informática ufpa bdoo 1 bancos de dados orientados a objetos prof. benedito ferreira...

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1

Bancos de DadosBancos de DadosOrientados a ObjetosOrientados a Objetos

Bancos de DadosBancos de DadosOrientados a ObjetosOrientados a Objetos

Prof. Benedito Ferreira

Contribuições:

Profa. Carla Alessandra Lima Reis

Prof. Rodrigo Quites Reis

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INTRODUÇÃO

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Evolução dos Sistemas de BDEvolução dos Sistemas de BD

Sistemas de Arquivos

1950 1960 1970 1980 1990

Modelo Hierárquico

Modelo Rede

Modelo Relacional

SGBD 3a Ger.

1. Evolução dos Sistemas de BD

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- Independência de dados- Suporte a múltiplas visões- Controle centralizado

Principais vantagens do enfoque SGBD

As aplicações da tecnologia de bancos de dados estão se expandindo continuamente, uma vez que dados ocupam papel central em qualquer sistema de informações

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CICLO DE VIDA DE UM SISTEMA DE INFORMAÇÃO (em cascata)

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FASES DO PROJETO DE BANCOS DE DADOS

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Premissas Básicas

- Todo aluno pertence a um (e somente um) curso;- Cada curso deve ter no mínimo 10 alunos;- Todo professor pertence a um (e somente um) departamento;- Cada departamento deve ter no mínimo 10 professores;- Cada departamento possui um chefe;- Todo curso possui um professor coordenador;- Um curso é constituído de várias disciplinas (não exclusivas);- Cada disciplina pode ser ofertada em várias turmas;- O aluno possui registro das disciplina já cursadas.

Exemplo de Projeto de BD Relacional (Universidade)

Exemplo de Projeto de BD Relacional (Universidade)

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(Universidade)Mapeamento ER- Relacional(Universidade)Mapeamento ER- Relacional

Departamento(coddep, nome, ..., cod-chefe)

Professor(codprof, nome, endereco...., cod-depto)

Curso(codcurso, nome, ..., cod-coorden, cod-depto)

Aluno(matrícula, nome, ..., cod-curso)

Disciplina(coddisc, nome, cred, ch)


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(Universidade)Mapeamento ER- Relacional(Universidade)Mapeamento ER- Relacional

Turma(numturma, cod-discipl, sala, horario, cod-professor)

Grade-Curric(cod-curso, cod-disciplina)

Histórico(mat-aluno, cod-disciplina, semestre, nota)

Matrícula-aluno(mat-aluno, cod-discipl, numturma)


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1.1.2 Exemplos de tabelas para o BD Universidade1.1.2 Exemplos de tabelas para o BD Universidade

cod_curso

Nome cod_depto

cod_coord

77 Computação dinf prof1

88 Eng. Civil dciv prof2

cod_curso

Nome cod_depto

cod_coord

77 Computação dinf prof1

88 Eng. Civil dciv prof2

Matrícula Nome Ende-reço

cod_curso

9188006 José xxxx 88

9177006 Maria ddddd 77

9288900 Ana ddeee 88

Matrícula Nome Ende-reço

cod_curso

9188006 José xxxx 88

9177006 Maria ddddd 77

9288900 Ana ddeee 88

cod_prof Nome cod_depto

prof1 João dinf

prof2 Mario dciv

prof3 Joana dinf

cod_prof Nome cod_depto

prof1 João dinf

prof2 Mario dciv

prof3 Joana dinf

cod_depto

Nome cod_chefe

dinf Informática prof3

dciv Civil prof2

cod_depto

Nome cod_chefe

dinf Informática prof3

dciv Civil prof2

cod_disc

Nome cod_curso

CH,CRED

disc1 B. Dados 77 ...

disc2 Int. Civil 88 ...

cod_disc

Nome cod_curso

CH,CRED

disc1 B. Dados 77 ...

disc2 Int. Civil 88 ...

matrí-cula

cod_disc nota,sem.

9188006 disc1 EXC

9177006 disc2 BOM

matrí-cula

cod_disc nota,sem.

9188006 disc1 EXC

9177006 disc2 BOM

Aluno

Professor

Departamento

Curso

Disciplina

JáCursou_Disciplina


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Exemplos de Consultas SQLExemplos de Consultas SQL

Qual o endereço do Prof. Lucas Almeida?

SELECT ENDERECOFROM PROFESSOR WHERE NOME = ‘LUCAS ALMEIDA’


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Qual o nome do departamento onde trabalha o Prof. ‘Joel Freitas’?Qual o nome do departamento onde trabalha o Prof. ‘Joel Freitas’?

SELECT DEPARTAMENTO.NOMEFROM PROFESSOR , DEPARTAMENTOWHERE COD-DEPTO = CODDEP AND PROFESSOR.NOME = ‘Joel Freitas’


SELECT NOMEFROM DEPARTAMENTOWHERE CODDEP IN ( SELECT COD-DEPTO FROM PROFESSOR WHERE NOME = ‘Joel Freitas’ )

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SELECT P.NOMEFROM PROFESSOR P, CURSO, ALUNO A WHERE COD-CURSO = CODCURSO AND COD-COORDEN = CODPROF AND A.NOME = ‘Jonas Lobo’


Qual o nome do coordenador do curso em que estuda ‘Jonas Lobo’ ?

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SELECT C.NOMEFROM PROFESSOR C P, DEPARTAMENTO WHERE P.COD-DEPTO = CODDEP AND COD-CHEFE = C.CODPROF AND P.NOME = ‘JÚLIO SERRÃO’


Qual o nome do chefe do departamento em que trabalha ‘Júlio Serrão’ ?

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Sistemas e modelos de BD tradicionais apresentam limitações no projeto e implementação dos chamados BD não convencionais.

BDOO - Motivação básica

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Manifestos de SGBDOOManifestos de SGBDOO

1o Manifesto: – “The Object-Oriented Database System

Manifesto” [Atkinson et al.1989]

– Motivação: Falta de modelo de dados comum Falta de fundamentos formais Grande atividade experimental

– Proposta: Características obrigatórias Opcionais Em aberto

SGBDOO

+SGBDOO

+SGBDSGBD SistemaOO

SistemaOO


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1o Manifesto: – Obrigatórias:

Objetos Complexos Identidade de Objetos Encapsulamento Tipos e Classes Hierarquia de classes e tipos Ligação dinâmica e reescrita Completeza computacional Extensibilidade Persistência Gerência de armazenamento Concorrência Recuperação Facilidade de consulta

– Opcionais: Herança múltipla Checagem de tipos Transações (longas ou

aninhadas) Versões


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2o Manifesto:

– “Third Generation Data Base System Manifesto” [Committee for Advanced DBMS Function, 1990]

– Princípios: Suporte a estruturas de objetos mais ricas e regras Não regredir os avanços do modelo relacional (acesso não

procedural e indep. de dados) Sistemas Abertos



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2o Manifesto: – 13 proposições:

Sistema de tipos rico Herança simples e múltipla Funções e encapsulamento

em ling. de alto nível Identificadores únicos somente

se não houver chave primária

Regras forçadas pelo SGBD Acesso ao BD através de

ling. não procedural (alto nível)


Especificação de coleções Visões atualizáveis Acessibilidade a partir de

múltiplas linguagens Persistência suportada por

extensões ao compilador SQL = linguagem

universal Consultas e respostas

devem ser o menor elemento de comunicação cliente/servidor


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(mais comuns no ambiente tipicamente comercial)

Processamento de arquivos grandes, de estrutura simples e repetitiva.

Aplicações convencionais

Em geral, são facilmente desenvolvidas com o auxílio de SGBDs convencionais (1a. E 2a. gerações)

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Aplicações convencionais

Características:– Uniformidade: grande número de itens de dados

estruturados– Orientação a registros– Itens de dados pequenos– Campos atômicos (1a forma normal)– Transações curtas– Esquemas conceituais estáticos

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Novas aplicações, cujos requisitos, em geral, excedem a capacidade dos SGBDs convencionais.

Aplicações não-convencionais

Requisitos e características: - estrutura mais complexa para os objetos; - transações longas; - armazenamento de imagens e grandes ítens textuais; - novas operações (não padronizadas).

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- Eng. de software: ferramentas CASE;- CAD/CAM e CIM- telecomunicações- sistemas cartográficos- BD multimídia- BD textuais / automação de escritórios- Aplicações médicas e científicas- Sistemas Especialistas: dados + regras

Exemplos...

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Tendência moderna: um modelo deve representar a estrutura dos objetos modelados, seu comportamento, e também um conjunto de restrições de integridade.

Modelos de dados

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- Deve ser feita através de conceitos o mais próximo possível da aplicação;

Modelagem: representação

- Naturalidade: modelo deve “espelhar” a realidade da aplicação e não o contrário.

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Anos 60: modelos hierárquico e de redes (1a. geração)

Evolução dos modelos:

Anos 70: modelo relacional (2a. geração)- base formal, - homogeneidade, - simplicidade na representação da

realidade - álgebra relacional

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As limitações do modelo relacional em termos do poder de expressão semântica despertaram o interesse por modelos semânticos.

- Modelo E-R (Chen, 1976);- Modelo Hierárquico Semântico;- Modelo de Dados Semântico;- Modelo rm/t.

Modelagem Semântica

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Os desafios das novas aplicações tem levado as pesquisas na área de BD a aproximar essa tecnologia cada vez mais a conceitos de outras áreas

Ex: linguagens de programação (particularmente orientação a objetos) e inteligência artificial (sistemas de bases de conhecimento).

Tendências das soluções

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1. Gerência de dados2. Gerência de objetos3. Gerência de conhecimento

As novas aplicações possuem 3 dimensões:

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BDOO foram propostos visando atender as necessidades das aplicações não-convencionais.

Característica chave: permite ao projetista especificar estrutura e comportamento de objetos complexos.

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Protótipos experimentais

- ORION (MCC)

- OPENOODB(Texas Instruments)

- IRIS (HP)

- ODE (AT&T Bell)

- ENCORE/ObServer (Brown University)

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Sistemas disponíveis comercialmente

- GEMSTONE/OPAL

- ONTOS

- Objectivity

- Versant

- ObjectStore

- ARDENT

- POET

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Importante meta dos BDOO:

Manter uma correspondência direta entre o “mundo real” e os objetos do BD, de tal modo que os objetos não percam sua integridade e identidade e possam facilmente ser identificados e submeti-dos a operações.

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Origem de OO

O termo Orientado a objetos (OO) teve sua origem em linguagens de programação

hoje... - Engenharia de Software - Bases de conhecimento - Inteligência artificial - etc.

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Classe: agrupa a estrutura de dados interna de um objeto

Na linguagem SIMULA...

Tipos abstratos de dados: escondem a estrutura de dados interna e especificam as operações externas que podem ser aplicadas a um objeto. ENCAPSULAMENTO

Objeto estado(valor) + comportamento(operações)

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Classes de objetos:

Implementação do mecanismo de abstração de classificação

Outras implementações desse mecanismo: - entidade (E-R) - relação (Relacional) - arquivo (sistemas “tradicionais”)

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Exemplo informal:

Classes:

ALUNO CURSO DEPARTAMENTO

Objetos

George CBCC Estatística Ana Pedagogia Didática

. . . . . .

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Objetos X Variáveis

Objetos podem possuir uma estrutura arbitrariamente complexa: aplicação ortogonal de construtores (array, tupla, conjunto, etc.)

Objetos podem possuir operações para si especificadas (definidas pelo projetista/programador).

Objetos: estado + comportamento

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Encapsulamento

Operações embutidas nos objetos são definidas em duas partes:

- Assinatura ou interface: nome + argumentos (parâmetros)

- Método ou corpo: implementação da operação

Operações são invocadas através do envio de uma mensagem ao objeto.

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Encapsulamento

Encapsulamento possibilita independência de dados e operações:

Modificações na estrutura interna de um objeto e na implementação de operações sem repercussões nas aplicações que interagem com aquele objeto.

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Alguns modelos OO exigem que todas as operações que um usuário possa aplicar a um objeto devem ser pré-definidas: encapsulamento absoluto

Encapsulamento

Rigidez muito grande que, em muitos casos,é relaxada:- Especificação de seleções pelo usuário;- Consultas ad hoc.

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BDOO X “tradicionais”

Nos BDOO as informações sobre um objeto (incluindo operações) tendem a estar reunidas.

Nos BD “tradicionais” essas informações costumam ficar “pulverizadas” em várias tabelas e registros.

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LPOO’s puras: explicitamente projetadas para serem orientadas a objetosEx: Smaltalk

LPOO’s híbridas: incorporação dos conceitos de OO em uma linguagem já existente.Ex: C++

LPOO

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LPOO

Objetos são transientes: existem somente durante a execução de um programa.

BDOO

Objetos são persistentes: são armazenados permanentemente.

LPOO X BDOO

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IDENTIFICADORES ÚNICOS

OID versus chave primária:

Se os valores da CP mudam, teremos uma nova tupla.No mod. relacional, um mesmo objeto pode ter diferentes nomes para a CP, em diferentes relações.

BDOO devem prover um identificador único (OID) para cada objeto.

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Padrão para linguagens e modelos

À medida que SGBDOO tornam-se disponíveis,

surge a necessidade de um padrão

ODMG: Object Database Management Group

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ODMG (Object Database Management Group)ODMG (Object Database Management Group)

– Consórcio formado por fabricantes de SGBDOO– Padrão de interface para SGBDOO– Versões: ODMG 1.0 (93), ODMG 1.2 (95), ODMG

2.0 (97), ODMG 3.0 (2000)– Componentes:

Modelo de Objetos ODL - Object Definition Language OQL - Object Query Language (baseado em SQL-92) Ligações (bindings) com LPOO: C++, Smalltalk, Java

(mais recente)


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Hierarquias de classes/tipos

Nos modelos OO, podemos construir novas classes (ou tipos) a partir de outras previamente definidas.

Herança:As subclasses herdam tanto estrutura como operações da(s) classe(s) base.

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Hierarquias de classes/tipos

Benefícios:

- Torna-se mais fácil desenvolver os tipos/classes incrementalmente.

- Reutilização dos esquemas.

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