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Universidade Federal de Uberlândia - UFU Monte Carmelo Sistemas de Informação Data Warehouse e Data Mart Adelson Pacheco dos Reis Bruno Kamino Yamamoto Lucas Rodriguês da Cunha Raphael Araújo de Faria Monte Carmelo 2012 Adelson Pacheco dos Reis Bruno Kamino Yamamoto Lucas Rodriguês da Cunha Raphael Araújo de Faria Data Warehouse e Data Mart Monografia apresentada como exigência para obtenção do grau de Bacharelado em Sistemas de Informação da Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Orientador: Daniel Duarte Abdala Monte Carmelo 2012 RESUMO Desde a década de 1960 ,quando surgíramos primeiros sistemas para auxilio no fluxo dos dados nas organizações, as dificuldades no armazenamento, gerenciamento e transformação desses dados em informações esteve presente como obstáculo em praticamente todas as empresas. De acordo com esse contexto, surge uma ferramenta eficiente para suporte à tomada de decisões organizacionais que é responsável em armazenar e analisar dados, os Data Warehouse. Incorporados a esses sistemas organizacionais, existem outros sistemas menores de nível departamental, chamados Data Marts. Palavras-chave: Data Warehouse, Data Mart, dados. SUMÁRIO 1 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 4 2 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 5 3 DEFINIÇÃO .............................................................................................................. 6 3.1 O que é um Data Warehouse............................................................................. 6 3.2 O que é um Data Mart ........................................................................................ 8 4 HISTÓRIA ................................................................................................................ 9 5 ARQUITETURA ...................................................................................................... 12 5.1 Modelo Top-Down ............................................................................................ 12 5.2 Modelo Bottom-up ............................................................................................ 12 5.3 Modelo Híbrido ................................................................................................. 12 5.4 Modelo Federado ............................................................................................. 13 6 PROCESSO DE CRIAÇÃO DE DATA MART ........................................................ 14 7 INFRAESTRUTURA DOS DATA WAREHOUSE ................................................... 15 7.1 Ferramentas ..................................................................................................... 15 7.1.1 OLAP ......................................................................................................... 16 7.1.1.1 ROLAP - Relational On Line Analytical Processing ............................. 16 7.1.1.2 MOLAP - Multidimensional On Line Analytical Processing .................. 16 7.1.1.3 HOLAP - Hybrid On Line Analytical Processing .................................. 16 7.1.2 Data Mining ................................................................................................ 17 7.2 Modelagem Multidimensional ........................................................................... 17 7.3 Metadados ....................................................................................................... 17 8 SEGURANÇA ......................................................................................................... 18 9 PROJETOS DE DATA WAREHOUSE ................................................................... 19 10 CICLO DE VIDA DOS DATA WAREHOUSE ....................................................... 20 11 EXEMPLOS DA UTILIZAÇÃO DOS DATA WAREHOUSE .................................. 21 12 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 22 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 23 4 1 JUSTIFICATIVA Aplicações OLAP (On-line Analytical Processing ), são ferramentas a cada dia mais úteis no mundo dos negócios, e ,nada melhor para nós, que somos universitários e iniciantes no mundo de TI, do que desde inicio, ficar inteirados da vasta gama de áreas da computação, principalmente do ramo dos negócios , área a qual o curso de Sistemas de Informações tem grande relação. 5 2 INTRODUÇÃO Frente ao grande número de empresas e a grande concorrência no cenário mundial atual, qualquer erro na administração, uma informação errada, pode significar um grande prejuízo, e dependendo do erro, pode resultar na falência de tal empresa. Nesse contexto surge a Business Intelligence, que em súmula, seria o uso da tecnologia, aliada aos dados de uma empresa, resultando em gráficos, relatórios e informações úteis, que auxiliam gestores a tomar decisões difíceis da melhor maneira. Os Data Warehouse e Data Marts, são algumas das mais importantes e mais difundidas dessas ferramentas, que a cada dia se tornam mais comuns nas grandes empresas. Elas são responsáveis por analisar e comparar dados, revelando informações que antes passariam despercebidas (como por exemplo, a relação na venda de fraldas e de cervejas), mas que, se utilizadas corretamente, pode resultar no sucesso da empresa. 6 3 DEFINIÇÃO 3.1 O que é um Data Warehouse As empresas modernas, seguindo o ritmo da globalização, têm investido em sistemas que as auxiliem, no processo de armazenamento, cruzamento de dados, análise, e obtenção de informação para sobressair funcionalmente em relação às suas concorrentes. E para isso, elas contam com o uso dos recursos de TI – sistemas de informação – em diversas aplicações. Esses sistemas muita das vezes rodam em um banco de dados transacional (sistema que contém informações detalhadas, que permite às empresas controlarem seus processos organizacionais). Mas sentiam carência de sistemas que suportassem e auxiliassem as áreas estratégicas e administrativas das organizações. Os chamados Data Warehouse foram concebidos com o propósito de atuar nessas áreas. Um Data Warehouse (armazém de dados), segundo W. H. Inmon é uma coleção de dados orientada por assuntos, integrada, variante no tempo e não volátil, que tem por objetivo dar suporte aos processos de tomada de decisão. As principais diferenças entre os bancos de dados transacionais e os Data Warehouse são vistas na tabela a seguir: Características Banco de Dados Tradicional Banco de Dados Suporte Decisão Objetivo Atividades cotidianas Análise de negócio Uso Operacional Informativo Processamento OLTP OLAP Unidade de trabalho Inclusão, alteração, exclusão Carga e consulta Usuários Operadores (Muitas pessoas) Gerência (poucas pessoas) 7 Dados Operacionais Analíticos Granularidade Detalhada (baixa) Detalhada e consolidada (alta) Redundância Não ocorre Pode ocorrer Manutenção Raramente Constantemente Estrutura Estática Variável Atualização Contínua Periódica Índices Poucos Muitos Função dos índices Localizar um registro Agilizar consultas Os DW são a solução para alguns problemas, como: • A falta de padrão dos dados: os DW têm a função de padronizar dados,já que cada área da empresa gera um tipo de dado, que precisa ser convertido para um formato único, evitando assim discrepâncias. Um a decisão tem que ser tomada com base em dados sólidos, concisos, que sejam confiáveis. • Facilitar o acesso a informações: em uma empresa, os dados são armazenados em vários locais, o que torna o seu acesso mais difícil. Nos DW, os dados são armazenados em um único lugar, ou separados por área, o que resulta em um acesso mais rápido e mais fácil. • Eliminar informações repetidas e desnecessárias: no momento da assimilação dos dados ao DW, o sistema executa uma limpeza em dados repetidos, desnecessários, os quais poderiam resultar em equívocos. Os DW ainda possuem quatro características marcantes: • Variável com o tempo; • Integrado; • Orientado por assunto; • Não volátil. 8 3.2 O que é um Data Mart Um Data Mart é necessariamente uma parte funcional do Data Warehouse, de escopo limitado, projetados de acordo com a necessidade de seus usuários e voltado para um departamento ou área especifica da empresa. Um DW é um sistema integrado, não volátil, utilizado no processo de tomada de decisões estratégicas em nível executivo e de gerência de uma organização. O Data Mart melhora esse processo, pois foca na gerência sumarizada, dados exemplificativos e não em dados históricos. No passado, os DM eram desenvolvidos de forma rígida e conseguiam responder a um número limitado de questões. Hoje, com o necessidade das empresas, esse método não é mais utilizado, agora eles estão mais flexíveis. As principais diferenças entre Data Warehouse e Data Mart estão relacionadas na tabela abaixo: Data Warehouse Data Mart Corporativo Departamental Altamente granular Sumarizado e Agregado Dados Históricos Dados Recentes Grandes Volumes de Dados Volumes de Dados Limitados Versatilidade Especificidade 9 4 HISTÓRIA Para que se possa compreender melhor a utilização dos Data Warehouse, devemos voltar a década de 60, quando os computadores passaram a ser uma ferramenta essencial dentro de uma grande empresa. As configurações das maquinas daquela época, são hoje motivo de riso pela baixa capacidade de armazenamento e processamento. Eram capazes de executar apenas um programa de cada vez, mas para aquela época, isso era algo fantástico, que realizava o trabalho de vários funcionários. Os dados inicialmente eram armazenados em fitas magnéticas, que eram de baixo custo, mas de difícil acesso, que era feito de maneira seqüencial. Se fez necessário, uma nova forma de armazenar os dados. Na década de 70, surge uma nova forma de armazenar dados: armazenamento em disco. Paralelo a isso surge à idéia de “banco de dados”, um local onde se armazenaria todos os dados de uma empresa, para que depois eles fossem transformados em informações, que resultariam em alguma vantagem para a empresa frente a concorrência. Os anos seguintes foram de grande crescimento da área da computação. Computadores mais modernos, mais eficientes e consequentemente novos softwares. Inicialmente esses softwares foram suficientes para atender as necessidades das empresas nas transações, mas não ajudavam muito no apoio a decisões. Não que os sistemas não fossem capazes de cumprir tal tarefa, mas como essa não era a função principal deles, havia muitas falhas, como dados equivocados, dificuldade de lidar com grandes quantidades de dados. Surgiram idéias a respeito de sistemas com a finalidade especifica de analisar dados, e, retornar informações úteis para as decisões que deveriam ser tomadas nas empresas. Os sistemas empresariais passaram a ser divididos em dois grupos: Sistemas operacionais (On-line Transaction Processing - OLTP): sistemas que dão suporte ao dia a dia do negócio da empresa, que mantém a empresa em funcionamento e são chamados de sistemas de produção; Sistemas informacionais (On-line Analitycal Processing - OLAP): sistemas que dão suporte aos processos decisórios da empresa, que irão dar subsídios para as decisões estratégias da empresa e compreendem os SADs e os SIGs. 10 Ainda na década de 70, Bill Inmom começa a usar o termo Data Warehouse, um sistema separado do sistema operacional, o qual teria a função de armazenar todos os dados que eram gerados pelos sistemas operacionais da empresa. Nesse novo sistema, os dados não seriam alterados, mas armazenados com sua essência fiel e não poderiam ser modificados, apenas consultados. Essa tecnologia foi, e ainda é fundamental para o sucesso de grandes marcas, frente a um mundo globalizado de alta concorrência. Abaixo, segue uma estrutura com algumas datas do advento dos Data Warehouse. • 1960 - General Mills e Dartmouth College , em um projeto de pesquisa conjunta, desenvolver as dimensões termos e fatos. • 1970 - ACNielsen e IRI fornecer Data Marts dimensionais para as vendas no varejo. • 1970 - Bill Inmon começa a definir e discutir o termo: Data Warehouse • 1975 - Sperry Univac Introduzir MAPPER (manter, preparar e produzir relatórios executivos) é uma gestão de dados e sistema de comunicação que inclui 4GL primeiros do mundo. Foi a primeira plataforma projetada especificamente para a construção de Centros de Informação (um precursor das atuais plataformas empresariais de Armazenamento de Dados) • 1983 - Teradata apresenta um sistema de gerenciamento de banco de dados projetado especificamente para apoio à decisão. • 1983 - Sperry Corporation Martyn Richard Jones define a abordagem Sperry Information Center, que embora não sendo um DW verdade no sentido Inmon, que contém muitas das características das estruturas de DW e processo, tal como definido anteriormente por Inmon, e mais tarde por Devlin. Usado pela primeira vez na Inglaterra e País de Gales TSB • 1984 - Sistemas de Computação Metáfora, fundada por David Liddle e Massaro Don, lançamentos Sistema de Interpretação de Dados (DIS). DIS era um pacote de hardware / software e interface gráfica para usuários de negócios para criar um sistema de gerenciamento de banco de dados e analítica. • 1988 - Barry Devlin e Paul Murphy publicar o artigo Uma arquitetura para um negócio e sistema de informação no IBM Systems Journal, onde introduzem o termo "business warehouse". • 1990 - Sistemas Red Brick, fundada por Ralph Kimball , introduz Red 11 armazém de tijolo, um sistema de gerenciamento de banco de dados especificamente para armazenamento de dados. • 1991 - Soluções de prisma, fundada por Bill Inmon , introduz Prism Warehouse Manager, software para o desenvolvimento de um data warehouse. • 1992 - Bill Inmon publica o livro Construindo o Data Warehouse. • 1995 - O Data Warehousing Institute, uma organização sem fins lucrativos que promove o armazenamento de dados, é fundada. • 1996 - Ralph Kimball publica o livro The Data Warehouse Toolkit. • 2000 - Daniel Linstedt libera o cofre de dados, permitindo em tempo real auditável, acesso aos Data warehouse . 12 5 ARQUITETURA Os sistemas OLTP, no geral são feitos seguindo uma base, um molde único, é usado em vários sistemas. Um DW é feito de maneira diferente, onde cada um é feito de acordo com as necessidades da empresa. Embora cada armazém seja feita de uma maneira, existe alguns moldes que são os mais utilizados. Tais como, Top-Down, Bottom-up, Híbrido e Federado. 5.1 Modelo Top-Down Modelo proposto por Inmon, o qual se baseia em uma única máquina que possui um sistema paralelo ao sistema transacional, onde todos os dados que circulam na empresa são armazenados. Tem como prós, a maximização do processamentoe busca de dados. Como contras, podemos citar o alto investimento em uma máquina com grande capacidade de armazenamento e processamento. 5.2 Modelo Bottom-up Modelo proposto por Kimball, que consiste em vários Data Marts, espalhados por áreas chave da empresa (cada um referente à apenas sua área), e conectados a um servidor Data Warehouse, ou considera-se como Data Warehouse a união de todos os Data Marts. 5.3 Modelo Híbrido Um modelo que consiste em uma mistura dos dois citados anteriormente. Iniciada por Hackney, esse modelo tende a aproveitar os prós de ambos os modelos anteriores: a rapidez do Top-down e a praticidade oferecida pelo modelo Bottom-up. 13 5.4 Modelo Federado O modelo Federado propõe a divisão do Data Warehouse por níveis. Podemos colocar em um nível, dados de uma determinada área da empresa, como por exemplo, vendas, em outro, compras, e utilizar um software que faz a conversão de um armazém para o outro, quando for necessária a análise de todos os dados. 14 6 PROCESSO DE CRIAÇÃO DE DATA MART As fases de criação e atualização de um Data Warehouse são: I. Extração; II. Transformação; III. Leitura de dados. A quantidade de sistemas transacionais implicados, suas estruturas de dados, e quantidade de documentação impactam diretamente no tamanho do Data Mart. Também influenciam no tamanho do Data Marts, as regras de negócio dos sistemas transacionais e sua forma de extração. Em I, é feita a extração, leitura e compreensão dos dados. Esses dados são copiados para uma staging area para serem utilizados posteriormente. Os dados armazenados em sistemas diferentes quase não se relacionam, pois as aplicações dos sistemas que os contém não são integradas. A integração desses sistemas é a parte mais difícil da construção de um Data Warehouse. Na fase II é implantada a mudança na estrutura do armazenamento dos dados e ocorrem alterações como filtragem de dados (verificação de similaridade de dados, erros de digitação, implementação de formatos padrão). Nesta fase também esta presente a desnormalização e renormalização (que basicamente é separação de dados por normas), combinação e auditoria, que contribuem também no tamanho do Data Mart. A fase III é a utilização real do Sistema, é nesse momento que os dados são inseridos, atualizados ou implementados. Alterações na fonte dos dados refletem diretamente na leitura final. A leitura final dos dados é a última parte da fase III e é nessa parte que os dados são cuidadosamente analisados e com base neles, são implantadas as soluções de negócio da empresa. 15 7 INFRAESTRUTURA DOS DATA WAREHOUSE A infraestrutura dos Data Warehouse está restritamente relacionada com a sua arquitetura e deve suportar um aumento dos dados, consultas complexas e não previstas, várias integrações e tecnologias distintas. São componentes da infraestrutura: Treinamento de pessoal, Hardware e Software. Suas ferramentas, talvez, sejam as que merecem menos atenção. A grande preocupação é com a integração com diversas plataformas, organização dos dados e disponibilização de informações. Para isso devem-se considerar algumas características, tais como: • O sistema deve facilitar a migração dos dados de uma plataforma para outra, pois com o passar do tempo, e por questões de custo, pode ser viável trocá-la; • Deve ser uma combinação da integração de bancos de dados relacionais e fornecedores diferentes; • Sua estrutura deve ser capaz de armazenar, processar e analisar enormes quantidades de dados, por causa do aumento exponencial com o tempo; • Deve suportar consultas imprevistas e dar respostas rápidas. Para isso, conta-se com as ferramentas OLAP – responsáveis em gerenciar dados – que auxiliam no trabalho de associação e visualização das informações; • Treinamento de equipe em tecnologia Data Warehouse e habilidade na administração de banco de dados; • Instalação, configuração e manutenção de uma infra-estrutura de rede e comunicação. Como se pode perceber uma boa escolha da infraestrutura para um Data Warehouse é um passo importante para seu sucesso. 7.1 Ferramentas Para realizar a analise dos dados e obter as informações desejadas, é necessária a utilização de ferramentas que irão disponibilizar os relatórios de forma dinâmica e fornece os tratamentos de analises. 16 Essas ferramentas podem ser: OLAP, Data Mining ou Metadados. 7.1.1 OLAP A tecnologia OLAP, como já descrita anteriormente, consiste em uma ferramenta de suporte a decisões. Classifica-se em ROLAP, DOLAP, MOLAP. 7.1.1.1 ROLAP - Relational On Line Analytical Processing São um conjunto de interface para o usuário e aplicações que dão aos SGBDs relacionais uma aparência de dimensional. São um conjunto de ferramentas que enviam solicitações diretamente no servidor de banco de dados, garantindo um melhor desempenho 7.1.1.2 MOLAP - Multidimensional On Line Analytical Processing São um conjunto de ferramentas que enviam solicitações diretamente no servidor de banco de dados, garantindo um melhor desempenho. 7.1.1.3 HOLAP - Hybrid On Line Analytical Processing É uma mesclar do Rolap e do Molap. Utiliza-se o melhor de cada uma dessas ferramentas, ou seja, a escalabilidade do Molap e o desempenho do Rolap. 17 7.1.2 Data Mining Ferramenta criada para o explorar um banco de dados a fim de encontrar padrões consistentes entre dados. 7.2 Modelagem Multidimensional Através de uma modelagem multidimensional, consegue-se realizar pesquisas em mais de uma dimensão e facilita para um melhor entendimento das informações da base de dados. 7.3 Metadados Os metadados são basicamente dados que facilitam o entendimento de outros dados, ou seja, resumos de informativos de uma fonte ou conteúdo. É muito utilizado na Web Semântica, podendo ser aproveitado como método de pesquisa. A importância dos metadados nessa área é a facilidade na recuperação de dados de documentos catalogados. Para isso, deve existir uma ficha que contenha informações referentes ao assunto que se queria recuperar, chamada ficha de catálogos. Por exemplo, nome, diretor e atores principais em relação a um filme. 18 8 SEGURANÇA O DW é projetado para se ter uma maior segurança nos dados, não só nas analises, mas também para que eles não se percam. Para que isso aconteça, existem alguns passos propostos por Inmom, para que se tenha um bom nível de segurança, e evitar problemas. 1) Análise de Dados: Elaborar o modelo de dados para o DW; 2) Dimensionamento: Estimar o volume de dados do DW; 3) Avaliação Técnica: Definição das configurações técnicas; 4)Preparação do Ambiente Técnico: Identificar, tecnicamente, como a configuração definida será acomodada; 5) Análise das áreas de Interesse: Seleção da área de negócio para ser povoada; 6) Projeto do DW: Projeto físico do banco de dados; 7) Análise do Sistema Fonte: Identificar, nos sistemas existentes, a fonte de dados para o DW, e efetuar um mapeamento entre eles; 8) Especificações: Definir em especificações de programas de rotinas para carga dos dados; 9) Programação: Codificação das especificações para as rotinas de carga; 10) Povoamento: Execução das rotinas de carga do DW. 19 9 PROJETOS DE DATA WAREHOUSE Os Data Warehouse de sucesso não possuem etapas de desenvolvimento, pois devem ser projetados de acordo com as necessidades das empresas. Muitas organizações utilizam-se dos métodos de criação de um sistema que abrange um departamento com carência no fluxo de dados – Data Mart – para que aos poucos, o sistema seja implantado por completo em todos seus setores.Outras criam protótipos de pequenas amostras do sistema e disponibilizam alguns funcionários para fazer testes, quando o projeto do Data Warehouse chega em um nível de boa aceitação e realizando todas as atividades designadas, ele é implementado. Segundo Inmon, é um erro criar métodos de projeto e concepção de Data Warehouse, pois só é possível saber todos os requisitos necessários a ele, quando o mesmo estiver em uso. Outra preocupação que se deve ter no projeto é a adequação ao sistema OLTP. A modelagem deve ser feita de forma que não haja redundância de dados e que as transições que causam mudanças no estado do banco de dados sejam feitas no menor tempo possível. Com isso, as metodologias do projeto devem ser divididas em várias tabelas, o que torna bem complexo a consulta do usuário final. Dada essa complexidade não é viável a utilização desse processo. No mercado, ainda não é encontrado um método funcional de criação de Data Warehouse. De toda maneira, seu procedimento de criação ainda pende ao ambiente escolhido. 20 10 CICLO DE VIDA DOS DATA WAREHOUSE O ciclo de vida começa com um diálogo para determinar o plano de projetos e as necessidades de negócios. Quando o plano e as necessidades são alinhados, o projeto e a implementação podem prosseguir. Após a fase de implementação e manutenção para detectar mudanças nos requisitos, caso seja necessário fazer ajustes, retornamos para a fase inicial. 21 11 EXEMPLOS DA UTILIZAÇÃO DOS DATA WAREHOUSE Abaixo, encontra-se listados alguns exemplos da utilização de DW em empresas, onde elas obtiveram grande êxito: • Uma grande rede de varejo americana, encontrou em seu gigantesco armazém de dados que a venda de fraudas estava relaciona a venda de cerveja. Em geral, os compradores eram homens, que saíam à noite para comprar fraldas e aproveitavam para levar algumas latinhas para casa. Os produtos foram postos lado a lado. Resultado: a venda de fraldas e cervejas disparou. • O banco Itaú, pioneiro no uso de data warehouse no Brasil, costumava enviar mais de 1 milhão de malas diretas, para todos os correntistas. No máximo 2% deles respondiam às promoções. Hoje, o banco tem armazenada toda a movimentação financeira de seus 3 milhões de clientes nos últimos 18 meses. A análise desses dados permite que cartas sejam enviadas apenas a quem tem maior chance de responder. A taxa de retorno subiu para 30%. A conta do correio foi reduzida a um quinto. • A Sprint, um dos líderes no mercado americano de telefonia de longa distância, desenvolveu, com base no seu armazém de dados, um método capaz de prever com 61% de segurança se um consumidor trocaria de companhia telefônica dentro de um período de dois meses. Com um marketing agressivo, conseguiu evitar a deserção de 120 000 clientes e uma perda de 35 milhões de dólares em faturamento. • O governo de Massachusetts, nos Estados Unidos, compilava informações financeiras imprimindo telas e mais telas de terminais dos computadores de grande porte. Era preciso seis pessoas só para reunir os relatórios necessários ao orçamento anual. Com o armazém de dados, informações atualizadas estão disponíveis on-line para 1 300 usuários. Só em papel, economizam-se 250 000 dólares por ano. Em 1995, pela primeira vez em dez anos, o orçamento estadual foi assinado antes do início do ano fiscal. • O Brasil quer a mesma agilidade. O Serpro, órgão responsável pelo processamento dos dados do governo federal, já investiu 2 milhões no seu projeto de data warehouse, desenvolvido com a Oracle. Só consolidou 5% de suas informações, mas já é possível fazer em cinco minutos cruzamentos de dados que antes demandavam quinze dias de trabalho. 22 12 CONCLUSÃO Neste trabalho foram abordados os temas Data Warehouse, Data Mart. As organizações atuais estão sempre procurando vantagens competitivas. E a solução para estar na frente no mundo dos negócios é informação. Por isso, as organizações se vêem com a necessidade de organizar e utilizar bem os dados coletados. Mas como fazer isso em meio a uma montanha de dados? Como resposta surgiu os Data Warehouse. Uma ferramenta alternativa que auxilia a busca de informações. 23 REFERÊNCIAS INMON, William H. The Data Warehouse Budget. 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