Laboratorio di Informatica

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1 Laboratorio di Informatica Corso di Laurea Interfacoltà in Biotecnologie Lezione 3: Basi di Dati Lucido 1

2 Scopo della lezione Definire cos è una base di dati e un sistema di gestione della base di dati Descrivere il modello dei dati Relazionale Esemplificare l accesso l ai dati Lucido 2

3 Informazioni e Dati I dati sono fatti elementari, informazioni codificate, che hanno bisogno di essere interpretate per fornire conoscenza (cioè informazioni). Esempio: Si consideri un dato rappresentato dal numero 3: tale dato non fornisce alcuna informazione, Viceversa, dire che 3 è il numero degli anni di corso del corso di Laurea in Informatica fornisce una informazione. Lucido 3

4 Informazioni e Dati Nei sistemi informatici (e non solo in essi) le informazioni sono rappresentate attraverso i dati. Informazione: : tutto ciò che produce variazioni nel patrimonio conoscitivo di un soggetto Dato: : una registrazione della descrizione di una qualsiasi caratteristica della realtà su un supporto che ne garantisca la conservazione e, mediante un insieme di simboli, ne garantisca la comprensibilità e la reperibilità. Lucido 4

5 Informazioni e Dati La rappresentazione dei dati consiste in: Organizzazione logica: : blocchi di dati di varia natura (record), tabelle, grafici, ecc. Codifica delle singole componenti: : testo, numeri, pixel, ecc. Formato fisico: : celle di memoria, file su disco. Esempio: nella tavola periodica, ogni elemento è rappresentato da: Record: simbolo, numero atomico, peso atomico, distribuzione degli elettroni nelle orbite degli atomi (campi del record) Codifica: testuale, numerica Formato fisico: scritte su foglio cartaceo o file su disco. Lucido 5

6 Base di Dati Definizione generica Collezione di dati, utilizzati per rappresentare le informazioni di interesse per un organizzazione, un programma, o un individuo La raccolta dei dati anagrafici degli abitanti La raccolta dei dati sulle sequenze di DNA La raccolta dei dati relativi al curriculum scolastico degli studenti Definizione Collezione di dati gestita da un DBMS Lucido 6

7 DBMS Sistema di Gestione della Base di Dati - Data Base Management System Programma che gestisce raccolte di dati: Immissione, memorizzazione, cancellazione; Accesso, elaborazione, trasferimento; Dai dati all informazione. Presentazione e visualizzazione dell informazione; Lucido 7

8 DBMS Data Base Management System è un sistema (prodotto software) in grado di gestire collezioni di dati che siano: Grandi Persistenti Condivise Garantendo: Affidabilità Privatezza Efficienza Lucido 8

9 DBMS - Esempi Sistema di prenotazione dei voli Sistema per la gestione delle cartelle cliniche Sistema di supporto all acquisto acquisto di beni on- line Sistema per la gestione della biblioteca Sistema per la gestione dei dati del genoma Lucido 9

10 DBMS Il DBMS è un sistema software che Nasconde il formato fisico dei dati Formato dei dati nei file File diversi per insiemi di dati di tipo diverso Nome dei file/posizione dei file nel disco La sequenza di cartelle in cui si trovano i file Accesso diretto ai dati sul supporto fisico Interfaccia a disposizione dell utente Offre una visione concettuale dei dati Lucido 10

11 DBMS Il DBMs è un sistema software che Permette di condividere i dati Assenza di repliche (a livello logico) Concorrenza degli accessi da parte di più utenti Garantisce l integritl integrità dei dati I dati devono rappresentare informazioni corrette Garantisce la privatezza Controlla gli accessi secondo le autorizzazioni degli utenti Lucido 11

12 DBMS Il DBMS è un sistema software che Gestisce grandi quantità di dati persistenti È efficiente Acquisizione, ricerca, ordinamento È efficace Migliora la produttività di chi lo usa È affidabile Resiste a malfunzionamenti hw e sw Lucido 12

13 DBMS DBMS commerciali Oracle Informix IBM DB2 SQL Server Microsoft Access DBMS freeware (open source) MySQL (Linux( Linux,, Windows) PostgressSQL (Linux( Linux) Lucido 13

14 DBMS Vantaggi dati come risorsa comune Modello standardizzato dei dati Controllo centralizzato dei dati Consistenza e unicità dei dati Indipendenza delle applicazioni dai dati Efficienza degli accessi Svantaggi Costi (diretti e indiretti) Ridondanza dei servizi rispetto alle esigenze Lucido 14

15 Utenti del DBMS Amministratore del DB Usa il Data Definition Language (DDL) per definire lo schema logico della base di dati Viene compilato per produrre le strutture dati Programmatore applicativo Programma le applicazioni usando il Data Manipulation Language (DML) per definire le operazioni sui dati Utente finale Esegue le applicazioni (transazioni) usando il Query Language (QL) (es. SQL) per interrogare la base di dati ed eseguire operazioni sui dati Lucido 15

16 Uso di un DBMS Definizione della struttura generale dei dati, o schema Caratteristiche invarianti nel tempo Definizione delle operazioni possibili sui dati Immissione dei dati (istanze) Valori attuali Esecuzione di transazioni/interrogazioni Lucido 16

17 Esempio Schema Istanza simbolo Numero atomico Peso atomico Distribuzione degli elettroni Raggio atomico K Lucido 17

18 Transazioni Programmi che realizzano attività frequenti e predefinite, con poche eccezioni, previste a priori: Versamento presso uno sportello bancario; Emissione di certificato anagrafico; Dichiarazione presso l ufficio di stato civile; Prenotazione aerea; Le transazioni sono di solito realizzate con programmi in linguaggio ospite (tradizionale o ad hoc) Le operazioni che le compongono sono eseguite tutte, o nessuna atomicità Lucido 18

19 Modello dei Dati Un modello dei dati è un insieme di strumenti concettuali, o formalismo, che consta di tre componenti fondamentali: un insieme di strutture dati una notazione per specificare i dati tramite le strutture dati del modello un insieme di operazioni per manipolare i dati Lucido 19

20 Modello dei Dati I modelli dei dati permettono di rappresentare la realtà di interesse per un certo insieme di applicazioni concetti rilevanti alla base di tale rappresentazione: Entità: "oggetto" della realtà applicativa di interesse, esistente e distinguibile da tutti gli altri Attributo: una proprietà significativa, ai fini della descrizione della realtà applicativa di interesse, di una data entità Ogni entità è pertanto caratterizzata da uno o più attributi; un attributo assume uno o più valori, detti valori dell'attributo, da un insieme di valori possibili detto dominio dell'attributo Lucido 20

21 Modello dei Dati Insieme di entità. raggruppa un insieme di "oggetti" con le stesse caratteristiche; in altre parole, raggruppa entità "simili" aventi gli stessi attributi, anche se non necessariamente gli stessi valori per tali attributi Chiave. Un insieme di attributi i cui valori identificano univocamente una entità in un dato insieme di entità costituisce una chiave per l'insieme di entità Associazione. una corrispondenza tra gli elementi di due (o più) insiemi di entità Lucido 21

22 Modello dei Dati - Esempio Si consideri la realtà applicativa relativa agli impiegati ed ai dipartimenti: Entità: : Mario Rossi, il dipartimento 30 Insieme di entità: : l insieme l di tutti gli impiegati, l insieme di tutti i dipartimenti Attributi: : nome di impiegato, stipendio, mansione, numero di dipartimento, nome di dipartimento Associazione: : il fatto che Mario Rossi lavora nel dipartimento 30 Lucido 22

23 Modello dei Dati Qualsiasi modello dei dati deve rispondere a due domande fondamentali: 1. come rappresentare le entità e i loro attributi, 2. come rappresentare le associazioni. La maggioranza dei modelli usa strutture come il record, in cui ogni componente rappresenta un attributo. I modelli differiscono notevolmente in questo aspetto. Lucido 23

24 Il Modello Relazionale I dati sono modellati da relazioni. Una relazione definisce l insieme l delle caratteristiche di un dato in termini matematici: relazione: sottoinsieme del prodotto cartesiano di più insiemi A = (a1,a2,a3), B = (b1,b2) AxB = (<a1,b1>, <a1,b2>, <a1,b1>, <a2,b2>, <a3,b1>, <a3,b2>) R AxB = (<a1,b1>, <a1,b2>, <a3,b1>) la teoria delle relazioni è alla base del modello Lucido 24

25 Esempio Dati: gas nobili Caratteristiche: nome, simbolo, n. atomico Nome: A = (elio, neon, argon,cripto, xeno,radon) Simbolo: B = (He( He,, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) N. atomico: C= (2, 10, 18, 36, 54, 86) dati AxBxC = (<elio, He,, 2>, <neon, Ne, 10>, <argon, Ar,, 18>, <cripto, Kr,, 36>, <xeno, Xe,, 54>, <radon, Rn,, 86>) Lucido 25

26 Il Modello Relazionale Una relazione può essere vista come una tabella Ciascuna riga rappresenta un elemento della relazione: Una tupla della relazione; Un record; Individua un dato; Le righe sono diverse tra loro. Ciascuna colonna rappresenta un insieme di entità: I valori di ciascuna colonna sono di tipo omogeneo; Individua un attributo dei dati. Lucido 26

27 Tabelle: rappresentazione di relazioni attributi o campi Tuple nome simbolo n. atomico elio He 2 neon argon cripto xeno radon Ne Ar Kr Xe Rn Lucido 27

28 Il Modello Relazionale Ciascun campo è caratterizzato da Nome del campo Tipo di dato Dimensione del dato Le tuple sono caratterizzate dai campi che le compongono Schema relazionale Nelle tabelle l ordine l delle colonne e delle righe è irrilevanti Le tabelle sono strutture non posizionali Lucido 28

29 Il Modello Relazionale La base di dati è una raccolta di tabelle Ogni tabella è costituita da record (tuple( tuple) omogenei Lo schema della base di dati è l insieme di tutti gli schemi relazioni che rappresentano i dati elementari e delle relazioni definite su di essi. Una tabella raccoglie i dati su un argomento Informazioni aggiuntive si ottengono operando sulle tabelle Selezionando solo i record che soddisfano una proprietà Selezionando tutti i valori per specifici campi Lucido 29

30 Esempio Schema della base di dati schemi relazionali: Corsi, Aule, CorsiSedi relazioni: : vedi pag. successiva Corsi Corso Aule Docent e Semest re Aula Edificio Piano CorsiSedi Corso Aula Edificio Piano Lucido 30

31 Esempio Continua Dalla base di dati contenente Corsi, Aule, CorsiSedi, si ricava DoveQuando Corsi Corso Docente Semestre Basi di dati Rossi I Sistemi Neri II Reti Bruni II Controlli Bruni I Aule Aula Edificio Piano DS1 Ex-OMI Terra N3 Ex-OMI Terra G Pincherle Primo CorsiSedi Corso Aula Edificio Piano Sistemi N3 Ex-OMI Terra Reti N3 Ex-OMI Terra Controlli G Pincherle Primo DoveQuando Corso Aula Semestre Sistemi N3 II Reti N3 II Controlli G I Lucido 31

32 Il Modello Relazionale Le operazioni sono indipendenti dalla realizzazione fisica della tabella. I riferimenti fra i dati in tabelle diverse sono rappresentati da valori degli attributo comuni alle tabelle. Lucido 32

33 Il Modello Relazionale Chiave primaria Insieme di attributi che identificano univocamente i record di una o più tabelle Vista È una proiezione della base di dati Risultato di normali operazioni (select( select) ) sulle tabelle Permette di limitare gli accessi in funzione dei privilegi del ruolo ricoperto dall utente Lucido 33

34 Accesso ai Dati Le operazioni possibili sulla base di dati devono permetterne la creazione l aggiornamento la selezione di record (tuple) che soddisfino dei criteri definiti dall utente la selezione di tutti i valori di uno o più campi la combinazione di tabelle per crearne altre Lucido 34

35 Accesso ai Dati Le operazioni sono un sottinsieme delle operazioni dell algebra relazionale unione intersezione differenza prodotto cartesiano decomposizione orizzontale (select) proiezione verticale (project) combinazione naturale (join) Lucido 35

36 Accesso ai Dati I DBMS implementano operazioni relazionali e operazioni procedurali operazioni relazionali: Select(r,c) Insieme delle tuple della relazione r che soddisfano una condizione c Project(r,(a 1,..., a n )) Insieme delle tuple di r definito su un sottoinsieme degli attributi (campi) originali di r Join(r,s,r.a,s.a) Insieme delle tuple ottenute concatenando le tuple di r e di s aventi in comune una chiave a Lucido 36

37 Accesso ai Dati Select in SQL Dove: Select Ri1, Ri2,,, Rin From R1,R2,,, Rk Where F R1,R2,,Rk Rk è una lista di nomi distinti di relazioni Ri1,Ri2, Rin Rin è una lista di nomi di colonne La nozione R.C indica la colonna di nome C della relazione R F è un predicato Lucido 37

38 Accesso ai Dati Join L operazione di join è importante perché permette di correlare dati rappresentati da relazioni diverse SQL non prevede una operazione di join espilicita. Un predicato di join esprime una relazione che deve essere verificata dalle tuple del risultato dell interrogazione. Esempio: determinare il nome del dipartimento in cui lavora l impiegato l Rossi. Select nome from impiegati, dipartimenti where nome= Rossi Rossi and impiegati.dip# = dipartimenti.dip# Il predicato Lab. di join di Informatica: è: Basi di Dati Lucido 38

39 Accesso ai Dati I DBMS implementano operazioni relazionali e operazioni procedurali operazioni procedurali: insert-into(r, into(r, valore) aggiunge la nuova tupla valore nella relazione r delete-from(r, valore) elimina la tupla valore dalla relazione r update(r, valore) aggiorna i campi della relazione r specificati da valore Lucido 39

40 Accesso ai Dati Si accede ai dati mediante interrogazioni Le interrogazioni, o query estraggono dati dalla base di dati si eseguono specificando criterio di ricerca insieme di campi tabelle su cui applicare la ricerca ordine in cui eseguire la ricerca possono essere specificate graficamente o testualmente (QBE, SQL) Lucido 40

41 Accesso ai Dati Le interrogazioni non modificano i dati contenuti in una base di dati, vi accedono solo in lettura. In una base di dati relazionale ogni interrogazione si riduce alla costruzione di una nuova tabella, detta VISTA poiché non è fisicamente presente nella base dati, ma è estratta da essa. Lucido 41

42 Accesso ai Dati I dati sono identificati dalla chiave esempio: si consideri la relazione studente matricola cognome&nome corso nascita immatricolazione matricola è una chiave unica per ciascuno studente (cognome&nome, nascita) potrebbe non essere una chiave due studenti con stessi dati tutti gli attributi che definiscono la relazione costituiscono una chiave non esistono record duplicati Lucido 42

43 Accesso ai Dati Le chiavi sono: lo strumento con cui vengono correlati i dati in relazioni diverse la garanzia della possibilità di accedere a ciascun dato della base di dati usate per le interrogazioni e l ordinamento l dei dati Lucido 43

44 Esempio Relazione Impiegato nome cognome codice fiscale matricola indirizzo Piero Bianchi PRIBNC37M70F455Z Via pola 1, bresso Mario Rossi MRIRSS63L61G388Y Via verdi 2,milano Relazione Impiego titolo codice qualità livello reparto meccanico 36 BY8 Quadro officina Assistente vendite 12 AX3 quadro vendite Relazione Incarico matricola codice impiego data inizio data fine /02/1997 null /03/ /12/1998 Lucido 44

45 esempio Nuova = SELECT from Impiegato where matricola == nome cognome codice fiscale matricola indirizzo Mario Rossi MRIRSS63L61G388Y Via verdi 2,milano matricola: chiave Posta = PROJECT nome, cognome, indirizzo from nome Impiegato cognome indirizzo Piero Bianchi Via pola 1, bresso Mario Rossi Via verdi 2,milano (nome,cognome, indirizzo): chiave Lucido 45

46 esempio Carriera = JOIN Impiegato and Incarico where Impiegato.matricola == Incarico.matricola cognome codice fiscale matricola indirizzo codice data inizio dat impiego Bianchi PRIBNC37M70F455Z Via pola 1, 36 20/ nul bresso Rossi MRIRSS63L61G388Y Via verdi 2,milano 12 12/03/ / matricola: chiave nota: Nuova, Posta, Carriera sono tutte viste Lucido 46