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SCC0141 - Bancos de Dados e Suas Aplicações
Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior
Material original: Elaine Parros Machado de Sousa
Sistemas de Banco de Dados
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Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de Dados
arquiteturas cliente/servidor
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida
Modelagem de Dados
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Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de
Dados arquiteturas cliente/servidor
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida
Modelagem de Dados
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USP – ICMC - GBDI 4
Evolução dos Sistemas de Bases de Dados
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USP – ICMC - GBDI 5
Evolução dos Sistemas de Bases de Dados
Os programas de aplicação são executados no servidor de dados – os terminais “burros” executam quase nenhum processamento.
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USP – ICMC - GBDI 6
Evolução dos Sistemas de Bases de Dados
PC
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USP – ICMC - GBDI 7
Evolução dos Sistemas de Bases de Dados
PCPCs mais potentes executam tanto o programa de aplicação quanto o SGBD. O servidor de arquivos provê espaço de armazenamento, escasso à época.
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USP – ICMC - GBDI 8
Evolução dos Sistemas de Bases de Dados
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USP – ICMC - GBDI 9
Arquitetura Cliente/Servidor
Dados eRegras
SGBD
ServidorServidor ClienteCliente
AplicaçõesAplicações
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USP – ICMC - GBDI 10
Arquitetura Cliente/Servidor
Duas camadas
Dados eRegras SGBD
ServidorServidor ClienteCliente
AplicaçõesAplicações
BD + parte (pequena) da lógica
de negócio
Interface + maior parte da lógica de
negócio
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USP – ICMC - GBDI 11
Arquitetura Cliente/Servidor
Três camadas
Dados e Regras
SGBD
ServidorServidor ClienteCliente
Aplicações-ClienteAplicações-Cliente
BD + parte comum da lógica de negócio
Interface + parte específica da
lógica de negócio
Servidor de AplicaçãoServidor de Aplicação
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USP – ICMC - GBDI 12
Arquitetura Cliente/Servidor
Quatro camadas
Dados e Regras
SGBD
ServidorServidor ClienteCliente
Aplicações-ClienteAplicações-ClienteServidor de Servidor de AplicaçãoAplicação
Servidor de Servidor de InterfaceInterface
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Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de
Dados arquiteturas cliente/servidor
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida
Modelagem de Dados
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Definição da base de dados armazenada
Base de dados armazenada
SGBD
Aplicação Aplicação Aplicação
ESQUEMAESQUEMA INSTÂNCIAINSTÂNCIA
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Esquema e Instância Banco de dados:
EsquemaEsquema Definição Estático (ou quase!)
InstânciaInstância Manipulação Dinâmica
Instância
Esquema
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Esquema e Instância
Esquema pode ser definido em 3 níveis
Three-Schema Architecture
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Arquitetura Esquema de Três
Three-Schema Architecture (ou arquitetura ANSI/SPARC)1. múltiplas visões para os usuários 2. armazenamento da descrição da base de dados
(esquemaesquema) em diferentes níveis de abstraçãoabstração
3.3. independência de dadosindependência de dados
Incorporação de características importantes da filosofia de bases de dados
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Three-Schema Architecture
Nível Externo ou de Visão Visão 1 Visão 2 Visão N...
Nível Conceitual ou Lógico
Nível Interno ou Físico
Esquema Conceituale/ou Esquema Lógico
Esquema Físico
Sub-Esquemas (views)
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Three-Schema Architecture
Nível Interno – esquema físicoesquema físico descreve estrutura física de
armazenamento da base de dados como os dados estão armazenados
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Three-Schema Architecture
Nível Conceitual – esquema esquema conceitual e/ou lógicoconceitual e/ou lógico descreve a estrutura da base de dados sem
detalhes de estrutura de armazenamento físico
quais dados estão armazenados e como estão relacionados
descrição do esquema conceitual/lógico: modelo conceitual (ex: MER) modelo de implementação (ex: Modelo
Relacional)
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Three-Schema Architecture
Nível Externo – sub-esquemassub-esquemas define as visões dos usuários
descreve a parte da base de dados em que cada grupo de usuários tem interesse
descrição de sub-esquemas: modelo conceitual (ex: MER) modelo de implementação (ex: Modelo Relacional)
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Three-Schema Architecture
Nível Externo ou de Visão
Visão 1 Visão 2 Visão N...
Nível Conceitual ou Lógico
Nível Interno ou Físico
mapeamento externo/conceit
ual
mapeamento conceitual/inter
no
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Three-Schema Architecture
Visualização de níveis de esquema em sistemas de banco de dados ABSTRAÇÃOABSTRAÇÃO escondendo detalhes e complexidade
nos diferentes níveis visão mais geral ou mais específica
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Recordando.... Three-Schema Architecture (ou
arquitetura ANSI/SPARC) independência de dadosindependência de dados múltiplas visões para os usuários armazenamento da descrição da base de
dados (esquemaesquema) em diferentes níveis de abstraçãoabstração
OK!!!!
OK!!!!
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Independência de Dados Independência de dados na
arquitetura de três esquemas capacidade de modificar o capacidade de modificar o esquema em determinado nível esquema em determinado nível sem afetar o esquema do nível sem afetar o esquema do nível superiorsuperior
SGBD pode suportar: independência física independência lógica
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Independência de Dados
Nível Externo ou de Visão
Visão 1 Visão 2 Visão N...
Nível Conceitual ou Lógico
Nível Interno ou Físico
Independência Física???
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Independência de Dados
Independência física de dados modificações no esquema interno não
provocam alterações nos esquemas lógico e externo
por que modificar esquema interno? quando os esquemas em níveis superiores
teriam que ser alterados?
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Independência de Dados
Independência física de dados modificações no esquema interno não
provocam alterações nos esquemas lógico e externo
por que modificar esquema interno? quando os esquemas em níveis superiores
teriam que ser alterados?
Modificações no nível interno – reorganização dos dados – ex: inserção de novos mecanismos de acesso, novos índices, mais espaço de armazenamento.
![Page 29: SCC0141 - Bancos de Dados e Suas Aplicações Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior Material original: Elaine Parros Machado de Sousa Sistemas de Banco de](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062223/552fc10b497959413d8c32b7/html5/thumbnails/29.jpg)
Independência de Dados
Nível Externo ou de Visão
Visão 1 Visão 2 Visão N...
Nível Conceitual ou Lógico
Nível Interno ou Físico
Independência Lógica???
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Independência de Dados
Independência lógica de dados modificações no esquema lógico não
provocam alterações nos esquemas externos aplicativos não precisam ser reescritos
por que modificar esquema lógico? quando os esquemas em níveis superiores
teriam que ser alterados?
![Page 31: SCC0141 - Bancos de Dados e Suas Aplicações Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior Material original: Elaine Parros Machado de Sousa Sistemas de Banco de](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062223/552fc10b497959413d8c32b7/html5/thumbnails/31.jpg)
Independência de Dados
Independência lógica de dados modificações no esquema lógico não
provocam alterações nos esquemas externos aplicativos não precisam ser reescritos
por que modificar esquema lógico? quando os esquemas em níveis superiores
teriam que ser alterados?
Modificações no nível conceitual – reestruturação lógica – ex.: novas tabelas, novos atributos, novas restrições de integridade expansão.
No cado de redução, níveis superiores talvez tenham que ser alterados. Ex.: exclusão de atributos, relacionamentos, ou restrições de integridade.
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Ciclo de VidaCiclo de Vida
Projeto Conceitual
Projeto Lógico
Projeto Físico
Análise Funcional
Projeto
Implementação
Coleta/Especificaçãode Requisitos
Dados eMetadados
SGBDSGBD Aplicação
Mundo Real
Protótipo
RequisitosFuncionais
Requisitosde Dados
Sistemas de Banco de Dados
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Sistemas de Banco de Dados
Dados eMetadados
SGBDSGBD Aplicação
Mundo Real
RequisitosFuncionais
Requisitosde Dados
• DBA• Pessoal de Suporte e Operação
• Analistas de Sistemas• Programadores
• Usuários • Operadores de Aplicação
• Projetistas de Interface
Desenvolvimento de Software
Projeto Conceitual
Projeto Lógico
Projeto Físico
Análise Funcional
Projeto
Implementação
Coleta/Especificaçãode Requisitos
Protótipo
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Ciclo de VidaCiclo de Vida
Sistemas de Banco de Dados
Dados eMetadados
SGBDSGBD Aplicação
Mundo Real
RequisitosFuncionais
Requisitosde Dados
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados
• Projetistas de BD
• DBA• Pessoal de Suporte e Operação
• Usuários • Operadores de Aplicação
• Projetistas de Interface
Projeto Conceitual
Projeto Lógico
Projeto Físico
Análise Funcional
Projeto
Implementação
Coleta/Especificaçãode Requisitos
Protótipo
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Projeto conceitual esquema conceitual para a base de
dados níveis conceitual/lógico e externo baseado nos requisitos de dados objetivos:
estrutura da base de dados semântica relacionamentos restrições
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri]
![Page 36: SCC0141 - Bancos de Dados e Suas Aplicações Prof. Jose Fernando Rodrigues Junior Material original: Elaine Parros Machado de Sousa Sistemas de Banco de](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062223/552fc10b497959413d8c32b7/html5/thumbnails/36.jpg)
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri]
Projeto conceitual (cont.) independente do SGBD pode incluir especificação em alto nível
de: aplicações características funcionais das transações
modelo conceitual – ex: MER
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Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri]
Projeto lógico esquema lógico
níveis conceitual/lógico e externo mapeamento do modelo conceitual
para o modelo do SGBD ex: Modelo Relacional
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Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri]
Projeto lógico (cont.)
Passo1 – mapeamento independente de um SGBD específico
mas... dependente do “paradigma” (relacional, OO, relacional-objeto)
Passo 2 – ajustes de acordo com as características e restrições do modelo implementado por um SGBD específico
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Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados [Elmasri]
Projeto físico esquema físico
nível interno estruturas físicas de armazenamento
organização de registros físicos índices número de discos ….
critérios: tempo de resposta espaço utilizado número de transações
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Tópicos da Aula Evolução dos Sistemas de Banco de
Dados arquiteturas cliente/servidor
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados Three-Schema Architecture Ciclo de Vida
Modelagem de Dados
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Modelagem de dadosOs Três Reinos - AbstraçãoAbstração
Produto
Sigla
Nome-P
Peso
Verifica
Padrão
Empregado
Código
Idade
Trabalha
PeçaMáquina Usina
Compostapor
Nome-E
Código
Material
Tempo
Total dehoras
1
1
N M
N
N1
N
M
PercepçãoPercepção
ModelagemModelagemImplementaçãoImplementação
RealReal ImaginárioImaginário
RepresentaçãoRepresentação
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Idéias
Modelo E/R
Modelo Relacional
SGBDRelacional
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Idéias
Modelo E/R
Modelo Relacional
SGBDRelacional
MER
SQL - DDL
DADOS
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Modelagem de Dados - Motivação
Por que modelar?? se
projetistas se apóiam pouco em metodologias sistemáticas para conduzir o projeto da base de dados...
então tempo e recursos são subestimados resultado não atende às necessidades das
aplicações documentação é limitada manutenção custosa
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Modelos de Dados
Modelo de dadosModelo de dados – “definição abstrata, autônoma e lógica dos objetos, operadores e outros elementos que, juntos, constituem a máquina abstrata com a qual os usuários interagem”. (Date)
objetos estrutura dos dados
operadores comportamento dos dados
Modelos conceitual e de implementação (ou lógico)
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Modelos de Dados
Modelos de dados (Elmasri) Conceituais
Modelo Entidade Relacionamento (MER) Modelo de Objetos da ODMG (Object Database
and Open Source Vendors) ….
de Implementação : Ex: Rede, Hierárquico, NO-SQL, Relacional
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Modelos Conceituais
Objetivo: descrição do conteúdo da base de dados
NÃO considera estruturas de armazenamento
Enfoque: compreensão e descrição da realidade
(informação) compreensão e seleção das propriedades
relevantes da informação compreensão e descrição das restrições sobre os
dados diálogo com o usuário
Projeto Conceitual
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Ciclo de VidaCiclo de Vida
Sistemas de Banco de Dados
Dados eMetadados
SGBDSGBD Aplicação
Mundo Real
RequisitosFuncionais
Requisitosde Dados
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados
• Projetistas de BD
• DBA• Pessoal de Suporte e Operação
• Usuários • Operadores de Aplicação
• Projetistas de Interface
Projeto Conceitual
Projeto Lógico
Projeto Físico
Análise Funcional
Projeto
Implementação
Coleta/Especificaçãode Requisitos
Protótipo
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Modelagem Conceitual
Entrada: Requisitos de DadosRequisitos de Dados Processo:
modelagem – representação conceitual modelo conceitual (Ex: MER)
Resultado: Esquema ConceitualEsquema Conceitual descrição sucinta (diagramas e texto) clara, concisa, sem ambigüidades, sem
contradições padronizada
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Modelagem Conceitual – Exemplo usando MER:
N#Cred
Aluno
Turma
Disciplina
Ministra
MatriculaN
M
N
Professor
Composta por
M
livro
nota
É pré-requisito de
N
N
1
N
Cidade
Idade
Grau
Nome
N#Funcional
IdadeNomeN#USP
Nome
Sigla
N#Alunos
Código
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Modelagem Conceitual Ex:
SDM (Semantic Data Model) [McLeod-81] SAM (Semantic Association Model) [Su-86] IFO [Abiteboul-87] ME-R (Modelo Entidade-Relacionamento) [Chen-
76] Modelos Orientados a Objetos
Object Model (ODMG), UML, OMT, OOAD, BOOCH
…..
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Modelos de Implementação
Modelo em Rede: dados representados por um conjunto de
registros relações entre registros representadas por
links registros organizados no BD por um
conjunto de grafos
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Modelos de Implementação
Modelo Hierárquico similar ao Modelo em Rede
dados e relações representados por registros e links
diferença: no Modelo Hierárquico os registros estão organizados em árvores
Sistema IMS (Information Management System - IBM)
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Modelos de Implementação
Modelo Relacional difere por não usar links relaciona os registros por meio de
valores possibilidade do desenvolvimento de
fundamentos matemáticos para sua definição
Cálculo Relacional e Álgebra Relacional
Precursor, Sistema R (IBM)
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Ciclo de VidaCiclo de Vida
Sistemas de Banco de Dados
Dados eMetadados
SGBDSGBD Aplicação
Mundo Real
RequisitosFuncionais
Requisitosde Dados
Desenvolvimento de Sistemas de Banco de Dados
• Projetistas de BD
• DBA• Pessoal de Suporte e Operação
• Usuários • Operadores de Aplicação
• Projetistas de Interface
Projeto Conceitual
Projeto Lógico
Projeto Físico
Análise Funcional
Projeto
Implementação
Coleta/Especificaçãode Requisitos
Protótipo
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Sugestão de leitura
Capítulos introdutórios dos livros citados na bibliografia principal da
disciplina
USP – ICMC - GBDI