Banco de Dados: Organização e Armazenamento

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Banco de dados
O que é um banco de dados?
Dados são fatos e números sobre qualquer coisa, ex:
Se os dados de uma pessoa foram coletados, esses dados podem incluir
seu nome, e-mail e data de nascimento.
Ou os dados podem ser fatos e números relacionados a uma compra
on-line, pode ser o número do pedido, a descrição , a quantidade e a data
do pedido e até mesmo o e-mail do cliente.
Onde estão armazenados todos esses dados ?
Eles não são mais armazenados em arquivos manuais, os desenvolvedores
usam banco de dados.
Um banco de dados é uma forma de armazenamento eletrônico em que os
dados são organizados sistematicamente. Ele armazena e manipula dados
eletronicamente para torná-los mais gerenciáveis, eficientes e seguros.
Exemplos reais de uso de banco de dados:
armazenar dados de seus clientes, contas bancárias e transações.
Um hospital usa um banco de dados para armazenar dados de pacientes,
dados da equipe, dados do laboratório e muito mais.
Como os dados são organizados em um banco de dados?
Parece dados organizados sistematicamente, normalmente se parece com
uma planilha ou uma tabela .
O que exatamente significa o termo sistemático? Todos os dados contêm
elementos ou recursos e atributos pelos quais podem ser identificados. Por
exe: uma pessoa pode ser identificada por atributos como idade, altura ou
cor do cabelo.Esses dados são separados e armazenados no que é
conhecido como entidades que representam esses elementos.
Entidade
Entidade é como uma mesa , ele contém linhas e colunas que armazenam
dados relacionados a uma elemento específico.Em outras palavras, esses
são elementos relacionais.Eles estão relacionados um com o outro.
Essas entidades podem ser representações físicas, como um funcionário,
um cliente ou um produto.Ou podem ser conceituais, como um pedido, uma
fatura ou uma cotação.
Em seguida, as entidades armazenam dados em um formato semelhante a
uma tabela em relação aos atributos ou recursos relacionais ao elemento.
Ex:Uma loja on-line pode manter os dados do cliente em uma entidade do
cliente contendo atributos específicos relacionados ao cliente. Esses
atributos podem incluir nome, sobrenome, data de nascimento e e-mail.Eles
também podem ter dados do produto armazenados em uma entidade de
produtos com base em atributos como código do produto , descrição, preço
e disponibilidade.
No mundo do banco de dados relacional, essas entidades são conhecidas
como relações ou tabelas. Os atributos se tornam as colunas da
tabela.Cada linha da tabela representa uma instância dessa entidade.
Exemplo: Vamos pegar as entidades do exemplo da loja virtual.
Em um banco de dados, esses dados podem ser renderizados como uma
tabela ou entidade de pedidos.
Os dados podem ser organizados em linhas que contêm um número de
pedido exclusivo.O nome do cliente que fez o pedido, o produto que ele
pediu e o preço deste produto.
Há várias maneiras de organizar dados em um banco de dados.Os bancos
de dados relacionais não são o único tipo de banco de dados que você
encontrará.
Alguns exemplos comuns de outros tipos de banco de dados:
Banco de dados orientado a objetos: é onde os dados são armazenados
na forma de objetos em vez de tabelas ou relações. Ex:Os objetos ou
instâncias dessas classes manteriam os dados reais.
Banco de dados gráficos: armazenam dados na forma de nós.Ex:Nesse
caso, entidades como clientes,pedidos e produtos são representadas como
nós. As relações entre elas são representadas como bordas.
Banco de dados de documentos: são dados armazenados como objetos
JSON ou JavaScript Object Notation, são organizados em coleções, como
tabelas. Dentro de cada coleção, há documentos escritos em JSON que
registram dados. Ex: os documentos do cliente são mantidos em uma
coleção de clientes, enquanto os documentos do pedido do produto são
armazenados nas coleções de produtos solicitados.
Onde os próprios banco de dados estão armazenados?
Um banco de dados pode ser hospedado em uma máquina dedicada dentro
das instalações de uma organização, ou podem ser hospedados na nuvem.
Atualmente os bancos de dados em nuvem são uma opção mais popular.
Isso ocorre porque eles permitem que você armazene, gerencie e recupere
dados em uma plataforma em nuvem e acesse dados pela internet.Todos
eles oferecem uma opção de baixo custo para gerenciamento de dados e
outras opções similares.
Como os dados estão relacionados?
Você está gerenciando o banco de dados de uma grande loja online. Seu
banco de dados deve ser capaz de recuperar os detalhes do cliente de uma
tabela e , em seguida, localizar o pedido registrado em outra tabela.Como o
banco de dados estabelece uma relação entre esses dados?
Porque os dados de um banco de dados devem estar relacionados e
identificar uma instância?
Os dados armazenados em um banco de dados não podem existir
isoladamente. Ele deve ter um relacionamento com outros dados para que
possa ser processado em informações significativas.
Como você garante que todos os dados do seu banco de dados estejam
relacionados?
ex:
No banco de dados de uma loja virtual, você pode ter uma tabela de
pedidos e uma tabela de clientes.Para localizar os detalhes do pedido de
um cliente, você verificará o número do pedido com o ID do cliente. Em
outras palavras, o banco de dados estabelece um link entre os dados nas
tabelas.
Mas e se dois ou mais clientes compartilharem informações semelhantes,
como o mesmo nome ou sobrenome?
Para evitar essa confusão no banco de dados,você pode usar um campo
que contém somente valores exclusivos, como a ID do cliente. Isso é
chamado de campo de chave primária (PRIMARY KEY FIELD) ele contém
valores exclusivos que não podem ser replicados em outro lugar na tabela.
Mesmo que dois clientes compartilhem o mesmo nome, eles ainda terão IDs
de clientes separados.
Qual a finalidade da ID do cliente nesta tabela?
A ID do cliente existe para ajudar a identificar quem fez o pedido. Ao
adicionar o campo ID do cliente à tabela de pedidos, nosso relacionamento
É estabelecido entre a tabela de clientes e a tabela de pedidos. Por causa
dessa relação, você pode extrair dados de forma significativa das duas
tabelas.
O campo ID do cliente na tabela de pedidos é conhecido como campo de
chave estrangeira (FOREIGN KEY FIELD) uma chave estrangeira é um
campo em uma tabela que se conecta ao campo de chave primária na
tabela original, que nesse caso é a tabela do cliente. A ID do cliente é a
chave primária da tabela de clientes, mas se torna uma chave estrangeira
na tabela de pedidos.Dessa forma, a relação é estabelecida e os dados
nessas duas tabelas são relacionados
Gráficos de exemplo de dados relacionais
Os dados são coletados e armazenados em bancos de dados de várias
fontes por diversos motivos. Por exemplo, pedidos de clientes, matrículas
em cursos de alunos e interação e feedback do usuário para personalizar o
conteúdo e aprimorar os serviços.
É importante organizar os dados, processá-los e apresentá-los de forma
eficiente para torná-los mais úteis e significativos para as pessoas. A
maneira como os dados são relacionados e apresentados permite que as
pessoas tenham uma melhor compreensão dos dados existentes. Essa
compreensão pode ser auxiliada por gráficos relevantes que apresentam os
dados visualmente usando combinações de texto, símbolos e elementos
gráficos para ilustrar a relação entre os dados de forma significativa.
Os gráficos podem transmitir uma grande quantidade de informações e
captar a atenção das pessoas de forma a ajudá-las a tomar melhores
decisões e ações adequadas. Aqui, o senhor conhecerá os gráficos básicos
normalmente usados para relacionar dados e apresentá-los de forma visual
simples.
Gráfico de barras
Um gráfico de barras é um gráfico que apresenta dados categóricos com
barras retangulares, em que as alturas das barras são proporcionais aos
valores que elas representam.
Por exemplo, o proprietário de uma livraria em Londres teve muitos desafios
durante o lockdown da COVID-19 e quer saber mais sobre o desempenho e
o progresso de seus negócios acada ano a partir de 2019. Um gráfico de
barras poderia ser muito útil para mostrar como a receita de vendas mudou
nos últimos anos e como a pandemia impactou os negócios durante o
lockdown.
Este gráfico usa barras para apresentar os dados de vendas da livraria entre
2019 e 2022. O eixo x apresenta os anos individuais, enquanto o eixo y
apresenta o valor das vendas. As barras ilustram as vendas alcançadas em
cada ano. Quanto mais alta a barra, maior o valor das vendas. Nesse caso,
a barra mais alta está em 2018, o que indica que esse foi o ano de maior
sucesso para a empresa. A barra menor está em 2022, o que indica que
esse foi o pior ano para as vendas.
Gráfico de bolhas
O gráfico de bolhas é outro tipo popular de gráfico de dados. Ele mostra
como diferentes valores se comparam entre si em termos de tamanho de
bolha. As bolhas menores representam valores menores, e as bolhas
maiores representam valores maiores.
Vamos examinar o gráfico de bolhas abaixo, que apresenta informações
sobre os 10 maiores países do mundo em termos de população em 2015.
Neste exemplo, o valor da população de um país determina o tamanho da
bolha de cada país.
Há bolhas grandes para a China (cerca de 1,4 bilhão de pessoas) e a Índia
(cerca de 1,3 bilhão de pessoas), pois esses países têm as maiores
populações. Em seguida, há bolhas de tamanho médio para os EUA (cerca
de 330 milhões de pessoas) e a Indonésia (cerca de 270 milhões de
pessoas). A Rússia (cerca de 145 milhões de pessoas) e o Egito (cerca de
100 milhões de pessoas) têm bolhas de tamanho menor, pois têm
populações comparáveis menores.
Essas bolhas dão ao senhor uma boa ideia da diferença entre os países em
relação ao tamanho da população. As bolhas também ajudam as pessoas a
se lembrarem desse tipo de informação, pois a memória humana prefere a
representação gráfica dos dados. Afinal de contas, "uma imagem vale mais
que mil palavras".
Gráfico de linhas
Um gráfico de linhas apresenta informações como uma série de pontos d
dados chamados "marcadores" conectados por segmentos de linha reta. Os
gráficos de linhas são extremamente populares e amplamente usados na
maioria dos campos de análise de dados.
O gráfico abaixo mostra o preço do ouro de uma empresa no último mês. Há
uma linha que começa no dia 10 de abril, quando o ouro estava em US$
62.650 por 1 kg. Essa linha conecta os pontos que visualizam a mudança no
preço do ouro ao longo do tempo. O movimento para cima e para baixo da
linha ajuda a destacar as mudanças positivas e negativas.
Os analistas de dados geralmente usam esse gráfico para prever o futuro do
mercado com base nas tendências gerais.
Gráfico de pizza
Um gráfico de pizza é outro tipo de gráfico de dados que mostra como
vários dados compõem um todo de 100%. Nesse tipo de gráfico, cada ponto
de dados recebe uma "fatia" da torta de acordo com seu valor.
O "gráfico de pizza de esportes" a seguir mostra o tipo de esporte que os
alunos preferem em uma classe.
Tipos alternativos de banco de dados
Os bancos de dados de big data já existem há muito tempo e foram
influenciados por muitas tendências diferentes. Mas eles passaram por uma
grande mudança nas últimas décadas. Graças ao crescimento da internet,
agora eles devem ser capazes de armazenar quantidade cada vez maiores
de dados não estruturados. No entanto, isso apresenta dificuldades, pois
eles armazenam principalmente dados estruturados.
Os bancos de dados relacionais têm limitações quando se trata de
armazenar dados, porque , em sua maioria, armazenam dados
estruturados, portanto a tendência nos últimos anos tem sido não depender
de bancos de dados de sequências.Em vez disso, nenhum banco de dados
sequencial é um tipo de banco de dados que armazena dados em vários
formatos diferentes.
Essencialmente, eles fornecem bancos de dados com uma estrutura
flexível. Isso facilita o escalonamento ao facilitar a alteração na própria
estrutura do banco de dados sem a necessidade de modelos de dados
complexos. Nenhum banco de dados sequencial é usado por plataformas de
mídia social, a internet das coisas, inteligência artificial e outros aplicativos
que geram grandes quantidades de dados não estruturados. Os tipos de
bancos de dados sem sequência incluem banco de dados de documentos.
Bancos de dados de valores-chave e bancos de dados gráficos.
Big data e bancos de dados em nuvem
Essencialmente, esses termos são usados para descrever uma mudança
recente em nossa abordagem de dados e bancos de dados.
Big data
São dados complexos que podem aumentar em volume com o tempo. São
dados que podem crescer exponencialmente com o tempo.
De onde vem esse tipo de dado complexo?
Plataformas de mídia social, sites de comprar on-line e outros serviços
geram grandes quantidade de dados a cada segundo do dia, pois capturam
as ações de bilhões de usuários em todo o mundo e, com a Internet das
Coisas ou IOT, mais e mais dispositivos estão conectados à internet,
gerando ainda mais e mais dados. É assim que dados complexos ou big
data são criados.
Todos esses dados são altamente não estruturados ou semiestruturados.
Os sistemas de banco de dados tradicionais podem lidar com dados
estruturados usando tabelas, registros e relacionamentos.
Mas o big data é um desafio totalmente novo.
O big data é uma combinação de dados estruturados, semiestruturados e
não estruturados coletados de várias fontes diferentes e adiciona mais
poder aos dados porque pode resolver problemas comerciais complexos
que os dados tradicionalmente estruturados não conseguem resolver. O big
data ajuda a fornecer insights exclusivos que podem ajudar a melhorar a
tomada de decisões. Portanto, é altamente valorizado em muitos setores.
Ex: O setor de manufatura processa big data para prever falhas de
equipamentos avaliando o estado atual do maquinário, avalia os processos
de produção , monitorando a linha de produção, responde ao feedback do
cliente de forma proativa e antecipar demandas futuras monitorando vendas
atuais, processos de varejo, para antecipar a demanda do cliente, melhorar
a experiência do cliente, analisar o comportamento, os padrões de gastos e
identificar oportunidades de melhoria de preços.
O setor de telecomunicações utiliza análise de big data e análise de uso de
rede para planejar investimentos em infraestrutura, projetar novos serviços
que atendam as demandas dos clientes, analisar dados de quantidade do
serviço para prever a satisfação do cliente e planejar mecanismos de
retenção de clientes.
Banco de dados em nuvem
As organizações estão migrando para a nuvem, para se libertar das
dificuldades de lidar com a infraestrutura de servidores físicos, como custos
de manutenção e armazenamento.
Alguns exemplos de serviços de armazenamento em nuvem incluem o
Dropbox e o iCloud. Com esses serviços de armazenamento em nuvem, é
possível armazenar documentos e outros dados na nuvem, uma solução
muito mais acessível.
Outra tendência e os bancos de dados são a inteligência de negócios ou BI
(Business Intelligence). Tradicionalmente, os bancos de dados eram
apenas um meio de armazenar dados, mas as organizações agora utilizam
seus dados com tecnologias e estratégias relacionadas à inteligência de
negócios . Com essas tecnologias, as organizações podem analisar seus
dados e extrair informações valiosas para ajudá-las a tomar decisões
comerciais informadas.
Evolução do banco de dados
OBSERVAÇÃO: Esta é uma leitura opcional. Não se preocupe se o
senhor não entender todo esse material. Muitos desses conceitos
serão abordados em uma etapa posterior do curso.
O senhor aprendeu o que é um banco de dados e como os dados são
relacionados em um banco de dados. O senhor também aprendeu
sobre projetos comuns de banco de dados e tipos alternativos de
bancos de dados. Nesta leitura, o senhor saberá mais sobre a história
da tecnologia de banco de dados e como ela evoluiu.
A história
A história dos bancos de dados começa na década de 1960 com a
informatização dos bancos de dados. Os computadores surgiram
como uma opção mais econômica para as organizações.Também
ficou mais fácil transferir o armazenamento de dados e os bancos de
dados para os computadores.
A ordem cronológica do desenvolvimento dos bancos de dados é a
seguinte:
● (Década de 1970-1990) - Arquivos simples, hierárquicos e de
rede
● (Década de 1980 até o presente) - Relacional
● (Década de 1990 até o presente) - Orientado a objetos,
objeto-relacional, habilitado para a Web
Arquivos simples
Os bancos de dados de arquivos simples foram usados entre as décadas de
1970 e 1990. Esse é um tipo de sistema de banco de dados que
armazena dados em um único arquivo ou tabela. São basicamente
arquivos de texto, em que cada linha contém um registro e os campos
têm comprimentos fixos ou são separados por vírgulas, espaços em
branco e tabulações. Esse tipo de arquivo não pode conter várias
tabelas.
Abaixo está um exemplo de como é um banco de dados de arquivo simples.
Esse arquivo de texto armazena linhas de dados, em que cada linha
representa um registro. Os campos OrderID, CustomerID e OrderDate
são separados por vírgulas.
Sistemas de bancos de dados hierárquicos
Os sistemas de bancos de dados hierárquicos que estavam em uso na
mesma época armazenam dados de forma hierárquica.
Pense da seguinte forma: os pais podem ter muitos filhos, mas um filho só
pode ter um pai. Em outras palavras, o banco de dados representa um
relacionamento de um para muitos: todos os atributos de um registro
específico estão listados em um tipo de entidade.
Abaixo está um exemplo de como os dados são armazenados em um banco
de dados hierárquico. Nesse caso, são dados sobre estudantes
universitários que estão fazendo cursos diferentes. Um curso pode ser
atribuído a apenas um único aluno, mas um aluno pode fazer quantos
cursos quiser. Portanto, há um relacionamento de um para muitos.
Há três alunos:
● John,
● Anil
● e Rohan
E há quatro cursos:
● C#,
● Perl,
● Python
● e Java.
Student e Course são os tipos de entidade. John usa C# e Anil usa Python e
Java. Rohan usa Perl.
Bancos de dados em rede
Os bancos de dados em rede foram introduzidos por Charles Bachmann. Ao
contrário do modelo de banco de dados hierárquico, um banco de
dados de rede permite vários relacionamentos pai e filho. Em outras
palavras, relacionamentos de muitos para muitos. Na terminologia de
banco de dados de rede, um registro filho é conhecido como membro.
Um membro ou filho pode ser acessado por meio de mais de um pai,
que é chamado de proprietário.
Um banco de dados de rede tem uma estrutura semelhante a um gráfico e
permite que o senhor represente relacionamentos mais complexos
entre os dados.
Veja a seguir um exemplo de banco de dados em rede. Um professor pode
ministrar vários cursos e um curso pode ter vários professores
ministrando-o.
Nessa época, uma linguagem conhecida como linguagem de consulta
SEQUEL era usada para trabalhar com bancos de dados.
Posteriormente, com os bancos de dados relacionais, essa linguagem
se transformou em SQL (Structured Query Language), que se tornou
uma linguagem de consulta padrão para trabalhar com bancos de
dados pelo American National Standards Institute quando os sistemas
de bancos de dados relacionais foram introduzidos.
Sistema de banco de dados relacional
O sistema de banco de dados relacional, introduzido na década de 1980,
ainda é o sistema de banco de dados mais usado. Ele foi inventado
por E. F. Codd e é o sucessor dos sistemas de banco de dados
hierárquicos e de rede. Ele foi visto como uma grande mudança de
paradigma na tecnologia de banco de dados.
Em um sistema de banco de dados relacional, os dados são armazenados
em tabelas. As colunas da tabela contêm atributos dos dados. Cada
registro geralmente tem um valor para cada atributo, o que facilita o
estabelecimento de relações entre os pontos de dados. Em um banco
de dados relacional, cada linha da tabela é um registro com um
atributo de ID exclusivo chamado de chave primária. Um banco de
dados relacional armazena e fornece acesso a dados que estão
relacionados entre si usando um atributo conhecido como chave
estrangeira.
Aqui está um exemplo de como seria um banco de dados relacional. Aqui,
há tabelas com atributos/colunas que armazenam linhas/registros de
dados nelas. As relações entre os dados nas tabelas são
estabelecidas por meio de colunas-chave conhecidas como chaves
estrangeiras que são, elas próprias, chave(s) primária(s) de uma
determinada tabela. Por exemplo, a chave primária da tabela
PROFESSOR é PROF_ID e, na tabela CLASSE, ela está lá como
uma chave estrangeira. Ela cria o relacionamento entre a tabela
PROFESSOR e a tabela CLASSE. Outro exemplo: COURSE_ID é a
chave primária da tabela COURSE e está presente na tabela CLASS
como chave estrangeira. Ele estabelece o relacionamento entre a
tabela COURSE e a tabela CLASS.
Bancos de dados orientados a objetos
Na década de 1990, foram introduzidos os bancos de dados orientados a
objetos. Foi quando o paradigma de programação orientada a objetos
(OO) se tornou popular e houve a necessidade de representar os
dados em um sistema também como objetos. Ao contrário dos bancos
de dados relacionais, os bancos de dados orientados a objetos
funcionam na estrutura de linguagens de programação reais, como
Java e C++, por exemplo.
Veja abaixo a aparência de um banco de dados orientado a objetos. Em vez
de tabelas, há entidades ou classes como Author, Book e Customer
com seus atributos e comportamentos.
É possível representar os dados de acordo com os conceitos de OO, como
herança e relacionamentos pai-filho entre os dados. Por exemplo, um
Autor e um Cliente são ambos descendentes de Pessoa. Portanto,
uma pessoa é uma entidade genérica que pode representar tanto um
autor quanto um cliente.
Bancos de dados NoSQL
Os bancos de dados relacionais, que são amplamente usados até hoje, só
permitem armazenar dados estruturados. Mais tarde, surgiu a
necessidade de trabalhar cada vez mais com dados não estruturados.
Foi quando os bancos de dados NoSQL surgiram como resposta à
Internet e à necessidade de maior velocidade e processamento de
dados não estruturados. Os bancos de dados NoSQL são preferidos
em relação aos bancos de dados relacionais devido à sua velocidade
e flexibilidade no armazenamento de dados. Ele não armazena dados
em relações ou tabelas que pertencem a uma estrutura rígida. Os
dados podem ser armazenados de maneira ad-hoc e permitem
armazenar e processar grandes volumes de diferentes tipos de dados.
Os bancos de dados NoSQL são capazes de processar big data não
estruturados gerados por mídias sociais, IoT e outros. Portanto,
plataformas sociais como Twitter, LinkedIn, Facebook e Google, por
exemplo, usam bancos de dados NoSQL.
Estas são algumas das vantagens dos bancos de dados NoSQL:
● Maior escalabilidade
● Distribuição
● Custos mais baixos
● Um esquema flexível
● Pode processar dados não estruturados e semiestruturados
● Não tem relações complexas
Com o passar do tempo, foram introduzidos diferentes tipos de bancos de
dados NoSQL:
● Os bancos de dados de documentos armazenam dados em
documentos semelhantes a objetos JSON (JavaScript Object
Notation). Cada documento contém pares de campos e valores.
Normalmente, os valores podem ser de vários tipos, incluindo
strings, números, booleanos, matrizes ou objetos.
● Os bancos de dados de chave-valor são um tipo mais simples de
banco de dados em que cada item contém chaves e valores.
● Os bancos de dados de colunas amplas armazenam dados em
tabelas, linhas e colunas dinâmicas.
● Os bancos de dados de gráficos armazenam dados em nós e
bordas. Normalmente, os nós armazenam informações sobre
pessoas, lugares e coisas, enquanto as bordas armazenam
informações sobre os relacionamentos entre os nós.