Modelo Lógico de Banco de Dados. A arquitetura do SGBD é estabelecida a partir de um modelo de...
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Modelo Lógico de Banco de Dados
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A arquitetura do SGBD é estabelecida a partir de um modelo de dados
MODELOS:HierárquicoRedeRelacional
.
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Modelo Hierárquico
• Percepção do banco de dados como uma estrutura de árvore envolvendo registros e ligações
• Cada registro pode ter vários dependentes
• Cada registro só pode possuir um ascendente (exceto a raiz que não tem ascendente)
• A navegação é feita com comandos do tipo:
•Acessar o primeiro (get first)
•Acessar o próximo (get next)
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Representação Hierárquica de Registros em um BD
Criação de uma nova filial pode exigir a criação de um tipo de veiculo já existente.
SP São Paulo
SP01 João
SP02 Joana
SP03 Gastão
ESP Esporte
UTL Utilitário
LKY1201 Kombi Preta
JJM1814 Pick-up Azul
Filial
Agente Tipo de Veiculo
Veiculo
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Modelo de Rede• Visto como um grafo ou uma malha de ligações um-para-muitos
entre os registros
• Um tipo de registro pode estar envolvido em mais de um relacionamento
• Cada registro pode ter vários ascendentes e vários descendentes
• Trabalha com o conceito de grupo ou conjunto
• Cada conjunto tem:
• Um tipo de registro proprietário (owner), que só pode participar de uma ocorrência do conjunto
• Um tipo de registro membro (member), que pode participar em qualquer quantidade de ocorrências
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Representação em Rede de Registros em um BD
SP São Paulo UTL Utilitário
ESP Esporte
LKY1201
Kombi Preta
JJM1814 Pick-up Azul
AM Manaus
YYZ1891
Gurgel Branco
BNX9413
BMW Laranja
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Modelo Relacional
• Um banco de dados relacional é percebido pelo usuário como um conjunto de tabelas
• Uma tabela ou relação é composta por linhas conhecidas com t-uplas (lê-se tuplas) e colunas
• Colunas possuem um conjunto de valores possíveis chamados domínio
“No Sistema Relacional os dados são percebidos como Tabelas e as operações aplicáveis ao sistema geram tabelas a partir das primeiras”
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Operações Relacionais
• União (A U B)
Produz uma tabela resultado da União das tabelas operadas
• Interseção (A B)
Cria uma tabela resultado da interseção das tabelas operadas
• Diferença (A - B)
Cria uma tabela contendo tuplas que pertencem à primeira
tabelas operada, mas não à segunda.
• Produto Cartesiano (A * B)
Gera todas as combinações possíveis entre as tuplas de duas
tabelas
U
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• Projeção (A , B)
Cria uma tabela contendo alguns atributos específicos da tabela operada
• Seleção ou Restrição (A (a = ‘X’) )
Serve para extrair (selecionar) tuplas de uma certa tabela
• Junção (A.x = B.x)
Gera uma tabela que é a combinação das tabelas operadas segundo critérios impostos sobre atributos de uma e outra tabela
• Divisão (A / B)
Opera duas tabelas, criando uma terceira com os atributos da primeira tabela cujos atributos que os acompanham existem também na segunda tabela.
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Livro (L)
Livro Autor Editora
ABC X ED1DEF Y ED2GHI Y ED2JKL X ED3MNO Z ED2
Autor
X Y Z
Usuário
U1 U2 U3 U4 U5
Usuário (U)
Empréstimos emaberto (E)
Livro Usuário ABC U1 GHI U2 JKL U5
Livrosrasurados (R)
Livro
ABC DEF
Memória (M)
Livro Usuário
ABC U1ABC U4DEF U1JKL U2
Para exemplificar, considere o seguinte Banco de Dados
Autor(A)
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Empréstimo Global
Livro Usuário
ABC U1 ABC U4 DEF U1 GHI U2 JKL U2 JKL U5
Quais livros foram emprestados para quais usuários, incluíndo empréstimos em aberto ?
União das tabelas Empréstimo em Aberto e Memória de Empréstimo (Empréstimo.Global = E U M)
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Empréstimo Já
Livro Usuário
ABC U1
Quais livros atualmente emprestados já haviam sido emprestados antespara o mesmo usuário ?
Interseção das tabelas Empréstimo em Aberto e Memória de Empréstimo (Empréstimo.já = E M)
U
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Primeira
Livro Usuário
GHI U2 JKL U5
Quais livros atualmente emprestados nunca haviam sido retirados pelomesmo usuário ?
Diferença entre as tabelas Empréstimo em Aberto e Memória de Empréstimo. (Primeira = E - M)
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Quais são todas as combinações de livros atualmente emprestados x usuários depositário x autor ?
Esta consulta não tem muito sentido, servindo apenas para exemplificar
Produto cartesiano ds tabelas Autor e Empréstimo em Aberto (Mistura = A * E)
Mistura
Autor Livro Usuário
X ABC U1 X GHI U2 X JKL U5 Y ABC U1
(continuação)
Autor Livro Usuário
Y GHI U2 Y JKL U5 Z ABC U1 Z GHI U2 Z JKL U5
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Que autores escreveram livros para quais editoras ?
Projeção da tabela Livro segundo autor e editora (Filiação = L [ autor,editora])
Filiação
Autor Editora
X ED1 Y ED2 X ED3 Z ED2
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Quais os livros escritos pelo autor Y ?
Seleção da tabela Livro segundo o autor “Y” (Y.autoria = L [ autor = Y])
Y.autoria
Livro Autor Editora
DEF Y ED2 GHI Y ED2
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Que autores estão sendo lidos por quais usuários ?
Junção das tabelas Livro e Empréstimos em aberto (Lidos = L [ livro = livro] E)
Lidos
Livro Autor Editora Usuário
ABC X ED1 U1 GHI Y ED2 U2 JKL X ED3 U5
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Quem são os possíveis rasuradores de livros ?
Divisão da Memória de Empréstimos pela tabela Livros Rasurados (Rasuradores = M / R)
Rasuradores
Usuário
U1 U4
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12 Regras para um SGBD ser
Relacional
São 12 regras, precedidas por uma regra geral 0 (zero). Destas 12, pelo menos 6 devem ser cumpridas para que o SGBD possa ser qualificado como completo relacionalmente.
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Regra 0 (Genérica): Para ser Relacional, o SGBD deve ter a capacidade de gerenciar bancos de dados apenas através de suas capacidades relacionais.
Regra 1: Toda a informação em um banco de dados relacional é representada explicitamente no nível lógico e exatamente de uma forma: por valores em tabelas.
Regra 2: Todo e qualquer dado num banco de dados relacional tem a garantia de ser logicamente acessível por meio de uma combinação do nome da tabela, valor da chave primária e do nome da coluna.
Regra 3: Os valores nulos são suportados nos SGBDs completos para representar de modo sistemático a informação ausente ou não aplicável, qualquer que seja o tipo de dado.
Regra 4: A descrição do banco de dados a nível local é representada da mesma maneira que os dados comuns, de forma que os usuários autorizados possam usar, para consultá-la, a mesma linguagem usada para os dados comuns.
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Regra 5: Um sistema relacional pode suportar várias linguagens e modalidades de uso com terminal. Porém, deve haver pelo menos uma linguagem cujos comandos possam ser expressos como cadeias de caracteres. A linguagem deve ser suficientemente completa para suportar definição de dados, visões, controle de integridade, autorização de acesso, manipulação e definição dos limites das transações (início, fim e possibilidade de anulação).
Regra 6: Todas as visões que forem teoricamente atualizáveis devem ser também atualizáveis pelo sistema.
Regra 7: A Capacidade de tratar em tabela básica ou uma tabela derivada aplica-se não só à recuperação dos dados mas também à inclusão, atualização e exclusão.
Regra 8: Programas de aplicação e atividades de terminal devem ficar logicamente inalterados quando ocorrem modificações, quer seja na representação dos dados armazenados, quer no método de acesso.
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Regra 9: Programas de aplicação e atividades de terminal devem ficar logicamente inalterados quando ocorrem modificações de qualquer tipo que não alterem as informações contidas nas tabelas básicas.
Regra 10: As restrições de integridade de um banco de dados relacional específico devem ser definidas na sublinguagem de dados relacional e armazenáveis no dicionário de dados, e não em programas de aplicação.
Regra 11: Quer o sistema suporte ou não bancos de dados distribuídos, ele deve ter uma sublinguagem de dados que possa suportar estes bancos, sem prejudicar os programas de aplicação e as atividades de terminal.
Regra 12: Se um sistema relacional possui uma linguagem de nível baixo, esta capacidade não pode ser usada para subverter ou ignorar as regras e restrições de integridade espressas na linguagem relacional de mais alto nível.
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O M O D E L O
L Ó G I C O
R E L A C I O N A L
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O Modelo Relacional
Criado nos anos 1970 por Edgar F. Codd
Utilização efetiva à partir de 1987
Informações consideradas com relações matemáticas
Entidades e relacionamentos armazenados em tabelas bidimensionais
Definição
“São conjunto de dados vistos segundo um conjunto de tabelas e as operações sobre as tabelas feitas com manipulação da álgebra relacional.”
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Funcionário:
Visão Lógicados Dados
Matricula Nome
830001860072870029920101
JoãoCrisPaulaChico
01/04/5019/12/7531/12/6708/09/70
Nascimento
>
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Principais Vantagens
Independência de dados
Visão múltipla de dados
Melhor comunicação entre profissional de informática e usuário
Facilidades para desenvolvimento e manutenção de aplicações
Melhor segurança de dados
Maior agilidade para o processo decisório
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CHAVE PRIMÁRIA (Primary Key)
É um atributo ou conjunto de atributos que identifica univocamente um tupla (linha).
CHAVE SECUNDÁRIA (Secondary Key)
Ë uma chave candidata à chave primária
CHAVE ESTRANGEIRA (Foreign Key)
São os elos de ligação entre as tabelas. Atributos de uma tabela que casam com a chave primária de outra tabela.
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CHAVE ESTRANGEIRA (Foreign Key)
São os elos de ligação entre as tabelas. Atributos de uma tabela que casam com a chave primária de outra tabela.
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Indica qual a ação que acontecerá na tupla que possua a chave estrangeira quando ocorrer exclusão da tupla a qual ela
está relacionada.
Restrict: Não permite a exclusão da tupla que possui a chave primaria .
Cascade: Exclui todas as tuplas relacionadas quando a tupla que possui a chave primária é excluída.
Set Null: Atualiza com NULO o campo chave estrangeira quando a tupla que possui a chave primária é excluída.
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Regras de Integridade do Modelo Relacional
Integridade da Entidade:
Um atributo que participe de chave primária não pode ter valor nulo.
Integridade Referencial:
Se uma determinada tabela “A” possui uma chave estrangeira em relação a uma outra tabela “B”, então ela deve:
Ser igual a um valor de chave primária existente em “B” ou
Ser nula (NULL)
Não pode existir na chave estrangeira, um valor que não exista na tabela na qual ela é chave primária.
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Derivação do Modelo E-R para o Modelo Relacional
Toda entidade torna-se uma tabela
Cada atributo vira uma coluna da tabela
Chaves primárias e chaves candidatas são projetadas para não permitirem ocorrências múltiplas e nem admitirem nulos
Chaves das entidades fracas são formadas pelas chaves primárias da entidade da qual ela é fraca mais os atributos individualizadores da mesma
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Relacionamento 1:N
FuncionárioalocaDepartamento1:N 1:1
Código Nome Matricula Nome Cd-dpto
FuncionárioDepartamento
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Relacionamento 1:N (exemplo)
FuncionárioalocaDepartamento1:N1:1
Código Nome Matricula Nome Cd-dpto
FuncionárioDepartamento
INFO Informática
CONT Contabilidade
TRAN Transporte
001 Jose INFO
002 Ana Paula CONT
005 Carolina TRAN
006 Fernanda CONT
007 Cristina INFO
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Relacionamento 1:N Envolvendo Auto-Relacionamento
COMPÕE
PEÇA
0:1 0:N
NOME PEÇA-QUE-COMPÕECÓDIGOPeça
composta
É com
ponente
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Relacionamento 1:N Envolvendo Auto-Relacionamento (exemplo)
COMPÕE
PEÇA
0:1 0:N
NOME PEÇA-QUE-COMPÕECÓDIGO
Peça
4534 Correia
6547 Parafuso
7734 Freio 65471198 Motor 6547
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Relacionamento 1:1
FuncionárioChefiaDepartamento1:10:1
NOMEMATRICULA
Funcionário
CÓDIGO NOME
Departamento
MATRICULA
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Relacionamento 1:1 (exemplo)
CÓDIGO
Departamento
FuncionárioChefiaDepartamento0:11:1
NOME
INFO Informática 002
CONT Contabilidade 006
TRAN Transporte 007
001 Jose
002 Ana
005 Carolina
NOME
Funcionário
MATRICULA
006 Fernanda
007 Cristina
MATRICULA
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Relacionamento 1:1 Envolvendo Auto-Relacionamento
0:1
CASADA
PESSOA
Código Nome Esposo/Esposa
0:1
Pessoa
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Relacionamento 1:1 Envolvendo Auto-Relacionamento (exemplo)
0:1
CASADA
PESSOA
Código Nome Esposo/Esposa
0:1
Pessoa
P1 José P2
P2 Maria P1P3 Ana P6
P4 Flávia P5P5 João P4
P6 Carlos P3P7 Suzana
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Relacionamento M:N - Entidades Distintas
ProjetoalocadoFuncionário1:N0:N
COD-PRJMATR DATA
ALOCADO
MATR NOME
FUNCIONÁRIO
CÓDIGO NOME
PROJETO
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Relacionamento M:N - Entidades Distintas (exemplo)
NOME
ProjetoalocadoFuncionário0:N 1:N
P1 ConstruçãoP2 Informática
P3 Ensino
ALOCADO
MATR NOME
FUNCIONÁRIO
CÓDIGO
PROJETO
001 José002 Ana Paula
005 Carolina
006 Fernanda007 Cristina
COD-PRJMATR DATA
001 P1 02/01/95002 P2 12/07/94
005 P3 01/10/96
006 P3 01/03/97007 P2 01/06/86
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Relacionamento M:N - Auto-Relacionamento
PRÉ-REQ
DISCIPLINA
0:N 0:N
CÓDIGO CÓD-PRÉ
PRÉ-REQUISITO
CÓDIGO NOME
DISCIPLINA
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Relacionamento M:N - Auto-Relacionamento (exemplo)
PRÉ-REQ
DISCIPLINA
0:N 0:N
CÓDIGO CÓD-PRÉ
PRÉ-REQUISITO
CÓDIGO NOME
DISCIPLINA
CL1 Cálculo I
CL2 Cálculo II
FIS1 Física 1FIS2 Física 2EST Estatística
CL2 CL1
FIS2 FIS1
EST CL1EST FIS2
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Relacionamentos Múltiplos Conhecimento
UsadoFuncionário
0:NProjeto
0:N
Conhecimento
0:M
MATRICULA CONHECIMENTO PROJETO CONHECIMENTO
Física
MatemáticaBiologiaQuímica
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Relacionamentos Múltiplos (exemplos)
ConhecimentoUsado
Funcionário0:N
Projeto0:N
Conhecimento
0:N
MATRICULA CONHECIMENTO PROJETO CONHECIMENTO
Física
MatemáticaBiologiaQuímica
001 Física P1 001 Matemática P1 002 Biologia P2005 Biologia P2005 Química P3007 Física P1007 Química P3
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GeneralizaçõesFuncionárioChefiaDepartamento
1:11:N
Vendedor SecretáriaEngenheiro
Matricula Matricula MatriculaAjuda de custo Hora extra Ling. Estrang.Especialidade Despesa extra Curso Placa carro
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Generalizações (exemplo)
CÓDIGO
Departamento
NOME
INFO Informática
CONT Contabilidade
TRAN Transporte
Funcionário
Matricula Nome Função
001 Jose Eng 002 Ana Paula Secr
003 Carolina Eng
006 Fernanda Secr 007 Cristina Eng 008 Juarez Vend
Matricula
001006008
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Generalizações (exemplo)
001 120 Computação
003 150 Civil
007 230 Elétrica
Matricula Ajuda de Custo Especialidade Matricula Lingua Estrang. Curso
002 Ingles Completo 006 Frances Incompl.
Matricula Hora extra Despesa Extra Placa carro
008 25 150 JPX1845
Engenheiro Secretária
Vendedor
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Modelo Entidade - Relacionamento
A técnica de modelagem mais usada é a Abordagem Entidade-Relacionamento (ER). O modelo de dados é representado graficamente atraves de um Diagrama de Entidade-Relacionamento (DER).
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Entidades
Empregado Departamento
Sócios Shows
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Relacionamentos
Sócios Shows Participa
Empregado DepartamentoTrabalha
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Cardinalidade
Expressa o numero de entidades as quais outra entidade pode
estar associada via um conjunto de relacionamentos.
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Cardinalidade de Relacionamentos
Duas cardinalidades máximas são relevantes:A cardinalidade máxima 1A cardinalidade máxima “muitos” representada
pela letra n
Empregado DepartamentoTrabalhan 1
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Cardinalidade Mínima
Empregado Mesaalocado
(1,0 ) (1,1 )
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Um para Um – 1:1Uma entidade em A está associada no máximo a uma
entidade em B, e uma entidade em B está associada a no máximo uma entidade em A.
a1
a2
a3
a4
b1
b2
b3
b4
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Um para muitos – 1:NUma entidade em A está associada a várias entidades em B.
Uma entidade em B, entretanto, deve estar associada no máximo a uma entidade em A.
a1
a2
b1
b2
b3
b4
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Muitos para muitos – N:N ou M:N Uma entidade em A está associada a qualquer número de entidades em
B e uma entidade em B está associada a um número qualquer de entidades em A.
a1
a2
a3
a4
b1
b2
b3
b4
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Modelagem E-R – James Martin
Exemplo de Modelagem, onde:
= muitos = um
= a ocorrência do relacionamento é opcional; = a ocorrência do relacionamento é obrigatória;
Empregado Departamento
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Empregado Departamento
Empregado DepartamentoTrabalha(1,1) (0,n)
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TáxiMotorista
Associações de “Um para Um”
Cliente Animal
Associações de “Um para Muitos”
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Advogado Processo
Associações de “Muitos para Muitos”
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Advogado
Processo/Advogado
Em um banco de dados não é possível implementar um relacionamentoM:N, sendo assim foi criado na modelagem a Entidade Associativa.
Entidade Associativa é a associação entre uma entidade e um relacionamento, ou a associação entre dois relacionamentos.
Processo