Concetti base Note Esempi Progettazione di un DB Chiavi Modello dei Dati Modello Concettuale

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1 Le Basi di Dati Corso di Laurea in Ingegneria Civile Politecnico di Bari Sede di Foggia Fondamenti di Informatica Anno Accademico 2010/2011 docente: prof. ing. Michele Salvemini 1/42 Sommario Sistema Informativo Progettazione Logica Sistema Informatico Il Modello Relazionale Dati e Informazione Relazioni e Tabelle Basidi Dati e DBMS Compiti di un DBMS Concetti base Note Esempi Progettazione di un DB Chiavi Modello dei Dati Modello Concettuale Vincoli di Integrità Algebra Relazionale Modello Logico Gerarchico Reticolare Modellazione Concettuale Cenni di SQL Selezione, Proiezione, Unione, Intersezione, Differenza Modello Entità Relazioni Attributi, Valori nulli, Chiavi e Relazioni Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

2 Sistema Informativo Organizza e gestisce le informazioni necessarie a perseguire gli scopi di una determinata organizzazione Sia a livello individuale che in organizzazioni di grandi dimensioni È necessario: Disponibilità di informazioni Capacità di gestirle in modo efficace Esiste indipendentemente dalla sua automatizzazione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Sistema Informatico Rappresenta la parte automatizzata di un sistema informativo Consente la raccolta, organizzazione e conservazione dei dati Garantisce: la conservazione dei dati in modo permanente su dispositivi per la memorizzazione l aggiornamento rapido che rifletta le variazioni l accessibilità Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

3 Dati e Informazione Dato unita` elementare (grezza) di informazione Informazione è l elaborazione dei dati per rispondere a esigenze specifiche Un dato è ciò che è immediatamente presente alla conoscenza. Una sua elaborazione può portare alla conoscenza di una informazione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Basi di Dati e DBMS Sistema di gestione di basi di dati DBMS: è un sistema software in grado di gestire collezioni di dati che siano grandi condivise persistenti assicurando la loro affidabilità e privatezza Base di dati DB: è una collezione di dati gestita da un DBMS Accesso ad un archivio tramite DBMS Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

4 Compiti di un DBMS possono essere riassunti come segue: Mantenere l informazione indefinitamente. Permettere un recupero dei dati nella maniera più efficiente possibile. Gestire la sicurezza dei dati (ovvero distinguere varie tipologie di utenti per negare o consentire l accesso a determinate porzioni dei dati). Garantire (entro certi limiti) il recovery della base dati in caso di guasti del sistema. Controllare l accesso contemporaneo da parte di più utenti agli stessi dati, garantendo la coerenza e l integrità del database stesso. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Progettazione di un DB Consiste nel definire la struttura, le caratteristiche ed il contenuto. Si basa sull uso di opportune metodologie La metodologia di riferimento consiste di tre fasi fondamentali: Modellazione concettuale Progettazione logica Progettazione fisica In ciascuna fase viene definito un modello dei dati Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

5 Progettazione di un DB - Modello dei Dati Un insieme di concetti utilizzati per organizzare i dati di interesse e descriverne la struttura in modo che sia comprensibile ad un elaboratore Il modello dei dati può essere definito a livello: Concettuale Logico Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Progettazione di un DB - Modello dei Dati Modello Concettuale (1/2) Rappresenta le specifiche informali della realtà di interesse in termini di una descrizione formale e completa indipendentemente dai criteri di rappresentazione utilizzati nei sistemi di gestione Caratteristiche È indipendente dalla scelta del modello logico Descrive concetti del mondo reale piuttosto che i dati utili per rappresentarli Utilizzato nella fase preliminare del processo di progettazione della base di dati Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

6 Progettazione di un DB - Modello dei Dati Modello Concettuale (2/2) Modello Entità Relazioni Modello per la rappresentazione concettuale dei dati Costrutti del modello Entità: rappresentano classi di oggetti, fatti, persone che hanno proprietà comuni ed esistenza autonoma Relazioni: rappresentano legami logici, significativi per l applicazione tra due o più entità Attributi: Ogni entità è caratterizzata da attributi che la specificano. uno studente ha delle proprietà Cognome, nome, numero di matricola indirizzo un esame ha delle proprietà Data, voto Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Modello Entità-Relazioni Entità: Una classe di oggetti (astratti o tangibili) della realtà di interesse (dominio) distinguibili dagli altri Attributi: le particolari proprietà che caratterizzano ciascuna entità nel contesto di interesse Occorrenza di una entità è un esemplare (istanza) della classe è caratterizzata da valori assunti dagli attributi Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

7 Modello Entità-Relazioni - Attributi Dominio di un attributo L insieme dei valori che possono essere assegnati ad un attributo di una entità. Es. età: 16-65, nome: insieme delle stringhe di caratteri Attributo derivato Attributo che è possibile o conveniente determinare a partire da altri attributi immagazzinati. Es.: Età è derivabile da data di nascita (è anche conveniente?). Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Modello Entità-Relazioni Valori Nulli Quando per un attributo in un esemplare di una entità non sia possibile determinare un valore viene creato il valore Null. Il suo significato può essere duplice: Es.: Ignoto Non applicabile Voto_di_maturità = null (non è noto il valore, ma la maturità è stata conseguita). Civico = null (non esiste una numerazione poiché l urbanizzazione non è completa). Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

8 Modello Entità-Relazioni Chiave di una Entità (1/4) Attributi chiave: per distinguere tra occorrenze di una stessa entità si assume l esistenza di un vincolo di unicità sugli attributi. Chiave: è un sottoinsieme di attributi (che può ridursi ad uno) di una entità la cui combinazione di valori è distinta per ciascuna occorrenza di una entità. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Modello Entità-Relazioni Chiave di una Entità (2/4) Note sul vincolo di chiave La proprietà di unicità è un vincolo sullo schema dell entità, non su un particolare insieme di occorrenze di entità. Essa pertanto vale sempre. La chiave va determinata quindi sulla base delle proprietà del mini mondo che la base di dati rappresenta. Una entità può avere più di un insieme di attributi che verificano il vincolo di chiave. Es.: Numero di telaio e numero di targa per l entità autovettura. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

9 Modello Entità-Relazioni Chiave di una Entità (3/4) Esempio Utilizzando una rappresentazione tabellare: Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Modello Entità-Relazioni Chiave di una Entità (4/4) Esempio La proprietà di un attributo di essere chiave dipende dal contesto Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

10 Modello Entità-Relazioni Le Relazioni (1/4) Relazione: Associazione o legame logico esistente tra due o più entità Vincoli strutturali Le relazioni possono avere vincoli che limitano le combinazioni delle entità partecipanti. I vincoli dipendono dal contesto Cardinalità e Partecipazione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Modello Entità-Relazioni Le Relazioni (2/4) Cardinalità 1:1(uno a uno) 1:N(uno a molti) M:N(molti a molti) Partecipazione Totale: dipendenza esistenziale. Ogni occorrenza di entità partecipa alla relazione Es.: I requisiti dichiarano che un progetto (una occorrenza della entità Progetto) deve essere gestito da un dipartimento, altrimenti non ha senso che esista. Graficamente espressa con una linea di relazione marcata Parziale: Una occorrenza di entità può partecipare alla relazione. Es.: Un impiegato può essere direttore di un dipartimento, ma non necessariamente Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

11 Modello Entità-Relazioni Le Relazioni (3/4) Esempio Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Modello Entità-Relazioni Le Relazioni (4/4) Considerazioni finali sul modello E-R Va costruito dopo una adeguata attività di raccolta di requisiti. Consente una descrizione ad alto livello dei dati. Aiuta a chiarire ulteriormente i requisiti Consente di esplicitare numerosi vincoli E soggettivo: numerose scelte sono possibili e vanno adeguatamente ponderate. Se costruito in modo adeguato consente la mappatura immediata nel modello logico relazionale. E comunque necessario procedere a raffinamenti e verifiche (normalizzazione). Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

12 Progettazione di un DB - Modello dei Dati Modello Logico Definisce la strutturazione dei dati Utilizza strutture di dati astratte (modello concettuale) che riflettono una particolare organizzazione è possibile realizzare diversi tipi di database a partire da uno stesso modello concettuale. Nel corso degli anni si sono sviluppati vari tipi di modelli logici Gerarchici Reticolari relazionali. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale E attualmente il modello più utilizzato nel mondo dei database (Oracle, Informix, IBM, Microsoft, etc.) Permette di definire tipi per mezzo del costruttore relazione che consente di organizzare dati in insiemi di record a struttura fissa Ha solide basi teoriche. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

13 Il Modello Relazionale Relazioni e Tabelle Una relazione matematica R è un sottoinsieme del prodotto cartesiano Ricordiamo che, dati due insiemi D1 e D2, il prodotto cartesiano è l insieme delle possibili coppie ordinate (v1,v2) tale v1 appartiene a D1 e v2 appartiene a D2. Esempio A={1,2,4} B={a,b} A x B = {(1,a),(1,b),(2,a),(2,b),(4,a),(4,b)} R = {(1,b),(4,a),(4,b)} R è un insieme: non ci possono essere elementi duplicati, Non è definito un ordinamento fra gli elementi della relazione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale Concetti base del modello (1/3) Una base di dati è rappresentata come una collezione di relazioni. Possiamo informalmente considerare una relazione come una tabella. Ciascuna riga rappresenta una collezione di valori di dati tra loro collegati Il nome della relazione e quelli delle colonne consentono di comprendere il significato dei valori delle righe. Tutti i valori di una colonna sono del medesimo tipo, appartengono cioè ad un medesimo dominio. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

14 Il Modello Relazionale Concetti base del modello (2/3) Dominio un insieme di valori atomici, cioè indivisibili. voti_università: valori tra 0 e 30. nomi_propri: l insieme dei nomi di persona. A ciascun dominio si associa un tipo di dato o formato. Es: voti_università: interi nomi_propri: stringhe di caratteri Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale Concetti base del modello (3/3) Schema di una relazione R: specificato come un nome R e una lista di attributi (A1, A2,..,An). Ciascun attributo Ai corrisponde ad un dominio D(Ai) Es.: Studente (nome, cognome, matricola, data_nascita, data_immatr) Grado della relazione: numero di attributi. Istanza di una relazione R r(r): è un insieme di tuple r=(t1,t2,..,tm). Ciascuna tupla t è una lista ordinata di valori t=(v1, v2,.., vn); Ciascun valore vi è un elemento di D(Ai) oppure è un valore null. Cardinalità: il numero di tuple nella estensione r(r). Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

15 Il Modello Relazionale Note Note sulla definizione Le tuple sono definite come insieme. Ciò implica l assenza di un particolare ordinamento sulle tuple stesse. I valori all interno di una tupla sono stati definiti come lista ordinata, quindi esiste un ordinamento Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale Esempi STUDENTI(Matricola,Cognome,Nome,DataNascita), ESAMI(Studente,Voto,Corso), CORSI(Codice,Titolo,Docente) Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

16 Il Modello Relazionale Chiavi e Identificatori La chiave di una relazione è un insieme di attributi della relazione che identifica univocamente ogni tupla in ogni istanza della relazione C è una chiave per una relazione se valgono le seguenti proprietà: univocità: non possono esistere due tuple di R con lo stesso valore di C minimalità: eliminando un attributo da C la proprietà precedente decade Chiavi candidate e chiavi primarie Una chiave esiste sempre (l insieme di tutti gli attributi) nessuna chiave primaria può assumere valore null. Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale Vincolo di Integrità (1/2) proprietà che deve essere soddisfatta dalle istanze che rappresentano informazioni corrette per l applicazione Vincolo intrarelazionale: di tupla: (NOT (Lode = lode ) OR (Voto = 30)) di dominio: (Voto > 18) AND (Voto < 30) di chiave Vincolo interrelazionale: vincolo di integrità referenziale (foreign key) fra un insieme di attributi X di una relazione R1 e un altra relazione R2 è soddisfatto se i valori su X di ciascuna tupla dell istanza di R1 compaiono come valori della chiave (primaria) dell istanza di R2 Es.: fra Corso nella relazione Esami e la relazione Corsi (vedi slide seguente) Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

17 Il Modello Relazionale Vincolo di Integrità (2/2) Esempio I valori evidenziati in rosso non rispettano i vincoli di integrità Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale L'Algebra Relazionale L Algebra relazionale fornisce un set di operatori: definiti sulle relazioni Producono come risultato una relazione Possono essere combinati per formare espressioni complesse Esecuzione procedurale Gli operatori primitivi dell Algebra Relazionale sono: Ridenominazione; Unione; Differenza; Proiezione; Restrizione (o Selezione); Prodotto Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

18 Il Modello Relazionale L'Algebra Relazionale La Selezione Selezione (o restrizione) Produce risultati: Con lo stesso schema dell operando Con un sottoinsieme delle n-uple dell operando (Quelle che soddisfano la condizione) Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale L'Algebra Relazionale La Proiezione Proiezione Produce risultati: Su un sottoinsieme degli attributi dell operando Con valori da tutte le n-uple della relazione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

19 Il Modello Relazionale L'Algebra Relazionale Unione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Il Modello Relazionale L'Algebra Relazionale Intersezione Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

20 Il Modello Relazionale L'Algebra Relazionale Differenza Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Cenni di SQL (1/3) L SQL (Structured Query Language), sviluppato da IBM negli anni 70, nasce come linguaggio testuale finalizzato al trattamento dei database di tipo relazionale. scopi Nel corso degli anni l SQL ha subito diverse modifiche giungendo alla definizione di diversi standard. Definizione dei Dati (DDL : Data Definition Language) Manipolazione dei Dati (DML : Data Manipulation Language). Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42

21 Cenni di SQL (2/3) Concetto di Query L interrogazione del database è detta Query: una richiesta al DBMS di visualizzare quei record che soddisfano determinati criteri. Il risultato di una query viene denominato dynaset (insieme dinamico) poichè costituito da un insieme di campi prelevati dalle tabelle e composti a formare i record di una tabella virtuale. Questa non è concretamente memorizzata sul supporto fisico: i suoi valori provengono da altre tabelle e vengono aggiornati dinamicamente. Linguaggi come l SQL hanno come finalità primaria proprio la descrizione dei criteri di selezione dei record (ovvero la formulazione delle query). Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42 Cenni di SQL (3/3) Alcune istruzioni DDL CREATE TABLE DROP TABLE Alcune istruzioni DML SELECT (attributi) FROM (relazioni) WHERE (condizioni) INSERT INTO (relazione): <tupla1>, <tupla2>, DELETE FROM (relazione) WHERE (condizioni) UPDATE (relazione) SET (attributo = espressione) WHERE (condizioni) Fondamenti di Informatica - Le Basi di Dati Politecnico di Bari sede di Foggia - 29 Gen /42