Informatica per l'impresa. Sistemi per la gestione di basi di Dati

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1 Informatica per l'impresa Sistemi per la gestione di basi di Dati Prof. Mauro Gaspari 1 1

2 Sistema Informativo Insieme degli strumenti, risorse e procedure che consentono la gestione delle informazioni aziendali e' essenziale per il funzionamento dell'azienda e' fortemente integrato con il sistema organizzativo comprende risorse umane Insieme dei sistemi hardware e software presenti in una azienda `assicura la generazione, l'elaborazione, la circolazione e la memorizzazione delle informazioni su supporti informatici 2

3 Esempi di Sistemi Informativi applicazioni gestionali classiche gestione ordini, personale, magazzino applicazioni finanziarie banche, borsa, carte di credito sistemi di prenotazione treni, aerei, alberghi, autonoleggi nuove applicazioni gestione dei progetti, del territorio commercio elettronico 3

4 Dati vs Informazione Dato : unita' elementare (grezza) di informazione Informazione : elaborazione dei dati per rispondere a esigenze specifiche dell'impresa 4

5 Dati vs Processi PROCESSO : procedura aziendale che risponde ad un particolare compito applicativo 5

6 Architettura Sistema Informativo 6

7 Sistemi per la Gestione di Basi di Dati Modello concettuale dei Dati (Modello dei dati) Meccanismi per garantire l'integrità Un linguaggio di interrogazione Supporto per programmi applicativi Esistono sul mercato alcune centinaia di prodotti diversi per uso personale per server in una rete per mainframe

8 Principali Caratteristiche Condivisione dei dati assenza di replicazione nei file possibilità di accesso concorrente Qualità dei dati Efficienza vincoli di integrità caricamento, query ottimizzate, ordinamenti automatici Controllo dell'accesso Sicurezza Possibilità dati privati Robustezza (si evita la perdita di dati)

9 Architettura a livelli Schema esterno (view): descrizione per specifiche applicazioni Schema logico : descrizione globale della base di dati Schema interno : descrizione dei meccanismi di gestione dei dati

10 Schema a livelli

11 Vantaggi dell'architettura a Livelli Indipendenza logica : Capacita' di offrire una visione dei dati differente ad utenti differenti Indipendenza fisica: capacita' di astrarre completamente dai meccanismi di gestione dei dati

12 Basi di Dati Progettazione concettuale L obiettivo della progettazione concettuale è quello di rappresentare la realtà di interesse ad un alto livello di astrazione. 12

13 Progettazione concettuale I modelli concettuali dei dati 13

14 I modelli concettuali dei dati Modello: l insieme delle regole e strutture che permettono la rappresentazione della realtà di interesse Schema: la rappresentazione di una specifica realtà secondo un determinato modello Regole di costruzione e di descrizione Realtà percepita Modello Rappresentazione (schema) Il modello fornisce le regole per la costruzione della rappresentazione La rappresentazione è data da un insieme di simboli posti in corrispondenza con la realtà di interesse La realtà di interesse è una porzione di mondo reale così come è percepita da chi costruisce la rappresentazione 14

15 Progettazione concettuale Il modello Entity Relationship (E/R) 15

16 Elementi Base Entità: rappresenta un insieme di oggetti della realtà di cui si individuano proprietà comuni Rappresentazione grafica: Associazione: rappresenta un legame logico tra due o più entità Rappresentazione grafica: Attributo: rappresenta proprietà elementari di entità o associazioni Rappresentazione grafica: 16

17 Esempio STUDENTE e CORSO sono entità ESAME è un' associazione tra STUDENTE e CORSO N_MATRICOLA e NOME sono attributi di STUDENTE DATA e VOTO sono attributi di ESAME N_CORSO e TITOLO sono attributi di CORSO 17

18 Associazioni Le associazioni sono caratterizzate in termini di cardinalità Uno studente può aver sostenuto zero, uno o più esami. Con cardinalità minima 0 si afferma che uno studente esiste anche se non ha sostenuto esami: min-card(studente, ESAME) = 0 max-card(studente, ESAME) = n Un corso può esistere indipendentemente dal fatto che vi siano o meno studenti che abbiano già sostenuto esami relativi a quel corso min-card(corso, ESAME) = 0 max-card(corso, ESAME) = n card(corso, ESAME) = (0, n) card(studente, ESAME) = (0, n) 18

19 Anelli Un anello è un'associazione binaria tra un entità e se stessa Il ruolo di un entità è indicato tramite una label Esempio Ogni capo può dirigere (CAPO_DI) più dipendenti Ogni dipendente è direttamente SUBORDINATO_A un solo capo 19

20 Associazioni n-arie Un'associazione n-aria connette più di due entità Esempio SI_TIENE è una relazione ternaria che connette le entità CORSO, GIORNO e AULA, con le seguenti cardinalità:_ card(corso, SI_TIENE) = (1,3) card(giorno, SI_TIENE) = (0,n) card(aula, SI_TIENE) = (0,40) 20

21 Attributi Dominio dell attributo: insieme di valori legali per l attributo Un attributo è detto semplice se è definito su un solo dominio Sie E un entità o una relazione e A un attributo di E: Cardinalità minima: min-card(a,e) è il minimo numero di valori dell attributo associati a ogni istanza dell entità o relazione E Cardinalità massima: max-card(a,e) è il massimo numero di valori dell attributo associati a ogni istanza dell entità o relazione E 21

22 Attributi Opzionale: min-card(a,e) = 0 può essere non specificato il nome dell attributo Obbligatorio: min-card(a,e) = 1 almeno un valore dell attributo deve essere specificato Valore-singolo: max-card(a,e) = 1 Valore-multiplo: max-card(a,e) > 1 Una persona ha esattamente un nome Una persona può avere al massimo un indirizzo Una persona può avere più laure NB. Se non è specificato si sottointende (1,1) 22

23 Attributi composti Rappresentazione grafica: Un attributo composto è costituito da un gruppo di attributi che hanno affinità nel significato e nell uso. Esempio: INDIRIZZO denota il gruppo di attributi VIA, CITTA, REGIONE, NAZIONE e CAP. Con la cardinalità dell attributo composto INDIRIZZO si dice che una persona può avere più indirizzi, ciascuno dei quali composto da via, città, regione, nazione e cap (opzionale) Se invece si fossero usati 5 attributi semplici si poteva solo stabilire la cardinalità di ciascuno di essi indipendentemente da quella degli altri. 23

24 Gerarchie di Generalizzazione Un entità E è una generalizzazione di un gruppo di entità E1, E2,..., En se ogni oggetto delle classi E1, E2,..., En è anche un oggetto della classe E E E1 E2 En... Proprietà di copertura della generalizzazione: totale ed esclusiva: (t, e) parziale ed esclusiva: (p, e) parziale e sovrapposta: (p, o) totale e sovrapposta: (t, o) 24

25 Esempio di generalizzazione La generalizzazione delle persone basate sul sesso è (t, e) Vi sono persone che non sono nè impiegati, nè segretari e nè manager: la generalizzazione basata sull impiego è (p, e) Gli impiegati possono avere più di un lavoro, anche diverso da quelli rappresentati in figura: tale generalizzazione è (p, o) Tutti i manager ricoprono il ruolo tecnico e/o amministrativo: la generalizzazione basata sul ruolo manageriale è (t, o) 25

26 Ereditarietà delle proprietà Nell astrazione di generalizzazione tutte le proprietà dell entità generica sono ereditate dalle entità generalizzate. Nel modello E/R ogni attributo, associazione e generalizzazione definita per l entità generica E è ereditata automaticamente da tutte le entità generalizzate E1, E2,..., En L attributo NOME della classe PERSONA è anche attributo delle classe STUDENTE e PROFESSORE, pertanto essi possono essere eliminati da tali classi ottenendo il secondo schema semplificato. 26

27 Subset Un subset è una gerarchia di generalizzazione con una sola entità generalizzata. La copertura di un subset è parziale. ESEMPIO STUDENTE ha, oltre agli attributi ereditati da PERSONA, l attributo addizionale MATRICOLA 27

28 Identificatori (chiave) Un identificatore (chiave) di un entità E è una collezione di attributi o di entità in associazione con E che individua in modo univoco tutte le istanze di E Sia E un entità A1,..., An: attributi a valore singolo ed obbligatori per E E1,.., Em: entità diverse da E e connesse ad E tramite associazioni binarie R1,..., Rm obbligatorie (min-card(e, Ri) = 1) e uno-a-uno o molti-a-uno (max-card(e, Ri) = 1) Possibili identificatori I = {A1,..., An, E1,..., Em}, ν 0, m 0, n+m 1. Valore dell identificatore di un istanza di E: l insieme di tutti i valori degli attributi Ai, i = 1,..., n e di tutte le istanze Ej, j= 1,..., m 28

29 ...continua I è un identificatore di E se: non ci sono due istanze di E con lo stesso valore dell identificatore eliminando un attributo Ai oppure un entità Ej da I, la proprietà a. non è più valida Classificazione degli identificatori semplice se n+m = 1 composto se n+m > 1 interno se m = 0 esterno se n = 0 mixed se n > 0 e m > 0 Ogni entità deve avere almeno un identificatore Gli identificatori interni sono preferibili rispetto a quelli esterni Gli identificatori semplici sono preferibili rispetto a quelli composti 29

30 Esempi di Identificatori Esempi di identificatori IDENTIFICATORE SEMPLICE ED INTERNO I = {NOME} IDENTIFICATORE COMPOSTO ED INTERNO I = {NOME, DATA_DI_NASCITA, NOME_GENITORE, RESIDENZA} (il nome dell identificatore ID_PERSONA è opzionale) 30

31 Esempi di Identificatori IDENTIFICATORE COMPOSTO E MIXED I = {NUM_IMPIEGATO_NEL_DIPARTIMENTO, DIPARTIMENTO} 31

32 Simboli Grafici del modello E/R 32

33 Progettazione logica relazionale Con il termine progettazione logica relazionale si intende la traduzione di uno schema disegnato tramite un modello concettuale (es. schema E/R) in uno schema disegnato tramite un modello relazionale. Dipende dal modello dei dati relazionale: basi di dati relazionali. Un modello dei dati alternativo e' quello ad oggetti. Esempi di basi di dati relazionali: mysql, access, postgress, openoffice database, etc... 33

34 Il modello dei dati relazionale Una base di dati e' organizzata in relazioni dette anche tabelle. Si tratta del modello attualmente più utilizzato. Buoni meccanismi di ottimizzazione (forme normali). Interrogazioni espresse tramite un algebra relazionale. Linguaggio di interrogazione SQL (Structured Query Language) Supporto per transazioni: sequenze di operazioni sui dati che devono essere eseguite completamente per avere effetto, se una transazione non viene eseguita completamente l'effetto delle operazioni eseguite viene annullato. 34

35 Generazione dello Schema Relazionale Schema E/R Relazioni (tabelle)... 1.Eliminazione degli identificatori esterni 2.Eliminazione di attributi composti e/o ripetuti 3.Traduzione delle entità 4.Traduzione delle associazioni 35

36 Eliminazione degli Identificatori Esterni Se la chiave primaria di un entità E1 è data (completamente o parzialmente) dalla chiave primaria di E2, questa viene importata in E1. L associazione tra E1 e E2 viene così automaticamente tradotta e può essere eliminata. Esempi o 36

37 Eliminazione degli Attributi Composti Ci sono due alternative: Eliminare l attributo composto e considerare i suoi componenti come attributi semplici Eliminare i componenti e considerare l attributo come semplice Esempio 37

38 Traduzione Standard: Entità Ogni entità è tradotta con una relazione con gli stessi attributi La chiave primaria della relazione è quella dell entità stessa Esempio PERSONA(NOME, VIA, CITTA, NAZIONE) 38

39 Traduzione standard: associazioni Ogni associazione R tra le entità E1, E2,..., En è tradotta con una relazione con gli stessi attributi, cui si aggiungono le chiavi primarie di tutte le entità che essa collega ogni chiave primaria di un entità Ei tale che max-card(ei, R) = 1 è una chiave (candidata) della relazione R; altrimenti la chiave della relazione è composta dall insieme di tutte le chiavi primarie delle entità collegate le chiavi primarie delle entità collegate sono chiavi straniere (FK) riferite alle corrispondenti entità N.B.: La traduzione standard è praticamente l unica possibilità per le associazioni in cui tutte le entità partecipano con molteplicità maggiore di 1, ovvero max-card(ei, R) > 1, per ogni i 39

40 Esempio di traduzione standard Studente(Matricola, Nome) Corso(Codice, Denominazione) Esame(Matricola, Codice, Anno, Voto) FK: Matricola REFERENZIA Studente FK: Codice REFERENZIA Corso 40

41 Associazione binaria uno a uno tradotta con due relazioni Per evitare i valori nulli, è preferibile compattare l associazione in un entità che partecipa obbligatoriamente Uomo(CF, Nome) Servizio_Militare(Matricola, Corpo, CF, Data) oppure FK: CF REFERENZIA Uomo Uomo(CF, Nome, Matricola) FK: Matricola REFERENZIA Servizio_militare 41

42 Associazione binaria uno a uno tradotta con tre relazioni E preferibile se l associazione è parziale per entrambe le entità. Praticamente forzata se, oltre alla parzialità, le due chiavi primarie delle entità hanno domini distinti Tastiera(CodTas, Tipo) PC(CodPC, Descrizione) oppure Collega(CodPC, CodTas, Cavo) FK: CodPC REFERENZIA PC FK: CodTas REFERENZIA Tastiera Collega(CodTas, CodPC, Cavo) 42

43 Associazione binaria uno a molti: traduzione con due relazioni L associazione può essere compattata nell entità che partecipa con molteplicità unitaria, diciamo E1, includendo in E1 gli attributi di R e la chiave primaria di E2 come foreign key E2(K2, B1, B2,...) E1(K1, A1, A2,..., K2, C1, C2,...) Provincia(Nome-P, Regione) Persona(CF, Nome, Nome-p, Dal) FK: Nome-P REFERENZIA Provincia 43

44 Associazione binaria uno a molti: traduzione con tre relazioni Se la partecipazione di E1 è parziale, per evitare i valori nulli si pò optare per la traduzione standard con tre relazioni Venditore(Nome, Telefono) Ordine(Numero, Data) Scrive(Numero, Nome, Sconto) FK: Numero REFERENZIA Ordine FK: Nome REFERENZIA Venditore 44

45 Associazioni unarie Un associazione unaria può dar luogo ad una o due relazioni, dipendentemente dalle molteplicità in gioco Anello molti a molti Anello uno a molti 45

46 Associazioni unarie: anello molti a molti E tradotto con due relazioni, una per l entità e una per l associazione La chiave della relazione che modella l associazione è composta da due attributi, i cui nomi riflettono il diverso ruolo dell entità Ognuno di questi due attributi è anche foreign key Stato(Sigla, Nome) Confina(Sigla, Sigla-Confinante, Lung-Conf) FK: Sigla REFERENZIA Stato FK: Sigla-Confinante REFERENZIA Stato 46

47 Associazioni unarie: anello uno a molti E possibile tradurlo con 1 o 2 relazioni Una relazione Due relazioni Impiegato(Codice, Nome, Responsabile) FK: Responsabile REFERENZIA Impiegato Impiegato(Codice, Nome) Dipendenza(Dipendente, Responsabile) FK: Dipendente REFERENZIA Impiegato FK: Responsabile REFERENZIA Impiegato 47

48 Progettazione logica relazionale Associazione n-aria Segue la traduzione standard Prodotto(CodProd, Nome) Fornitore(CodForn, Telefono) Parte(CodPart, Descrizione) Fornitura(CodPart, CodProd, CodForn, Quantità) FK: CodPart REFERENZIA Parte FK: CodProd REFERENZIA Prodotto FK: CodForn REFERENZIA Fornitore 48

49 Esempi o Progettazione logica relazionale Proviamo a tradurre uno schema

50 Progettazione logica relazionale Studente(Matricola, Nome, Cognome) Corso(Codice, Nome) Frequenta(Matricola, CodiceCorso)

51 Progettazione logica relazionale Docente(Id, Nome, Cognome, Dipartimento) Corso(Codice, Nome, Docente)

52 Progettazione logica relazionale Esempio: schema finale Docente(Id, Nome, Cognome, Dipartimento) Corso(Codice, Nome, Docente) Studente(Matricola, Nome, Cognome) Frequenta(Matricola, CodiceCorso)