Lezione 5. La progettazione logica

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1 Tecnologie dei sistemi informatici: Basi di Dati e Reti Lezione 5 La progettazione logica Prof. Gabriella Carrozza ga.carrozza@unina.it Fonti e riferimenti o Cap. 4 o Par 4.4 a 4.6 o Approfondimenti (non presenti sul libro sul libro di testo) o BASI DI DATI, Atzeni, Ed. MC-Graw-Hill 2 1

2 Progettazione Logica o Permette la traduzione dello schema concettuale in un modello di rappresentazione dei dati. o Il prodotto di questa fase è detto schema logico della base di dati e fa riferimento ad un modello logico dei dati. o Tale modello descrive i dati secondo una rappre sentazione concreta, indipendente dai dettagli fi sici. 3 Semplice traduzione? Schema concettuale Traduzione Schema logico Ristrutturazione Semplificazione o Prima di operare la traduzione si rende necessario rist rutturare lo schema concettuale: o Per semplificare la traduzione Ottimizzazione o Per ottenere uno schema logico ottimizzato 4 2

3 Semplificazione o La ristrutturazione dello schema concettuale si rende necessa ria perché non tutti gli schemi E-R possono essere tradotti nel modello logico A B C A B C 5 Ottimizzazione o La ristrutturazione dello schema concettuale si rende necessaria p erché lo schema logico è la base per lo sviluppo dell applicazione: o Prima analisi delle prestazioni in questa fase o È possibile studiare l efficienza delle operazioni sullo schema co ncettuale e introdurre delle prime ottimizzazioni o Lo studio si effettua sulla base del carico applicativo previsto: o Dimensione dei dati o Frequenza delle operazioni o Successive ottimizzazioni si attueranno sullo schema logico (no rmalizzazioni) 6 3

4 Le fasi della progettazione logica INPUT Documentaz. Carico applicativo Schema E-R OUTPUT Fase di Ristrutturazione Schema E-R Ottimizzato Fase di Traduzione progettazione logica Modello Relazionale Documentazione Vincoli Schema logico Tecnologie dei sistemi informatici: Basi di Dati e Reti - prof. G. Paolillo integrità 7 Il risultato finale o Lo schema logico finale nel modello scelto o Per il modello relazionale l insieme di tabelle da ist anziare o Eventualmente da ottimizzare (normalizzazioni) o I vincoli di integrità da apporre alle tabelle o Eventualmente dare in input a software ad hoc o La documentazione prodotta o Dizionari dei dati e delle operazioni 8 4

5 Progettazione logica RISTRUTTURAZIONE 9 Ristrutturazione o La ristrutturazione di uno schema E-R è un procedimento che opera per passi successivi Schema E-R e Carico Applicativo Analisi delle ridondanze Eliminazione generalizzazioni Partizionamento/Accorpamento di entità e relazioni Scelta identificatori principali Schema E-R Ristrutturato 10 5

6 Ristrutturazione:i passi 1. Analisi delle ridondanze o Per decidere di mantenere o eliminare le ridondanze sulla base di analisi di costo 2. Eliminazione delle generalizzazioni o Per sostituire le generalizzazioni con adeguati costrutti 3. Partizionamento/accorpamento di entità e di relazioni o Sulla base di valutazioni di convenienza 4. Scelta identificatori primari o Selezione dell identificatore primario per le entità che ne hanno più d uno 11 Le ridondanze o Una ridondanza in uno schema concettuale corrisponde alla p resenza di dati che possono essere derivati da altri o La presenza di un dato ridondato introduce problemi di consis tenza: o Il calcolo costa tanto più quanto più è complessa l operazione o Effettuare l operazione quando si inseriscono i dati principali implica s uccessivi problemi anomalie o In modifica e in eliminazione o La decisione di mantenere o eliminare una ridondanza va pres a sulla base dei due parametri o Costo delle operazioni e Occupazione di memoria 12 6

7 Ristrutturazione ANALISI DELLE RIDONDANZE 13 I casi di ridondanza o Esistono quattro possibili casi di ridondanza: o Caso 1: un attributo calcolabile da altri attributi d ello stesso record della stessa entità o relazione o Caso 2: attributi calcolabili da altri attributi appar tenenti a entità e relazioni diverse o Caso 3: attributi riportanti il conteggio di occorre nze di entità o relazioni o Caso 4: attributi derivati da composizioni di relazi oni in presenza di cicli 14 7

8 Caso 1: attributo calcolabile da attributi della stessa entità Fattura Importo netto Iva Importo lordo o L importo lordo potrebbe essere calcolato solo quando serve con risparmio di memoria Fattura Importo netto Iva 15 Caso 2: attributo calcolabile da attributi di altre entità Importo totale (1,N) (1,N) Acquisto Composizione Prodotto Prezzo o Il calcolo dell importo totale dei prodotti acquistati potrebbe es sere calcolato quando serve: o Sempre che i prezzi non subiscano modifiche nel te mpo 16 8

9 Caso 3: attributo calcolabile per conteggio Il numero di abitanti potrebbe essere calcolato quando serve contando le persone che appartengono ad una specifica città Diversamente il contatore si deve: Incrementare quando si aggiunge una persona Decrementare quando essa va via Numero abitanti (1,N) (1,1) Città Residenza Persona 17 Caso 4: attributi derivati da composizioni di relazioni in presenza di cicli Studente (0,N) Docenza (1,N) Professore (0,N) (1,1) Frequenza (1,N) Corso Insegnamento (1,1) o La relazione Docenza può essere derivata dalle altre due relazioni o La presenza di cicli non sempre genera ridondanze 18 9

10 Considerazioni o Introdurre un dato derivato ha una serie di vantaggi ma anche alcuni svantaggi o Vantaggi: o Riduzione degli accessi necessari per calcolare il d ato o Svantaggi: o Maggiore occupazione di memoria o Oggi spesso trascurabile o Problemi di consistenza per le operazioni di aggior namento e cancellazione 19 Un esempio (1/7) o Consideriamo lo schema: Numero abitanti (1,N) (1,1) Città Residenza Persona e la relativa tavola dei volumi: Concetto Tipo Volume Città E 20 Persona E Residenza R

11 Un esempio (2/7) o Operazioni Operazione 1) Memorizza una nuova persona con la relativa città di residenza 2) Stampa tutti i dati di una città con incluso il numero di abitanti Tipo Frequenza Periodo I 500 Giorno I 2 Giorno 21 OPERAZIONI INTERATTIVE Un esempio (3/7): valutiamo i costi. o OPERAZIONE 1: o Con ridondanza: o Un accesso in scrittura su Persona per inserire un nuovo abitante o Un accesso in scrittura su Residenza per inserire la nuova coppia cittàpersona o Un accesso in lettura su Città per conoscere il valore del contatore da incrementare o Un accesso in scrittura a Città per aggiornare il contatore o Senza ridondanza: o Un accesso in scrittura su Persona per inserire un nuovo abitante o Un accesso in scrittura su Residenza per inserire la nuova coppia cittàpersona 22 11

12 Un esempio (4/7): valutiamo i costi. o OPERAZIONE 2: o Con ridondanza: o Un solo accesso in lettura a Città o Senza ridondanza: o Un accesso in lettura a Città o Diversi accessi in lettura a Residenza per calcolare il suo numero di abitanti o Dal rapporto tra il numero di occorrenze di Residenza e il Num ero di Città si ricava che mediamente sono gli abitanti associati ad una città 23 Un esempio (5/7 ): le tavole degli accessi Con Ridondanza Senza Ridondanza Operazione 1 Operazione 1 Concetto Tipo Accesso Num Concetto Tipo Acces Num Persona E S 1 Persona E S 1 Residenza R S 1 Residenza R S 1 Città E L 1 Città E S 1 Operazione 2 Operazione 2 Concetto Tipo Acces Num Concetto Tipo Accesso Num Città E L 1 Città E L 1 Residenza R L

13 Un esempio (6/7):il costo o Supponendo che gli accessi in scrittura valgano il doppio rispet to a quelli in lettura si ha frequenza Con ridondanza Operazione 1: 500 * (1*2 + 1* *2) = al giorno Operazione 2: 2 * (1) = 2 al giorno Senza ridondanza Operazione 1: 500 * (1*2 + 1*2) = al giorno Operazione 2: 2 * ( ) = al giorno 25 Un esempio (7/7): confronto tra i costi o Lo schema con ridondanza comporta un numero di accessi al g iorno pari a rispetto ai dello schema senza rido ndanza o Lo schema con ridondanza costa in termini di occupazione di memoria: o 200 (le città) * 2 (i byte di un numero intero) = 400 byte per memoriz zare il numero di abitanti o Non ci sono dubbi su quale soluzione scegliere! 26 13

14 Ristrutturazione ELIMINAZIONE DELLE GENERALIZZAZIONI 27 Eliminazione delle generalizzazioni o Le generalizzazioni sono costrutti potenti usati nella progett azione concettuale per evidenziare le dipendenze tra le infor mazioni esistenti nella realtà o Non trovano, però, nei modelli logici delle basi dati un imme diato riscontro o Le generalizzazioni impongono una trasformazione del costr utto usato per rappresentarle in una combinazioni di costrut ti base (entità e relazioni) 28 14

15 Le trasformazioni o Tre possibili trasformazioni A 01 A 02 E 0 1 A 01 A 02 A 11 A 21 A 11 A 21 E 0 (0,1) (0,1) E 1 E 2 TIPO A 2 01 A E 02 0 A 01 A 02 A 01 A 02 (0,1) (0,1) R 1 R 2 E 1 E A 2 A 21 (1,1) (1,1) A E 1 E 2 A 11 Accorpamento delle figlie nel padre (1) A 01 A 02 E 0 1 A 01 A 02 A 11 A 21 A 11 E A (0,1) 0 (0,1) 21 E 1 E 2 TIPO o Accorpamento delle specializzazioni nella generalizzazione o L entità padre ingloba le entità figlie assumendone gli attributi 30 15

16 Accorpamento delle figlie nel padre (1) o Si applica in presenza di operazioni che non fanno differenza tra le occ orrenze e gli attributi di tutte le entità o Il numero di accessi diminuisce rispetto alla situazione delle occorrenze e degli att ributi distribuiti tra le tre entità o La soluzione introduce valori nulli per la presenza di occorrenze di una entità non coperte anche dalle altre o Occorrenze del padre che non trovano riscontro in nessuna entità figlia (generalizz azione parziale) o Occorrenza di una entità figlia che non trova riscontro nell altra entità figlia o Introduzione di un attributo per distinguere le occorrenze di entit à diverse o Maggiore occupazione di memoria o campi con valori nulli e campo introdotto per distinguere 31 Eliminazione dell entità padre (2) A 01 A 02 E 0 2 A 01 A 02 A 01 A 02 A 11 E 1 E 2 A 21 E 1 E 2 A 11 A 21 o La generalizzazione scompare e restano solo l e specializzazioni o Tutte le entità figlie ereditano gli attributi dell entità padre 32 16

17 Eliminazione dell entità padre (2) o Si può applicare solo in presenza di generalizzazioni totali o In caso contrario le occorrenze di E 0 non appartenenti né a E 1 né a E 2 non sarebbero rappresentate o È conveniente in presenza di operazioni distinte e specializzate su E 1 e E 2 o Risparmio di memoria rispetto ad (a) o non genera valori nulli e non abbisogna dell attributo TIPO 33 Sostituzione con relazioni (3) A 01 A 02 E 0 A 11 A 21 3 A 01 A 02 E 0 (0,1) (0,1) R 1 R 2 (1,1) (1,1) E 1 E 2 A 11 E 1 E 2 o Tra generalizzazione e specializzazioni si esplicita no dei legami o Tutte le entità figlie vengono legate alla entità pa dre da altrettante relazioni 34 17

18 Sostituzione con di relazioni (3) o Si applica solitamente in presenza di generalizzazioni parziali o È conveniente in presenza di operazioni diverse sia sul la entità padre che sulle entità figlie o Risparmio di memoria o non genera valori nulli e non abbisogna dell attributo TIPO o Maggior numero di accessi o si deve accedere a E0 per operare su E1 e E2 35 Un raffronto finale o Le tre trasformazioni possono combinarsi per generar e casi diversi o Per una completa valutazione della convenienza andre bbero considerate le dimensioni delle entità. o Entità con pochi attributi sono implementate da strutture ef ficienti a livello fisico o La trasformazione (c) è quella che genera le tabelle più piccole 36 18

19 Le gerarchie A 01 A 02 E 0 o Si procede analizza ndo una per una le generalizzazioni A 11 A 21 E 1 E 2 A 211 A 221 E 21 E 22 o L analisi inizia com inciando la ristrutt urazione dai livelli più bassi 37 Ristrutturazione PARTIZIONAMENTO E ACCORPAMENTO 38 19

20 Partizionamento/accorpamento di entità e relazioni o Ristrutturazioni effettuate per rendere più efficienti le operazioni in base a un semplice principio o Gli accessi si riducono: o separando attributi di un concetto che vengono acce duti separatamente o raggruppando attributi di concetti diversi acceduti in sieme 39 Ristrutturazioni, casi principali o partizionamento verticale di entità o partizionamento orizzontale di relationship o eliminazione di attributi multivalore o accorpamento di entità/ relationship 40 20

21 Partizionamento verticale Cognome Indirizzo Data nascita Codice Impiegato Livello Stipendio Ritenute 41 Partizionamento verticale o E verticale perchè agisce sugli attributi o Attenzione alle cardinalità o Identificatore esterno Cognome Codice Stipendio Livello Dati anagrafici (1,1) (1,1) Dati impiegato Dati lavorativi Indirizzo Data nascita Ritenute 42 21

22 Partizionamento orizzontale o Agisce sulle entità o Ad es. se un impiegato può essere ANALISTA e VEN DITORE e ci sono operazioniche agiscono solo su u na delle due figure si può partizionare l entità IMPI EGATO nelle entità ANALISTA e VENDITORE o SVANTAGGIO: o Si devono duplicare tutte le relazioni 43 Accorpamento di entità/relazioni Cognome Codice fiscale Interno Indirizzo (0,1) (1,1) Persona Intestazione Appartamento Indirizzo Data nascita 44 22

23 Accorpamento di entità/relazioni o Conviene se la maggior parte delle operazionisu Persona richiede dati relativi all appartamento Cognome Indirizzo Data nascita Codice fiscale Persona Interno (0,1) Indirizzo (0,1) o Osservando le cardinalità (sono ammesse persone che non sono intes tatarie) si nota che possono aversi valori nulli 45 Eliminazione degli attributi multivalore Nome Indirizzo Agenzia (1,N) Città Telefono 46 23

24 Eliminazione degli attributi multivalore o L agenzia viene partizionata in due entità o L entità telefono contiene solo l attributo multivalore Città Nome Numero Agenzia (1,N) (1,1) Utenza Telefono Indirizzo 47 Ristrutturazione SCELTA DEGLI IDENTIFICATORI PRINCIPALI 48 24

25 Criteri di scelta o Unicità o Non si possono scegliere come principali quegli identificat ori basati su attributi che ammettono valori nulli o Efficienza o Minor numero di attributi è da preferire agli altri o Perché il DBMS genera per essi indici più ridotti o Che occupano meno spazio e vengono gestiti più efficientemente o Un identificatore usato dal maggior numero di operazioni è da preferire agli altri o Perché le operazioni possono trarre vantaggio dal fatto di utilizzare proprio gli indici creati dal DBMS 49 Scelta degli identificatori principali o Indispensabile per la traduzione nel modello relazionale o Se nessuno degli attributi soddisfa i criteri si introducono attributi ad hoc o Un identificatore numerico (id) o Generato automaticamente (conteggio degli inserimenti) o Un codice Generico (es. Numero di serie) o Mnemonico o parlante (es. Codice fiscale) 50 25

26 Gli identificatori non principali o Nella documentazione devono essere riportati tutti gli al tri identificatori che chiameremo secondari o In particolare vanno segnalati quelli sui quali sono definit e delle operazioni o In fase di progettazione fisica si potranno attivare ulteriori indici detti anch essi secondari o Per rendere più efficiente l accesso ai dati o Da usare in alternativa agli indici primari 51 Progettazione logica TRADUZIONE 52 26

27 Le fasi della progettazione logica Documentazione Carico applicativo Schema E-R Fase di Ristrutturazione Schema E-R Ottimizzato Fase di Traduzione progettazione logica Modello Relazionale Documentazione Tecnologie dei sistemi Vincoli informatici: integrità Basi di Dati Schema e Reti -logico prof. G. Paolillo 53 Risultati della traduzione o La traduzione nel modello relazionale trasforma in tabell e sia le entità sia le relazioni o Tra le tabelle delle relazioni e quelle delle entità collegate si determinano vincoli di integrità referenziali o Idea di base: o le entità diventano relazioni sui loro attributi o chiave è l identificatore principale o le associazioni diventano relazioni sui propri attributi e sugli ide ntificatori principali delle entità coinvolte o chiavi sono gli stessi identificatori delle entità coinvolte 54 27

28 Traduzione nel modello relazionale o A partire da uno schema E-R ristrutturato, si costruisce uno sche ma relazionale equivalente o eventuale passo di ottimizzazione, detto normalizzazione o Problematiche diverse a seconda di o Relazioni Molti a Molti (MaM) o Relazioni Uno a Molti (UaM) o Relazioni Uno a Uno o Partecipazione obbligatoria o Partecipazione opzionale 55 La traduzione di relazioni MaM o Produce una tabella che ha: o Per nome il nome della relazione o Come attributi o Gli attributi della relazione (nel caso ne abbia) o Gli identificatori di tutte le entità coinvolte o Tali identificatori formano la chiave della relazione o In alcuni casi formano una superchiave per cui va scelto il s ottoinsieme che costituisce la chiave 56 28

29 La traduzione di relazioni MaM Cognome Matricola Data inizio Codice Nome (0,N) (1,N) Impiegato Partecipazione Progetto Stipendio Budget Impiegato(Matricola, Cognome, Stipendio) Progetto(Codice, Nome, Budget) Partecipazione(Matricola, Codice, DataInizio) o con vincoli di integrità referenziale fra o Matricola in Partecipazione e (la chiave di) Impiegato 57o Codice in Partecipazione e (la chiave di) Progetto La traduzione di relazioni MaM o Ridenominazione o Nomi più espressivi per gli attributi della chiave della tabella che rappresenta la relationship Impiegato(Matricola, Cognome, Stipendio) Progetto(Codice, Nome, Budget) Partecipazione(Matricola, Codice, DataInizio) Partecipazione(Impiegato, Progetto, DataInizio) 58 29

30 Relazioni ricorsive (0,N) Quantità (0,N) Composizione Composto Prodotto Componente Costo Nome Codice Prodotto(Codice, Nome, Costo) Composizione(Composto, Componente, Quantità) Ridenominazione obbligatoria! 59 Relazioni con più di due entità Nome Partita IVA Quantità Genere Codice Fornitore (0,N) Fornitura (1,N) Prodotto (1,N) Dipartimento Nome Telefono Fornitore(PartitaIVA, Nome) Prodotto(Codice, Genere) Dipartimento(Nome, Telefono) Fornitura(Fornitore, Prodotto, Dipartimento, Quantità) 60 30

31 La traduzione di relazioni UaM o Nelle relazioni uno a molti Key A E (x,1) R (0,N) o si ha che le occorrenze della relazione R sono: o Tante quante quelle della entità E se x=1 o Al massimo quelle della entità E se x=0 o In entrambi i casi Key è chiave sia per le occorrenze di E che per quelle di R 61 La traduzione di relazioni UaM Cognome Data Ingaggio nascita Città Nome (1,1) (0,N) Giocatore Contratto Squadra Ruolo Colori sociali Giocatore(Cognome, DataNascita, Ruolo) Contratto(CognGiocatore, DataNascG, Squadra, Ingaggio) Squadra(Nome, Città, ColoriSociali) Corretto??? 62 31

32 La traduzione di relazioni UaM : ottimizzazione o Nella relazione contratto la chiave è costituita solo dall identific atore di giocatore perché le cardinalità ci dicono che un giocato re ha un contratto con una sola squadra o Poiché le relazioni giocatore e contratto hanno la stessa chiave possono essere fuse in un unica relazione Giocatore(Cognome, DataNasc, Ruolo, Squadra, Ingaggio) Squadra(Nome, Città, ColoriSociali) o con vincolo di integrità referenziale fra Squadra in Giocatore e l a chiave di Squadra o se la cardinalità minima della relationshipè 0, allora Squadra in Giocatore deve ammettere valore nullo 63 Il caso degli identificatori esterni Cognome Matricola Nome Città Studente (1,1) (1,N) Iscrizione Università AnnoDiCorso Indirizzo Studente(Matricola, Università, Cognome, AnnoDiCorso) Università(Nome, Città, Indirizzo) NB: quindi rappresentando l identificatore esterno si rappresenta anche l associazione tra due entità.. la partecipazione è sempre (1,1)! 64 32

33 La traduzione di relazioni UaU o Alla traduzione delle relazioni uno a uno si estendono le considerazioni fatte per il caso UaM o Le soluzioni diventano però diverse, perché si può sce gliere indifferentemente su quale delle due entità svil uppare la traduzione o Nel caso di partecipazioni opzionali delle entità vann o distinti i casi di: o Partecipazione opzionale di una sola entità o Partecipazione opzionale di entrambe le entità 65 La traduzione di relazioni UaU Partecipazione obbligatoria Anno Cognome Codice Sede Nome (1,1) (1,1) Dipendente Direzione Dipartimento Stipendio Varie possibilità: fondere da una parte o dall'altra fondere tutto? Dipende dalle scelte in fase di ristrutturazione 66 33

34 La traduzione di relazioni UaU Partecipazione obbligatoria: soluzioni Dipendente(Codice,Nome,Stipendio,Dipartimento,Anno) Dipartimento(Nome,Sede) Dipendente(Codice,Nome,Stipendio) Dipartimento(Nome,Sede,Direttore,Anno) Dipendente(Codice, Nome, Stipendio) Dipartimento(Nome, Sede) Direzione(Direttore, Dipartimento, Anno) Dipendente(Codice, Nome, Stipendio) Dipartimento(Nome, Sede) Direzione(Dipartimento, Direttore, Anno) 67 La traduzione di relazioni UaU Partecipazione opzionale Data inizio Cognome Codice Sede Nome (0,1) (1,1) Dipendente Direzione Dipartimento Stipendio Telefono Direttore (Codice, Cognome, Stipendio) Dipartimento (Nome, Sede, Direttore, InizioD) con vincolo di integrità referenziale, senza valori nulli 68 34

35 La traduzione di relazioni UaU Partecipazione opzionale da ambo le parti Data inizio Cognome Codice Sede Nome Dipendente (0,1) Direzione (0,1) Dipartimento Stipendio Direttore (Codice, Cognome, Stipendio) Dipartimento (Nome, Sede, Telefono) Direzione (DataInizio, Direttore, Dipartimento) Questa soluzione evita la presenza di valori nulli ma introduce una terza relazione. Conviene se il numero di occorrenze dell associazione è molto più basso del numero di occorrenze delle due entità 69 Il caso di partecipazioni opzionali o Nel caso di partecipazioni opzionali (0,1) di entrambe le entità, sono da preferire la terza o la quarta soluzione per evitare la g estione di valori nulli o Nel caso di partecipazione opzionale di una sola delle entità, è da preferire, tra la prima e la seconda soluzione, quella che ve de inglobata la tabella della relazione nella tabella dell altra en tità 70 35

36 SCHEMI RIASSUNTIVI 71 Schemi riassuntivi per la traduzione (1/2) 72 36

37 Schemi riassuntivi per la traduzione (2/2) 73 37