Fondamenti di Informatica e Programmazione

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1 Fondamenti di Informatica e Programmazione Prof. G ianni D Angelo giadangelo@unisa.it A. A. 2018/19

2 Dati e Basi di Dati 1/4 I dati sono importanti poiché costituiscono una risorsa aziendale La loro importanza può essere pari all importanza degli impianti di produzione, delle risorse umane, ecc. Spesso i dati costituiscono una fonte di profitto per una certa azienda I dati implicano informazione L informazione implica conoscenza La conoscenza implica il supporto a decisioni (strategiche e/o aziendali)

3 Dati e Basi di Dati 2/4 È quindi necessario delineare quali sono i possibili modelli e linguaggi formali per la progettazione e manipolazione di semplici collezioni di dati Basi di Dati (o Database, DB)

4 Dati e Basi di Dati 3/4 Una base di dati è una collezione di dati in relazione tra loro, i quali descrivono fatti che possono essere utilizzati per produrre informazioni I database hanno le seguenti caratteristiche: Persistenza Potenzialmente grandi Potenzialmente condivisi Da più utenti

5 Dati e Basi di Dati 4/4 Una base di dati è una collezione di dati in relazione tra loro, i quali descrivono fatti che possono essere utilizzati per produrre informazioni Dati Dati Database 1 Database 2 Rappresentazione Grafica

6 DataBase Management System (DBMS) 1/2 Un DataBase Management System (DBMS) è un software che consente di ottenere la persistenza, la consistenza e la gestione dei dati I dati vengono memorizzati da un DBMS, in modo che sia semplice reperirli, manipolarli e produrre informazioni Esistono diversi DBMS in commercio Ad esempio: Microsoft SQL, Oracle, MySQL, ecc. Verranno trattati aspetti generali, che sono comuni alla maggior parte dei DBMS

7 DataBase Management System (DBMS) 2/2 DataBase Management System (DBMS) Dati Dati Database 1 Database 2

8 DataBase System (DBS) 1/2 Un DataBase System (DBS) è composto da un DBMS e da uno o più database DataBase System (DBS)

9 DataBase System (DBS) 2/2 Il database system permette l accesso ad un database da parte di più utenti, in maniera concorrente («simultanea») La memorizzazione dei dati e la loro raccolta sono operazioni non ridondanti I dati sono archiviati ed aggiornati in maniera efficiente Il database system contiene anche la completa definizione e descrizione dei dati

10 Sistemi Informativi Un sistema informativo estende il database mediante appositi software, che permettono di effettuare interrogazioni (query), la trasformazione e l elaborazione dei dati Sistema Informativo Raccolta Archiviazione Elaborazione Presentazione

11 Separazione tra Dati e Applicazioni 1/2 Un software applicativo (applicazione) non necessita di conoscere informazioni riguardanti la memorizzazione fisica dei dati Ad esempio, non necessita di conoscere la codifica dei dati, il formato dei dati, il punto in cui sono memorizzati, ecc. Una applicazione che intende accedere ai dati può farlo esclusivamente tramite il DBMS, utilizzando un interfaccia standardizzata fornita da specifici linguaggi Ad esempio il linguaggio SQL

12 Separazione tra Dati e Applicazioni 2/2 Applicazione Applicazione Applicazione DataBase Management System (DBMS) Dati Database 1 Dati Database 2

13 Separazione tra Dati e Applicazioni 2/2 Applicazione Applicazione Applicazione DataBase Management System (DBMS) Applicazione Dati Database 1 Dati Database 2

14 Integrità dei Dati e Persistenza Integrità Un DBMS deve essere in grado di proteggere il database da accessi non autorizzati e modifiche non autorizzate Persistenza Un DBMS deve essere in grado di mantenere archiviati i dati per lunghi periodi di tempo, senza che essi siano eliminati Salvo i casi in cui è richiesta esplicitamente la cancellazione

15 Linguaggi per Manipolare Dati Un modello dei dati è un insieme di concetti, utilizzati per organizzare i dati di interesse mediante un DBMS Ogni DBMS fornisce linguaggi specifici per la definizione dello schema (la struttura) di un database e la manipolazione (e accesso) dei suoi dati Ci sono principalmente due tipi di linguaggi

16 Linguaggi per Manipolare Dati Un modello dei dati è un insieme di concetti, utilizzati per organizzare i dati di interesse mediante un DBMS Ogni DBMS fornisce linguaggi specifici per la definizione dello schema (la struttura) di un database e la manipolazione (e accesso) dei suoi dati Ci sono principalmente due tipi di linguaggi 1 2 Linguaggi testuali specifici del DBMS utilizzato Interfacce Grafiche (es. Microsoft Access )

17 Linguaggi per Manipolare Dati Un modello dei dati è un insieme di concetti, utilizzati per organizzare i dati di interesse mediante un DBMS Ogni DBMS fornisce linguaggi specifici per la definizione dello schema (la struttura) di un database e la manipolazione (e accesso) dei suoi dati Ci sono principalmente due tipi di linguaggi 1 2 Linguaggi testuali specifici del DBMS utilizzato Interfacce Grafiche (es. Microsoft Access ) Linguaggio SQL (Structured Query Language) Linguaggio testuale standard de facto per DBMS relazionali

18 Linguaggi per Manipolare Dati Un modello dei dati è un insieme di concetti, utilizzati per organizzare i dati di interesse mediante un DBMS Ogni DBMS fornisce linguaggi specifici per la definizione dello schema (la struttura) di un database e la manipolazione (e accesso) dei suoi dati Ci sono principalmente due tipi di linguaggi 1 2 Linguaggi testuali specifici del DBMS utilizzato Interfacce Grafiche (es. Microsoft Access ) Verrà introdotto nella prossima lezione Linguaggio SQL (Structured Query Language) Linguaggio testuale standard de facto per DBMS relazionali

19 Fasi di Progettazione Raccolta dei Requisiti Progettazione Concettuale Progettazione Logica Progettazione Fisica Risultato Progettazione

20 Fasi di Progettazione 1. Progettazione Concettuale Rappresenta le specifiche informali della parte di mondo reale che si sta rappresentando Nessun riferimento ai dettagli relativi agli aspetti «fisici» di memorizzazione dei dati ed alla loro codifica Risultato della Progettazione Concettuale: Schema Concettuale

21 Fasi di Progettazione 2. Progettazione Logica Lo schema concettuale viene tradotto in termini di modello di rappresentazione dei dati (modello logico) Anche in questa fase non vi è nessun riferimento relativo ai dettagli «fisici» della memorizzazione Risultato della Progettazione Logica: Schema Logico

22 Fasi di Progettazione 3. Progettazione Fisica Specifica i parametri fisici relativi alla memorizzazione ed alla codifica dei dati Dipendente dal DBMS Risultato della Progettazione Fisica: Schema Fisico

23 Fasi di Progettazione Raccolta dei Requisiti Progettazione Concettuale Progettazione Logica Progettazione Fisica Risultato Progettazione

24 Fasi di Progettazione Raccolta dei Requisiti Progettazione Concettuale Progettazione Logica Verranno trattati esclusivamente i concetti fondamentali della Progettazione Concettuale Progettazione Fisica Risultato Progettazione

25 Progettazione Concettuale Lo schema concettuale (risultato della progettazione concettuale) fornisce una rappresentazione astratta, di alto livello, dei requisiti dei dati, raccolti nella fase di raccolta dei requisiti Descrizione dettagliata dei dati Descrizione delle relazioni tra i dati Descrizione di eventuali vincoli sui dati Per la rappresentazione di uno schema concettuale si utilizza il modello Entità-Relazione (modello E-R) Lo schema concettuale rappresentato mediante modello E-R, viene detto schema Entità-Relazione (schema E-R)

26 Entità Una entità rappresenta una classe di oggetti (ad es., automobili, impiegati, studenti) o di fatti (ad es., conti corrente, corsi universitari, ecc.) Attributo Devono essere oggetti rilevanti Ogni entità è caratterizzata da un nome (si utilizzano nomi singolari) e da attributi Caratteristiche Un attributo è una specifica proprietà che caratterizza ciascuna entità nel contesto di interesse

27 Rappresentazione grafica Entità Rappresentata come rettangolo con all interno il nome del tipo di entità Attributo Sono rappresentati mediante ovali, al cui interno vi è il nome dell attributo

28 Nome Studente Cognome Matricola Esempio di Schema E-R

29 Nome Studente Entità Cognome Matricola Esempio di Schema E-R

30 Nome Studente Cognome Matricola Attributi Esempio di Schema E-R

31 Le Occorrenze Una occorrenza di una entità sarà caratterizzata dai valori assunti dai suoi attributi Nome: Mario Cognome: Rossi Matricola: Occorrenza 1 Nome: Giovanni Cognome: Gialli Matricola: Occorrenza 2 Nome: Antonio Cognome: Blu Matricola: Occorrenza 3

32 Le Occorrenze Una occorrenza di una entità sarà caratterizzata dai valori assunti dai suoi attributi Nome: Mario Cognome: Rossi Matricola: Occorrenza 1 Nome: Giovanni Cognome: Gialli Matricola: Occorrenza 2 Nome: Antonio Cognome: Blu Matricola: Occorrenza 3 Rappresentazione Tabellare Tabella: Studente Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu 00003

33 Le Occorrenze Una occorrenza di una entità sarà caratterizzata dai valori assunti dai suoi attributi Nome: Mario Cognome: Rossi Matricola: Occorrenza 1 Nome: Giovanni Cognome: Gialli Matricola: Occorrenza 2 Nome: Antonio Cognome: Blu Matricola: Occorrenza 3 Rappresentazione Tabellare Tabella: Studente Righe Occorrenze (Record) Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu 00003

34 Le Occorrenze Una occorrenza di una entità sarà caratterizzata dai valori assunti dai suoi attributi Nome: Mario Cognome: Rossi Matricola: Occorrenza 1 Nome: Giovanni Cognome: Gialli Matricola: Occorrenza 2 Nome: Antonio Cognome: Blu Matricola: Occorrenza 3 Rappresentazione Tabellare Tabella: Studente Colonne Attributi (Campi del record) Righe Occorrenze (Record) Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu 00003

35 Tipologie di Attributi Attributo composto Attributo suddivisibile in parti più piccole

36 Tipologie di Attributi Attributo composto Attributo suddivisibile in parti più piccole Esempio Nome Studente Cognome Matricola Via Indirizzo Attributo Composto CAP Città

37 Tipologie di Attributi Attributo multivalore Attributo che può assumere più valori per ciascuna occorrenza di una entità

38 Tipologie di Attributi Attributo multivalore Attributo che può assumere più valori per ciascuna occorrenza di una entità Esempio Nome Studente Cognome Matricola Telefoni Attributo Multivalore

39 Tipologie di Attributi Attributo multivalore Attributo che può assumere più valori per ciascuna occorrenza di una entità Esempio Studente Nome Cognome Matricola Telefoni Attributo Multivalore Nome: Mario Cognome: Rossi Matricola: Telefoni: 123, 456, 789 Occorrenza 1 Nome: Giovanni Cognome: Gialli Matricola: Telefoni: 987 Occorrenza 2

40 Tipologie di Attributi Attributo derivato Attributo che può essere determinato a partire da altri attributi dell entità Esempio Nome Cognome Studente Matricola DataNascita Attributo Derivato Età

41 Tipologie di Attributi Attributo derivato Attributo che può essere determinato a partire da altri attributi dell entità Esempio Nome Cognome L attributo Età può essere derivato dall attributo DataNascita Studente Matricola DataNascita Attributo Derivato Età

42 Dominio di un Attributo Il dominio di un attributo è l insieme dei valori che possono essere assegnati ad un attributo di una entità Esempi Attributo Età Dominio: valori da 18 a 100 Attributo Via Dominio: insieme delle stringhe composte da al massimo 30 caratteri

43 Valori Nulli di un Attributo In un occorrenza è possibile che il valore di un attributo sia ignoto o nullo, poiché tale attributo non è applicabile ad una specifica occorrenza Si utilizza il valore NULL per indicare una di queste condizioni Esempi DataNascita = NULL Data di nascita non nota VotoLaurea = NULL Laurea non ancora conseguita

44 Chiave di una Entità Attributo Chiave Una entità ha generalmente un attributo (o un insieme di attributi), i cui valori sono distinti per ciascuna occorrenza di un entità Tale attributo è l attributo chiave

45 Chiave di una Entità Attributo Chiave Una entità ha generalmente un attributo (o un insieme di attributi), i cui valori sono distinti per ciascuna occorrenza di un entità Tale attributo è l attributo chiave Esempio Nome Studente Cognome Matricola Attributo Chiave

46 Chiave di una Entità Attributo Chiave Una entità ha generalmente un attributo (o un insieme di attributi), i cui valori sono distinti per ciascuna occorrenza di un entità Tale attributo è l attributo chiave Esempio Nome Il nome dell attributo si sottolinea Studente Cognome Matricola Attributo Chiave

47 Chiave di una Entità Una entità può avere più di un insieme di attributi che verificano il vincolo di chiave Esempio Entità: Studente Chiave candidata 1: Matricola Chiave candidata 2: CodificeFiscale Entrambe queste chiavi candidate soddisfano il vincolo di chiave e la proprietà di unicità Alcune entità non hanno un attributo chiave Una entità in cui non vi sono attributi chiave è detta entità debole

48 Chiave di una Entità La proprietà di unicità è un vincolo sullo schema dell entità, non su un particolare insieme di occorrenze dell entità La chiave va determinata quindi sulla base delle proprietà caratterizzanti la parte di mondo reale che la base di dati rappresenta Esempio nelle prossime slide

49 Chiave di una Entità La chiave non deve essere dipendente da un particolare «stato» o da una particolare istanza di tabella

50 Chiave di una Entità La chiave non deve essere dipendente da un particolare «stato» o da una particolare istanza di tabella Esempio Errato Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu Corretto Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu Attributi Chiave: Nome, Cognome Attributi Chiave: Matricola

51 Chiave di una Entità La chiave non deve essere dipendente da un particolare «stato» o da una particolare istanza di tabella Esempio Errato Anche se in questa istanza sono presenti esclusivamente valori univoci, in futuro potrebbero esserci omonimie (quindi valori ripetuti) Corretto Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu Nome Cognome Matricola Mario Rossi Giovanni Gialli Antonio Blu Attributi Chiave: Nome, Cognome Attributi Chiave: Matricola

52 Chiave di una Entità La proprietà di un attributo di essere chiave è dipendente dal contesto

53 Chiave di una Entità La proprietà di un attributo di essere chiave è dipendente dal contesto Esempio Nell entità Esame (rappresentata mediante tabella) l attributo Matricola può essere considerato chiave? Esame Insegnamento Data Voto Matricola Fondamenti di Informatica e Programmazione 02/02/ / Fondamenti di Informatica e Programmazione 03/02/ / Matematica 02/02/ /

54 Chiave di una Entità La proprietà di un attributo di essere chiave è dipendente dal contesto Esempio Nell entità Esame (rappresentata mediante tabella) l attributo Matricola può essere considerato chiave? NO ci possono essere delle duplicazioni Esame Insegnamento Data Voto Matricola Fondamenti di Informatica e Programmazione 02/02/ / Fondamenti di Informatica e Programmazione 03/02/ / Matematica 02/02/ /

55 Chiave di una Entità La proprietà di un attributo di essere chiave è dipendente dal contesto Esempio Attributi che compongono la chiave sono Insegnamento, Data e Matricola Esame Insegnamento Data Voto Matricola Fondamenti di Informatica e Programmazione 02/02/ / Fondamenti di Informatica e Programmazione 03/02/ / Matematica 02/02/ /

56 Le Associazioni (o Relazioni) Una associazione (denominata anche relazione) rappresenta un collegamento semantico tra entità di interesse per l applicazione Ogni associazione è caratterizzata da un nome (tipicamente verbo all infinito)

57 Le Associazioni (o Relazioni) Una associazione (denominata anche relazione) rappresenta un collegamento semantico tra entità di interesse per l applicazione Ogni associazione è caratterizzata da un nome (tipicamente verbo all infinito) Esempio Impiegato Lavorare Dipartimento

58 Le Associazioni (o Relazioni) Una associazione (denominata anche relazione) rappresenta un collegamento semantico tra entità di interesse per l applicazione Ogni associazione è caratterizzata da un nome (tipicamente verbo all infinito) Esempio Impiegato Lavorare Dipartimento Associazione

59 Le Associazioni (o Relazioni) Esempio Impiegato1 Impiegato2 Impiegato3 Impiegato4 Impiegato5 r1 r2 r3 r4 r5 Dipartimento1 Dipartimento2 Impiegato Lavorare Dipartimento

60 Le Associazioni (o Relazioni) Esempio Impiegato1 Lavora per Dipartimento1 (r1) Impiegato2 Lavora per Dipartimento 1 (r2) Impiegato3 Lavora per Dipartimento 2 (r3) Impiegato4 Lavora per Dipartimento 2 (r4) Impiegato5 Lavora per Dipartimento 1 (r5) Impiegato1 Impiegato2 Impiegato3 Impiegato4 Impiegato5 r1 r2 r3 r4 r5 Dipartimento1 Dipartimento2 Impiegato Lavorare Dipartimento

61 Grado di una Associazione 1/3 Il grado di una associazione è il numero di entità che sono coinvolte nell associazione stessa (che vi partecipano)

62 Grado di una Associazione 2/3 Il grado di una associazione è il numero di entità che sono coinvolte nell associazione stessa (che vi partecipano) Esempio 1 Impiegato Lavorare Dipartimento Grado dell associazione Lavorare Coinvolte due entità Impiegato e Dipartimento Grado = 2

63 Grado di una Associazione 3/3 Esempio 2 Impiegato Lavorare Dipartimento CollaboratoreEsterno Grado dell associazione Lavorare Coinvolte tre entità Impiegato, CollaboratoreEsterno e Dipartimento Grado = 3

64 Vincoli Strutturali sulle Relazioni Si definiscono vincoli strutturali di una relazione (o associazione) Rapporto di Cardinalità Partecipazione

65 Vincoli Strutturali sulle Relazioni Si definiscono vincoli strutturali di una relazione (o associazione) Rapporto di Cardinalità Partecipazione

66 Rapporto di Cardinalità 1:1 (Uno-a-uno) Una relazione è uno-a-uno se ad ogni occorrenza della prima entità corrisponde al più una occorrenza della seconda entità e viceversa Esempio (Relazione: Dirigere) Impiegato1 Impiegato2 Impiegato3 Impiegato4 r1 r2 Dipartimento1 Dipartimento2 Impiegato5 Impiegato Dirigere Dipartimento

67 Rapporto di Cardinalità 1:1 (Uno-a-uno) Una relazione è uno-a-uno se ad ogni occorrenza della prima entità corrisponde al più una occorrenza della seconda entità e viceversa Esempio (Relazione: Dirigere) Rappresentazione mediante modello E-R Impiegato 1 1 Dirigere Dipartimento

68 Rapporto di Cardinalità 1:1 (Uno-a-uno) Una relazione è uno-a-uno se ad ogni occorrenza della prima entità corrisponde al più una occorrenza della seconda entità e viceversa Esempio (Relazione: Dirigere) Rappresentazione mediante modello E-R Indicano la cardinalità della relazione Impiegato 1 1 Dirigere Dipartimento

69 Rapporto di Cardinalità 1:N (Uno-a-molti) Una relazione è uno-a-molti se ad ogni occorrenza della prima entità possono corrispondere più occorrenze della seconda Una occorrenza della seconda entità può essere associata al più ad una occorrenza della prima Esempio (Relazione: Allocare) Impiegato1 Impiegato2 Impiegato r1 r2 r3 r4 Allocare Progetto1 Progetto2 Progetto3 Progetto4 Progetto

70 Rapporto di Cardinalità 1:N (Uno-a-molti) Una relazione è uno-a-molti se ad ogni occorrenza della prima entità possono corrispondere più occorrenze della seconda Una occorrenza della seconda entità può essere associata al più ad una occorrenza della prima Esempio (Relazione: Allocare) Rappresentazione mediante modello E-R Impiegato 1 N Allocare Progetto

71 Rapporto di Cardinalità M:N (Molti-a-molti) Una relazione viene definita molti-a-molti se esiste un occorrenza della prima entità in relazione con più di un occorrenza della seconda, e viceversa Esempio (Relazione: Insegnare) Docente1 Docente2 Docente r1 r2 r3 r4 Insegnare Studente1 Studente2 Studente3 Studente

72 Rapporto di Cardinalità M:N (Molti-a-molti) Una relazione viene definita molti-a-molti se esiste un occorrenza della prima entità in relazione con più di un occorrenza della seconda, e viceversa Esempio (Relazione: Insegnare) Rappresentazione mediante modello E-R Docente M Insegnare N Studente

73 Vincoli Strutturali sulle Relazioni Si definiscono vincoli strutturali di una relazione (o associazione) Rapporto di Cardinalità Partecipazione

74 Vincolo di Partecipazione Specifica se l esistenza di una entità dipende dal fatto che essa è correlata ad un altra entità attraverso una relazione Due vincoli di partecipazione Totale Parziale

75 Vincolo di Partecipazione Totale Il vincolo di partecipazione totale viene detto anche dipendenza di esistenza Si rappresenta nello schema E-R con una doppia linea

76 Vincolo di Partecipazione Totale Il vincolo di partecipazione totale viene detto anche dipendenza di esistenza Si rappresenta nello schema E-R con una doppia linea Esempio Impiegato Lavorare Dipartimento

77 Vincolo di Partecipazione Totale Il vincolo di partecipazione totale viene detto anche dipendenza di esistenza Si rappresenta nello schema E-R con una doppia linea Esempio La partecipazione di Impiegato a Lavora è una partecipazione totale Ogni occorrenza di Impiegato è associata ad almeno una occorrenza di Dipartimento Attraverso la relazione Lavorare

78 Vincolo di Partecipazione Parziale Si rappresenta nel diagramma E-R con una singola linea Esempio Impiegato Dirigere Dipartimento La partecipazione di Impiegato a Dirige è una partecipazione parziale Alcune entità (non necessariamente tutte) di Impiegato sono associate ad una occorrenza di Dipartimento Attraverso la relazione Dirigere

79 Vincolo di Partecipazione Esistono altre notazioni per la rappresentazione dei vincoli Per ogni entità partecipante, è possibile rappresentare il numero minimo ed il numero massimo di occorrenze coinvolte nella relazione La notazione utilizzata è la seguente (min, max) Impiegato (0, N) (1, 1) Controllare Progetto Se min = 0 partecipazione parziale Se min > 0 partecipazione totale