Banco de Dados e Usuários

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Capítulo 1
Bancos de dados
e usuários de
banco de dados

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Tópicos
 Introdução
 Um exemplo
 Características da abordagem de banco de dados
 Atores em cena
 Trabalhadores dos bastidores
 Vantagens de usar a abordagem de SGBD
 Uma breve história das aplicações de banco de dados
 Quando não usar um SGBD

Visão
 Aplicações de banco de dados tradicionais
 Armazena informações textuais ou numéricas
 Bancos de dados de multimídia
 Armazena imagens, clipes de áudio e streams de vídeo
digitalmente
 Sistemas de informações geográficas (GIS)
 Armazena e analisa mapas, dados sobre o clima e
imagens de satélite

Visão (cont.)
 Sistemas de data warehousing e de processamento
analítico on-line (OLAP)
 Extrair e analisar informações comerciais úteis de
bancos de dados muito grandes
 Ajuda na tomada de decisão
 Tecnologia de tempo real e banco de dados ativo
 Controla processos industriais e de manufatura

Introdução
 Banco de dados
 Definiçao genérica
 Coleção de dados relacionados
 Fatos conhecidos que podem ser registrados e possuem
significado implícito (DADOS)
 Exemplo: access ou excel
 Exemplo: coleção de palavras que compoem a pagina de
um texto de um livro  dados relacionados  banco de
dados

Introdução
 Banco de Dados
 Definição restrita com propriedades
 Minimundo ou universo de discurso (UoD)
 Representa algum aspecto do mundo real
 Mudanças no UoD são refletidas no banco
 Coleção logicamente coerente de dados com algum
significado inerente
 Construído para uma finalidade específica
 Usuários e aplicações previamente concebidos

Introdução
 Banco de Dados
 RESUMINDO
 Tem alguma fonte da qual o dado é derivado
 Tem algum grau de interação com eventos do mundo
real
 Tem um público que está ativamente interessado em
seu conteúdo

Introdução
 Um banco de dados pode ter qualquer tamanho e
qualquer complexidade
 Agenda
• Biblioteca
• Receita federal (imposto de renda):
• Manté o registro dos últimos 3 anos de cada contribuinte
• Cinco formulários por cada contribuinte
• Aproximadamente 400 caracteres cada formulário
• Tamanho do banco, aproximado: 800 gigabytes
• Informação organizada e gerenciada
• Usuários podem consultar, recuperer e atualizar quando
necessário

Introdução (cont.)
 Exemplo de um grande banco de dados comercial
 Amazon.com
 + de 20 milhões de CDS/DVDS, vídeos, jogos, etc.
 Tamanho do banco: + de 2 Teras
 200 computadores diferentes
 15 milhões de visitantes por dia
 Atualização constante
 Banco de dados manual
 Bando de dados digital

 Sistema gerenciador de banco de dados (SGBD)
 Coleção de programas
 Permite aos usuários criar e manter um banco de dados
 Sistema de software de uso geral
 Definição, construção, manipulação e compartilhamento
 Definir um banco de dados
 Especificar os tipos, estruturas e restrições dos dados a
serem armazenados

 Metadados
 Definição ou informação descritiva do banco de dados
 Armazenada pelo SGBD na forma de um catálogo ou
dicionário
 Construção
 É o processo de armazenar os dados em algum meio
controlado pelo SGBD
 Manipulação de um banco de dados
 Consulta e atualização do banco de dados do
minimundo, Geração de relatórios.

 Compartilhamento de um banco de dados
 Permite que diversos usuários e programas acessem
no simultaneamente
 Programa de aplicação
 Acessa o banco de dados ao enviar consultas ao
SGBD
 Consulta
 Resulta na recuperação de alguns dados

 Transação
 Pode fazer que alguns dados sejam lidos e outros,
gravados no banco de dados
 Proteção inclui:
 Proteção de sistema (defeitos ou falhas de hardware ou
software)
 Proteção de segurança (acesso não autorizado ou
malicioso)
 Manter o sistema de banco de dados
 Permite que o sistema evolua à medida que os
requisitos mudam com o tempo

 SISTEMA DE BANCO
DE DADOS
 União do banco de
dados com o software
de SGBD

Um exemplo
 Banco de dados UNIVERSIDADE
 Informações referentes a alunos, disciplinas e notas em
um ambiente universitário
 Registros de dados
 ALUNO
 DISCIPLINA
 TURMA
 HISTORICO_ESCOLAR
 PRE_REQUISITO

Um exemplo (cont.)
 Especificar a estrutura dos registros de cada arquivo,
determinando o tipo de dado para cada elemento de
dado
 Sequência de caracteres alfabéticos
 Inteiro
 Etc.

 Construir o banco de dados UNIVERSIDADE
 Armazena-se dados para representar cada aluno,
disciplina, turma, histórico escolar e pré-requisito como
um registro no arquivo apropriado
 Relacionamentos entre os registros
 Manipulação do banco de dados envolve consulta e
atualização
Um exemplo (cont.)

 TABELA ALUNO
 Linha  registro
 Tipo_aluno  1 = novato, 2 = 2.º ano, 3 =
Júnior, 4 = Sênior, 5 = formado
 Curso  CC = Ciência da Computação,
MAT = Matemática, ...

 TABELA DISCIPLINA
 Numero_disciplina  tipo string
 Creditos  tipo inteiro
 Departamento  tipo string

 TABELA TURMA
 Numero_disciplina  tipo string
 Semestre  tipo string
 Ano  tipo inteiro
 Professor  tipo string

 TABELA HISTÓRICO_ESCOLAR
 Identificacao_turma  SEM ACENTOS, tipo
inteiro
 Nota  tipo CARACTER

 TABELA PRE_REQUISITO
 Numero_pre_requisito  string

 Exemplos de consultas:
 Recuperar uma lista de todas as disciplinas e notas
 Listar os nomes dos alunos que realizaram a disciplina
‘Banco de dados’ oferecida no segundo semestre de
2008 e suas notas nessa turma
 Listar os pré-requisitos do curso de ‘Banco de dados’
Um exemplo (cont.)

 Exemplos de atualizações:
 Alterar o tipo de aluno de ‘Silva’ para segundo ano
 Criar outra turma para a disciplina ‘Banco de dados’
para este semestre
 Inserir uma nota ‘A’ para ‘Silva’ na turma ‘Banco de
dados’ do último semestre
Um exemplo (cont.)

 Fases de projeto de um banco de dados:
 Especificação e análise de requisitos
 Projeto conceitual
• O foco é discutir os aspectos do negócio do cliente
e não da tecnologia. Os exemplos de modelagem
de dados vistos pelo modelo conceitual são mais
fáceis de compreender, já que não há limitações ou
aplicação de tecnologia específica.
Um exemplo (cont.)

 Projeto lógico
• O modelo lógico leva em conta algumas limitações
e implementa recursos como adequação de padrão
e nomenclatura, define as chaves primárias e
estrangeiras, normalização, integridade referencial,
entre outras. O modelo lógico deve ser criado
levando em conta os exemplos de modelagem de
dados criados no modelo conceitual.
Um exemplo (cont.)

 Projeto físico
• No modelo é feita a modelagem física do modelo de
banco de dados. Neste caso leva-se em conta as
limitações impostas pelo SGBD escolhido e deve
ser criado sempre com base nos exemplos de
modelagem de dados produzidos no modelo lógico.
Um exemplo (cont.)

Características da abordagem
de banco de dados
 Processamento de arquivo tradicional
 Cada usuário define e implementa os arquivos
necessários para uma aplicação de software
específica
 Abordagem antiga (programação com arquivos)
 Problemas em manter dados comuns atualizados
 Abordagem de banco de dados
 Um único repositório mantém dados que são definidos
uma vez e depois acessados por vários usuários

 Principais características da abordagem de banco de
dados
 Natureza de autodescrição de um sistema de banco
de dados
 Isolamento entre programas e dados, e abstração de
dados
 Suporte de múltiplas visões dos dados
 Compartilhamento de dados e processamento de
transação multiusuário
Características da abordagem
de banco de dados (cont.)

Natureza de autodescrição de
um sistema de banco de dados
 O sistema de banco de dados contém definição completa
de sua estrutura e restrições
 Metadados
 Descreve a estrutura do banco de dados
 O catálogo é usado pelo:
 Software de SGBD
 Usuários do banco de dados que precisam de
informações sobre a estrutura do banco de dados

Exemplos de entradas
em um catálogo de
banco de dados
O SGBD sempre
consultará o catálogo

Isolamento entre programas
e dados
 Independência de dados do programa
 A estrutura dos arquivos de dados é armazenada no
catálogo do SGBD separadamente dos programas de
acesso
 Em um SGBD só precisamos mudar a descrição dos
registros no catálogo par arefletir a inclusão do novo
item de dado.

Isolamento entre programas
e dados
 Independência da operação do programa
 Quando os programas de aplicação do usuário podem operar sobre
os dados invocando essas operações por meio de seus nomes e
argumentos
 Sistemas de banco de dados orientados a objetos e objeto-
relacional
 Usuários podem definir operações sobre dados como parte das
definições do banco
 Uma operação é especificada em duas partes:
• A interface (assinatura) de uma operação inclui o nome da
operação e os tipos de dados de seus argumentos
• A implementação (método) da operação pode ser alterada
sem afetar a interface

 Abstração de dados
 Permite a independência de dados do programa e a
independência da operação do programa
 Representação conceitual de dados
 Não inclui muitos dos detalhes de como os dados são
armazenados ou como as operações são implementadas
 Modelo de dados
 Tipo de abstração de dados usado para oferecer representação
conceitual
 Oculta os detalhes de armazenamento e implementação que não
são do interesse dos usuários
Abstração de dados

Abstração de Dados
 Em banco de dados, a estrutura detalhada e a
organização de cada arquivo são armazenadas no
catálogo.
 Representação conceitual dos arquivos: usuários e
programas de aplicação
 SGBD: extrai detalhes do armazenamento do arquivo do
catálogo quando são necessários para os módulos de
acesso a arquivo.

Suporte para múltiplas
visões dos dados
 Visão
 Um B.D. tem muitos usuários
 Cada usuário pode ter um ponto de vista diferente sobre os
dados
 Subconjunto do banco de dados
 Contém dado virtual derivado dos arquivos do banco de
dados, mas que não estão armazenados explicitamente
 SGBD multiusuário
 Usuários têm uma série de aplicações distintas
 Precisa oferecer facilidades para definir múltiplas visões

Suporte para múltiplas
visões dos dados
a) Um usuário do banco de dados
está interessado apenas em
acessasr e imprimir o histório
escolar de cada aluno
b) Um segundo usuário do banco
de dados está interessado
apenas em verificar se os alunos
possuem todos os pré-requisitos
de cada disciplina para a qual se
inscreveram.

Compartilhamento de dados e
processamento de transação
multiusuário
 Permite que múltiplos usuários acessem o banco de dados
ao mesmo tempo
 Software de controle de concorrência
 Garante que vários usuários tentando atualizar o
mesmo dado faça isso de uma maneira controlada
• Resultado dessas atualizações seja correto
• Exemplo: assento de um voo
 Aplicações de processamento de transação on-line
(OLPT)

 Transação
 Fundamental para muitas aplicações de banco de dados
 Programa em execução ou processo que inclui um ou
mais acessos ao banco de dados
 Propriedade de isolamento
• Cada transação parece executar isoladamente das
outras transações
 Propriedade de atomicidade
• Todas as operações em uma transação são
executadas ou nenhuma é
Compartilhamento de dados e
processamento de transação
multiusuário (cont.)

Atores em cena
 Administrador de banco de dados (DBA) é responsável
por:
 Administrador e supersivor de recursos
 O banco de dados é o principal recurso
 O SGBD e softwares relacionados são o recurso
secundário
 Autorizar o acesso ao banco de dados
 Coordenar e monitorar seu uso
 Adquirir recursos de software e hardware
 Responsável por problemas como as falhas na
segurança, demora no tempo de resposta do sistema

Atores em cena
 Projetistas de banco de dados são responsáveis por:
 Identificar os dados a serem armazenados
 Escolher estruturas apropriadas para representar e
armazenar esses dados
 Comunicar-se com todos os usuários potenciais do
banco
 Desenvolvem visões para cada grupo de usuários

Atores em cena (cont.)
 Usuários finais
 Pessoas cujas funções exigem acesso ao banco de
dados
 Tipos
• Usuários finais casuais
• Usam o banco ocasionalmente
• São gerentes de nível intermediário ou alto
• Usam uma linguagem de consulta sofisticada
• A cada acesso podem solicitar informações diferentes
• Devem aprender algumas funcionalidades que poderão
usar repetidamente

• Usuários finais iniciantes ou paramétricos
• Consultar e atualizar o banco
• Transações programadas: tipos padrões de consulta e
atualização (programadas e testadas)
• Exemplo: caixas de banco, agentes de companhias
aereas, entre outros que de alguma forma consultam
ou inserem dados no banco por meio de uma aplicação
• Precisam entender as interfaces de usuário das
transações padrão projetas e implementadas para seu
uso

• Usuários finais sofisticados:
• Implementam as próprias aplicações para que
atendam as suas necessidades complexas
• Tentam aprender a maioria das facilidades do
SGBD para satisfazer suas necessidades
complexas

• Usuário isolados:
• Banco de dados pessoais que usam pacotes de
programas prontos
• Costguam se tornar especialistas no uso de um
pacote específico de software

 Analistas de sistemas
 Identificam as necessidades dos usuários finais
 Programadores de aplicações
 Implementam essas especificações como programas
 Engenheiro de Software
 Desenvolvedores de Sistemas de Software

Trabalhadores dos bastidores
 Projetistas e implementadores de sistema de SGBD
 Projetam e implementam os módulos e as interfaces do
SGBD como um pacote de software
 MÓDULOS DE UM SGBD:
• Implementação do catálogo (metadados)
• Processamento de linguagem de consulta
• Processamento de interface
• Acesso e buferring de dados
• Controle de concorrência
• Tratamento de recuperação de dados
• Segurança de dados

 Projetistas e implementadores de sistema de SGBD
 Projetam e implementam os módulos e as interfaces do
SGBD como um pacote de software
 INTERFACES
• Comunicação com outros sistemas de software
• Comunicação com o sistema operacional
• Compiladores para linguagens de programação

 Desenvolvedores de ferramentas
 Projetam e implantam ferramentas
 Exemplos de ferramentas:
• Pacotes adicionais/opcionais
• Monitoramento de desempenho
• Linguagem natural
• Interfaces gráficas
• Protótipo
• Simulação
• Geração de dados de testes

 Operadores e pessoal de manutenção
 Responsáveis pela execução e manutenção do ambiente
de hardware e software para o sistema de banco de
dados

Vantagens de usar a
abordagem de SGBD
 Redundância: é causada ao armazenar os mesmos
dados várias vezes, gerando diversos problemas:
 Duplicação de esforço
 Desperdício de espaço de armazenamento
 Inconsistência (dados não válidos)

Vantagens de usar a
abordagem de SGBD
 Controlando a redundância
 Normalização de dados
• O projeto deve
armazenar cada item de
dados lógico em apenas
um lugar no banco de
dados, garante
consistência e economia
de espaço
 Desnormalização
• Às vezes é necessário
usar a redundância
controlada para
melhorar o desempenho
das consultas

Vantagens de usar a
abordagem de SGBD
 Desnormalização: colocando todos os dados juntos, não
precisamos pesquisar vários arquivos para coletar esses dados.
 O SGBD deve ter a capacidade de CONTROLAR as
redundâncias a fim de proibir inconsistências
 Restringindo o acesso não autorizado
 Subsistema de segurança e autorização (contas de acesso e
restrições)
 Software privilegiado (DBA)

Vantagens de usar a
abordagem de SGBD (cont.)
 Oferecer armazenamento persistente para objetos do
programa
 Objeto complexo em C++ pode ser armazenado de forma
permanente em um SGBD orientado a objeto
 Estruturas de dados complexas (classes, etc)
 Os valores das variáveis de programa/objetos, são
descartados quando um programa termina
 Podem ser persistidos em arquivos e isso exige uma
conversão
 Sempre que necessitar dos dados, terá de converte-los
 O SGBD orientado a objeto faz essas conversões de forma
automática

Vantagens de usar a
 O objeto é considerado PERSISTENTE porque
sobrevive ao término da execução e pode ser
recuperado mais tarde por outro programa
 Problema de divergência de impedância: quando o
sistema é incompátível com as estruturas de dados da
linguagem de programação
• Os sistemas de banco de dados orientados a
objeto em geral oferecem compatibilidade da
estrutura de dados

Vantagens de usar a
 Oferecendo estruturas de armazenamento e técnicas de pesquisa
para o processamento eficiente de consulta
 SGBD é armazenado em disco
 Índices
• São baseados em estruturas de dados em árvore ou
tabelas hash
• É usado para efetuar pesquisas e buscas no disco
• Os registros do banco de dados são copiados do disco para
a RAM para poder processar uma consulta

Vantagens de usar a
 Buffering ou caching
• Mantém partes do banco de dados na ram
• S.O. é responsavel pelo buffering (transferência do disco
para a memória)
• SGBD acabam por implementar o seu proprio buffering
 Processamento e otimização de consulta
• Escolhe quais indices criar e manter
• Escolhe um plano eficiente de execução para cada consulta

Vantagens de usar a
 Oferecendo backup e recuperação
 Subsistema de backup e recuperação de SGBD é
responsável pela recuperação de falhas de hardware ou
software
 Oferecendo múltiplas interfaces do usuário
 Interfaces gráficas do usuário (GUIs)
 Representando relacionamentos complexos entre dados
 Pode incluir muitas variedades de dados que estão inter-
relacionados de diversas maneiras

Vantagens de usar a
 Impondo restrições de integridade
 Um SGBD deve oferecer capacidades para definir e
impor tais restrições
 TIPO SIMPLES: especificar um tipo de dado para cada
item de dado (inteiro, string, etc)
 TIPO MAIS COMPLEXO  INTEGRIDADE
REFERENCIAL: especificar que um registro em um
arquivo deve estar relacionado a registros em outros
arquivos (exemplo: cada registro de TURMA deve estar
relacionado a um registro de DISCIPLINA)

Vantagens de usar a
 Restrição de chave ou singularidade
• Cada registro de disciplina deverá ter um valor
exclusivo para Numero_disciplina
• Especifica a exclusividade sobre valores de item de
dados
• Projetistas devem identificar essas restrições de
integridade
 Regras de negócio (restrições de integridade)
 Regras inerentes do modelo de dados

Vantagens de usar a
 Regras inerentes do modelo de dados
 um item de dados pode ser inserido no banco de forma
errada, e mesmo assim satisfazer as restrições de
integridade
 Exemplo: se um aluno recebe nota A, mas é inserido
nota C, o SGBD não tem capacidade para identificar
este erro. O valor é válido, o tipo do dado é válido, mas
o dado é inconsistente, pois alguém digitou errado!

Vantagens de usar a
 Permitir dedução e ações usando regras
 Sistemas de banco de dados dedutivos
• Oferecem capacidades para definir regras de
dedução (inferencia)
• Deduzir novas informações com base nos fatos
armazenados no banco de dados
• Exemplo: determinar todos os alunos que estão em
época de prova
• Em um SGBD comum, um procedimento deveria ser
escrito para isso

Vantagens de usar a
 Gatilhos
• É uma forma de regra ativada por atualização na
tabela
• Resulta na realização de algumas operações
adicionais em tabelas, etc.
 Procedimentos armazenados (store procedure)
• Procedimentos mais elaborados para impor regras
• São parte da definição geral do banco

Vantagens de usar a
• Sistemas de banco de dados ativo:
• oferecem regras ativas que podem
automaticamente iniciar ações quando ocorrem
certos eventos e condições

Vantagens de usar a
 Implicações adicionais do uso da abordagem de banco de
dados
 Potencial para garantir padrões (comunicação)
 Tempo reduzido para desenvolvimento de aplicação
 Flexibilidade (mudanças evolucionárias na estrutura do
banco de dados sem afetar os dados armazenados e os
programas de aplicação)
 Disponibilidade de informações atualizadas (tempo real)
 Economias de escala (reduz sobreposição de funções
em projetos/departamentos)

Uma breve história das
aplicações de banco de dados
 Antigas aplicações de banco de dados usando sistemas
hierárquicos e de rede
 Grande quantidade de registros com estrutura
semelhante
 Oferecer abstração de dados e flexibilidade de aplicação
com bancos de dados relacionais
 Separa o armazenamento físico dos dados de sua
representação conceitual
 Fornece uma base matemática para a representação e
a consulta dos dados

Uma breve história das aplicações
 Aplicações orientadas a objeto e a necessidade de bancos
de dados mais complexos
 Usados principalmente em aplicações especializadas:
projeto de engenharia, publicação de multimídia e
sistemas de fabricação

 Intercâmbio de dados na Web para comércio eletrônico
usando XML
 eXtended Markup Language (XML) é considerada o
principal padrão para intercâmbio entre diversos tipos
de bancos de dados e páginas Web

 Estendendo as capacidades do banco de dados para novas
aplicações
 Extensões para dar melhor suporte às necessidades
especializadas para aplicações
 ERP (Enterprise Resource Planning )
 CRM (Customer Relationship Management)
 Bancos de dados versus recuperação de informações
 Recuperação de Informação (RI)
• Lida com livros, manuscritos e diversas formas de artigos
baseados em biblioteca

Quando não usar um SGBD
 Mais desejável usar arquivos comuns sob as seguintes
circunstâncias:
 Aplicações de banco de dados simples e bem
definidas, para as quais não se espera muitas
mudanças
 Requisitos rigorosos, de tempo real, que podem não
ser atendidos devido as operações extras executadas
pelo SGBD
 Sistemas embarcados com capacidade de
armazenamento limitada
 Nenhum acesso de múltiplos usuários aos dados

Resumo
 Banco de dados
 Coleção de dados relacionados (fatos gravados)
 SGBD
 Pacote de software generalizado para implementar e
manter um banco de dados computadorizado
 Várias categorias de usuários de banco de dados
 Aplicações de banco de dados envolvem
 Tendências atuais: RI, Web

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