fundamentos de banco de dados e modelagem de dados 2 - modelagem.pdf · visão materializada ......

Universidade Federal de Mato GrossoInstituto de ComputaçãoPós Graduação Lato Sensu em Banco de Dados

Fundamentos de Banco de Dadose

Modelagem de Dados

Prof. Dr. Josiel Maimone de [email protected]

Abril - 2015

Pós Graduação Lato Sensu em Banco de DadosDisciplina: Fundamentos de Banco de Dados e

Modelagem de Dados

Aula 2 Modelagem de Dados

Abril – 2015

Tópicos

➔ Conceitos básicos➔ O que é Modelagem de Dados?

➔ Modelo Entidade Relacionamento➔ MER-Estendido➔ Exemplos➔ Exercícios

Modelagem ➔ Um modelo

➔ representação idealizada de um sistema a ser construído;

➔ simplificação da realidade que ajuda a entender um problema complexo;

➔ consiste ➔ de notações gráficas e textuais que representam

as partes essenciais de um sistema➔ considera diversas perspectivas diferentes e

complementares.➔ está inserida em diversos artefatos do

desenvolvimento de software

Artefatos

➔ IC - UFMT

[Amber2001]

6

Engenharia de Software na prática

Modelagem ➔ No contexto de Banco de Dados uma

modelagem é a representação dos dados que serão armazenados.

➔ não envolve a manipulação➔ não envolve o processamento➔ não envolve a forma de visualização

O que é Modelagem➔ Arquitetura de Banco de Dados

SGBD

Conexão

Aplicação

Visão

Várias visões


SGBD

Conexão

Aplicação

Visão

Conceitual

Física

Lógica


SGBD

Conexão

Aplicação

Visão

Conceitual

Física

Lógica● Próxima do Usuário Final● Longe de Tecnologia● Representação por Diagramas


SGBD

Conexão

Aplicação

Visão

Conceitual

Física

Lógica

● Próxima da Programação● Depende da Tecnologia● Representação por Modelo do SGBD

● relações (tabelas)● cursores


SGBD

Conexão

Aplicação

Visão

Conceitual

Física

Lógica

● Próxima do DBA● Próxima do Armazenamento● Representação por estrutura de dados

● listas, ● registros, ● blocos, ● setores, ● trilhas


SGBD

Conexão

Aplicação

Visão

Conceitual

Física

Lógica

Modelagem Física➔ O Projeto Físico envolve

➔ definir os locais de armazenamento dos dados

➔ Disk array➔ RAID

➔ Tamanho e organização de arquivos➔ Tablespaces➔ Segmentos➔ Extensões➔ Blocos

➔ Arquivos de recuperação (redo log)➔ Organização e local

Modelagem Física➔ O Projeto Físico envolve (cont.)

➔ Métodos de Acesso➔ B-Tree➔ Bitmap➔ Hash

➔ Organização de Armazenamento➔ Visão➔ Visão Materializada➔ Cluster


➔ Tamanho de memória➔ SGA➔ Cache/Buffer➔ Área de Programa➔ Área de dados➔ Pool compartilhado➔ ...


➔ Métodos de Acesso➔ B-Tree➔ Bitmap➔ Hash➔ GIST (PostgreSQL)➔ Cartuchos (Oracle)

➔ Organização de Armazenamento➔ Cluster

➔ Backup

Modelagem Lógica➔ O Projeto Lógico envolve

➔ Definição de tabelas➔ Inserção dos dados (previsão)➔ Definição das Consultas e Relatórios

➔ Quais➔ Quantidade e freqüência (previsão)

➔ Procedimentos Armazenados➔ Tipos de Conexão➔ Direitos de Acesso

➔ Direitos e Papéis

Modelagem Conceitual➔ O Projeto Conceitual

➔ ????????

20

Modelagem Conceitual

➔ Normalmente parte-se de um documento que descreve o mundo real

➔ Levantamento de requisitos➔ Metáforas

➔ remetem a experiências já conhecidas pelos usuários

➔ Metodologias como Extremme Programming colocam a metáfora como obrigatória.

➔ Priorizado o que tem valor para o cliente e para o negócio

21

Levantamento de Requisitos➔ Descrição detalhada da organização e

seu ambiente computacional➔ Questões organizacionais

➔ objetivos➔ estrutura➔ operações➔ problemas

➔ Ambiente/sistema Computacional➔ objetivos➔ escopo e fronteiras➔ origem das informações e usuários➔ necessidades do usuário final

22


➔ Modelos Conceituais ou Semânticos➔ Modelo Entidade-Relacionamento➔ Modelos semânticos recaem sobre o conceito

de Abstrações: os construtores Semânticos do modelo são organizados como ocorrências de abstrações.

➔ Abstrair consiste em desconsiderar detalhes da informação disponível para ter-se uma visão mais geral (mais abstrata).

23


➔ A conceituação do modelo apoia-se no processo de modelagem tal como é desenvolvido pelos analistas

OS TRÊS REINOS

ReinoReal

Reino da Representação

Reino Imaginário

Percepção

Modelagem Implementação

24


➔ No processo de Percepção da aplicação, o projetista não entende determinados detalhes do mundo real. Esses detalhes não são sequer imaginados.

ReinoReal


Reino Imaginário

Percepção


25


➔ No processo de Modelagem da aplicação, o projetista desconsidera outros detalhes do mundo real, por não ser de interesse modelá-los.

ReinoReal


Reino Imaginário

Percepção


26


➔ Tanto na Percepção quanto na modelagem, os detalhes descartados não são colocados no sistema implementado.

➔ A Abstração coloca os detalhes, bem como os dados abstratos no sistema implementado. Assim, o sistema pode “ver” os dados com mais ou menos detalhe, conforme o interesse.

ReinoReal


Reino Imaginário

Percepção


27


➔ A conceituação do modelo apoia-se no processo de modelagem tal como é desenvolvido pelos analistas

➔ OS TRÊS REINOS

ReinoReal


Reino Imaginário

Percepção


Modela-se o que é percebido (entendido).

Do entendido: Modela-se (ou representa-se) somente aquilo

que é de interesse para o sistema que

está sendo estudado.

Modelagem de Dados

➔ Modelo Entidade Relacionamento

➔ Proposto em 1976

P. Chen, ''The Entity-Relationship Model - Toward a Unified View of Data,'' ACM Trans. on Database Systems, Vol. 1, No. 1, March 1976.

Modelagem de Dados

➔ O Modelo Entidade Relacionamento possui apenas 2 abstrações (construtores semânticos).

➔ Qualquer informação do Mundo Real pode ser representada escolhendo-se apenas entre:

➔ Entidades;

➔ Relacionamentos;

Modelo ER

➔ Entidades

➔ Representa algo do Mundo Real;➔ Alguns autores denominam

➔ entidade e➔ conjunto de entidades

➔ Usaremos a denominação➔ instância de entidade e ➔ entidade

Modelo ER

➔ Entidades

➔ Composta de Atributos➔ Representam as propriedades da Entidade quando

isolada.➔ Representação:

NomeEntidade

atributo1

atributo2atributo2

atributo5

atributo3

atributo6

atributo4

Modelo ER - Entidade

➔ Exemplo:

Paciente

cpf

atributo2telefone

rua

idade

bairro

endereço

dataNascimento

nome

cidadeestado


➔ Tipos de Atributos

➔ Monovalorado➔ armazena apenas 1 valor.

➔ Multivalorado➔ armazena vários valores.

➔ Ex:

Pacienteatributo2telefone

nome


➔ Tipos de Atributos

➔ Chave➔ Identifica uma instância da entidade.

➔ Ex:

Paciente cpf


➔ Tipos de Atributos (cont.)

➔ Composto➔ possui subatributos

➔ Ex:

Paciente

rua

bairro

endereço

cidade

estado


➔ Tipos de Atributos (cont.)

➔ Derivado➔ Seu valor é obtido a partir de outro(s) atributo

➔ Ex:

Pacienteidade

dataNascimento

Modelo ER

➔ Relacionamentos

➔ Representam as interações entre as Entidades➔ Representação:

NomeEntidade2NomeEntidade1 Ação

Modelo ER - Relacionamento

➔ Exemplo

MédicoPaciente possui


➔ Cardinalidade

➔ Representa a forma como cada instância da entidade participa no relacionamento.

➔ Tipos:➔ 1:1 – cada instância da entidade pode se relacionar

com apenas um instância da outra entidade.➔ 1:N – cada instância da entidade pode se relacionar

com várias instâncias da outra entidade.➔ N:M – cada instância da entidade pode se relacionar

com várias instâncias da outra entidade e vice-versa.


➔ Cardinalidade

➔ Representação:

NomeEntidade2NomeEntidade1 AçãoN1

NomeEntidade2NomeEntidade1 AçãoMN

NomeEntidade2NomeEntidade1 Ação


➔ Multiplicidade

➔ Representa a forma como cada instância da entidade participa no relacionamento.

➔ Expressa a participação mínima e máxima➔ Tipos:

➔ n..m – n é o valor mínimo e m o máximo;➔ * – zero ou mais;➔ + – um ou mais

➔ Obs: seu posicionamento é o inverso da cardinalidade.


➔ Multiplicidade


NomeEntidade2NomeEntidade1 Ação*

NomeEntidade2NomeEntidade1 Ação(1..5)


➔ Atributo

➔ Representa a informação que surge somente quando as entidades se relacionam.



atributo


➔ Atributo

➔ Exemplo

DisciplinaAluno CursouMN

nota


➔ Participação Total

➔ Representa que a instância da entidade é obrigada a participar no relacionamento.

➔ Exemplo:➔ Toda peça cadastrada deve estar relacionada com o

motor.

PeçaMotor possui


➔ Cardinalidade



NomeEntidade2NomeEntidade1 Ação(1..5)


➔ Grau de um Conjunto Relacionamento➔ número de entidades que participam no

relacionamento.➔ Tipos

➔ Unário – envolve 1 entidade (autorrelacionamento)

➔ Binário – envolve 2 entidades➔ Ternário – 3 entidades➔ . . .


➔ Relacionamento Ternário

FuncionárioCliente compra

Produto


➔ Papéis

➔ Representa o papel da entidade no relacionamento.

➔ Obrigatórios em autorrelacionamentos➔ Exemplo:

Empregado gerencia

é_gerenciado

gerencia


➔ Entidade Fraca

➔ Sua instância existe somente se ligada à uma instância da entidade forte.

➔ Exemplo:➔ Turma só existe se ligado à uma disciplina.

TurmaDisciplina possui Turmapossui

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Exercício

➔ Apresentar o Diagrama Entidade Relacionamento (DER) da seguinte mini-especificação(10 minutos):

”Uma clínica médica deseja informatizar seu sistema. Para isso sabe-se que é preciso armazenar informações dos pacientes e médicos. Cada paciente é atendido por apenas um médico. Em cada atendimento é preciso armazenar a data e hora, bem como um diagnóstico e a descrição do atendimento. É necessário armazenar os dados pessoais dos médicos e dos pacientes. Para os médicos é preciso incluir as especialidades que possuem.Deseja-se obter relatórios mensais envolvendo os pacientes que desenvolveram determinada doença e o remédio utilizado.”

Modelagem de Dados

➔ Modelagem Conceitual:

O que são entidades na organização?

Como essas entidades interagem?

Quais informações são importantes para tratamento?

Quais são as restrições de integridade e as regras de negócio?

Modelo ER

➔ Dicas➔ entidade ou atributo?

➔ Se controle maior então deve ser entidade

➔ entidade ou relacionamento?

➔ Se é ação então é relacionamento

➔ relacionamento binário ou n-ário?

➔ Usar sempre que possível relacionamento binários.

E-R Estendido: Especialização

➔ Proposto inicialmente por: J. Smith and D. Smith, ''Database Abstractions: Aggregation and Generalization,'' ACM Trans. on Database Systems, Vol. 2, No. 2, June 1977.

➔ Abstrações➔ Especialização / Generalização➔ Agregação


➔ Especialização/Generalização➔ Especialização

➔ instâncias de uma mesma entidade são distingüiveis de outras instâncias do conjunto.

➔ têm atributos ou relacionamentos que não se aplicam ao conjunto todo.

➔ Generalização é o inverso.➔ É estabelecido um relacionamento do tipo É_UM (IS_A)

entre as especializações e a generalização.➔ Herança de propriedades

➔ uma especialização herda todas as propriedades➔ atributos e ➔ relacionamentos


FuncionárioCliente

Pessoa

➔ ExemploE

speci alizaç ão

Gen

eral

izaç

ão

É_U

M


➔ Especialização/Generalização➔ Cobertura

➔ restrições sobre o relacionamento➔ Tipos:

➔ Parcial / Total➔ Indica se existe instância da generalização ou

somente das especializações.➔ Exclusivo / Sobreposição

➔ Indica se a instância da especialização pertence ao conjunto de somente uma entidade ou de várias entidades


T, E

FuncionárioCliente

Pessoa

➔ Exemplo

cpf

nome

salário

depto

preferência

endereço


T, E

FuncionárioCliente

Pessoa

➔ Exemplo

cpf

nome

salário

depto

preferência

endereço

Atributos genéricos

Atributos específicos

Atributos específicos

Exemplo de especialização

E-R Estendido

➔ Abstração de Agregação➔ corresponde à idéia de que elementos de modelagem

podem associar-se, formando outros objetos que representam essa ssociação.

➔ A Abstração de Agregação corresponde à idéia de que associações entre entidades também correspondem a entidades.

MédicoPaciente atende

Consulta

data

E-R Estendido: Agregação

➔ Abstração de Agregação➔ Uma agregação ocorre em duas situações:

➔ Quando é necessário identificar-se cada relacionamento (o relacionamento tem chave);

➔ Quando é necessário mais de um relacionamento envolvendo as mesmas entidades.


➔ Abstração de Agregação➔ 1o. Caso: O relacionamento tem um identificador

próprio:➔ Nesse caso, embora seja possível identificar a

entidade agregação por um identificador próprio, ela também pode ser identificada também pelo relacionamento entre as entidades que participam do relacionamento:

AlunoProfessor orienta

título


➔ Abstração de Agregação➔ 1º. Caso: O relacionamento tem um identificador

próprio:➔ Nesse caso, embora seja possível identificar a

entidade agregação por um identificador próprio, ela também pode ser identificada também pelo relacionamento entre as entidades que participam do relacionamento:

AlunoProfessor orienta

título

Projeto


➔ Abstração de Agregação➔ 2º. Caso: Pode haver mais de um relacionamento

envolvendo as mesmas entidades:➔ Nesse caso, para identificar a entidade agragação,

deve-se identificar as entidades que participam do relacionamento, além de ser necessário complementar esse identificador com atributos próprios da entidade agregação.


data

Paciente não pode ser atendido mais

de uma vez!


➔ Abstração de Agregação➔ 2º. Caso: Pode haver mais de um relacionamento

envolvendo as mesmas entidades:➔ Nesse caso, para identificar a entidade agragação,

deve-se identificar as entidades que participam do relacionamento, além de ser necessário complementar esse identificador com atributos próprios da entidade agregação.


data

Consulta

Modelo ER

➔ Exercício 2➔ Descreva a situação representada pelo DER abaixo:

Planta

Ornamental Frutífera

nome

altura

tipo_ambiente

flor

nome

peso

AduborecebeN M

quantidade

Adubagem

data

Funcionário

faz

N

1

código

nome

data_admissão

cargo

possui1 1

nome

composição

Fruta

época

tempo_maturação

P, S

Modelo ER

➔ Exercício 3“Um vendedor de frutas decidiu criar um sistema que manipule as informações relacionadas com seu negócio. As informações desejadas para armazenamento estão relacionadas com as frutas e verduras disponibilizadas aos clientes. Para cada fruta deseja-se armazenar seu nome, peso, época de venda, calorias, custo e preço. Para as verduras deseja-se saber seu nome, durabilidade, validade, preço, peso. Sabe-se que os tipos de fruta são: bocaiúva, jambo e carambola. As bocaiúvas são vendidas em sacos, cujo valor é adicionado ao custo dessa fruta. Para melhor atender os clientes, um cadastro é mantido com os dados pessoais (nome, endereço, telefone, etc) e as frutas preferidas. Além disso, deseja-se saber de cada cliente quais são os membros de sua família para identificar qual fruta da época é mais adequada para ser oferecida. Deseja-se gerar no final de cada mês um relatório de vendas. Outro relatório importante é o de frutas da época para saber no mês anterior quais frutas serão encomendadas e vendidas no mês seguinte.”

Algoritmo básico para Modelagem

➔ Partindo de um texto que descreve/especifica um sistema, devem ser utilizados os seguintes passos como um guia para determinar qual deve ser a ação mais significativa a ser tomada num determinado instante, para obter uma modelagem que represente o mais fielmente possível o sistema especificado.

Algoritmo básico para Modelagem (15 Passos)

1.Grifar palavras importantes para a compreensão do sistema;

2.Separar as palavras grifadas em duas colunas, uma para substantivos, e uma para verbos;

3.Classificar, “a princípio”,

➔ os substantivos como sendo:➔ Conjunto de entidades, Atributos, Papéis,

Valores de Atributos, Definições da Base;➔ E os verbos como sendo:

➔ Relacionamentos, Ações (Procedimentos), Regras


4.Vincular uma chave para cada Conjunto de Entidade;

a)Avaliar cada atributo, verificando se ele poderia ser chave de alguma entidade.

5.Vincular cada Conjunto de Entidades os seus atributos;

6.Vincular a cada Atributo seus valores:

a)Verificar se cada Atributo não pode ser promovido a Conjunto de Entidade;

b)Verificar se cada Conjunto de Entidades não pode ser rebaixado para Atributo ou Valor;

Repetir os passos de 4 a 6 até estabilizar


7.Vincular cada conjunto de Relacionamentos as entidades que assumem cada papel do relacionamento;

8.Colocar os papéis nos respectivos Conjuntos de Relacionamentos;

a)Veririficar os papéis que não existam em nenhum conjunto de relacionamento, e criar o conjunto de relacionamento adequado;

b)Verificar as palavras marcadas como conjuntos de relacionamentos que são apenas papéis de outros conjuntos de relacionamentos;

9.Vincular a cada conjunto de relacionamento os seus atributos.


10. Redistirbuir os atributos restantes entre os conjunto e entidades e de relacionamentos ou papéis;

Repetir os passos 3 a 10 até estabilizar

11. Verificar as ações e Regras. Se elas sempre se refererem a dados que já estão modelados, desconsiderá-las; senão identificar quais são esses dados e repetir os passos 2 a 11;


12.As definições da base são descartadas;

a)Verificar se existem conjuntos de entidades que têm apenas uma instância. Se houver, verificar se todos os seus relacionamentos são de cardinalidades 1:1 ou 1:N. Nesse caso, descartar cada conjunto de entidade nessa situação e seus conjuntos de Relacionamentos.

13.Verificar cada conjunto de relacionamento para confirmar que apenas os papéis indicados são necessários, senão criar os que faltam e vincular os conjuntos de entidades adequados.


14.Verificar se cada conjunto de relacionamentos de ordem N > 2 não pode ser “desmembrado” em 2 ou mais conjuntos de Relacionamentos de ordem menor.

15.Verificar todos os Conjuntos de Entidades que são fracos para algum conjunto de Relacionamentos.

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➔ Modelagem de Regras de Negócio e Restrições

➔ O MER facilita representação dos dados contudo não aborda a manipulação desses dados

➔ Regras de negócio devem ser colocadas no Dicionário de Dados

➔ Arquitetura N-camadas as regras de negócio devem ser distribuídas nas diversas camadas.

Dever de Casa

➔ Trazer DER do Projeto com no mínimo ➔ 10 Entidades.➔ 2 Especializações➔ 1 Agregação

➔ Fazer representação equivalente em UML.

Referências➔ Rob; Coronel; Database Systems: Design, Implementation, and Management, Fifth Edition.

➔ Database Architecture and Implementation www.cs.ust.hk/~dimitris/COMP530/530.html

➔ Silberschatz, A.; Korth, H.F.; Sudarshan,S.; ”Database System Concepts”; Fifth Edition; 2008.

➔ Traina, C. ; Apostila de Modelagem de Dados; ICMC-USP; www.gbdi.icmc.usp.br; 2000;

http://www.cs.ust.hk/~dimitris/COMP530/530.html

fundamentos de banco de dados e modelagem de dados 2 - modelagem.pdf · visão materializada ......

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