Sistema di Elaborazione delle Informazioni

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1 Sistema di Elaborazione delle Informazioni Basi di Dati Sistema Informativo Nello svolgimento di ogni attività di una organizzazione sono essenziali la disponibilità di informazioni e la capacità di gestirle in modo efficace. Esempi di organizzazioni: enti pubblici, aziende, banche, studi professionistici. Un organizzazione ha bisogno di informazioni per attività: operative (informazioni di servizio); decisionali (informazioni di governo). Una organizzazione è dotata di un sistema informativo che organizza e gestisce le informazione necessarie ad essa. 2

2 Sistema Informativo Un sistema informativo risulta costituito dai seguenti elementi: un patrimonio di dati, che, una volta elaborato, genera le informazioni; un insieme di procedure, per l acquisizione dei dati e la produzione di informazioni; le risorse umane, l insieme di persone che sovrintendono alle procedure; le risorse materiali, l insieme di mezzi e strumenti per il trattamento di dati e informazioni; Le risorse materiali non sono necessariamente degli elaboratori così come le procedure non sono necessariamente dei programmi. 3 Sistema Informativo Un Sistema Informativo non è necessariamente automatizzato i Sistemi Informativi esistono da molto prima della invenzione dei computer Esistono organizzazioni la cui ragion d essere è la gestione di informazioni (p. es. servizi anagrafici e banche) e che operano da secoli. Un sistema informatico è la parte automatizzata del sistema informativo 4

3 Gestione convenzionale dei dati In assenza di un software specifico, la gestione dei dati è affidata ai linguaggi di programmazione tradizionali. L approccio convenzionale alla gestione dei dati nei sistemi informativi sfrutta la presenza di file per memorizzare i dati. A B C D E Programma Programma 2 Programma 3 A B C D E Archivi separati 5 Gestione convenzionale dei dati Ogni programma applicativo è caratterizzato da un proprio insieme di file privati. Eventuali dati di interesse per più programmi sono replicati tante volte quanto sono i programmi. Questo tipo di approccio determina i seguenti problemi: Ridondanza; Inconsistenza; Riservatezza; Integrità; Concorrenza. Le basi di dati sono state concepite per superare questo tipo di inconvenienti. 6

4 Base di Dati Gli inconvenienti dell approccio convenzionale sono superati attraverso l uso di un sistema software chiamato Data Base Management System (DBMS) Una base di dati è una collezione di dati che vengono organizzati e gestiti da un software specifico, il Data Base Management System (DBMS). Programma Programma 2 Programma 3 DBMS Base di dati 7 Basi di dati L uso di un DBMS consente: un unica rappresentazione dei dati, evitando ridondanza e inconsistenza; un accesso disciplinato, definendo per ciascun utente le modalità di accesso e garantendo la privatezza dei dati; il rispetto dei vincoli di integrità, impedendo l esecuzione dei programmi che li violano; l accesso concorrente ai dati, utilizzando operazioni che consentono la mutua esclusione dei programmi; l affidabilità, fornendo specifiche funzionalità di salvataggio e ripristino. 8

5 Modello dei dati Le basi di dati sono organizzate e strutturate in base a un modello dei dati. Un modello di dati è uno strumento che consente al progettista di attribuire un certo significato ai dati e di manipolare i dati stessi. Il significato viene attribuito assegnando una struttura ai dati tramite appositi meccanismi di strutturazione forniti dal modello. 9 Schema di un insieme di dati Uno schema è una descrizione delle proprietà possedute dall insieme di dati (parte invariante dei dati). Es. di un possibile schema relativo agli orari ferroviari (Origine, OraPartenza, Destinazione, OraArrivo) Uno schema identifica: le categorie in cui sono divisi i dati; le proprietà (attributi) di ciascuna categoria; le eventuali relazioni (associazioni) esistenti fra categorie; i vincoli cui sono soggetti i dati. 0

6 Istanza Un insieme D di dati organizzati in accordo a un certo schema S è detto istanza di una base di dati. Una istanza D descrive lo stato della base di dati, i valori della base di dati in un particolare istante. Esempio di schema Si consideri una realtà universitaria in cui gli studenti sono liberi di scegliere dei corsi Categorie STUDENTI, CORSI Proprietà STUDENTI: Nome, Residenza, DataNascita CORSI: NomeCorso, Docente Relazioni è_iscritto_a HA_SUPERATO_L ESAME è_propedeutico_a Vincoli ogni studente deve essere iscritto ad almeno tre corsi uno studente non può avere superato un corso a cui non è iscritto 2

7 Modello di dati Un modello di dati è un insieme G di regole (costrutti) per la generazione di schemi; O di operazioni per la manipolazione delle basi di dati L insieme G corrisponde a quello che viene indicato come Linguaggio di Descrizione dei Dati (DDL). L insieme O corrisponde a quello che viene indicato con Linguaggio di Manipolazione dei Dati (DML). Formulare interrogazioni (query); Modificare il contenuto. 3 Classificazione dei modelli di dati Modelli fisici I meccanismi di astrazione e gli operatori sono legati alla macchina e all organizzazione della memoria di massa. Uno dei modelli fisici è quello basato sui file. Modelli logici I meccanismi di astrazione sono un compromesso tra l esigenza di modellare facilmente la realtà e quella di avere un implementazione efficiente. Sui modelli logici si basa la maggior parte dei DBMS in commercio. Modelli concettuali La descrizione della realtà viene realizzata indipendentemente dal modello logico usato. I modelli concettuali vengono utilizzati normalmente nella prima fase di progettazione del sistema informativo, nella progettazione concettuale. 4

8 Modelli logici Modello gerarchico è basato sull uso di strutture ad albero Modello reticolare è basato sull uso di grafi. Modello relazionale è basato sul concetto di insieme e di tabelle Modello ad oggetto Estende alle basi di dati il paradigma di programmazione ad oggetti. 5 Livelli di astrazione Un DBMS fornisce una visione astratta della base di dati Si distinguono tre livelli di astrazione: livello fisico, la base di dati viene descritta come un insieme di record in memoria di massa. livello logico, evidenzia l organizzazione dei dati dal punto di vista del loro contenuto informativo, descrivendo la struttura dei dati e i collegamenti tra dati diversi; livello esterno, presenta i dati così come vengono visti dal particolare utente o classe di utenti (schema esterno). 6

9 Indipendenza dei dati Un DBMS dovrebbe garantire sempre le seguenti proprietà: l indipendenza fisica, che consente di modificare il livello fisico senza modificare il livello logico e i programmi che utilizzano tali dati; l indipendenza logica, che consente di definire nuovi schemi esterni o estendere lo schema logico senza alterare gli schemi esterni. 7 Proprietà delle transazioni Un DBMS deve garantire per le transazioni: Atomicità, deve essere completata con successo (committ) o non non eseguita (roolback) Consistenza, non devono alterare l'integrità dei dati Isolamento, le transazioni sono protette l'una dall'altra Durabilità, il loro effetto non dovrebbe andare perduto 8

10 Modello relazionale dei dati Una base di dati relazionale è una collezione di relazioni. Una relazione R è definita come un insieme di tuple R={ t(v, v 2, v 3,.., v n )} con v D, v 2 D 2,.., v n D n Tra le tuple non è definito alcun ordinamento. Ad ogni relazione R viene associato un nome Ad ogni dominio D i viene associato un nome detto attributo che descrive il ruolo giocato dal dominio. In una tupla gli elementi vengono individuati per mezzo degli attributi, con una tecnica non posizionale. 9 Modello relazionale dei dati Ogni relazione è rappresentata da una tabella caratterizzata da: un certo numero fisso di colonne (attributi) un numero variabile di righe (tuple) A A 2.. A G tupla v v 2 v G tupla 2 v 2 v 22 v 2G.. tupla C v C v C2 v CG Grado di una relazione: indica il numero G di colonne. Cardinalità di una relazione: il suo numero C di righe. 20

11 Schema di un database relazionale Schema di una relazione: Esso descrive la struttura della relazione. Consiste del nome della relazione R, seguito da un insieme di nomi di attributi X={A,A 2,.., A G }, il tutto indicato con R(X). Ad ogni attributo A i è associato un dominio D i Schema di una base di dati relazionale: è l elenco delle relazioni presenti nella base di dati. R={R (X ), R 2 (X 2 ),.., R n (X n ) } 2 Schema di un database relazionale Relazione CONTO-CORRENTE ( Numero-cc: integer, Nome: char(20), Indirizzo: char(20), Saldo: integer ) Relazione MOVIMENTO ( Num.-cc: integer, Data-Mov: date, Num.-Mov: integer, Importo: integer, Causale: char() ) R={CONTO-CORRENTE(Num.-cc, Nome, Indirizzo, Saldo), MOVIMENTO(Num.-cc, Data-Mov, Num.-Mov, Importo, Causale) } 22

12 Istanza di un database relazionale Istanza di una relazione è l insieme di tuple presenti in un certo istante per una certa relazione. Istanza di una base di dati relazionale è la collezione di tutte le istanze delle relazioni della base di dati. CC Num.-cNome Indirizzo Saldo Rossi V. Etnea Bianchi V. Tamigi Brunelli V. Torino Grandi V. F.Crispi MOV Num.-cData-Mov Num.-Mov Importo Causale 08/04/ V 08/04/ P 2 6/04/ V 2 5/04/ A 23 Istanza di un database relazionale Studenti Matricola CognomeNome Data Nascita Ghezzi Giovanni 09/05/ Antonioni Adriana 25// Bertolucci Bruno 29/0/ Salemi Silvia 6/0/ Gottardi Giacomo 5/03/88 Corsi Codice Titolo Docente Matematica Bianchi 2Fisica Neri 3Chimica Rossi 4Geometria Verdi 5Informatica Gallo Esami Studente Voto Corso

13 Modello basato sui dati I riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle ennuple Matricola CognomeNome Data Nascita Ghezzi Giovanni 09/05/ Antonioni Adriana 25// Bertolucci Bruno 29/0/ Salemi Silvia 6/0/ Gottardi Giacomo 5/03/88 Corsi Codice Titolo Docente Matematica Bianchi 2Fisica Neri 3Chimica Rossi 4Geometria Verdi 5Informatica Gallo Studenti Esami Studente Voto Corso Chiave di una relazione Una chiave di una relazione R è un sottoinsieme K dei suoi attributi che consente di identificare in modo univoco le tuple di una relazione. Una chiave deve garantisce le seguenti proprietà: unicità: in una qualunque istanza di R, non possono esistere due tuple distinte di R in cui valori in corrispondenza dell insieme K sia uguale; minimalità: non è possibile sottrarre all insieme K un attributo senza che cessi di valere la condizione di unicità. Es. Relazione CONTO-CORRENTE Num.-cc è una chiave (si assume che tutti i CC abbiano numero diverso) Nome, Indirizzo e Saldo non sono delle chiavi. Es. Relazione MOVIMENTO La chiave è data da (Num.-cc, Data-Mov, Num.-Mov). 26

14 Valori nulli (NULL) Rappresentano mancanza di informazione o il fatto che l informazione non è applicabile es. numero di telefono: la persona non ha il telefono non so se la persona ha il telefono la persona ha il telefono ma non ne conosco il numeri 27 Valori NULL Valore speciale: NULL Attenzione! NULL non è 0 (numero intero) NULL: valore polimorfo = non appartiene a nessun dominio ma può sostituire valori in qualsiasi dominio Studenti Matricola CognomeNome Data Nascita Ghezzi Giovanni 09/05/ Antonioni Adriana 25// Bertolucci Bruno NULL NULL Salemi Silvia 6/0/ Gottardi Giacomo NULL 28

15 Dasi di dati scorrette Studenti Matricola CognomeNome Data Nascita Ghezzi Giovanni 09/05/ Antonioni Adriana 25// Bertolucci Bruno 29/0/ Salemi Silvia 6/0/ Gottardi Giacomo 5/03/88 Corsi Codice Titolo Docente Matematica Bianchi 2Fisica Neri 3Chimica Rossi 4Geometria Verdi 5Informatica Gallo Esami Studente Voto Lode si si Vincoli d'integrità Vincolo di integrità: proprietà che deve essere soddisfatta da ogni istanza della base di dati (legata quindi allo schema) I vincoli descrivono proprietà specifiche del campo di applicazione, e quindi delle informazioni ad esso relative modellate attraverso la base di dati Una istanza di base di dati è corretta se soddisfa tutti i vincoli di integrità associati al suo schema 30

16 Vincoli d'integrità Vincoli intrarelazionali: definiti sui valori di singoli attributi (di dominio) o tra valori di attributi di una stessa tupla o tra tuple della stessa relazione Vincoli interrelazionali: definiti tra più relazioni 3 Vincoli intrarelazionali Vincolo di chiave primaria (primary key): unica e mai nulla Vincoli di dominio (es. ASSUNZIONE > 980) Vincoli di unicità (unique, Duplicati non ammessi) Vincoli di esistenza del valore per un certo attributo (not null, Richiesto) Espressioni sul valore di attributi della stessa tupla (es. data_arrivo < data_partenza) se arrivo e partenza ad esempio da un albergo 32

17 Vincoli interrazionali Vincolo di integrità referenziale (foreign key): porzioni di informazione in relazioni diverse sono correlate attraverso valori di chiave Se una relazione fa riferimento al valore di un attributo o di un insieme di attributi che dovrebbe comparire in una seconda relazione, dobbiamo assicurarci che ciò avvenga realmente Un vincolo di integrità referenziale fra gli attributi X di una relazione R e un altra relazione R2 impone ai valori su X in R di comparire come valori della chiave primaria di R2 33 Vincolo d'integrità referenziale Vincolo di integrità referenziale tra l'attributo Targa della relazione Infrazione e l'attributo Targa della relazione Auto Infrazione Auto Codice Data Agente Articolo Targa /04/ AY00YA /04/ BZ00ZA /04/ CW0QA /04/ DA342AA Targa Proprietario Indirizzo AA00AA Bianchi Aldo Via Roma AY00YA Rossi Rino Via Milano 29 AB02RT Verdi Paolo Via Firenze 44 BZ00ZA Baldi Rosa Via Bologna 00 CW0QA Milano Gaia Via Palermo 22 CC273YW Russo Sergio Via Catania 72 DA342AA Vona Rita Via Enna 93 34

18 Violazione di un vinolo d'integrità referenziale Infrazione Codice Data Agente Articolo Targa /04/ AZ02YA /04/ BZ00ZA /04/ CW0QA /04/ DA342AA Violazione del vincolo, non è presente nella colonna Targa di Auto Auto Targa Proprietario Indirizzo AA00AA Bianchi Aldo Via Roma AY00YA Rossi Rino Via Milano 29 AB02RT Verdi Paolo Via Firenze 44 BZ00ZA Baldi Rosa Via Bologna 00 CW0QA Milano Gaia Via Palermo 22 CC273YW Russo Sergio Via Catania 72 DA342AA Vona Rita Via Enna Operazioni sulle relazioni Selezione: σpr Consente di costruire una relazione T=σpR che comprende le tuple che soddisfano il predicato di selezione p. T ha lo stesso schema di R L istanza di T è l insieme di tuple di R che soddisfano p. R A B C D σ C=2 R A B C D σ A<C R A B C D a 2 a 2 b 2 f a 2 a 2 b 2 f a 2 a 3 a 4 g 3 a 4 g 4 b 3 b 36

19 Selezione CC Num.-cc Nome Indirizzo Saldo Rossi Bianchi Brunelli Grandi V. Etnea 5 V. Tamigi 9 V. Torino 30 V. F.Crispi σ (Saldo< ) CC Nome Indirizzo Num.-cc 2 Bianchi V. Tamigi 9 4 Grandi V. F.Crispi 72 Saldo Proiezione Consente di costruire una relazione T=ΠLR che comprende i soli attributi che compaiono in L, lista degli attributi proiettati. T ha per schema la lista degli attributi proiettati. L istanza di T è data dall insieme delle restrizioni su L delle tuple di R Π AB R A B Π B R B Π ACD R A C D a a 2 a 2 b b 2 2 f 3 a a 3 4 g 4 b b 4 3 b 38

20 Proiezione MOV. Num.-cc Data-Mov Num.-Mov 2 Importo Cau sale V P V A S P Π (Num-cc, Data-Mov, Num-Mov, Causale) MOV Num.-cc Data-Mov Num.-Mov 2 Cau sale V P V A S P 39 Join Consente di costruire una relazione T= R><pS a partire da due relazioni, concatenando le tuple di R ed S che soddisfano p. L istanza di T è data dall insieme di tuple ottenute concatenando in tutti i modi possibili le tuple di R con quelle di S, purchè soddisfino il predicato p. R AB S CD R><S ABCD R><S ABCD a a B=C aa B=C 3cc 2b a3 aa3 D<A 3cc 3c c Se le relazioni R ed S hanno un attributo con lo stesso nome A, il risultato ha due attributi R.A e S.A 40

21 Join ESAMI Importo Voto Codice CORSI Codice Titolo Matematica Fisica Chimica Media ESAMI >< CORSI (Voto = Media) Studente Voto Esame.Codice Corsi.Codice Titolo Media Fisica Matematica Chimica Matematica Join naturale Si parla di join naturale (R>< ><S) se il confronto viene fatto tra gli attributi con lo stesso nome. Il predicato di Join viene omesso e il risultato comprende solo una delle colonne, senza la notazione puntata. R><S A B a C 2 D 2 3 c 5 42

22 43 Join naturale ESAMI Codice Voto Studente CORSI Verdi Geometria 04 Rossi Chimica 03 Neri Fisica 02 Bianchi Matematica 0 Docente Titolo Codice ESAMI >< >< >< >< CORSI Verdi Geometria Bianchi Matematica Verdi Geometria Rossi Chimica Neri Fisica Docente Titolo Codice Voto Studente