Aula 02 - Banco de dados

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Banco de Dados 1 • Aula 02
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Objetivos
• C03. - Conhecer e Comparar os principais modelos de 
organização de bancos de dados.
– C03H5. Identificar os principais modelos de organização de 
bancos de dados;
– C03H6. Ser capaz de escolher o melhor modelo para uma 
aplicação.
• C02. Entender o conceito de sistema gerenciador de 
banco de dados.
– C02H3. Compreender as definições relativas a SGBD;
– C02H4. Compreender o conceito de transação em um SGBD.
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Introdução
• A criação do modelo conceitual de dados é um passo 
fundamental no desenvolvimento de qualquer sistema 
de Banco de Dados.
• Quanto melhor for feita a modelagem, o BD resultante 
vai suportar com maior facilidade os requisitos atuais e 
as reestruturações futuras que forem necessárias.
• O modelo conceitual é um modelo:
– Lógico
– Abstrato
– Independente de qualquer implementação.
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Introdução
• Os diferentes modelos de bancos de dados
– Os bancos de dados apareceram no fim dos anos 60.
– Era uma época em que a necessidade de um sistema de 
gestão da informação flexível se fazia sentir. 
– Existem cinco modelos de SGBD, diferenciados de acordo com 
a representação dos dados que contêm:
• Hierárquico
• De Rede
• Relacional
• Orientado a Objeto
• Existe uma grande diferença na capacidade de 
modelagem dos vários modelos de BD existentes.
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Modelos de Organização de BD
• Hierárquico
– Foi o 1º modelo reconhecido.
– Os dados estão estruturados em hierarquias ou árvores.
– As árvores são percorridas desde a raiz até ao nó que contém 
o registo pretendido, para ser efetuado o acesso ao dado.
– É adequado para acesso sequencial a dados, principalmente 
em casos em que, pela sua natureza, os dados estão 
organizados de forma sequencial.
– O registo que, numa hierarquia, precede outros, é chamado 
registro pai dos outros registos (registros filhos).
• Cada filho só pode ter um pai.
• O relacionamento entre um registo pai e registos filhos é de 
1:N no máximo.
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Modelos de Organização de BD
• Hierárquico
Cliente
Encomenda 2
Produto A
Encomenda 1 Encomenda 3
Produto B Produto C Produto A Produto B Produto B Produto C
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Modelos de Organização de BD
• Hierárquico
• Consultas realizadas "por faixas"
Cliente
Encomenda 2
Produto A
Encomenda 1 Encomenda 3
Produto B Produto C Produto A Produto B Produto B Produto C
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Modelos de Organização de BD
• Hierárquico
– Problemas
• Não é possível consultar 
um produto enquanto 
ele não estiver associado
a uma encomenda.
• Para consultar um produto, é obrigatório consultar antes o 
cliente e a encomenda.
• Quando um produto é encomendado, ele é cadastrado 
novamente (redundância).
– Para contornar isso, usam-se hierarquias paralelas.
• A estrutura da árvore é difícil de manter quando o volume 
de dados aumenta. 
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Modelos de Organização de BD
• Em Rede
– É uma extensão do modelo hierárquico.
– Elimina o conceito de hierarquia.
• Cada registro filho pode ser ligado a mais de um registro 
pai, criando conexões bastante complexas
– No modelo em rede os registos estão organizados em grafos.
– É possível representar relacionamentos:
• 1:1
• 1:n
• n:n
– Torna a pesquisa mais rápida e mais flexível, pois não 
depende de um único nó raiz como vetor de inicialização de 
pesquisa.
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Modelos de Organização de BD
• Em Rede
Cliente
Conta Agência
João
Conta: 1234-5 Agência: 045-X
Maria
Conta: 9876-5
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Modelos de Organização de BD
• Em Rede
– Ao contrário do Modelo Hierárquico, em que qualquer acesso 
aos dados passa pela raiz, no modelo em rede é possível 
acessar qualquer nó da rede.
• Problemas
– Ainda apresenta os mesmos problemas com relação ao projeto 
de estrutura do modelo hierárquico. 
– Qualquer alteração feita em uma classe de dados implica na 
criação de uma nova estrutura para suportar aquela alteração.
• Independência dos dados fica prejudicada. 
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Proposto por Ted Cold da IBM Research em 1990.
• Artigo intitulado ‘Um Modelo Relacional de Dados para 
Grandes Bancos de Dados Compartilhados’,
• Atraiu atenção imediata devido a sua simplicidade e base 
matemática.
– Surgiu devido às seguintes necessidades
• Aumentar a independência de dados nos sistemas 
gerenciadores de banco de dados.
• Prover um conjunto de funções apoiadas em álgebra 
relacional para armazenamento e recuperação de dados.
• Permitir processamento dedicado, exclusivo.
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Este Modelo seria mais flexível e apropriado ao solucionar os 
vários problemas que se colocam no nível da compreensão e 
implementação da base de dados.
– É um modelo padrão usado para aplicações comerciais, 
devido à sua simplicidade e desempenho.
• Implementaram este modelo: System R (IBM), DB2 (IBM), 
SQL-DS (IBM), Oracle, Informix, Ingres, Sybase, entre 
outros.
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Representa os dados num BD como uma coleção de tabelas 
(relações). 
• A tabela é composta por linhas (tuplas) e colunas 
(atributos).
– Todos os valores de uma coluna são do mesmo tipo de 
dados.
Nome Endereço Tel CEP
João SHS, Lote 5 32267012 23786632
Maria QNE 23, Bloco X 32263527 70227184
... ... ... ...
Pedro QNA 21, Lote 3 33322732 71266382
Tupla =>
Atributo
Valores do 
mesmo tipo
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Princípios matemáticos: 
• Uma relação é um subconjunto de um produto cartesiano 
de uma lista de domínios.
– Cada relação é um conjunto de linhas (tuplas) e colunas 
(atributos)
• Um BD é um conjunto de relações.
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Aspectos do Modelo RELACIONAL
• Estrutural
– O modelo é manipulado por meio de tabelas.
• Integridade
– As tabelas devem satisfazer a certas restrições de 
integridade (regras do negócio, chaves).
• Manipulativo
– Os operadores derivam tabelas de tabelas (ex: 
restrição, projeção e junção)
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Um banco de dados relacional é representado como uma 
coleção de relações, onde:
• Relação: é um conjunto de linhas, chamadas de tuplas.
• Tupla: é uma lista de valores de atributos.
– Cada valor de atributo é retirado de um domínio de 
possíveis valores. 
• Atributo: corresponde a uma coluna da tabela.
• Domínio: é um conjunto de valores atômicos.
– Cada valor no domínio é indivisível. (Nulo= 
desconhecido ou não existe)
• Grau: é o número de atributos.
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Um banco de dados relacional é representado como uma 
coleção de relações, onde:
• Esquema do banco de dados: é uma coleção de esquemas 
de relações. 
– Conjunto das descrições das relações em um banco de 
dados.
• Instância do banco de dados: conjunto de dados de um 
banco de dados em um determinado instante.
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
Nome Endereço Sexo Tel CEP
Caracter Caracter M, F Numérico Numérico
Nome Endereço Sexo Tel CEP
João SHS, Lote 5 M 32267012 23786632
Maria QNE23, Bloco X F 32263527 70227184
... ... ... ... ...
Pedro QNA 21, Lote 3 M 33322732 71266382
Tuplas Relação
Grau
Atributos
Domínios
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Modelos de Organização de BD
• Relacional
– Não aparecem as anomalias de alteração que existem na 
abordagem hierárquica.
– A independência dos dados aumenta, pois programas não são 
influenciados pela presença/ausência de caminhos de acesso.
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Modelos de Organização de BD
• Orientado a Objetos
– A técnica da Orientação a Objetos (OO) está cada vez mais 
popular para projetar e implementar sistemas de natureza 
variada. 
– Com relação a bancos de dados, essa técnica tem sido 
empregada, com predominância, nos casos onde os dados 
envolvidos na aplicação considerada apresentam estrutura 
complexa.
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Modelos de Organização de BD
• Orientado a Objetos
– Diferença entre os modelos de dados tradicionais (relacional, 
hierárquico e em redes) e os modelos de dados orientados a 
objetos:
• A maneira como eles veem os dados.
– Os modelos de dados tradicionais veem os dados como uma 
coleção de tipos de registros ou relações, cada um tendo uma 
coleção de registros ou tuplas armazenadas em um arquivo. 
– No modelo de dados orientado a objetos, um banco de dados 
é uma coleção de objetos do mundo real.
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Modelos de Organização de BD
• Orientado a Objetos
– Embora a informação sobre objetos complexos do mundo real 
possa ser traduzida em tabelas relacionais, a meta dos bancos 
de dados orientados a objetos é manter uma correspondência 
direta entre os objetos do mundo real e os do banco de dados, 
podendo estes serem identificados e manipulados como um 
todo. 
• Representar um objeto complexo no modelo relacional 
significa subdividir o objeto em um grande número de 
tuplas.
– Leva à necessidade de realizar um considerável 
número de operações de junção para recuperar o 
objeto.
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Transações
• Sistemas monousuário versus multiusuário
– Um critério para classificar um SGBD é o número de usuários 
que podem usar o sistema ao mesmo tempo. 
• Um SGBD é monousuário se no máximo um usuário de 
cada vez pode utilizar o sistema
• Um SGBD é multiusuário se muitos usuários puderem 
acessar o banco de dados simultaneamente.
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Transações
• Sistemas monousuário versus multiusuário
– Os SGBDs monousuário são principalmente restritos a 
sistemas de computador pessoal.
– A maioria dos outros SGBDs é multiusuário.
• Podem acessar os bancos de dados e usar sistemas de 
computação simultaneamente devido ao conceito da 
multiprogramação.
– A multiprogramação permite que o sistema operacional 
do computador execute vários programas (ou 
processos) ao mesmo tempo.
» De forma intercalada (apenas uma CPU).
» De forma realmente paralela (múltiplas CPU).
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Transações
• Exemplos de sistemas multiusuários:
– Reservas de passagens aéreas.
– Bancários.
– Cartões de Crédito.
– Compras on-line.
– Caixas de supermercado.
• Exigem alta resposta e alta disponibilidade.
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Transações
• Uma transação é um programa em execução que forma 
uma unidade lógica de processamento de banco de 
dados.
– Inclui uma ou mais operações de acesso ao banco de dados.
• Ex.: operações de inserção, exclusão, modificação ou 
recuperação.
• Uma transação deve ser concluída por inteiro para 
ganhar a exatidão que se espera dela.
• A transação pode ser embutida em programas 
(aplicações) ou serem interativas (em uma linguagem 
de consulta como o SQL).
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Transações
• Uma transação é limitada pelas instruções explícitas 
BEGIN TRANSACTION e END TRANSACTION.
– Todas as operações contidas dentro do bloco especificado por 
essas instruções são consideradas uma única transação.
• Principais necessidades de uma transação:
– Controle de Concorrência.
– Mecanismo de Recuperação.
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Transações
• Controle de Concorrência.
– Vários problemas podem acontecer quando transações 
simultâneas são executadas de uma maneira descontrolada.
– Ex.: Supondo um BD de reservas aéreas muito simplificado, 
em que um registro é armazenado para cada voo.
• Cada registro inclui o número de assentos reservados 
nesse voo.
• Os assentos podem ser transferidos entre voos.
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Transações
• Controle de Concorrência.
– Problema da atualização perdida
• Ocorre quando duas transações que acessam o mesmo 
item do BD têm suas operações intercaladas, tornando 
alguns valores incorretos.
• Se V1 tiver o valor inicial de 100, ficará com o valor final de 
70, em vez de 90.
Tempo
Transação 1 Transação 2
1 Ler (V1)
2 V1= V1 - 10 Ler (V1)
3 V1 = V1 - 30
4 Grave (V1)
5 Grave (V1)
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Transações
• Controle de Concorrência.
– Problema da atualização temporária
• Ocorre quando a transação atualiza um item e depois falha, 
por algum motivo. Nesse meio tempo, o item é lido por 
outra transação, antes de ter seu valor alterado de volta.
• Se V1 tiver o valor inicial de 100, ficará com o valor final de 
100 (ROLLBACK), em vez de 60.
Tempo
Transação 1 Transação 2
1 Ler (V1)
2 V1= V1 - 10
3 Grave (V1)
4 FALHA! Ler (V1)
5 V1 = V1 - 30
6 Grave (V1)
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Transações
• Controle de Concorrência.
– Problema do resumo incorreto
• Ocorre quando a transação realiza cálculos sobre dados 
que estão sendo atualizados por outras transações. 
• Pode ocorrer que o cálculo seja feito parte sobre dados que 
já foram atualizados e parte sobre dados que ainda não 
foram, deixando a resposta incorreta.
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Transações
• Mecanismos de recuperação
– Sempre que uma transação é submetida a um SGBD para 
execução, o sistema é responsável por garantir que:
• Todas as operações na transação sejam concluídas com 
sucesso e seu efeito seja registrado permanentemente no 
banco de dados
• Ou que a transação não tenha qualquer efeito no banco de 
dados ou quaisquer outras transações.
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Transações
• Mecanismos de recuperação
– Tipos de falhas. As falhas geralmente são classificadas como 
falhas de transação, sistema e mídia. Existem vários motivos 
possíveis para uma transação falhar no meio da execução:
• Uma falha do computador (falha do sistema).
• Um erro de transação ou do sistema.
• Erros locais ou condições de exceção detectadas pela 
transação.
• Imposição de controle de concorrência.
• Falha de disco.
• Problemas físicos e catástrofes.
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Transações
• Propriedades desejáveis
– As transações devem possuir várias propriedades, 
normalmente chamadas propriedades ACID.
• Atomicidade.
• Preservação da consistência.
• Isolamento.
• Durabilidade ou permanência.
– Elas devem ser impostas pelos métodos de controle de 
concorrência e recuperação do SGBD.
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Transações
• Propriedades desejáveis
– Atomicidade.
• A transação se realiza como um todo ou não se realiza.
– Preservação da consistência.
• Se a transação for executada do começo ao fim, sem a 
interferência de outras transações, o BD deve ser levado de 
um estado de consistência a outro.
– Isolamento.
• A execução de uma transação não deve ser interferida por 
outras que executam simultaneamente.
– Durabilidade ou permanência.
• As mudanças feitas pela transação completada devem 
persistirno BD.
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