bancos de dados e usuários de banco de dados

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Capítulo 1

Bancos de dados e usuários de banco de dados

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Tópicos

Introdução Um exemplo Características da abordagem de banco de dados Atores em cena Trabalhadores dos bastidores Vantagens de usar a abordagem de SGBD Uma breve história das aplicações de banco de dados Quando não usar um SGBD


Visão

Aplicações de banco de dados tradicionais Armazena informações textuais ou numéricas

Bancos de dados de multimídia Armazena imagens, clipes de áudio e streams de vídeo

digitalmente

Sistemas de informações geográficas (GIS) Armazena e analisa mapas, dados sobre o clima e

imagens de satélite


Visão (cont.)

Sistemas de data warehousing e de processamento analítico on-line (OLAP) Extrair e analisar informações comerciais úteis de

bancos de dados muito grandes Ajuda na tomada de decisão

Tecnologia de tempo real e banco de dados ativo Controla processos industriais e de manufatura


Introdução

Banco de dados Definiçao genérica Coleção de dados relacionados Fatos conhecidos que podem ser registrados e possuem

significado implícito (DADOS) Exemplo: access ou excel Exemplo: coleção de palavras que compoem a pagina de

um texto de um livro dados relacionados banco de dados


Introdução

Banco de Dados Definição restrita com propriedades Minimundo ou universo de discurso (UoD) Representa algum aspecto do mundo real Mudanças no UoD são refletidas no banco Coleção logicamente coerente de dados com algum

significado inerente Construído para uma finalidade específica Usuários e aplicações previamente concebidos


Introdução

Banco de Dados RESUMINDO Tem alguma fonte da qual o dado é derivado Tem algum grau de interação com eventos do mundo

real Tem um público que está ativamente interessado em

seu conteúdo


Introdução

Um banco de dados pode ter qualquer tamanho e qualquer complexidade

Agenda• Biblioteca• Receita federal (imposto de renda):• Manté o registro dos últimos 3 anos de cada contribuinte• Cinco formulários por cada contribuinte• Aproximadamente 400 caracteres cada formulário• Tamanho do banco, aproximado: 800 gigabytes • Informação organizada e gerenciada• Usuários podem consultar, recuperer e atualizar quando necessário


Introdução (cont.)

Exemplo de um grande banco de dados comercial Amazon.com + de 20 milhões de CDS/DVDS, vídeos, jogos, etc. Tamanho do banco: + de 2 Teras 200 computadores diferentes 15 milhões de visitantes por dia Atualização constante

Banco de dados manual Bando de dados digital



Sistema gerenciador de banco de dados (SGBD) Coleção de programas Permite aos usuários criar e manter um banco de dados Sistema de software de uso geral Definição, construção, manipulação e compartilhamento

Definir um banco de dados Especificar os tipos, estruturas e restrições dos dados a

serem armazenados



Metadados Definição ou informação descritiva do banco de dados Armazenada pelo SGBD na forma de um catálogo ou

dicionário Construção

É o processo de armazenar os dados em algum meio controlado pelo SGBD

Manipulação de um banco de dados Consulta e atualização do banco de dados do

minimundo, Geração de relatórios.



Compartilhamento de um banco de dados Permite que diversos usuários e programas acessem

no simultaneamente

Programa de aplicação Acessa o banco de dados ao enviar consultas ao

SGBD

Consulta Resulta na recuperação de alguns dados



Transação Pode fazer que alguns dados sejam lidos e outros,

gravados no banco de dados Proteção inclui:

Proteção de sistema (defeitos ou falhas de hardware ou software)

Proteção de segurança (acesso não autorizado ou malicioso)

Manter o sistema de banco de dados Permite que o sistema evolua à medida que os requisitos

mudam com o tempo


SISTEMA DE BANCO DE DADOS

União do banco de dados com o software de SGBD


Um exemplo

Banco de dados UNIVERSIDADE Informações referentes a alunos, disciplinas e notas em

um ambiente universitário

Registros de dados ALUNO DISCIPLINA TURMA HISTORICO_ESCOLAR PRE_REQUISITO


Um exemplo (cont.)

Especificar a estrutura dos registros de cada arquivo, determinando o tipo de dado para cada elemento de dado Sequência de caracteres alfabéticos Inteiro Etc.


Construir o banco de dados UNIVERSIDADE Armazena-se dados para representar cada aluno,

disciplina, turma, histórico escolar e pré-requisito como um registro no arquivo apropriado

Relacionamentos entre os registros

Manipulação do banco de dados envolve consulta e atualização

Um exemplo (cont.)


TABELA ALUNO Linha registro Tipo_aluno 1 = novato, 2 = 2.º ano, 3 =

Júnior, 4 = Sênior, 5 = formado Curso CC = Ciência da Computação,

MAT = Matemática, ...


TABELA DISCIPLINA Linha registro Numero_disciplina tipo string Creditos tipo inteiro Departamento tipo string


TABELA TURMA Linha registro Numero_disciplina tipo string Semestre tipo string Ano tipo inteiro Professor tipo string


TABELA HISTÓRICO_ESCOLAR Linha registro Identificacao_turma SEM ACENTOS, tipo

inteiro Nota tipo CARACTER


TABELA PRE_REQUISITO Linha registro Numero_pre_requisito string


Exemplos de consultas: Recuperar uma lista de todas as disciplinas e notas Listar os nomes dos alunos que realizaram a disciplina

‘Banco de dados’ oferecida no segundo semestre de 2008 e suas notas nessa turma

Listar os pré-requisitos do curso de ‘Banco de dados’

Um exemplo (cont.)


Exemplos de atualizações: Alterar o tipo de aluno de ‘Silva’ para segundo ano Criar outra turma para a disciplina ‘Banco de dados’

para este semestre Inserir uma nota ‘A’ para ‘Silva’ na turma ‘Banco de

dados’ do último semestre

Um exemplo (cont.)


Fases de projeto de um banco de dados: Especificação e análise de requisitos Projeto conceitual

• O foco é discutir os aspectos do negócio do cliente e não da tecnologia. Os exemplos de modelagem de dados vistos pelo modelo conceitual são mais fáceis de compreender, já que não há limitações ou aplicação de tecnologia específica.

Um exemplo (cont.)


Fases de projeto de um banco de dados: Especificação e análise de requisitos Projeto lógico

• O modelo lógico leva em conta algumas limitações e implementa recursos como adequação de padrão e nomenclatura, define as chaves primárias e estrangeiras, normalização, integridade referencial, entre outras. O modelo lógico deve ser criado levando em conta os exemplos de modelagem de dados criados no modelo conceitual.

Um exemplo (cont.)


Fases de projeto de um banco de dados: Especificação e análise de requisitos Projeto físico

• No modelo é feita a modelagem física do modelo de banco de dados. Neste caso leva-se em conta as limitações impostas pelo SGBD escolhido e deve ser criado sempre com base nos exemplos de modelagem de dados produzidos no modelo lógico.

Um exemplo (cont.)


Características da abordagemde banco de dados

Processamento de arquivo tradicional Cada usuário define e implementa os arquivos

necessários para uma aplicação de software específica

Abordagem antiga (programação com arquivos) Problemas em manter dados comuns atualizados

Abordagem de banco de dados Um único repositório mantém dados que são definidos

uma vez e depois acessados por vários usuários


Principais características da abordagem de banco de dados Natureza de autodescrição de um sistema de banco

de dados Isolamento entre programas e dados, e abstração de

dados Suporte de múltiplas visões dos dados Compartilhamento de dados e processamento de

transação multiusuário

Características da abordagemde banco de dados (cont.)


Natureza de autodescrição deum sistema de banco de dados

O sistema de banco de dados contém definição completa de sua estrutura e restrições

Metadados Descreve a estrutura do banco de dados

O catálogo é usado pelo: Software de SGBD Usuários do banco de dados que precisam de

informações sobre a estrutura do banco de dados


Exemplos de entradas em um catálogo de banco de dados

O SGBD sempre consultará o catálogo


Isolamento entre programas e dados

Independência de dados do programa A estrutura dos arquivos de dados é armazenada no

catálogo do SGBD separadamente dos programas de acesso

Em um SGBD só precisamos mudar a descrição dos registros no catálogo par arefletir a inclusão do novo item de dado.


Isolamento entre programas e dados

Independência da operação do programa Quando os programas de aplicação do usuário podem operar sobre os

dados invocando essas operações por meio de seus nomes e argumentos Sistemas de banco de dados orientados a objetos e objeto-relacional Usuários podem definir operações sobre dados como parte das

definições do banco Uma operação é especificada em duas partes:

• A interface (assinatura) de uma operação inclui o nome da operação e os tipos de dados de seus argumentos

• A implementação (método) da operação pode ser alterada sem afetar a interface


Abstração de dados Permite a independência de dados do programa e a independência da

operação do programa

Representação conceitual de dados Não inclui muitos dos detalhes de como os dados são armazenados ou

como as operações são implementadas

Modelo de dados Tipo de abstração de dados usado para oferecer representação

conceitual Oculta os detalhes de armazenamento e implementação que não são

do interesse dos usuários

Abstração de dados


Abstração de Dados

Em banco de dados, a estrutura detalhada e a organização de cada arquivo são armazenadas no catálogo.

Representação conceitual dos arquivos: usuários e programas de aplicação

SGBD: extrai detalhes do armazenamento do arquivo do catálogo quando são necessários para os módulos de acesso a arquivo.


Suporte para múltiplas visões dos dados

Visão Um B.D. tem muitos usuários Cada usuário pode ter um ponto de vista diferente sobre os

dados Subconjunto do banco de dados Contém dado virtual derivado dos arquivos do banco de

dados, mas que não estão armazenados explicitamente

SGBD multiusuário Usuários têm uma série de aplicações distintas Precisa oferecer facilidades para definir múltiplas visões


Suporte para múltiplas visões dos dados

a) Um usuário do banco de dados está interessado apenas em acessasr e imprimir o histório escolar de cada aluno

b) Um segundo usuário do banco de dados está interessado apenas em verificar se os alunos possuem todos os pré-requisitos de cada disciplina para a qual se inscreveram.


Compartilhamento de dados eprocessamento de transaçãomultiusuário Permite que múltiplos usuários acessem o banco de dados ao

mesmo tempo

Software de controle de concorrência Garante que vários usuários tentando atualizar o mesmo

dado faça isso de uma maneira controlada• Resultado dessas atualizações seja correto• Exemplo: assento de um voo

Aplicações de processamento de transação on-line (OLPT)


Transação Fundamental para muitas aplicações de banco de dados Programa em execução ou processo que inclui um ou

mais acessos ao banco de dados Propriedade de isolamento

• Cada transação parece executar isoladamente das outras transações

Propriedade de atomicidade• Todas as operações em uma transação são

executadas ou nenhuma é

Compartilhamento de dados eprocessamento de transaçãomultiusuário (cont.)


Atores em cena

Administrador de banco de dados (DBA) é responsável por: Administrador e supersivor de recursos O banco de dados é o principal recurso O SGBD e softwares relacionados são o recurso secundário Autorizar o acesso ao banco de dados Coordenar e monitorar seu uso Adquirir recursos de software e hardware Responsável por problemas como as falhas na segurança,

demora no tempo de resposta do sistema


Atores em cena

Projetistas de banco de dados são responsáveis por: Identificar os dados a serem armazenados Escolher estruturas apropriadas para representar e

armazenar esses dados Comunicar-se com todos os usuários potenciais do

banco Desenvolvem visões para cada grupo de usuários


Atores em cena (cont.)

Usuários finais Pessoas cujas funções exigem acesso ao banco de

dados Tipos

• Usuários finais casuais• Usam o banco ocasionalmente• São gerentes de nível intermediário ou alto• Usam uma linguagem de consulta sofisticada• A cada acesso podem solicitar informações diferentes• Devem aprender algumas funcionalidades que poderão

usar repetidamente



Usuários finais• Usuários finais iniciantes ou paramétricos

• Consultar e atualizar o banco• Transações programadas: tipos padrões de consulta e

atualização (programadas e testadas)• Exemplo: caixas de banco, agentes de companhias

aereas, entre outros que de alguma forma consultam ou inserem dados no banco por meio de uma aplicação

• Precisam entender as interfaces de usuário das transações padrão projetas e implementadas para seu uso



Usuários finais• Usuários finais sofisticados:• Implementam as próprias aplicações para que

atendam as suas necessidades complexas• Tentam aprender a maioria das facilidades do

SGBD para satisfazer suas necessidades complexas



Usuários finais• Usuário isolados:• Banco de dados pessoais que usam pacotes de

programas prontos• Costguam se tornar especialistas no uso de um

pacote específico de software



Analistas de sistemas Identificam as necessidades dos usuários finais

Programadores de aplicações Implementam essas especificações como programas

Engenheiro de Software

Desenvolvedores de Sistemas de Software


Trabalhadores dos bastidores

Projetistas e implementadores de sistema de SGBD Projetam e implementam os módulos e as interfaces do

SGBD como um pacote de software MÓDULOS DE UM SGBD:

• Implementação do catálogo (metadados)• Processamento de linguagem de consulta• Processamento de interface• Acesso e buferring de dados• Controle de concorrência• Tratamento de recuperação de dados• Segurança de dados



Projetistas e implementadores de sistema de SGBD Projetam e implementam os módulos e as interfaces do

SGBD como um pacote de software INTERFACES

• Comunicação com outros sistemas de software• Comunicação com o sistema operacional• Compiladores para linguagens de programação



Desenvolvedores de ferramentas Projetam e implantam ferramentas Exemplos de ferramentas:

• Pacotes adicionais/opcionais• Monitoramento de desempenho• Linguagem natural• Interfaces gráficas• Protótipo• Simulação• Geração de dados de testes



Operadores e pessoal de manutenção Responsáveis pela execução e manutenção do ambiente

de hardware e software para o sistema de banco de dados


Vantagens de usar aabordagem de SGBD

Redundância: é causada ao armazenar os mesmos dados várias vezes, gerando diversos problemas: Duplicação de esforço Desperdício de espaço de armazenamento Inconsistência (dados não válidos)


Vantagens de usar aabordagem de SGBD Controlando a redundância

Normalização de dados• O projeto deve

armazenar cada item de dados lógico em apenas um lugar no banco de dados, garante consistência e economia de espaço

Desnormalização• Às vezes é necessário

usar a redundância controlada para melhorar o desempenho das consultas


Vantagens de usar aabordagem de SGBD

Desnormalização: colocando todos os dados juntos, não precisamos pesquisar vários arquivos para coletar esses dados.

O SGBD deve ter a capacidade de CONTROLAR as redundâncias a fim de proibir inconsistências

Restringindo o acesso não autorizado Subsistema de segurança e autorização (contas de acesso e

restrições) Software privilegiado (DBA)


Vantagens de usar aabordagem de SGBD (cont.)

Oferecer armazenamento persistente para objetos do programa Objeto complexo em C++ pode ser armazenado de forma

permanente em um SGBD orientado a objeto Estruturas de dados complexas (classes, etc) Os valores das variáveis de programa/objetos, são

descartados quando um programa termina Podem ser persistidos em arquivos e isso exige uma

conversão Sempre que necessitar dos dados, terá de converte-los O SGBD orientado a objeto faz essas conversões de forma

automática



O objeto é considerado PERSISTENTE porque sobrevive ao término da execução e pode ser recuperado mais tarde por outro programa

Problema de divergência de impedância: quando o sistema é incompátível com as estruturas de dados da linguagem de programação

• Os sistemas de banco de dados orientados a objeto em geral oferecem compatibilidade da estrutura de dados



Oferecendo estruturas de armazenamento e técnicas de pesquisa para o processamento eficiente de consulta

SGBD é armazenado em disco

Índices• São baseados em estruturas de dados em árvore ou

tabelas hash• É usado para efetuar pesquisas e buscas no disco• Os registros do banco de dados são copiados do disco para

a RAM para poder processar uma consulta



Buffering ou caching• Mantém partes do banco de dados na ram• S.O. é responsavel pelo buffering (transferência do disco

para a memória)• SGBD acabam por implementar o seu proprio buffering

Processamento e otimização de consulta• Escolhe quais indices criar e manter• Escolhe um plano eficiente de execução para cada consulta



Oferecendo backup e recuperação Subsistema de backup e recuperação de SGBD é

responsável pela recuperação de falhas de hardware ou software

Oferecendo múltiplas interfaces do usuário Interfaces gráficas do usuário (GUIs)

Representando relacionamentos complexos entre dados Pode incluir muitas variedades de dados que estão inter-

relacionados de diversas maneiras



Impondo restrições de integridade Um SGBD deve oferecer capacidades para definir e

impor tais restrições TIPO SIMPLES: especificar um tipo de dado para cada

item de dado (inteiro, string, etc) TIPO MAIS COMPLEXO INTEGRIDADE

REFERENCIAL: especificar que um registro em um arquivo deve estar relacionado a registros em outros arquivos (exemplo: cada registro de TURMA deve estar relacionado a um registro de DISCIPLINA)



Impondo restrições de integridade Restrição de chave ou singularidade

• Cada registro de disciplina deverá ter um valor exclusivo para Numero_disciplina

• Especifica a exclusividade sobre valores de item de dados

• Projetistas devem identificar essas restrições de integridade

Regras de negócio (restrições de integridade) Regras inerentes do modelo de dados



Impondo restrições de integridade Regras inerentes do modelo de dados um item de dados pode ser inserido no banco de forma

errada, e mesmo assim satisfazer as restrições de integridade

Exemplo: se um aluno recebe nota A, mas é inserido nota C, o SGBD não tem capacidade para identificar este erro. O valor é válido, o tipo do dado é válido, mas o dado é inconsistente, pois alguém digitou errado!



Permitir dedução e ações usando regras Sistemas de banco de dados dedutivos

• Oferecem capacidades para definir regras de dedução (inferencia)

• Deduzir novas informações com base nos fatos armazenados no banco de dados

• Exemplo: determinar todos os alunos que estão em época de prova

• Em um SGBD comum, um procedimento deveria ser escrito para isso



Permitir dedução e ações usando regras Gatilhos

• É uma forma de regra ativada por atualização na tabela

• Resulta na realização de algumas operações adicionais em tabelas, etc.

Procedimentos armazenados (store procedure)• Procedimentos mais elaborados para impor regras• São parte da definição geral do banco



Permitir dedução e ações usando regras• Sistemas de banco de dados ativo:

• oferecem regras ativas que podem automaticamente iniciar ações quando ocorrem certos eventos e condições



Implicações adicionais do uso da abordagem de banco de dados Potencial para garantir padrões (comunicação) Tempo reduzido para desenvolvimento de aplicação Flexibilidade (mudanças evolucionárias na estrutura do

banco de dados sem afetar os dados armazenados e os programas de aplicação)

Disponibilidade de informações atualizadas (tempo real) Economias de escala (reduz sobreposição de funções

em projetos/departamentos)


Uma breve história dasaplicações de banco de dados

Antigas aplicações de banco de dados usando sistemas hierárquicos e de rede Grande quantidade de registros com estrutura

semelhante Oferecer abstração de dados e flexibilidade de aplicação

com bancos de dados relacionais Separa o armazenamento físico dos dados de sua

representação conceitual Fornece uma base matemática para a representação e

a consulta dos dados


Uma breve história das aplicaçõesde banco de dados (cont.)

Aplicações orientadas a objeto e a necessidade de bancos de dados mais complexos Usados principalmente em aplicações especializadas:

projeto de engenharia, publicação de multimídia e sistemas de fabricação


Intercâmbio de dados na Web para comércio eletrônico usando XML eXtended Markup Language (XML) é considerada o

principal padrão para intercâmbio entre diversos tipos de bancos de dados e páginas Web



Estendendo as capacidades do banco de dados para novas aplicações Extensões para dar melhor suporte às necessidades

especializadas para aplicações ERP (Enterprise Resource Planning ) CRM (Customer Relationship Management)

Bancos de dados versus recuperação de informações Recuperação de Informação (RI)

• Lida com livros, manuscritos e diversas formas de artigos baseados em biblioteca



Quando não usar um SGBD

Mais desejável usar arquivos comuns sob as seguintes circunstâncias: Aplicações de banco de dados simples e bem definidas,

para as quais não se espera muitas mudanças Requisitos rigorosos, de tempo real, que podem não ser

atendidos devido as operações extras executadas pelo SGBD

Sistemas embarcados com capacidade de armazenamento limitada

Nenhum acesso de múltiplos usuários aos dados


Resumo

Banco de dados Coleção de dados relacionados (fatos gravados)

SGBD Pacote de software generalizado para implementar e manter um

banco de dados computadorizado

Várias categorias de usuários de banco de dados

Aplicações de banco de dados envolvem Tendências atuais: RI, Web