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Progettazione di Database: Introduzione e Modelli Logici, Appunti di Elementi di Informatica

Università degli Studi di Verona (UNIVR)Elementi di Informatica

Appunti lezioni informatica documentale

Tipologia: Appunti

2018/2019

Caricato il 21/06/2019

Silviettabertins99 🇮🇹

2 documenti

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Progettazione di data base.

Margherita Zorzi margherita.zorzi@univr.it

Libro: Basi di Dati-modelli e linguaggi di interrogazione (2018) Paolo Atzeni, Stefano

Ceri....McGraw-Hill

Esame 20 domande, sia domande aperte sia domande a risposta multipla

Orario lezione 9.20-11.50

Nozioni generali: dato, informazione, base di dati, DBMS, Sistemi informativi

Modelli logica dei dati: come organizzare i dati seguendo costrutti formali

Come “interrogare” (fare domande) ai database

Come progettare concettualmente i database

CAPITOLO 1: introduzione

Studio delle basi di Dati, ovvero insiemi organizzati di dati. Da un punto di vista informatico, le basi

di dati sono un supporto digitale su cui immagazzinare i dati, un software che permette di recuperare

i dati e una rete che ne permetta la condivisione.

Contenuti chiave:

•Modelli per l’organizzazione dei dati

•Linguaggi per l’utilizzo di dati

•Metodologie di di basi di dati

Perché?

•La comunicazione prevede lo scambio e quindi la trasmissione e il recupero di informazioni

•Le informazioni devono essere conservate, aggiornate e gestite in modo efficiente

Parole chiave

•Base di dati: insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento di attività (di un

ente, azienda, ufficio, persona)

•Informatica: scienza del trattamento razziale specialmente per mezzo di macchine automatiche,

dell’informazione, considerata come supporto alla conoscenza umana e alla comunicazione

Due anime:

-metodologica

-Tecnologica

Sistema informativo

•Componente di una organizzazione che gestisce le informazioni di interesse (cioè utilizzate per il

proseguimento degli scopi dell’organizzazione)

•Ogni organizzazione ha un sistema informativo, eventualmente non esplicito nella tritura

•Il sistema informativo è di supporto ad altri sottosistemi, e va quindi studiato nel contesto in cui è

inserito

Gestione delle informazioni

•Raccolta, acquisizione

•Archiviazione, conservazione

•Elaborazione, trasformazione, produzione

•Distribuzione, comunicazione, scambio

Sistemi informativi e automazione

Il concetto di “sistema informativo” è indipendente da qualsiasi automatizzazione: esistono

organizzazioni la cui ragion d’essere è la gestione di informazioni ( per esempio servizi anagrafici e

banche) e che operano da secoli.

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Scopri Appunti di Elementi di Informatica Università degli Studi di Verona (UNIVR)

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Scarica Progettazione di Database: Introduzione e Modelli Logici e più Appunti in PDF di Elementi di Informatica solo su Docsity!

Progettazione di data base. Margherita Zorzi [email protected] Libro: Basi di Dati-modelli e linguaggi di interrogazione (2018) Paolo Atzeni, Stefano Ceri....McGraw-Hill Esame 20 domande, sia domande aperte sia domande a risposta multipla Orario lezione 9.20-11. Nozioni generali: dato, informazione, base di dati, DBMS, Sistemi informativi Modelli logica dei dati: come organizzare i dati seguendo costrutti formali Come “interrogare” (fare domande) ai database Come progettare concettualmente i database CAPITOLO 1: introduzione Studio delle basi di Dati, ovvero insiemi organizzati di dati. Da un punto di vista informatico, le basi di dati sono un supporto digitale su cui immagazzinare i dati, un software che permette di recuperare i dati e una rete che ne permetta la condivisione. Contenuti chiave:

Modelli per l’organizzazione dei dati
Linguaggi per l’utilizzo di dati
Metodologie di di basi di dati Perché?
La comunicazione prevede lo scambio e quindi la trasmissione e il recupero di informazioni
Le informazioni devono essere conservate, aggiornate e gestite in modo efficiente Parole chiave
Base di dati: insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento di attività (di un ente, azienda, ufficio, persona)
Informatica: scienza del trattamento razziale specialmente per mezzo di macchine automatiche, dell’informazione, considerata come supporto alla conoscenza umana e alla comunicazione Due anime:

- metodologica

- Tecnologica

Sistema informativo

Componente di una organizzazione che gestisce le informazioni di interesse (cioè utilizzate per il proseguimento degli scopi dell’organizzazione)
Ogni organizzazione ha un sistema informativo, eventualmente non esplicito nella tritura
Il sistema informativo è di supporto ad altri sottosistemi, e va quindi studiato nel contesto in cui è inserito Gestione delle informazioni
Raccolta, acquisizione
Archiviazione, conservazione
Elaborazione, trasformazione, produzione
Distribuzione, comunicazione, scambio Sistemi informativi e automazione Il concetto di “sistema informativo” è indipendente da qualsiasi automatizzazione: esistono organizzazioni la cui ragion d’essere è la gestione di informazioni ( per esempio servizi anagrafici e banche) e che operano da secoli.

Il sistema informatico è una porzione automatizzata del sistema informativo: parte del sistema informativo che gestisce informazioni con tecnologia informatica. Gestione delle informazioni Nelle attività umane, le informazioni vengono gestite in forme diverse:

- idee informali

- Linguaggio naturale (scritto o parlato, formale o colloquiale, in varie lingue)

- Disegno, grafici schemi

- Numeri e codici

E vari supporti

- mente umana., carta, dispositivi elettronici

Informazioni e dati Nei sistemi informatici (e non solo), le informazioni vengono rappresentate in modo essenziale, spartano: attraverso i dati Informazione: notizia, dosato o elemento che consente di avere conoscenza più o meno esatta di fatti, situazioni, modi di essere Dato: ciò che è immediatamente presente alla conoscenza, prima di ogni elaborazione; (in informatica) elementi di informazione costituiti da simboli che debbano essere elaborati I dati sono spesso il risultato di forme di organizzazione e codifica delle informazioni Esempio: nei servizi anagrafici e nel riferimento a persone

- descrizioni discorsive

- Nome e cognome

- Estremi anagrafici

- Codice fiscale

Perché i dati?

La rappresentazione precisa di forme più ricche di informazione e conoscenza è difficile
I dati costituiscono spesso una risorsa strategica, perché più stabili nel tempo di altre componenti (processi, tecnologie, ruoli umani)

- ad esempio, i dati delle banche o delle anagrafi

Basi di dati (Accezione generica, metodologica)

Insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento delle attività di un ente (azienda, ufficio, persona) (Accettazione specifica, metodologica e tecnologica)
Insieme di dati gestiti da un DBMS Sistema di gestione di basi di dati DataBase Management System (DBMS) Sistema che gestisce collezioni di dati:

- grandi

- Persistenti

- Condivise

Garantendo

- Privatezza

- Affidabilità

- Efficenza

- Efficacia

DBMS: prodotti software complessi disponibili sul mercato, esempi: DB2, Oracle, SQLServer; MySQL,PostgreSQL, Access, Base (LibreOffice) I DBMS

Privatezza: si possono definire meccanismi di autorizzazione

Schema intero (o fisico): rappresentazione dello schema logico per mezzo di strutture memorizzazione ( file; ad esempio, record con puntatori, ordinati in un certo modo) Linguaggi delle basi Permettono di definire basi di dati e di interrogarle Esistono molti linguaggi e interfacce

- linguaggi testuali interattivi ( SQL)

- Comandi immersi in un linguaggio ospite (Pascal, Java, C..)

- Comandi immersi in un linguaggio ad hoc con anche altre funzionalità ( ad es. per i grafici)

- Con interfaccia amichevoli (senza linguaggio testuale, es access, base di LibreOffice)

Una distinzione sui linguaggi (separazione fra i dati e programmi) Data manipulation language (DML); per l’interrogazione e l’aggiornamento di istanze e di basi di dati Data definition language (DDL); per la definizione di schemi (logici, esterni, fisici) e altre operazioni generali. CAPITOLO 2: Modello relazionale Tre modelli logici tradizionali

Gerarchico
Reticolare
Relazionale Più recenti
A oggetti
Basato su XML Caratteristiche
Gerarchico e reticolare: utilizzano riferimento espliciti (puntatori) fra record
Relazionale “è basato su valori”: anche i riferimenti fra dati in strutture (relazioni) diverse sono rappresentati per mezzo dei valori stessi. Il modello relazionale
Proposto da E. F. Codd nel 1970 per favorire l’indipendenza dei dati
Disponibile in DBMS reali nel 1981 (non è facile implementare l’indipendenza con efficenza e affidabilità)
Si basa sul concetto matematico di relazione (con una variante)
Le relazioni hanno naturale rappresentazione per mezzo di tabelle Vedremo:

- le strutture

- I vincoli di integrità

Relazione: Tre accezioni

Relazione matematica: come nella teoria degli insiemi
Relazione secondo il modello relazionale dei dati
Relazione che rappresenta una classe di fatti, nel modello Entity-Relationship; tradotto anche con associazione po correlazione Relazione matematica Prodotto cartesiano

Relazione matematica, proprietà Una relazione matematica è un insieme di n-uple ordinate Una relazione è un insieme:

- non c’è ordinamento fra le n-uple

- Le n-uple sono distinte

- Ciascuna n-uple è ordinata: L’ i-esimo valore proviene dall’ i-esimo dominio

Ciascuno dei domini ha due ruoli diversi, distinguibili attraverso la posizione:

- struttura è posizionale

- L’ordinamento non è una proprietà ottimale

Struttura non posizionale A ciascun dominio si associa un nome unico nella tabella (attributo), che ne descrive il ruolo (L’ordine delle colonne non conta) Tabelle e relazioni In una tabella che rappresenta una relazione

L’ordinamento tra le righe è irrilevante
L’ordinamento tra le colonne è irrilevante Una tabella rappresenta una relazione se
Le righe sono diverse fra loro
Le intestazioni delle colonne sono diverse tra loro
I vocabolari di ogni colonna sono fra loro omogenei Il modello è basato sui valori I riferimento fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle ennuple Struttura basata su valori: vantaggi
Indipendenza dalle strutture fisiche che possono cambiare dinamicamente
Si rappresenta solo ciò che è rilevante dal punto di vista dell’applicazione (i valori, cioè la rappresentazione logica dei dati)
l’utente finale vede gli stessi dati dei programmatori
I dati sono portabili più facilmente da un sistema ad un altro Alternativa: altri modelli (sia quelli “storici”, reticolare e gerarchico, sia quello a oggetti) prevedono espliciti, gestiti dal sistema. Definizioni importanti
Schema di relazione: un nome R con un insieme di attributi A1,...., An: R(A1,...,An)
Schema di base di dati: insieme di schemi di relazione R= {R1(X1)...,Rk(Xk)k} Definizioni, 2 Un ennupla (o Tupla) su un insieme di attributi X è una funzione che associa a ciascun attributo A in X un valore del dominio di A. T(A) denota il valore della ennupla t sull’attributo A Relazioni sui singoli attributi A volte può avere senso, avere una relazione su un singolo attributo Strutture nidificate, riflessione
- Abbiamo rappresentato veramente tutti gli aspetti delle ricevute?
- Dipende da che cosa ci interessa
- Sono possibili rappresentazioni diverse Informazione incompleta Il modello relazionale impone ai dati una struttura rigida
Le informazioni sono rappresentate per mezzo di ennuple
Solo alcuni formati di ennuple sono annessi: quelli che corrispondono agli schemi di relazione

Identificazione delle ennuple

- Non ci sono due ennuple con lo stesso valore

sull’attributo di matricola

- Non ci sono due ennuple uguali su tutti e tre gli

attributi, Cognome, nome e data di nascita Superchiave e chiave Definizione di superchiave : insieme di attributi che identificano univocamente le ennuple di una relazione (chiede all’esame) Formalmente:

Un insieme K di attributi è superchiave per r se r non contiene due ennuple distinte t1 e t2 con t1[K]=t2[K]
K è chiave per r se è una superchiave minimale per r (cioè non contiene un’altra superchiave) Una superchiave può anche contenere degli attributi di troppo. Da questa definizione una superchiave non è necessariamente una chiave, quindi non è minimale Vincoli, schemi e istanze
I vincoli corrispondono a proprietà del mondo reale modellato dalla base di dati
Interessano a livello di schema (con riferimento cioè a tutte le istanze)
Ad uno schema associamo un insieme di vincoli e consideriamo corrette (valide,ammissibili) le istanze che soddisfano tutti i vincoli
Un’istanza può soddisfare altri vincoli (“per caso”) Importante: esistenza delle chiavi
Una relazione non può contenere ennuple distinte ma uguali
Ogni relazione ha come superchiave l’insieme degli attributi su cui è definita e quindi ha almeno una chiave
L’esistenza delle chiavi garantisce l’accessibilità a ciascun dato della base di dati
Le chiavi permettono di correlare i dati in relazioni diverse: ciò è fondamentale, perché sappiamo che il modello relazionale è basato su valori Chiavi e valori nulli In presenza di valori nulli, i valori della chiave non permettono:

- di identificare le ennuple

- Di realizzare facilmente i riferimenti da altre relazioni

- Esempio: ammette il valore NULL sull’attributo Marticola della

relazione STUDENTI, ci impedisce di identificare univocamente ogni studente. Come si risolve il problema? Chiave primaria definizione: chiave su cui non sono ammessi valori nulli. Vincoli interrelazionali: integrità referenziale

Informazioni in relazioni diverse sono correlate attraverso valori comuni
In particolare, valori delle chiavi
Le correlazioni debbono essere “coerenti” Vincolo di integrità referenziale: un vincolo di integrità referenziale (“foreign key”) fra gli attributi X di una relazione R1 e un’altra relazione R2 impone ai valori della chiave primaria di R

Vincoli di integrità referenziale fra:

L’attributo Vigile della relazione INFRAZIONI e la relazione VIGILI
Gli attributi Prov e Numero di INFRAZIONI e la relazione AUTO Esempio di vincoli multipli su più attributi Vincoli di integrità referenziale fra:
Gli attributi ProvA e NumeroA di INCIDENTI e la relazione AUTO
Gli attributi ProvB e NumeroB di INCIDENTI e la relazione Auto L’ordine degli attributi è significativo (per capire a quale componente della chiave primaria della seconda relazione si riferisce ciascun attributi coinvolto nel vincolo) Vincoli di integrità referenziale: commenti
Giocano un ruolo fondamentale nel concetto di “modello basato su valori”
In presenza di valori nulli i vincoli possono essere meno restrittivi
Sonno possibili meccanismi per il supporto alla loro gestione: “azioni” compensative a seguito di violazioni Azioni compensative Esempio: viene eliminata una ennupla causando una violazione Comportamento standard: rifiuto dell’operazione Azioni compensative: eliminazione in cascata o introduzione dei valori nulli CAPITOLO 3: Algebra relazionale Linguaggi di interrogazione per basi di dati relazioni
Dichiarativi: specificano le proprietà del risultato (“che cosa”)
Procedurali: specificano le modalità di generazione del risultato (“come”)

Contiene un sottoinsieme delle ennuple dell’operando, ovvero le ennuple soddisfano una condizione Selezione, sintassi e semantica
Sintassi: SEL condizione (operando). Condizione: espressione boleana (come quelle dei vinicoli di ennupla)
Semantica: il risultato contiene le ennuple dell’operando che soddisfano la condizione Da 69 a 87 non è da fare (libro) Proiezione: operatore monadico. Produce un risultato che:
Ha parte degli attributi dell’operando
Contiene ennuple cui contribuiscono tutte le ennuple dell’operando Proiezione: sintassi e semantica
Sintassi PROJ listaAttributi (operando)
Semantica: il risultato contiene le ennuple ottenute da tutte le ennuple dell’operando ristrette agli attributi nella lista Cardinalita delle proiezioni Una proiezione contiene Selezione e proiezione Operatori “ortogonali”
Selezione: decomposizione orizzontale
Proiezione: decomposizione verticale Cambiando selezione e proiezione possiamo estrarre interessanti informazioni da una relazione Non possiamo pero correlare informazioni presenti in relazioni diverse, ne informazioni in ennuple diverse di una stessa relazione Join Il join è l’operatore più interessante dell’algebra relazionale. Permette di correlare dati in relazioni diverse, confrontando i valori contenuti in esse (utilizzando quindi la caratteristica fondamentale del modello, quella di essere basata sui valori) Esistono due tipi di join:

- il join naturale

- Il theta-join

Join naturale: operatore binario (generalizzabile) Produce un risultato:

Sull’unione degli attributi degli operandi
Con ennuple costruite combinando degli operandi con valori uguali sugli attributi comuni Ogni ennupla contribuisce al risultato: join completo Una difficolta del Join naturale Alcune ennuple non contribuiscono al risultato: vengono “tagliate fuori” Caso particolare: prodotto cartesiano
Il prodotto cartesiano è un join naturale su relazioni senza attributi in comune
Contiene sempre un numero di ennuple pari al prodotto delle cardinali degli operandi (le ennuple sono tutte combinabili)
È utile? Di per se, concatena tulle non necessariamente correlate dal punto di vita semantico Theta-join
Il prodotto cartesiano, in pratica, ha senso (quasi) solo se seguito da selezione: SEL condizione (R1 JOIN R2)
L’operazione viene chiamata theta-join e indicata con R JOIN condizione R È un operatore derivato (è esprimibile per mezzo di altri operatori, ovvero prodotto cartesiano e selezione. Se Interrogazioni in algebra relazionale Un’interrogazione è una funzione che applicata a istanze della base dei di dati produce relazioni. Più precisamente dato uno schema R di base di dati per ogni istanza r di R l’interrogazione produce una relazione su un dato insieme di attributi X. In algebra relazionale le interrogazioni su una base di dati R vengono formulate con espressioni le cui variabili sono (nomi di) relazioni in R. CAP 4 SQL: concetti di base SQL Originariamente il nome era l’acronimo di “structured quei language”. SQL è un linguaggio con varie funzionalità: contiene DDL e DML. Ne esistono varie versioni. Cosa può fare SQL: - definizione^ dello schema di una base di dati - specificare^ delle interrogazioni sulla base di dati - modificare^ la base di dati Comandi di base in SQL: definizione di schemi di base di dati Le parentesi si usano per scopi diversi.
- Le parentesi angolari “ <->” permettono di isolare un termine dalla sintassi
- Le parentesi quadre “[-]” indicano un termine opzionale che può non comparire o comparire una sola volta
- Le parentesi graffe “{-}” indicano che il termine può non comparire o essere ripetuto un numero arbitrario di volte
- Le barre verticali “|-|” indiano che deve essere scelto uno dei termini separati dalle barre
- Le parentesi tonde “(-)” non saranno simboli della grammatica ma parte di termini SQL

singolo attirato o su di un insieme. La

definizione implica una definizione di not null

per tutti gli attribuiti della chiave primaria

Nome varchar (20).

Cognome varchar (20).

Primary key (Cognome, Nome)

alternative: Matricola CHAR(6)PRIMARY KEY

oppure: Matricola CHAR(6)

PRIMARY KEY (Matricola)

- CHECK: (non lo fa non c’è in esame)

Vincoli interrelazionali (tra relazioni diverse):

- REFERENCE e FOREIGN KEY: permettono di

definire vincoli di integrità referenziale

- Di nuovo due sintassi - Per singoli attributi - Su più attributi - È possibile definire politiche di reazione alla violazione - CHECK

Progettazione di Database: Introduzione e Modelli Logici, Appunti di Elementi di Informatica

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- metodologica

- Tecnologica

- idee informali

- Linguaggio naturale (scritto o parlato, formale o colloquiale, in varie lingue)

- Disegno, grafici schemi

- Numeri e codici

- mente umana., carta, dispositivi elettronici

- descrizioni discorsive

- Nome e cognome

- Estremi anagrafici

- Codice fiscale

- ad esempio, i dati delle banche o delle anagrafi

- grandi

- Persistenti

- Condivise

- Privatezza

- Affidabilità

- Efficenza

- Efficacia

- linguaggi testuali interattivi ( SQL)

- Comandi immersi in un linguaggio ospite (Pascal, Java, C..)

- Comandi immersi in un linguaggio ad hoc con anche altre funzionalità ( ad es. per i grafici)

- Con interfaccia amichevoli (senza linguaggio testuale, es access, base di LibreOffice)

- le strutture

- I vincoli di integrità

- non c’è ordinamento fra le n-uple

- Le n-uple sono distinte

- Ciascuna n-uple è ordinata: L’ i-esimo valore proviene dall’ i-esimo dominio

- struttura è posizionale

- L’ordinamento non è una proprietà ottimale

- Non ci sono due ennuple con lo stesso valore

- Non ci sono due ennuple uguali su tutti e tre gli

- di identificare le ennuple

- Di realizzare facilmente i riferimenti da altre relazioni

- Esempio: ammette il valore NULL sull’attributo Marticola della

- il join naturale

- Il theta-join

singolo attirato o su di un insieme. La

definizione implica una definizione di not null

per tutti gli attribuiti della chiave primaria

Nome varchar (20).

Cognome varchar (20).

Primary key (Cognome, Nome)

alternative: Matricola CHAR(6)PRIMARY KEY

oppure: Matricola CHAR(6)

PRIMARY KEY (Matricola)

Vincoli interrelazionali (tra relazioni diverse):

definire vincoli di integrità referenziale

Vincoli interrelazionali:

I vincoli di integrità referenze erano un legame tra un attributo di una tabella (detta interna) e

valori di attributi di un’altra tabella (detta esterna). Il vincolo impone che per ogni riga della

tabella interna, il valore dell’attributo specificato, se diverso dal valore nullo, compaia tra le

righe della tabella esterna tra i valori del corrispondete attributo. La sintassi impone che

l’attributo cui di fa riferimento nella tabella esterna dia sofferto al vicolo UNIQUE (si chiede

che sia un identificatore, spesso è la chiave).

Se io decido che un’attributo offra un vincolo di integrità referenziale dopo la base devo dire

al sistema che esiste un legame, che è un attributo singolo e uso REFERENCES. Devo dirgli a

cosa punto (ad un’altra tabella) e devo dirgli a quale tabella è riferita, cioè sotto NomeDip.

Se è coinvolto un solo attributo, basta usare il costrutto sintattico references specificando

la tabella esterna e e il relativo attributo coinvolto. In alternativa, e necessariamente quando

il legame coinvolge più attributi, si usa il costrutto forgeign key alla fine della

definizione degli attributi, elencando gli attributi coinvolti e seguendo dalla definizione dei

corrispondenti attributi della tabella esterna, sempre grazie al references.

Il forgeign key mi fa affiggere un attributo. Poi il sistema sa che dentro ci sono dei vincoli,

e quindi fa tutti i suoi agganci. Dico che nome e cognome devono fare riferimento ad una

tabella esterna chiamata Anagrafica, quindi

lego gli attributi con la tabella esterna,

nell’ordine appunto Nome Cognome.

Esempio vincoli di integrità referenziale:

CREATE TABLE (all’esame l’esercizio non lo chiede)

Nel database che sto creando i datetable mi

creano un base di dati. Le relazione mi creano

“vigile”, devo dirgli in quale attributo andare a

cercare i valori. Si hanno tutti e 2 i tipi di

sintassi che devo utilizzare. Quando trovo

provincia e numero, devo trovare i dati relativi.