Basi di Dati Relazionali

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1 Corso di Laurea in Informatica Basi di Dati Relazionali a.a

2 PROGETTAZIONE DI UNA BASE DI DATI Raccolta e Analisi dei requisiti Progettazione concettuale Schema concettuale Progettazione logica Schema logico Progettazione fisica Schema fisico

3 PROGETTAZIONE DELLA BASE DI DATI

4 RICAPITOLANDO FASI E STEP DEL PROGETTO 1. ANALISI E PROGETTAZIONE CONCETTUALE 2. PROGETTAZIONE LOGICA DELLA BASE DI DATI 3. PROGETTAZIONE FISICA ED IMPLEMENTAZIONE DELLA BASE DI DATI

5 STEP 1: PROGETTAZIONE CONCETTUALE 1.Analisi e progettazione concettuale 1.1 Raccolta e Analisi dei requisiti 1.2 Progettazione dello schema Entità Relazione (E R) 1.3 Specifica delle funzioni per operare sui dati 1.4 Stima del carico applicativo del sistema informatico Il prodotto è lo Schema Concettuale.

6 STEP 2: PROGETTAZIONE LOGICA 2. Progettazione logica della base di dati 2.1 Ristrutturazione dello schema E R in uno schema E R semplificato orientato al modello relazionale 2.2 Traduzione dello schema E R ristrutturato in schema relazionale. Il prodotto è lo Schema Logico.

7 STEP 3: PROGETTAZIONE FISICA 3. Progettazione fisica ed implementazione della base di dati 3.1 Realizzazione della base di dati sul DBMS relazionale open source MySQL Popolamento delle tabelle 3.3 Realizzazione delle interrogazioni per operare sui dati Il prodotto è lo Schema Fisico.

8 MODELLI DI DATI I prodotti della varie fasi della progettazione sono schemi basati su specifici modelli di dati: Schema concettuale modello concettuale Schema logico modello logico Schema fisico modello logico + parametri fisici

9 MODELLI DEI DATI ADOTTATI Schema concettuale: Modello Entità Relazione (E R) Schema logico: Modello Relazionale DDL: SQL standard Schema fisico: Modello relazionale + strutture fisiche DDL: SQL supportato dal DBMS scelto (MySQL 5.0)

10 PROGETTAZIONE LOGICA OBIETTIVO: Tradurre" lo schema concettuale in uno schema logico che rappresenti gli stessi dati in maniera corretta ed efficiente

11 PROGETTAZIONE LOGICA Obiettivo: Rappresentare i dati della realtà d interesse in termini dei costrutti logici di una classe di DBMS (quelli basati su un determinato modello logico) Input: Schema concettuale (output della progettazione concettuale) Modello logico DBMS scelto (conforme al modello logico scelto) Previsioni del carico applicativo (per ottimizzare la base di dati rispetto ad esso) Output: Schema logico + documentazione associata Qualità: Correttezza e completezza della rappresentazione Efficienza della manipolazione dei dati

12 PROGETTAZIONE LOGICA Non si tratta di una pura e semplice traduzione: alcuni aspetti non sono direttamente rappresentabili è necessario considerare le prestazioni

13 Progettazione logica Carico applicativo Schema E-R Ristrutturazione dello schema E-R Modello logico Schema E-R ristrutturato Traduzione nel modello logico Schema logico

14 RISTRUTTURAZIONE SCHEMA E-R Motivazioni: semplificare la traduzione "ottimizzare" le prestazioni Osservazione: uno schema E R ristrutturato non è (più) uno schema concettuale nel senso stretto del termine

15 Analisi delle prestazioni Consideriamo indicatori dei parametri che regolano le prestazioni: Spazio(occupazione di memoria): numero di occorrenze previste Tempo(costo di una operazione): numero di occorrenze (di entità e relationship) visitate durante un operazione

16 Analisi delle prestazioni Per lo studio di questi parametri servono le seguenti informazioni: Volume dei dati: numero di occorrenze di ogni entità e associazione dimensioni di ciascun attributo (di entità e associazione) Caratteristiche delle operazioni: Tipo di operazione (interattiva o batch) Frequenza (numero medio di esecuzione in un certo intervallo di tempo) Dati coinvolti (entità e/o associazioni)

17 ATTIVITÀ DELLA RISTRUTTURAZIONE Analisi delle ridondanze Eliminazione delle generalizzazioni Partizionamento/accorpamento di entità e relazioni Scelta degli identificatori primari

18 Analisi delle ridondanze Presenza di un dato che può essere derivato(attraverso una serie di operazioni) da altri dati. Vantaggi: riduzione degli accessi necessari per calcolare il dato derivato Svantaggi: maggiore occupazione di memoria e necessità di effettuare operazioni aggiuntive per tenere aggiornato il dato derivato.

19 Analisi delle ridondanze La decisione se mantenere o eliminare un dato ridondante va presa confrontando: il costo di esecuzione delle operazioni che coinvolgono il dato ridondante relativa occupazione di memoria nei casi di: presenza della ridondanza assenza della ridondanza

20 FORME DI RIDONDANZA Attributi derivabili: da altri attributi della stessa entità (o associazione) da attributi di altre entità (o associazione) attraverso il conteggio di occorrenze Relazioni derivabili dalla composizione di altre relazioni in presenza di cicli

21 Esempio O2 Numero abitanti (1,1) (1,n) PERSONA Residenza CITTA Città O1 Operazione O1: memorizza una nuova persona con relativa città di residenza Operazione O2: stampa tutti i dati di una città (incluso il numero di abitanti)

22 ANALISI DELLE PRESTAZIONI La valutazione si fa sulla base delle: Tavola dei Volumi Tavola delle Operazioni Tavola degli accessi In presenza di ridondanza In assenza di ridondanza (sulla base di uno schema di navigazione)

23 Concetto Schema E-R TAVOLA DEI VOLUMI Tipo (Entità/Relazione) Volume Città E 200 Persona E Residenza R

24 TAVOLA DELLE OPERAZIONI Operazione Tipo Frequenza (Interattiva/Batch) Op. 1 I 500 al giorno Op. 2 I 2 al giorno

25 TAVOLE DEGLI ACCESSI IN PRESENZA DI RIDONDANZA Costo Operazione 1 (in presenza di ridondanza): Concetto Costrutto Accesso Tipo Persona E 1 S Città E 1 L Residenza R 1 S Città E 1 S Un accesso in scrittura alla entità PERSONA Un accesso in lettura per cercare la CITTA di interesse Un accesso in scrittura all associazione RESIDENZA Un accesso in scrittura per incrementare il numero di abitanti in CITTA Il tutto ripetuto per 500 volte al giorno per un totale di 3 x 500 = 1500 accessi in scrittura 1 x 500 = 500 accessi in lettura

26 TAVOLE DEGLI ACCESSI IN PRESENZA DI RIDONDANZA Costo Operazione 1 (in assenza di ridondanza): Concetto Costrutto Accesso Tipo Città E 1 L Il costo è trascurabile in quanto richiede un solo accesso in lettura all entità CITTA da ripetere 2 volte al giorno.

27 ESEMPIO DI VALUTAZIONE DI COSTO In presenza di ridondanza: supponendo che un accesso in scrittura abbia costo doppio rispetto all accesso in lettura: in totale 1500 x = 3500 accessi al giorno

28 Tavole degli accessi in assenza di ridondanza Costo Operazione 1 (in assenza di ridondanza): Concetto Costrutto Accessi Tipo Persona E 1 S Città E 1 L Residenza R 1 S Un accesso in scrittura alla entità PERSONA Un accesso in lettura per trovare la Città di interesse Un accesso in scrittura all associazione RESIDENZA Il tutto ripetuto per 500 volte al giorno per un totale di 2 x 500 = 1000 accessi in scrittura 1 x 500 = 500 accessi in lettura

29 Costo Operazione 2 (in assenza di ridondanza): Tavole degli accessi in assenza di ridondanza Concetto Costrutto Accessi Tipo Città E 1 L Residenza R 5000 L Un accesso in lettura all entità CITTA (trascurabile), 5000 accessi in lettura all associazione RESIDENZA in media (numero di persone/numero di città) per calcolare il numero di abitanti di questa città, Il tutto ripetuto per 2 volte al giorno per un totale di 5000 x 2 = accessi in lettura al giorno.

30 ESEMPIO DI VALUTAZIONE DI COSTO In assenza di ridondanza: Supponendo che un accesso in scrittura abbia costo doppio rispetto all accesso in lettura Abbiamo in totale (1000 x ) = accessi al giorno in caso di assenza di ridondanza.

31 ESEMPIO DI VALUTAZIONE DI COSTO Riassumendo: presenza di ridondanza: 3500 accessi al giorno assenza di ridondanza: accessi al giorno Conclusioni: Eliminare il dato ridondante comporterebbe: 9000 accessi giornalieri in più rispetto al caso di dato ridondante presente un risparmio di un solo Kbyte Allora conviene in questo caso mantenere il dato ridondante

32 ATTIVITÀ DELLA RISTRUTTURAZIONE Analisi delle ridondanze Eliminazione delle generalizzazioni Partizionamento/accorpamento di entità e relazioni Scelta degli identificatori primari

33 ELIMINAZIONE DELLE GERARCHIE il modello relazionale non può rappresentare direttamente le generalizzazioni entità e relazioni sono invece direttamente rappresentabili si eliminano perciò le gerarchie, sostituendole con entità e relazioni

34 Eliminazione delle gerarchie 1. accorpamento delle figlie della generalizzazione nell entità padre 2. accorpamento dell entità padre della generalizzazione nelle entità figlie 3. sostituzione della generalizzazione con relazioni

35 A01 1. Accorpamento dell entità figlie nell entità padre A02 E0 R1 E3 E1 E2 R2 A11 A21 E4

36 A11 A21 (0,1) (0,1) A01 E0 TIPO 1.Accorpamento delle entità figlie nell entità padre A02 R1 E3 (0,..) R2 E4

37 2. Accorpamento dell entità padre nelle entità figlie A01 A02 E0 R1 E3 E1 E2 R2 A11 A21 E4

38 2. Accorpamento dell entità padre nelle entità figlie R11 R12 E3 E1 E2 R2 A01 A11 A02 A01 A21 A02 E4

39 3. Sostituzione della generalizzazione con relazioni A01 A02 E0 R1 E3 E1 E2 R2 A11 A21 E4 Corso di Basi di Dati Relazionali Laboratorio Gruppo B

40 3. Sostituzione della generalizzazione con relazioni A01 A02 E0 R1 E3 RG1 (0,1) (1,1) (0,1) (1,1) RG2 E1 E2 R2 A11 A21 E4

41 Strategia per la eliminazione delle generalizzazioni La scelta fra le alternative si può fare con metodo simile a quello visto per l'analisi delle ridondanze (però non basato solo sul numero degli accessi) E possibile seguire alcune semplici regole generali: 1. conviene se gli accessi al padre e alle figlie sono contestuali 2. conviene se gli accessi alle figlie sono distinti 3. conviene se gli accessi alle entità figlie sono separati dagli accessi al padre sono anche possibili soluzioni ibride, soprattutto in gerarchie a più livelli

42 A01 A02 Soluzione Ibrida E0 R1 E3 E1 E2 R2 A11 A21 E4

43 Soluzione ibrida A01 A02 E0 R1 E3 E2 A21 R2 E4

44 Soluzione ibrida A01 A02 A11 (0,1) E0 R1 E3 TIPO (0,1) (1,1) RG2 E2 R2 A21 E4

45 ATTIVITÀ DELLA RISTRUTTURAZIONE Analisi delle ridondanze Eliminazione delle generalizzazioni Partizionamento/accorpamento di entità e relazioni Scelta degli identificatori primari

46 PARTIZIONAMENTO/ACCORPAMENTO DI ENTITÀ E RELAZIONI Ristrutturazioni effettuate per rendere più efficienti le operazioni Gli accessi si riducono: separando attributi di un concetto che vengono acceduti separatamente raggruppando attributi di concetti diversi acceduti insieme

47 ESEMPI DI PARTIZIONAMENTO/ ACCORPAMENTO partizionamento verticale di entità partizionamento orizzontale di entità/relationship eliminazione di attributi multivalore accorpamento di entità/ relationship

48 ESEMPIO DI PARTIZIONAMENTO/ACCORPAMENTO Se una delle due entità non è coinvolta in alcuna relazione con altre entità dello schema E/R, le due entità possono essere accorpate

49 ATTIVITÀ DELLA RISTRUTTURAZIONE Analisi delle ridondanze Eliminazione delle generalizzazioni Partizionamento/accorpamento di entità e relazioni Scelta degli identificatori primari

50 SCELTA DEGLI IDENTIFICATORI PRINCIPALI Operazione indispensabile per la traduzione nel modello relazionale Criteri assenza di opzionalità Semplicità (1 o pochi attributi) utilizzo nelle operazioni più frequenti o importanti

51 SCELTA DEGLI IDENTIFICATORI PRINCIPALI Se nessuno degli identificatori soddisfa i requisiti visti? Si introducono nuovi attributi (codici) contenenti valori speciali generati appositamente per questo scopo

52 TRADUZIONE VERSO IL MODELLO RELAZIONALE Idea di base: le entità diventano relazioni sugli stessi attributi le associazioni (ovvero le relazioni E R) diventano relazioni sugli identificatori delle entità coinvolte più gli attributi propri