Conceitos Básicos (Parte II)

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Banco de Dados 
Introdução e Conceitos Básicos (Parte II) 
Profa. Vaninha Vieira 
(vaninha@dcc.ufba.br) 
Salvador, Maio/2013 
Universidade Federal da Bahia 
Instituto de Matemática 
Departamento de Ciência da Computação 
MATA60 – Banco de Dados 
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SGBDs : Arquitetura e 
Propriedades 
 
3 
Créditos: Parte dos slides utilizados nesta apresentação foram adaptados dos 
slides do Livro do Elmasri & Navathe, 2011 – 6a Edição. 
Foram utilizados slides do curso de Banco de Dados da Profa. Vania Bogorny. 4 
Tópicos – Capítulo 2 do Livro 
§  Modelos de dados, esquemas e instâncias 
§  Arquitetura de três esquemas e independência de dados 
§  Linguagens e interfaces do banco de dados 
§  O ambiente do sistema de banco de dados 
§  Arquiteturas centralizadas e cliente/servidor para SGBDs 
§  Classificação dos sistemas gerenciadores de banco de 
dados 
5 
Outra fonte… 
6 
Gerenciamento do banco de dados 
§  BD de uma fábrica: 
Sistema para 
Setor de Vendas 
Sistema para 
Setor de Produção 
Sistema para 
Setor de Engenharia 
Banco de 
dados 
Teclado TC60 
Monitor 15´ M60 
Mouse MS09 
R$ 20,00 
R$ 150,00 
R$ 10,00 10/11/2000 
20/11/2000 
09/11/2000 
teclado.gif 
monitor.gif 
mouse.gif 
SGBD 
Software que permite 
a criação e gerência 
da base de dados 
Exemplos destes Softwares: 
•  Livres: 
•  FireBird, PostgreSQL e 
MySQL 
•  Comerciais (pagos) 
•  Oracle, DB2 e 
SQLServer 
2 
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SGBD x Sistema de Arquivos 
§  Arquivos 
•  Programas com acesso direto 
aos dados 
•  Redundância e inconsistência 
dos dados e programas 
•  Rigidez e dificuldade de acesso 
•  Isolamento dos formatos dos 
dados 
•  Problemas de segurança, 
integridade, e atomicidade 
•  Anomalia acesso concorrente 
•  Problemas de desempenho 
•  Dificuldade de integração entre 
sistemas 
§  SGBD 
•  Centralização na gerência dos dados à 
Ênfase nos dados 
•  Controle de redundância, consistência e 
integridade 
•  Compartilhamento de dados com tratamento 
de concorrência 
•  Reforço de padrões e Independência de dados 
•  Aumento e controle na segurança 
•  Controle transacional e Recursos de prioridade 
•  Economia de escala 
•  Suporte a múltiplas visões dos dados 
•  Gerenciamento de backup e recovery 
•  Maior produtividade no desenvolvimento 
•  Maior investimento com hardware, software e 
pessoal especializado 
8 
8 
Objetivos de um SGBD 
§  Isolar os usuários dos detalhes mais internos do banco de dados 
(abstração de dados). 
§  Prover independência de dados às aplicações 
(estrutura física de armazenamento e estratégia de acesso). 
Vantagens: 
•  rapidez na manipulação e no acesso à informação 
•  redução do esforço humano (desenvolvimento e utilização) 
•  redução da redundância e da inconsistência de informações 
•  redução de problemas de integridade 
•  compartilhamento de dados 
•  aplicação automática de restrições de segurança 
•  controle integrado de informações distribuídas fisicamente. 
9 
9 
Em resumo, os objetivos de um SGBD são... 
§  O grande objetivo de um SGBD é prover aos 
usuários uma visão ABSTRATA dos dados 
•  O sistema omite certos detalhes de como os 
dados são armazenados e mantidos 
•  Mas oferece mecanismos eficientes para BUSCA 
e ARMAZENAMENTO 
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Visão Geral - Sistema de Banco de Dados 
11 
Conceitos 
§  Metadados 
§  Definição ou informação descritiva do banco de dados 
§  Armazenada pelo SGBD na forma de um catálogo ou 
dicionário 
§  Banco de dados = instância de dado + metadados 
ü Instância de dado 
•  Dado propriamente 
ü Meta-dados 
•  Dicionário de dados 
–  Esquema da base de dados 
–  Acessado através de linguagens de definição de dados 
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Metadados 
3 
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Esquemas, instâncias e estado do BD 
§  Esquema do banco de dados 
§  Descrição do banco de dados 
 
§  Diagrama de esquema 
§  Apresenta aspectos selecionados do esquema 
 
§  Construtor do esquema 
§  Cada objeto no esquema 
 
§  Estado ou instante do banco de dados 
§  Os dados no banco de dados em determinado momento 
no tempo 
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Modelos de dados, esquemas e instâncias 
§  Abstração de dados 
§  Suprmir detalhes da organização e armazenamento dos dados. 
§  Destacar recursos essenciais para melhor conhecimento dos dados 
§  Modelo de dados 
§  Coleção de conceitos para descrever a estrutura de um BD 
§  Oferece os meios necessários para alcançar a abstração de dados 
§  Operações básicas: Especificar recuperações e atualizações no BD 
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Definições - Minimundo 
§  Minimundo ou universo de discurso (UoD) 
§  Representa algum aspecto do mundo real 
§  Coleção logicamente coerente de dados com algum 
significado inerente 
§  Construído para uma finalidade específica 
§  Ex. 
§  Universidade à Matrícula, Notas, Empréstimo Livros 
§  Hospital à Prontuário, Estoque, Pagamento 
16 
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 
17 18 
Níveis de Abstração dos Dados – 3 camadas 
18 
Visão 1 Visão 2 Visão n ... 
Conceitual 
Físico 
Segments, Extents, 
Data Blocks e Bytes 
DER e dicionário de dados 
Views - visões dos dados 
4 
19 
Arquitetura de três esquemas e 
independência de dados 
§  Nível interno 
§  Descreve a estrutura do 
armazenamento físico do 
banco de dados 
 
§  Nível conceitual 
§  Descreve a estrutura do 
banco de dados inteiro 
para uma comunidade de 
usuários 
 
§  Nível externo ou de visão 
§  Descreve a parte do 
banco de dados em que 
um grupo de usuários em 
particular está interessado 
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Categorias de modelos de dados 
§  Modelos de dados de alto nível ou conceituais 
§  Próximos ao modo como muitos usuários percebem os 
dados. 
§  Modelos de dados de baixo nível ou físicos 
§  Descrevem os detalhes de como os dados são 
armazenados no computador em discos magnéticos. 
§  Modelos de dados representativos 
§  Conceitos facilmente entendidos pelos usuários finais. 
§  Similar ao modo que os dados são organizados e 
armazenados no computador 
21 
Categorias de modelos de dados (cont.) 
§  Modelos de dados físicos 
§  Descrevem o armazenamento dos dados como arquivos 
no computador. 
§  Caminho de acesso 
•  Estrutura que torna eficiente a busca por registros de 
um banco de dados em particular. 
§  Índice 
•  Exemplo de um caminho de acesso. 
•  Permite o acesso direto aos dados usando um termo 
de índice ou uma palavra-chave. 
22 
Independência de dados 
§  Capacidade de alterar o esquema em um nível do 
sistema de banco de dados 
§  Sem ter de alterar o esquema no nível mais alto 
 
§  Tipos: 
§  Lógico 
§  Físico 
23 
Arquitetura - Componentes gerais do SGBD 
§  Gerenciador de dados 
armazenados 
§  Compilador da DDL 
§  Interface de consulta 
interativa 
•  Compilador de 
consulta 
•  Otimizador de 
consulta 
§  Pré-compilador 
§  Processador de banco de 
dados em tempo de 
execução 
§  Catálogo do sistema 
§  Sistema de controle de 
concorrência 
§  Sistema de backup e 
recuperação 
§  Gerenciamento de buffer 
24 
5 
25 
Classificação dos sistemas 
gerenciadores de banco de dados 
§  Modelo de dados 
§  Relacional 
§  Objeto 
§  Hierárquico e rede (legado) 
§  SGBDs XML nativos 
 
§  Número de usuários 
§  Monousuário 
§  Multiusuário 
§  Número de locais 
§  Centralizado 
§  Distribuído 
•  Homogêneos 
•  Heterogêneos 
 
§  Custo 
§  Código aberto 
•  Diferentes tipos de licença 
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Operações sobre bancos de dados 
§  Definir um banco de dados 
§  Especificar os tipos, estruturas e restrições dos dados a serem 
armazenados 
§  Manipular um banco de dados 
§  Consultar e atualizar o banco de dados do minimundo 
§  Gerar relatórios 
§  Manter o sistema de bancode dados 
§  Permite que o sistema evolua à medida que os requisitos 
mudam com o tempo 
§  Compartilhamento de um banco de dados 
§  Permite que diversos usuários e programas acessem no 
simultaneamente 
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Outros conceitos 
§  Consulta 
§  Resulta na recuperação de alguns dados 
§  Transação 
§  Pode fazer com que alguns dados sejam lidos e outros 
gravados no banco de dados 
§  Proteção inclui: 
§  Proteção de sistema 
§  Proteção de segurança 
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Propriedades dos SGBDs 
 
Créditos: Parte dos slides utilizados nesta apresentação foram 
adaptados dos slides do Livro do Elmasri & Navathe, 2011 – 6a Edição. 
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Propriedades dos SGBDs 
§  Consistência de dados 
•  SGBD avalia os dados recebidos através de regras de integridade, 
garantindo que sempre estejam corretos 
§  Validade 
•  Os dados são válidos quando pertencem ao domínio de valores 
possíveis naquele caso 
§  Completude 
•  Todos os dados que precisam ser conhecidos estão disponíveis. 
§  Independência dos Dados 
•  Sempre que a mesma informação é gravada, mesmo que em locais 
diferentes, ela tem o mesmo valor. 
30 
Propriedades dos SGBDs 
Controle de redundância, 
consistência e integridade 
Controle de concorrência 
Controle de acesso 
e segurança 
Transações 
Gerenciamento de backup e recuperação 
Centralização na gerência dos dados 
6 
31 
Outras Funcionalidades do SGBD 
§  Gerenciamento de Transações 
•  Ou faz tudo ou não faz nada 
•  Ex. Transferência bancária 
§  Controle de Acesso 
•  Garantir segurança no acesso aos dados 
•  Ex. Eu só posso ver e manipular os dados da minha conta bancária 
§  Controle de Concorrência 
•  Várias aplicações acessando e atualizando as mesmas tabelas e 
registros 
§  Garantir a integridade e consistência de dados 
§  Ex. bloqueios 
32 
Outras Funcionalidades do SGBD 
§  Backup e Recuperação 
•  Garantir recuperação de estado anterior do banco em caso de falha 
•  Permitir troca de dados entre diferentes SGBDs ou servidores 
§  Otimização 
•  Garantir desempenho mesmo em bases grandes 
•  Criação de Índices 
§  Paralelismo e Distribuição 
•  Terabytes de dados 
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Evolução dos SGBDs 
1.  Hierárquico 
2.  Em Rede () 
3.  Relacional (1970) 
4.  Orientado a Objeto 
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2 
3 
4 
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Modelos de Dados 
Créditos: Parte dos slides utilizados nesta apresentação foram 
adaptados dos slides do Livro do Elmasri & Navathe, 2011 – 6a Edição. 
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Níveis de Abstração dos Dados – 3 camadas 
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Visão 1 Visão 2 Visão n ... 
Conceitual 
Físico 
Segments, Extents, 
Data Blocks e Bytes 
DER e dicionário de dados 
Views - visões dos dados 
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Modelo de Dados 
7 
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Minimundo 
§  Minimundo ou universo de discurso (UoD) 
§  Representa algum aspecto do mundo real 
§  Coleção logicamente coerente de dados com algum 
significado inerente 
§  Construído para uma finalidade específica 
§  Ex. 
§  Universidade à Matrícula, Notas, Empréstimo Livros 
§  Hospital à Prontuário, Estoque, Pagamento 
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Etapas de uso de um banco de dados 
§  Modelagem Conceitual (Planejamento) – genérica – 
independente de SGBD 
§  Modelagem Física - implementação de um aplicativo 
usando uma ferramenta SGBD específica 
§  Utilização - entrada de dados, consultas, emissão de 
relatórios, etc. 
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Modelagem Conceitual 
Professores Alunos 
Disciplinas 
Lecionam 
Cursam 
Modelo Entidade-Relacionamento (MER) 
Proposto em 1976, por Peter Chen 
40 
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 
41 42 
Modelo de Dados 
8 
43 
Entidades e Relacionamentos 
Professores 
Alunos 
Disciplinas Lecionam 
Cursam 
Departamentos Funcionários 
Alocam 
Departamentos Funcionários 
Chefiam 
Pai Filho 
Dependente de 
44 
Entidades e Relações 
ALUNOS 
Alunos Disciplinas Matrícula 
Turma Dia-horário 
Código Nome Programa Carga horária 
DISCIPLINAS 
Objeto informacional 
Itens de informação 
Matrícula Nome Endereço Ano-ingresso/Sem Curso 
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SGBD Relacional 
à Formado, basicamente de uma ou mais Tabelas 
Tabela ALUNOS 
ALUNOS 
Objeto informacional 
Itens de informação - 
atributos 
Matrícula Nome Endereço Ano-ingresso/Sem Curso 
Campos 
Registros 
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TABELAS 
Tabela ALUNOS Campos 
Registros 
–  As Tabelas são o principal elemento para guardar informações de um 
aplicativo de SGBD 
–  Tabelas são formadas por linhas (Registros) e por colunas (Campos) 
–  Registros representam Entidades e Relações do mundo real 
–  Campos representam itens de informação de cada Entidade 
–  Cada Registro numa tabela possui um campo especial - a Chave 
primária - escolhido para identificar unicamente aquele registro 
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ENTIDADES E RELACIONAMENTOS 
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§  RELACIONAMENTOS são implementados num aplicativo 
de SGBD através da replicação da chave-primária de uma 
tabela como um campo adicional - chave estrangeira - 
da tabela relacionada 
§  Os RELACIONAMENTOS são de três tipos ou Classes: 
•  um para um (1:1) - Alunos Possuem Histórico-escolar 
•  um para muitos (1:N) - Cursos São-compostos-de Alunos 
•  muitos para muitos (N:M) - Disciplinas Tem-Matriculados 
Alunos 
CLASSES DE RELACIONAMENTOS 
9 
49 
Modelagem Conceitual de um Banco de Dados 
SiglaDep Nome Depart.Gerente 
Matricula Nome SiglaDep 
Matricula NomeDep Idade 
Cod.Proj Nome Projeto 
Matrícula Cod.Proj 
Departamentos 
Funcionários 
Dependentes 
Projetos 
Vinculação F-P 
1 
1 1 
N 
N 
N 
N 
1 
50 
Linguagens de Consulta 
§  SQL (Structured Query Language) 
•  Uma linguagem de pesquisa para banco de dados relacionais 
•  A maioria das características originais da SQL foram inspiradas na 
álgebra relacional