Corso di Sistemi di Elaborazione delle informazioni

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1 Corso di Sistemi di Elaborazione delle informazioni Basi di Dati Claudio Marrocco

2 Che cos è un database? (accezione generica, metodologica) collezione di dati, utilizzati per rappresentare le informazioni di interesse per un sistema informativo di un organizzazione. (accezione specifica, metodologica e tecnologica) collezione di dati gestita da un apposito sistema software chiamato DBMS (DataBase Management System). L insieme formato da database e DBMS costituisce il database system.

3 DBMS sul mercato Prodotti software (complessi) disponibili sul mercato: DB2 Oracle SQLServer MySQL PostgreSQL Microsoft Access

4 Caratteristiche di un DBMS Sistema informativo in grado di gestire collezioni di dati che siano: grandi, di dimensioni (molto) maggiori della memoria centrale dei sistemi di calcolo utilizzati (il limite deve essere solo quello fisico dei dispositivi, es. 500 GB (dati transazionali), 10 TB (dati decisionali), 500 TB (dati scientifici)); persistenti, con un periodo di vita indipendente dalle singole esecuzioni dei programmi che le utilizzano; condivise, utilizzate da applicazioni diverse (problemi di controllo della concorrenza e meccanismi di autorizzazione);

5 Caratteristiche di un DBMS e che garantisca: affidabilità software); (resistenza a malfunzionamenti hardware e privatezza (con una disciplina e un controllo degli accessi); efficienza (utilizzare al meglio le risorse di spazio e tempo del sistema); efficacia (rendere produttive le attività dei suoi utilizzatori).

6 DBMS Applicazione 1 Applicazione 2 Applicazione 3 DBMS A B C D E

7 Caratteristiche dell approccio con database Natura autodescrittiva di un database system. Isolamento tra programmi e dati. Astrazione dei dati. Supporto di viste multiple dei dati. Condivisione dei dati e gestione delle transazioni con utenti multipli.

8 Caratteristiche dell approccio con database Il database è autodescrittivo Esiste un catalogo in cui il DBMS memorizza una descrizione del database. Questa descrizione viene chiamata metadata. Ciò consente al DBMS di lavorare con diversi database. C è isolamento tra programmi e dati L indipendenza tra programmi e dati consente di cambiare le strutture o le operazioni di memorizzazione dei dati senza dover modificare i programmi di accesso del DBMS.

9 Caratteristiche dell approccio con database C è astrazione dei dati Viene utilizzato un modello dei dati per nascondere all utente i dettagli sulla memorizzazione e per presentare una rappresentazione concettuale del database. Esiste un supporto di viste multiple dei dati Ciascun utente può vedere il database da prospettive diverse (viste) in cui vengono descritti solamente i dati di interesse per l utente.

10 Caratteristiche dell approccio con database C è condivisione dei dati e gestione delle operazioni con utenti multipli Permette ad un insieme di utenti di operare in modo concorrente sul database. Poiché la condivisione non è mai completa i DBMS prevedono meccanismi di definizione della privatezza dei dati e di autorizzazioni per limitare l accesso. La condivisione richiede anche un opportuno coordinamento degli accessi: controllo della concorrenza. Il controllo della concorrenza del DBMS garantisce che ciascuna operazione (transazione) sia eseguita correttamente oppure annullata.

11 Vantaggi di un DBMS Dati come risorsa comune, database come modello della realtà. Gestione centralizzata con possibilità di standardizzazione. Disponibilità di servizi integrati. Riduzione di ridondanze e inconsistenze. Indipendenza dei dati che favorisce lo sviluppo e la manutenzione delle applicazioni. Tempi di sviluppo abbreviati. Flessibilità. Disponibilità di informazioni aggiornate.

12 Da chi è utilizzato Gli utenti possono essere suddivisi tra quelli che effettivamente utilizzano e controllano il contenuto del database e quelli che lavorano per la manutenzione del DMBS ma che non sono direttamente interessati al database in sé.

13 Da chi è utilizzato: gestori Amministratori Responsabili di autorizzare gli accessi al database, di coordinare e monitorarne l uso, di acquistare (scegliere) il software e l hardware necessario, di controllarne l utilizzo e monitorare l efficienza delle operazioni. Progettisti Responsabili di definire il contenuto, la struttura, i vincoli e le funzioni del database. Devono comunicare con gli utenti finali e capire le loro necessità.

14 Da chi è utilizzato: utenti finali Utenti finali: coloro che utilizzano effettivamente il database. Ci sono: Utenti casuali: di solito esperti che accedono occasionalmente al database. Utenti parametrici: la maggior parte degli utenti finali che utilizzano funzioni predefinite (programmate in precedenza e testate, con parametri inseribili dall utente) per accedere al database in maniera ripetuta ed effettuare aggiornamenti, inserimenti, interrogazioni. Utenti sofisticati: scienziati, ingegneri, analisti che usano direttamente le potenzialità del DBMS per soddisfare le proprie esigenze.

15 Da chi è utilizzato: programmatori Progettisti ed implementatori di DBMS Coloro che lavorano sui programmi che costituiscono il DBMS e ne forniscono funzionalità, interfacce, accesso ai dati, etc. Sviluppatori di strumenti Coloro che forniscono gli strumenti necessari a facilitare la progettazione, il controllo, la comunicazione e l ottimizzazione delle prestazioni dei database. Operatori per la manutenzione Coloro che si occupano di mantenere efficiente hardware e software per il DBMS.

16 Descrizioni dei dati nei DBMS Esistono descrizioni e rappresentazioni dei dati a livelli diversi, che permettono l'indipendenza dei dati dalla rappresentazione fisica: i programmi fanno riferimento alla struttura a livello più alto, e le rappresentazioni sottostanti possono essere modificate senza necessità di modifica dei programmi. Possibile attraverso il concetto di modello dei dati.

17 Modello dei dati Insieme di costrutti utilizzati per organizzare i dati di interesse e descriverne la dinamica. Componente fondamentale: meccanismi di strutturazione (o costruttori di tipo). Come nei linguaggi di programmazione esistono meccanismi che permettono di definire nuovi tipi, così ogni modello dei dati prevede alcuni costruttori. Ad esempio, il modello relazionale prevede il costruttore relazione, che permette di definire insieme di record omogenei.

18 Due tipi di modelli Modelli logici: utilizzati nei DBMS esistenti per l organizzazione dei dati; ad essi fanno riferimento i programmi; sono indipendenti dalle strutture fisiche. Ad es. relazionale, reticolare, gerarchico, a oggetti Modelli concettuali: permettono di rappresentare i dati in modo indipendente da ogni sistema, cercando di descrivere i concetti del mondo reale; sono utilizzati nelle fasi preliminari di progettazione. Ad es. il più noto è il modello Entità-Relazione

19 Un po di storia Inizio anni 60: Charles Bachman (General Eletric) progetta il primo DBMS (Integrated Data Store), basato sul modello reticolare (network model). Fine anni 60: l IBM sviluppa l Information Management System (IMS), basato sul modello gerarchico (hierarchical model) e usato tutt oggi. Anni 70: Edgar Codd (IBM) propone il modello relazionale (relational model). Anni 80: il modello relazionale vince sugli altri, e i DBMS basati su tale modello si diffondono. Il linguaggio SQL viene standardizzato come linguaggio per DBMS basati sul modello relazionale.

20 Un po di storia Anni 80-90: viene introdotto il modello a oggetti, OODBMS (Object Oriented DBMS) per affrontare le necessità di data processing complesso in sistemi CAD (ed altro) mediante l uso di linguaggi e metodologie ad oggetti. Anni 90: sulla spinta di intense ricerche, i DBMS relazionali divengono sempre più sofisticati e diffusi e si fondono con quelli ad oggetti (DB2, Oracle, ecc., object-relational model). Recentemente: i DBMS si integrano con il contesto generale dello sviluppo del software e con strumenti web ampliando il loro spettro di utilizzazione.

21 Modello reticolare Campi e record sono disposti a grafo in cui ogni record figlio può essere subordinato a più di un record genitore. Abbastanza flessibile in quanto le relazioni che i record genitori possono stabilire con i figli possono essere numerose. E un modello rigido in quanto la struttura deve essere definita a priori e non è modificabile.

22 Modello gerarchico Campi e record sono disposti ad albero e ogni record figlio può essere subordinato a un solo record genitore. Il record genitore si chiama radice (root). E un modello rigido e obsoleto in quanto la struttura deve essere definita in anticipo e non e modificabile.

23 Modello relazionale Modello flessibile composto di una o più tabelle connesse tramite opportuni campi. La struttura e modificabile a posteriori. Lo svantaggio e che a volte le estrapolazioni di dati richiedono notevoli capacità elaborative del computer.

24 Modello ad oggetti I dati sono memorizzati sotto forma di oggetti (elementi riutilizzabili). Gli oggetti possono contenere dati complessi come file audio, video multimediali, immagini, clip di oggetti.

25 Organizzazione dei dati in un DBMS In ogni base di dati possiamo distinguere: lo schema, sostanzialmente invariante nel tempo, che descrive la struttura del database (aspetto intensionale); l istanza, costituita dai valori attuali, che possono cambiare molto e rapidamente (aspetto estensionale).

26 Tre livelli di schemi Schema interno (o fisico): specifica i dettagli della memorizzazione fisica dei dati e specifica come tali informazioni sono effettivamente memorizzate su dispositivi fisici. Schema logico: descrive come sono organizzati i dati in informazioni e come queste ultime sono correlate tra di loro; Schema esterno: descrizione di una porzione della base di dati di interesse (viste). Solitamente utilizza lo stesso modello dei dati del livello concettuale. C. Marrocco

27 Architettura a 3 livelli Standard ANSI/SPARC

28 Architettura a 3 livelli Proposta con l obiettivo di separare le applicazione dell utente dalla base di dati fisica in modo da supportare Indipendenza tra programmi e dati. L accesso ai dati avviene solo tramite il livello esterno (che può o meno coincidere con il livello logico). Supporto di viste multiple d utente. Uso di un catalogo per memorizzare la descrizione (ovvero lo schema) del database.

29 Indipendenza dei dati Si hanno due forme di indipendenza dei dati: Indipendenza fisica: il livello logico e quello esterno sono indipendenti da quello fisico; uno schema è definito e utilizzato qualunque sia la sua realizzazione fisica (che può anche cambiare nel tempo senza che debbano essere modificate le forme di utilizzo), Indipendenza logica: il livello esterno è indipendente da quello logico per cui modifiche allo schema esterno non richiedono modifiche al livello logico e viceversa.

30 Linguaggi nei database Nel 1969 il DataBase Task Group (DBTG) ha definito i compiti principali di un DBMS che permette di: definire come i dati sono organizzati in informazioni (definire gli schemi) attraverso un opportuno linguaggio di definizione dei dati, il Data Definition Language (DDL); manipolare e gestire i dati (ovvero le istanze) tramite un opportuno linguaggio di gestione chiamato Data Manipulation Language (DML).

31 Interazione non testuale

32 PC Databases Sono sistemi in grado di funzionare localmente su di un singolo PC; Ad es: Microsoft Access, FoxPro, Dbase, etc.

33 Architetture client/server Client Client Network DB Database Server Client

34 Il modello relazionale Proposto da E. F. Codd nel 1970 per favorire l indipendenza dei dati ma reso disponibile come modello logico in DBMS reali solo nel 1981 (non è semplice implementare l indipendenza con efficienza e affidabilità). Si basa sul concetto matematico di relazione. Il modello è basato su valori: anche i riferimenti fra dati in strutture (relazioni) diverse sono rappresentati per mezzo dei valori stessi.

35 Relazione nel modello relazionale Ogni relazione è sostanzialmente una tabella. A ciascun dominio associamo un nome (attributo), unico nella relazione, che descrive il ruolo del dominio. Nella rappresentazione tabellare, gli attributi possono essere usati come intestazioni delle colonne. Una volta associato un nome a ciascun dominio l ordinamento fra gli attributi è irrilevante: la struttura è non posizionale.

36 Relazione nel modello relazionale

37 Tabelle e relazioni Una tabella rappresenta una relazione se: I valori di ciascuna colonna sono fra loro omogenei (dallo stesso dominio). Le righe sono diverse tra loro. Le intestazioni delle colonne sono diverse tra loro. Inoltre in una tabella che rappresenta una relazione: L ordinamento tra le righe è irrilevante. L ordinamento tra le colonne è irrilevante. I riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle tuple.

38 Identificazione delle tuple Il numero di matricola identifica gli studenti: Non ci sono due tuple con lo stesso valore sull attributo Matricola. I dati anagrafici identificano gli studenti: Non ci sono due tuple uguali su tutti e tre gli attributi Cognome, Nome e Data di Nascita.

39 Esempio

40 Esempio

41 Vantaggi della struttura basata su valori Indipendenza dalle strutture fisiche (si potrebbe avere anche con puntatori di alto livello) che possono cambiare dinamicamente Si rappresenta solo ciò che è rilevante dal punto di vista dell applicazione L utente finale vede gli stessi dati dei programmatori I dati sono portabili più facilmente da un sistema ad un altro

42 I valori nulli ll modello relazionale impone ai dati una struttura rigida: - le informazioni sono rappresentate per mezzo di tuple - le tuple ammesse sono dettate dagli schemi di relazione Nella pratica i dati disponibili possono non corrispondere esattamente al formato previsto ma potremmo avere assenza di informazione su un dato attributo. In questo caso si sceglie di estendere i domini delle relazione col valore NULL.

43 I valori nulli L assenza di informazione può essere dovuta a diversi fattori: - valore sconosciuto: il dato esiste ma non è noto, - valore inesistente: il dato non esiste perché non applicabile alla specifica tupla, - valore senza informazione: il dato non c è ma non sappiamo se non è noto o se non esista. I DBMS non distinguono i tipi di valore nullo (e quindi implicitamente adottano l interpretazione senza informazione ).

44 Esempio: Un Database per Biblioteca Le entità coinvolte nell attività di una biblioteca?: - Libri - Lettori che sono connesse tra loro tramite la relazione - Prestiti

45 L entità Libro Quali sono gli attributi di interesse per l entità libro? Titolo Autore Anno Soggetto Posto

46 La Tabella Libri Titolo Autore Anno Soggetto Posto I promessi A. Manzoni 2002 Letteratura A7 sposi Italiana La divina D. Alighieri 1989 Letteratura G4 commedia Italiana Basi di dati Atzeni, Ceri 2005 Informatica D1

47 L entità Lettore Quali sono gli attributi di interesse per l entità lettore? Nome Cognome Indirizzo Città Telefono

48 La Tabella Lettori Nome Cognome Indirizzo Città Telefono Mario Rossi Via Di Biasio Cassino Franco Bianchi Piazza D. Napoli Alighieri Giuseppe De Vita Viale Mazzini Roma 06123

49 Realizzazione del database in Access

50 Salvare il database

51 Creare una Tabella

52 Creare la Tabella Lettori Nel tipo dati bisogna specificare il tipo di dato per ogni campo. Per le chiavi primarie si può usare il tipo contatore. Il tipo contatore si autoincrementa per ogni record inserito.

53 Salvare una Tabella

54 Inserimento Dati Fare doppio clic sul nome della tabella

55 Inserimento dati nella tabella Lettori