem

causar redefinição dos programas de aplicação

Modificações sãonecessárias para

melhorar desempenho

Habilidade de modificaro esquema lógico semcausar redefinição dos programas de aplicação

Modificações sãonecessárias quando aestrutura lógica da

base é alterada

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Independência de Dados

Linguagens de Banco de Dados

• Finalidade:• garantir a especificação do esquema de um banco de dados;

• permitir consultas e atualizações sobre o banco de dados.

• Componentes: • DDL - Data Definition Language:

• Utilizada para especificar o esquema de um BD;

• Expressões da DDL:

• Interpretadas (compilados) gerando a especificação de um conjunto de tabelas;

• A especificação das tabelas é armazenada no catálogo do banco de dados.

• Exemplo (SQL):

create table Empregado

(matr integer not null,

nome varchar(35),

salario real,

primary key(matr)); 21

Linguagens de Banco de Dados• Componentes (cont.)

• DML - Data Manipulation Language:• Utilizada para permitir:

• Consultas sobre um BD• Exemplo (SQL)

select nomefrom Empregadowhere salario > 7000

• Inserções em uma tabela • Exemplo (SQL)

insert into Empregado values(123, “Bárbara”, 5000.00)• Remoções em uma tabela

• Exemplo (SQL)delete from Empregadowhere matr=14

• Atualizar valores de atributos de uma tabela• Exemplo (SQL)

update Empregado set salário=salário*1.15where salário<1500.00

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DMLDMLProcedural

- requer a especificação de quais dados devem ser acessados e como devem ser acessados

Não procedural- requer somente a especificação de quais dados devem ser acessados

Linguagens de Banco de Dados• Componentes (cont.)

• VDL – View Definition Language:• Utilizada para criar visões de usuários

• Exemplo (SQL):Create View Info_Renda_Emp as

Select nome, salario From Empregado;

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Interfaces do SGBD

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Baseadas em menus: Apresentauma lista de menus que conduzem através da formulaçãode uma solicitação.

Baseadas em formulários: Osusuários podem preencher asentradas do formulário.

Interfaces do SGBD

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Interfaces gráficas: Exibe um esquema para o usuário na forma de diagramas. A consultaé construída manipulando o diagrama.

Interfaces do SGBD

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Para usuários leigos: Aplicações desenvolvidas por analistas e programadores

Interfaces do SGBD

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Para o DBA: Ambiente onde o DBA pode colocar em prática todos os detalhes técnicos definidos nos modelos, usando comandos ou opções do software

Módulos Componentes do SGBD

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SGBD�Processador de Consultas + Sistema de Armazenamento�Processador de Consultas

Compilador DML• Analisa sintaticamente e semanticamente comandos DML

expressos em uma linguagem de consulta (ex. SQL);• Traduz estes comandos para uma das formas de representação

interna de consultas (ex. álgebra relacional).

Pré-Compilador DML• Traduz comandos DML em chamadas a procedimentos (rotinas) na

linguagem hospedeira.

Interpretador DDL• Interpreta comandos DDL e os armazena no catálogo:

• Tabelas e descrição do banco de dados � Esquema

Mecanismo de Consultas• Responsável pela otimização e geração de planos de execução de

consultas.

Módulos Componentes do SGBD

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SGBD�Sistema de Armazenamento

Gerenciador de Transações• Controle de concorrência; • Recuperação do banco de dados após falhas.

Gerenciador de Buffer

• Responsável para recuperar objetos em disco e carregá-los na memória principal em forma de páginas;• SGBD possui uma área de buffer em memória principal.

Gerenciador de Arquivo (File System)�Responsável pelo armazenamento físico em disco;�Gerencia a alocação de espaço em disco.

Módulos Componentes do SGBD

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BD�Arquivos de dados + Índices + Catálogo

�Arquivos de dados

• Armazena os dados.

�Índices

• Estruturas de índices para os arquivos de dados.

�Catálogo

• Armazena esquema do banco de dados (meta-dados):• Nomes das tabelas;• Atributos de cada tabela;• Definição de índice para uma tabela, etc…

• Armazena informações estatísticas:• Exemplo:

• Cardinalidade de uma tabela.

• Utilizadas na otimização de consultas.

Módulos Componentes do SGBD

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EsquemaConsultaPrograma Aplicativo

Gerenciador de Transações

Mecanismo de Consultas

Gerenciador de Buffer

Gerenciador de Arquivo

Compilador DML

Pre-compilador DML

Sistema de Armazenamento

Processadorde Consultas

SGBD

SBD

Código Objetoaplicativos

Arquivosde dados

índices Catálogo BD

DBA/ProjetistaUsuário experienteProgramadores

Interpretador DDL

• Carga (loading)

• Arquivos dados � Banco de Dados.

• Cópia de segurança (backup)

• Para restaurar em caso de falhas.

• (Re-)Organização de arquivos

• Melhorar o desempenho.

• Monitoramento do desempenho

• Fornece estatísticas para o DBA: informações sobre desempenho � reorganização

Utilitários do Sistema de Banco de

Dados

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Ferramentas, Ambientes de Aplicações e

Facilidades de Comunicações

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Software de comunicação: Utiliza os recursos disponíveis na rede.

Ferramentas: SQL Power Architect, DbDesigner , PowerDesigner, etc...

Ambientes de desenvolvimento: NetBeans, Delphi, etc...

Classificação dos SGBDs

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• Quanto ao modelo de dados adotado:• De rede;

• Hierárquicos;

• Relacionais;

• Orientados a objetos;

• Objeto-relacionais.

• Quanto ao número de usuários suportados:• Monousuários;

• Multiusuários.

• Quanto à localização dos dados:• Centralizados;

• Distribuídos.

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Monousuário x Multiusuário

Classificação dos SGBDs

Exemplo de um BD relacional

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FIM

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