Basi di Dati. Modello dei Dati

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1 Basi di Dati Il Modello Relazionale Concetti Generali Modello dei Dati Schema di rappresentazione dati: visione dei dati secondo un certo formalismo (ad es. alberi, grafi, tabelle) Modello dei dati: costrutti e linguaggi per descrivere e manipolare lo schema 1

2 Modello dei Dati Costrutti e linguaggi per descrivere: Conceptual and external schema Data definition language (DDL) Integrity constraints, domains (DDL) Operations on data Data manipulation language (DML) Directives that influence the physical schema (affects performance, not semantics) Storage definition language (SDL) Modello Relazionale Introdotto nel 1970 Si è affermato negli anni 80 Si basa sul concetto matematico di relazione (teoria degli insiemi) Descrive in modo efficace il livello logico Senza riferimenti al livello fisico (struttura realizzativa) 2

3 Why Study the Relational Model? Most widely used model. Legacy systems in older models e.g., IBM s IMS Object-oriented concepts have recently merged in object-relational model Informix, IBM DB2, Oracle 8i Early work done in POSTGRES research project at Berkeley Relazioni Insiemi D 1, D 2,,D n finiti o infiniti, detti domini Prodotto cartesiano P = D 1 x D 2 x x D n P = {(v 1, v 2,, v n ): i n v i D i } n upla o tupla 3

4 Relazioni Relazione R P n grado o arità della relazione m numero delle tuple di R cardinalità della relazione Nelle Basi di Dati: cardinalità finita Tabelle Rappresentazione grafica delle relazioni D 1 = {L Aquila, Roma, Pescara} D 2 = {Maria, Carlo} D 1 x D 2 Una colonna per ogni dominio D i Una riga per ogni tupla L Aquila L Aquila Roma Maria Carlo Maria Roma Pescara Pescara Carlo Maria Carlo 4

5 Tabelle Relazione R Cardinalità 2 Le tuple sono distinte Le tuple non sono ordinate Residenza L Aquila Pescara Maria Carlo Attributi I valori all interno di una tupla sono ordinati (v 1, v 2,, v n ) R v 1 D 1, v 2 D 2,, v n D n Ad ogni valore associamo un Nome, detto Attributo Residenza CITTA L Aquila Pescara PERSONA Maria Carlo 5

6 Attributi D = {D 1,,D n } Domini x = {A 1, A 2,, A n } Attributi DOM: x D associa Ai a Dj assegna un dominio ad ogni attributo Tupla: (A 1,,A n ) (v 1,, v n ) v i D i Basi di Dati Relazionali Composte da varie relazioni Sotto forma di tabelle Collegate fra loro mediante Attributi comuni non necessariamente con lo stesso nome ma con lo stesso valore 6

7 Basi di Dati Relazionali Vantaggi: schema logico indipendente dall implementazione Comprensibilità Usabilità Portabilità Indipendenza fisica 7

8 Esempio di tabella Orario Insegnamento Docente Aula Ora Analisi matem. I Luigi Neri N1 8:00 Basi di dati Piero Rossi N2 9:45 Chimica Nicola Mori N1 9:45 Fisica I Mario Bruni N1 11:45 Fisica II Mario Bruni N3 9:45 Sistemi inform. Piero Rossi N3 8:00 Basi di dati: schema e istanza Orario Lo schema della base di dati Insegnamento Docente Aula Ora Analisi matem. I Luigi Neri N1 8:00 Basi di dati Piero Rossi N2 9:45 Chimica Nicola Mori N1 9:45 Fisica I Mario Bruni N1 11:45 Fisica II Mario Bruni N3 9:45 Sistemi inform. Piero Rossi N3 8:00 L'istanza della base di dati 8

9 Instance of Students Relation sid name login age gpa Jones Smith Smith Cardinality = 3, arity = 5, all rows distinct Do all values in each column of a relation instance have to be distinct? Schema e istanza In ogni base di dati esistono: lo schema, sostanzialmente invariante nel tempo, che ne descrive la struttura (aspetto intensionale) es.: le intestazioni delle tabelle l istanza, i valori attuali, che possono cambiare anche molto rapidamente (aspetto estensionale) es.: il corpo di ciascuna tabella Ex 9

10 Modello Relazionale Schema di relazione Simbolo R: Nome della relazione Insieme X = {A 1,,A n }: Nomi degli attributi (ognuno legato a un dominio D i Notazione: R(X) Schema di base di dati R = {R 1 (X 1 ),R 2 (X 2 ), R k (X k )} R i distinti Modello Relazionale Istanza di Relazione su R(X) Insieme r di tuple su X Istanza di Base di dati su R: Insieme r = {r 1,,r k } di relazioni, r i su R i (X i ), i k 10

11 Modello Relazionale Terminologia Attributi: lettere finali alfabeto X, Y, Z Insiemi lettere iniziali alfabeto A, B, C attributi singoli X = A B C X = {A, B, C} Relazioni: R, S t[y]: tupla t ristretta agli attributi dell insieme Y Modello Relazionale Valore nullo: Valore distinto, aggiuntivo rispetto ai domini NULL = assenza di informazioni Valore non noto Valore inesistente (non definito) Valore non significativo 11

12 (super) chiave Insieme di attributi che identifica univocamente una tupla In generale, esistono varie superchiavi Insieme K di attributi di una relazione R: K superchiave se non esiste t 1,t 2 r tali che t1[k] = t2[k] K chiave se è una superchiave minimale non esiste K 1 K superchiave Chiavi Notare che: Nota1: per relazione R(X), X è sempre superchiave Nota2: una superchiave perde di significato se le tuple contengono valori nulli sui suoi attributi 12

13 Chiave Primaria (Primary key) Chiave primaria K P : viene scelta fra le chiavi possibili (dette chiavi candidate ) si può (e si deve) definire un unica chiave primaria non sono ammessi valori nulli sugli attributi di K P Keys Keys are a way to associate tuples in different relations Keys are one form of integrity constraint (IC) Enrolled Students sid cid grade Carnatic101 C Reggae203 B Topology112 A History105 B sid name login age gpa Jones jones@cs Smith smith@eecs Smith smith@math FOREIGN Key PRIMARY Key 13

14 Vincoli di Integrità Proprietà che devono essere soddisfatte dalle istanze Predicati (valore vero/falso) Selezionano istanze ammissibili Introducono Limitazione sui domini Collegamenti obbligatori fra tabelle Proibizione di valori nulli Limitazioni sui valori degli attributi Integrity Constraints (ICs) IC: condition that must be true for any instance of the database; e.g., domain constraints. ICs are specified when schema is defined. ICs are checked when relations are modified. A legal instance of a relation is one that satisfies all specified ICs. DBMS should not allow illegal instances. If the DBMS checks ICs, stored data is more faithful to real-world meaning. Avoids data entry errors, too! 14

15 Keys Keys are a way to associate tuples in different relations Keys are one form of integrity constraint (IC) Enrolled Students sid cid grade Carnatic101 C Reggae203 B Topology112 A History105 B sid name login age gpa Jones jones@cs Smith smith@eecs Smith smith@math FOREIGN Key PRIMARY Key Vincoli di Integrità Esempio: vincolo di chiave relazione deve esistere una chiave primaria No valori coincidenti per tuple diverse No valori nulli su attributi componenti le chiavi 15

16 Classi divincoli I vincoli di integrità possono essere Intrarelazionali (su singole relazioni) Interrelazionali (coinvolgono varie relazioni) Classi divincoli Classi di vincoli intrarelazionali: di Tupla: verificabili sulla tupla singola di Dominio: restrizione sul dominio dell attributo Globali: occorre considerare l intera istanza 16

17 Vincoli di Integrità Referenziale Vincolo interrelazionale: relazioni in correlazione fra loro Mediante attributi comuni Modello relazionale: basato su valori Il modello è basato su valori i riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle ennuple 17

18 Vincoli di Integrità Referenziale Stesso nome? Non necessariamente Stessi valori? Si, è necessario che i valori che l attributo comune assume nelle relazioni correlate siano consistenti Come assicurarlo? I valori dell attributo comune devono essere significativi e univoci Corsi Un esempio di incroci su valori Corso Docente Aula Basi di dati Rossi DS3 Sistemi Neri N3 Reti Bruni N3 Controlli Bruni G Aule Nome Edificio DS1 OMI N3 OMI G Pincherle Piano Terra Terra Primo Aula DS3 non compare fra le Aule: vincolo intra-relazionale violato 18

19 studenti Matricola Cognome Nome Data di nascita 6554 Rossi Mario 05/12/ Neri Paolo 03/11/ Verdi Luisa 12/11/ Rossi Maria 01/02/1978 esami Studente Voto Corso corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Mario 02 Chimica Bruni 04 Chimica Verdi studenti Matricola Cognome Nome Data di nascita 6554 Rossi Mario 05/12/ Neri Paolo 03/11/ Verdi Luisa 12/11/ Rossi Maria 01/02/1978 esami Studente Voto Corso corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Mario 02 Chimica Bruni 04 Chimica Verdi 19

20 Foreign Keys, Referential Integrity Foreign key : Set of fields in one relation that is used to `refer to a tuple in another relation. Must correspond to the primary key of the other relation. Like a `logical pointer. If all foreign key constraints are enforced, referential integrity is achieved (i.e., no dangling references.) Foreign Keys E.g. Only students listed in the Students relation should be allowed to enroll for courses. sid is a foreign key referring to Students: Enrolled sid cid grade Carnatic101 C Reggae203 B Topology112 A History105 B English102 A Students sid name login age gpa Jones jones@cs Smith smith@eecs Smith smith@math

21 Vincoli di Integrità Referenziale FOREIGN KEY Date le relazioni R 1 ed R 2 Dato un insieme di attributi X di R 1 Date due istanze di R 1 ed R 2 Il vincolo impone che: I valori di X in ciascuna tupla dell istanza data di R 1 Compaiano come valori della chiave primaria di una qualche tupla dell istanza di R 2 Vincoli di Integrità Referenziale Caso Base: chiave di R 2 unica, con un solo attributo B X è composto da un solo attributo A tupla t 1 R 1 tupla t 2 R 2 : t 1 [A] = t 2 [B] Caso generale K = A 1,A 2,,A R ordinati chiave di R 2 X = B 1,B 2,,B R ordinati tupla t 1 R 1 tupla t 2 R 2 : i r t 1 [Bi] = t 2 [Ai] 21

22 Chiavi: Sommario Primary key A unique identifier of a row in a relation Can be composite Candidate key An attribute (or set of attributes) that could be a primary key Alternate key A candidate key that is not selected as the primary key Foreign key An attribute of a relation that is the primary key of a relation Can be composite 22