Basi di dati (database)

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1 Basi di dati (database) 1 Scopo Gestione dell informazione Informazione: difficile da definire ma a tutti è chiara l importanza della sua gestione in diversi tipi di attività Esempi: aziende, banche, anagrafi, università, compagnie aeree,

2 Gestione dei dati Aggiunta nuovi dati; Aggiornamento dati esistenti; Cancellazione; Richiesta di informazioni relative ad un utente; Elaborazioni statistiche Per eseguire tali operazioni, devono essere allocate delle risorse. 3 Sistema informativo Insieme delle risorse di un organizzazione dedicate alla gestione dell informazione Gestione: acquisizione, elaborazione, conservazione, produzione Il concetto di sistema informativo esiste da secoli (es.: anagrafi) 4 2

3 Sistema informatico Parte del sistema informativo che gestisce l informazione automaticamente (calcolatori, reti, software,...) Sistema informatico Sistema informativo 5 Dati e informazione Dati: stringhe di caratteri, numeri, immagini, suoni,... Informazione: veicolata dai dati opportunamente interpretati Esempio: Paolo, Rossi, 1100 dati nome, cognome del direttore, stipendio interpretazione 6 3

4 L informazione nei sistemi informatici Sistema informatico Informazione DATI Informazione Rappresentazione Interpretazione Basi di dati: collezione di dati che rappresentano informazioni di interesse per un certo sistema informativo 7 Problemi con la gestione dei dati I programmi tradizionali operano indipendentemente su copie di dati Prog1 Prog2 Prog3 copia1 Problemi: copia2 inconsistenza ridondanza copia3 8 4

5 Inconsistenza e ridondanza sia D un database che contiene i nomi degli N studenti Unimi al tempo t; l utente A usa il programma A per aggiungere un nuovo studente a D; nel frattempo, l utente B usa il programma B per aggiungere due nuovi studenti a D; Quanti studenti ha Unimi al tempo t+1? Secondo A ne ha N+1; Secondo B ne ha N+2; In realtà ne ha N+3! Informazioni ridondanti (N studenti replicati) sui PC di A e di B. 9 Soluzione ottimale Unica risorsa dati accessibile a più programmi Prog1 Prog2 Prog3 10 5

6 DBMS Data Base Management System Sistemi software per la gestione di collezioni di dati che siano: grandi, condivise, persistenti assicurando: affidabilità e privatezza BASE DI DATI = collezione di dati gestita da un DBMS 11 Modello logico e fisico dei dati DATI BASE DI DATI = DATI + DBMS Modello logico: regole per strutturare i dati secondo certe proprietà + operazioni sui dati Modello fisico: rappresentazione dello schema logico mediante strutture fisiche di memorizzazione. Es.: file, liste, alberi,

7 utente Schema esterno DBMS: Architettura ANSI/SPARC utente Schema esterno utente Schema esterno Schema logico Schema fisico DATI 13 I linguaggi nei DBMS DDL: data definition language definisce gli schemi esterni, logici, fisici e le autorizzazioni d accesso DML: data manipulation language consente di interrogare e di aggiornare la base di dati Nelle basi di dati relazionali (che vedremo), SQL contiene entrambe le funzionalità 14 7

8 Progettazione di basi di dati Problema: quali informazioni inserire in una base di dati e quali legami esistono tra di esse? Schema concettuale di una base di dati da cui ricavare la struttura dei dati secondo il modello logico del DBMS (schema logico) Uno strumento per esprimere schemi concettuali: i diagrammi Entità-Relazione (E-R) 15 I diagrammi E-R Entità: classi di oggetti rilevanti Relazioni: legami tra entità Attributi: descrivono proprietà rilevanti di entità e relazioni ENTITA RELAZIONE attributo 16 8

9 Uno schema concettuale E-R per una base di dati in cui archiviare studenti, materie e relativi esami matricola nome cognome STUDENTE data ESAME voto MATERIA nome titolare 17 Identificatori Gruppi di attributi che identificano univocamente le occorrenze di un entità identificatore singolo identificatore multiplo matricola nome cognome STUDENTE data ESAME voto MATERIA nome titolare 18 9

10 Cardinalità delle relazioni molti a molti (N-N): STUDENTE N ESAME N MATERIA Ogni studente può aver sostenuto più esami Ogni esame può essere stato dato da più studenti 19 Cardinalità delle relazioni uno a molti (1-N): STUDENTE 1 N ISCR CdL Ogni studente è iscritto ad un corso di laurea Ogni corso di laurea può avere più iscritti 20 10

11 Cardinalità delle relazioni uno a uno (1-1): DIRETTORE 1 1 DIRIGE DIPART Ogni direttore dirige un dipartimento Ogni dipartimento ha un direttore 21 Il modello relazionale I dati vengono strutturati in tabelle Tabella: STUDENTI(matr, nome, cognome) STUDENTI matr nome cognome Carlo Rossi Mario Verdi Franco Verdi Daniele Rossi Campi: colonne della tabella Record: righe della tabella 22 11

12 Schema e istanze STUDENTE(Matricola, Cognome, Nome, Data di Nascita), CORSO(Codice, Titolo, Docente), ESAME(Studente, Voto, Corso) Schema STUDENTE Matricola Cognome Nome Data di Nascita 6554 Rossi Mario 5/12/ Neri Paolo 3/11/ Verdi Luisa 12/11/ Rossi Maria 1/2/1978 MATERIA Codice Titolo Docente 01 Analisi Neri 02 Chimica Bruni 04 Chimica Verdi Istanza ESAME Studente Voto Corso I legami tra i dati Il modello relazionale è basato sui valori STUDENTE Matricola Cognome Nome Data di Nascita 6554 Rossi Mario 5/12/ Neri Paolo 3/11/ Verdi Luisa 12/11/ Rossi Maria 1/2/1978 MATERIA Codice Titolo Docente 01 Analisi Neri 02 Chimica Bruni 04 Chimica Verdi ESAME Studente Voto Corso

13 Vincoli di integrità Proprietà che le istanze devono soddisfare Tipi di vincoli intrarelazionali: su campi, su record, su tabella interrelazionali: su più tabelle (integrità referenziale) 25 Esempi di vincoli Studenti Matricola Cognome Nome Nascita Rossi Maria 23/04/ Neri Anna 23/04/ Verdi Fabio 12/02/1972 Con tabella Studenti Esami Studente Voto Lode Corso e lode e lode 03 Corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Giani Vincoli Interrelazionali 03 NULL NULL 02 Chimica Belli Vincolo su tabella Vincolo su record Vincolo su campo Vincoli Intrarelazionali 26 13

14 Chiave Insieme minimale di attributi che identifica univocamente i record di una tabella Matr Nome Cognome 301 Carlo Rossi 302 Marco Neri 311 Guido Mauro STUDENTE ESAME Matricola Cognome Nome Esame Data Voto 6554 Rossi Mario Informatica 5/12/ Rossi Mario Matematica 3/2/ Rossi Mario Fisica 3/2/ Chiave esterna e integrità referenziale Attributo/i che costituiscono la chiave di un altra tabella Vincolo di integrità referenziale Studenti Matricola Cognome Nome Nascita Rossi Maria 23/04/ Neri Anna 23/04/ Verdi Fabio 12/02/1972 Esami Studente Voto Lode Corso Fisica Analisi Analisi e lode Algebra 28 14

15 Dai diagrammi E-R alle tabelle molti a molti (N-N): matr nome voto id N N STUDENTE ESAME MATERIA nome cognome STUDENTE(matr, nome, cognome) MATERIA(id, nome) ESAME(matr, id, voto) 29 Dai diagrammi E-R alle tabelle uno a molti (1-N): matr nome anno id 1 N STUDENTE ISCR CdL nome cognome STUDENTE(matr, nome, cognome, cdl, anno) CdL(id, nome) A volte è preferibile tradurre come nel caso N-N 30 15

16 Dai diagrammi E-R alle tabelle uno a uno (1-1): matr nome anno id 1 1 DIRETTORE DIRIGE DIPART nome cognome DIRETTORE(matr, nome, cognome, id, nome-dip, anno) A volte è preferibile tradurre come nel caso 1-N 31 Query (interrogazioni) Query: estrazione da un data base di informazioni che soddisfa certe proprietà Come esprimere le query: SQL: Structured Query Language QBE: Query by Example di Access Algebra relazionale: un linguaggio formale... In comune hanno un insieme di operatori 32 16

17 Operatori su tabelle Operatori insiemistici: unione intersezione differenza Operatori relazionali: proiezione selezione join (naturale) binari unari binario 33 Operatori insiemistici: unione L unione di due tabelle con attributi compatibili è una tabella con lo stesso schema contenente l unione dei record CICLISMO CF Cognome Eta` RSSX Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 CALCIO CF Cognome Eta` RSSY Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 CICLISMO CALCIO CF Cognome Eta` RSSX Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 RSSY Rossi 20 Appassionati di ciclismo o di calcio 34 17

18 Operatori insiemistici: intersezione L intersezione di due tabelle con attributi compatibili è una tabella con lo stesso schema contenente l intersezione dei record CICLISMO CF Cognome Eta` RSSX Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 CALCIO CF Cognome Eta` RSSY Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 CICLISMO CALCIO CF Cognome Eta` NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 Appassionati di ciclismo e di calcio 35 Operatori insiemistici: differenza La differenza di due tabelle con attributi compatibili è una tabella con lo stesso schema contenente i record presenti nella prima ma non nella seconda CICLISMO CF Cognome Eta` RSSX Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 CALCIO CF Cognome Eta` RSSY Rossi 20 NRXY Neri 21 VRDX Verdi 20 CICLISMO - CALCIO CF Cognome Eta` RSSX Rossi 20 Appassionati di ciclismo ma non di calcio CALCIO - CICLISMO CF Cognome Eta` RSSY Rossi 20 Appassionati di calcio ma non di ciclismo 36 18

19 Operatori relazionali: proiezione La proiezione su una tabella produce una tabella con gli attributi specificati e contenente gli stessi record ristretti Matricola Nome Cognome CdL Paolo Rossi Fisica Piero Bianchi Matematica Piero Verdi Informatica Marco Rossi Lettere Elencare cognomi e nomi degli studenti STUDENTI π Cognome,Nome (STUDENTI) Cognome Nome Rossi Paolo Bianchi Piero Verdi Piero Rossi Marco 37 Operatori relazionali: selezione La selezione su una tabella produce una tabella con gli stessi attributi contenente record che soddisfano un certo predicato Matricola Nome Cognome CdL Paolo Rossi Fisica Piero Bianchi Matematica Piero Verdi Informatica Marco Rossi Lettere STUDENTI Quali sono gli studenti con nome Piero o iscritti a Fisica? σ Nome = Piero or CdL = Fisica (STUDENTI) Matricola Nome Cognome CdL Paolo Rossi Fisica Piero Bianchi Matematica Piero Verdi Informatica 38 19

20 Operatori relazionali: prodotto cartesiano Il prodotto di due tabelle produce una tabella con l unione degli attributi contenente le concatenazioni dei record STUDENTI Cognome Rossi Bianchi Corso Fisica Fisica Nome Fisica Matematica Materia Meccanica Algebra CdL Tutte le possibili concatenazioni tra record STUDENTI CdL Cognome Corso Nome Materia Rossi Fisica Fisica Meccanica Rossi Fisica Matematica Algebra Bianchi Fisica Fisica Meccanica Bianchi Fisica Matematica Algebra 39 Operatori relazionali: join Il join tra due tabella produce una tabella con l unione degli attributi contenente le concatenazioni dei record concordanti sugli attributi comuni STUDENTE Matricola Cognome Nome 6554 Rossi Mario 8765 Neri Paolo 9283 Verdi Luisa 3456 Rossi Maria Situazione esami degli studenti Matricola Voto Corso Analisi Fisica Fisica STUDENTI ESAME Matricola Cognome Nome Voto Corso 3456 Rossi Maria 30 Analisi 3456 Rossi Maria 24 Fisica 9283 Verdi Luisa 28 Fisica ESAME 40 20

21 Esercitazione Consideriamo la seguente basi di dati per l archiviazione di noleggi di CD CLIENTE Cognome Nome ID-Cliente Rossi Paolo 10 Bianchi Maria 11 Verdi Carlo 9 CD ID-CD Titolo Artista 1 Up REM 2 October U2 3 Syncronicity Police NOLEGGIO ID-Cliente ID-CD data /7/ /9/ /2/ /3/2003 CLIENTE(Cognome, Nome, ID-Cliente) CD(ID-CD, Titlo, Artista) NOLEGGIO(ID-Cliente, ID-CD, data) 41 Esempi di query Eseguire le seguenti query: a) Artista e titolo dei cd noleggiati dal signor Paolo Rossi; b) Nome e cognome dei clienti che hanno noleggiato cd dei REM; c) Titolo dei cd che sono stati noleggiati dal cliente avente codice 10 oppure dal cliente avente codice