Introducao a Banco de Dados - Definição, Aplicações e História

BANCO DE DADOS Introdução aos Bancos de dados Tópicos Definição Algumas aplicações Um pouco de história Sistemas de Arquivos x Banco de Dados SGBD Características 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 Arquiteturas de um SGBD Quando não usar um SGBD Definição Banco de dados Coleção de dados relacionados Fatos conhecidos que podem ser registrados e possuem significado implícito Representa algum aspecto do mundo real Coleção logicamente coerente de dados com algum significado inerente Construído para uma finalidade específica Algumas aplicações 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 Algumas aplicações cont Sistemas de data warehousing e de processamento analítico online 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 Um pouco de história O primeiro banco de dados teve início nas décadas de 60 e 70 na IBM com pesquisas em automação de tarefas de escritório Naquela época tinhase que ter muita gente para armazenar e indexar os arquivos Em 1970 um pesquisador da IBM Ted Codd publicou o primeiro artigo sobre bancos de dados relacionais Este artigo tratava sobre uma forma de consultar os dados em tabelas por meio de comandos Um pouco de história Inicialmente por ser muito complexo não foi aceito nem implantado A IBM criou um grupo de pesquisa chamado System R com o objetivo de desenvolver um sistema de BD para ser comercializado System R introduziu uma linguagem chamada Structured Query Language SQL Um pouco de história Essa linguagem tornouse padrão internacional para BD relacional O System R passou a se chamar SQLDS SQLDS evoluiu para DB2 que é o banco de dados comercial da IBM Sistema de Arquivos vs Banco de Dados Alguns Sistemas de Arquivos FAT32 NTFS Ext2 Ext3 ReiserFS Alguns Sistemas de Gerenciamento de Bancos de Dados MySQL SQL Server Firebird Postegre DB2 Oracle Ambos tem um objetivo em comum Armazenar dados em sistemas de computação Sistema de Arquivos vs Banco de Dados Sistema de Arquivos Sistema de Arquivos vs Banco de Dados Sistema de Arquivos A manutenção é prejudicada pois a estrutura de arquivos é definida e padronizada no próprio código do aplicativo Cobol Clipper etc O compartilhamento de um arquivo por vários programas apresenta dificuldades para gerenciar o acesso a esses arquivos e seu controle O desenvolvimento de arquivos e programas de um mesmo SO é realizado isoladamente por programadores e linguagens diferentes causando incompatibilidades no sistema A falta de gerenciamento de acessos concorrentes aos dados e recuperação de dados Sistema de Arquivos vs Banco de Dados Banco de Dados Usuáriosprogramadores Sistema de banco de dados Programas de aplicaçãoConsultas Software de SGBD Software para processar consultasprogramas Software para acessar dados armazenados Definição do banco de dados armazenado metadados Banco de dados armazenado Figura 11 Diagrama simplificado de um ambiente de sistema de banco de dados Sistema de Arquivos vs Banco de Dados Banco de Dados Rapidez no acesso às informações presentes no Banco de Dados Redução de problemas de integridade e redundância Diminuição do esforço humano no desenvolvimento Utilização dos dados e controle integrado de informações distribuídas fisicamente Descreve uma coleção lógica e coerente de dados com algum significado inerente Uma organização randômica de dados não pode ser considerada um Banco de Dados Constrói em atendimento a uma proposta específica Sistema de Arquivos vs Banco de Dados Processamento de arquivo tradicional Cada usuário define e implementa os arquivos necessários para uma aplicação de software específica Abordagem de Banco de Dados Um único repositório mantém dados que são definidos uma vez e depois acessados por vários usuários O que é um SGBD Sistema Gerenciador de Banco de Dados é um conjunto de programas e ferramentas utilizadas para configurar atualizar e manter um banco de dados Recursos para administrar usuáriospermissões Recursos para criaralterar tabelas e banco de dados Recursos para backup e restauração de dados Recursos para otimizar a performance do banco Alguns SGBDs wwwsybasecombr wwworaclecom www01ibmcomsoftwaredatadb2 wwwfirebirdsqlorg wwwpostgresqlorg wwwmicrosoftcomsqlserverenusdefaultaspx wwwmysqlcom Principais características de banco de dados 1 Natureza de autodescrição de um sistema de banco de dados 2 Isolamento entre programas e dados e abstração de dados 3 Suporte de múltiplas visões dos dados 4 Compartilhamento de dados e processamento de transação multiusuário 1 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 que 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 ALUNO Nome Numeroaluno Tipoaluno Curso Silva 17 1 CC Braga 8 2 CC DISCIPLINA Nomedisciplina Numerodisciplina Creditos Departamento Introd à ciência da computação CC1310 4 CC Estruturas de dados CC3320 4 CC Matemática discreta MAT2410 3 MAT Banco de dados CC3380 3 CC TURMA Identificacaoturma Numerodisciplina Semestre Ano Professor 85 MAT2410 Segundo 07 Kleber 92 CC1310 Segundo 07 Anderson 102 CC3320 Primeiro 08 Carlos 112 MAT2410 Segundo 08 Chang 119 CC1310 Segundo 08 Anderson 135 CC3380 Segundo 08 Santos HISTORICOESCOLAR Numeroaluno Identificacaoturma Nota 17 112 B 17 119 C 8 85 A 8 92 A 8 102 B 8 135 A PREREQUISITO Numerodisciplina Numeroprerequisito CC3380 CC3320 CC3380 MAT2410 CC3320 CC1310 Figura 12 Exemplo de banco de dados que armazena informações de aluno e disciplina 2 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 cliente Independência da operação do programa Uma operação é especificada em duas partes A interface de uma operação inclui o nome da operação e os tipos de dados de seus argumentos A implementação da operação pode ser alterada sem afetar a interface 3 Abstração de dados Abstração de dados Permite a independência de dados do programa e a independência da operação do programa Se adicionar um campo na tabela na próxima consulta aquele dado já estará disponível Representação conceitual de dados Através do Diagrama MER Não inclui detalhes de como os dados são armazenados ou como as operações são implementadas 4 Suporte para múltiplas visões dos dados Visão Subconjunto do banco de dados Contém dados virtuais derivado dos arquivos do banco de dados mas que não estão armazenados da forma que são visualizados 5 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 5 Compartilhamento de dados e processamento de transação multiusuário cont Transação 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 será Atores em cena Administrador de banco de dados DBA é responsável por Autorizar o acesso ao banco de dados Coordenar e monitorar seu uso Adquirir recursos de software e hardware Projetistas de banco de dados são responsáveis por Identificar os dados a serem armazenados Escolher estruturas apropriadas para representar e armazenar esses dados Atores em cena cont Analistas de sistemas Identificam as necessidades dos usuários finais Programadores de aplicações Implementam essas especificações como programas Usuários finais Pessoas cujas funções exigem acesso ao banco de dados 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 Desenvolvedores de ferramentas Projetam e implantam ferramentas 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 Controlando a redundância Normalização de dados Restringindo o acesso não autorizado Subsistema de segurança e autorização Software privilegiado Oferecer armazenamento persistente para objetos do programa Objeto complexo em C pode ser armazenado de forma permanente em um SGBD orientado a objeto Vantagens de usar a abordagem de SGBD cont Oferecendo estruturas de armazenamento e técnicas de pesquisa para o processamento eficiente de consulta Índices Buffering ou caching Processamento e otimização de consulta Vantagens de usar a abordagem de SGBD cont Oferecendo backup e recuperação Subsistema de backup e recuperação de SGBD é responsável pela recuperação Oferecendo múltiplas interfaces do usuário Interfaces gráficas do usuário GUIs Representando relacionamentos complexos entre dados Pode incluir muitas variedades de dados que estão interrelacionados de diversas maneiras Vantagens de usar a abordagem de SGBD cont Impondo restrições de integridade Restrição de integridade referencial cada registro de turma deve estar relacionado a um registro de disciplina Restrição de chave ou singularidade Cada registro de tabela deve ter um código único Regras de negócio Vantagens de usar a abordagem de SGBD cont Permitir ações usando regras Gatilhos Triggers Regra ativada por atualizações na tabela Procedimentos armazenados Stored Procedures Procedimentos mais elaborados para impor regras Vantagens de usar a abordagem de SGBD cont Implicações adicionais do uso da abordagem de banco de dados Tempo reduzido para desenvolvimento de aplicação Flexibilidade adequar às novas necessidades Disponibilidade de informações atualizadas Economias de escala 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 Eram implantados em mainframes e usavam códigos complexos para consulta Oferecer abstração de dados e flexibilidade de aplicação com bancos de dados relacionais Separa o armazenamento físico dos dados de sua representação conceitual Utiliza uma linguagem mais simples e de alto nível SQL Uma breve história das aplicações de banco de dados Aplicações orientadas a objeto e a necessidade de bancos de dados mais complexos Inicialmente era um potencial substituto dos bancos de dados relacionais Falta de padronização e complexidade contribuíram para este tipo de banco perder o mercado Hoje existem camadas de software que implementam a Orientação a Objetos no banco de dados relacional ADO Entity Framework Hibernate Nhibernate Uma breve história das aplicações de banco de dados 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 Uma breve história das aplicações de banco de dados Estendendo as capacidades do banco de dados para novas aplicações Aplicações científicas Armazenamento de imagens Armazenamento de videos Data Mining análisa e busca padrões em grandes massas de dados Arquiteturas de um SGBD Plataformas Centralizadas Um computador de grande porte que é o hospedeiro do SGBD e o emulador para os aplicativos Possui alto custo e alto poder de processamento Arquiteturas de um SGBD Sistema de Computador Pessoal O computador pessoal é o hospedeiro do SGBD e o cliente ao mesmo tempo Arquiteturas de um SGBD Sistema de ClienteServidor O cliente executa as tarefas do aplicativo interface gráfica e o servidor executa o SGBD Arquiteturas de um SGBD Sistema de ClienteServidor N camadas Acrescenta uma camada Aplicação entre o cliente e o banco de dados Cliente Servidor de Aplicação ou Web Servidor SGBD Arquiteturas de um SGBD Banco de dados distribuídos A informação está distribuída em diversos servidores espalhados em locais diferentes 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 programas CAD etc Sistemas embarcados com capacidade de armazenamento limitada Nenhum acesso de múltiplos usuários aos dados RELACOES Nomerelacao Numerodecolunas ALUNO 4 DISCIPLINA 4 TURMA 5 HISTORICOESCOLAR 3 PREREQUISITO 2 COLUNAS Nomecoluna Tipodedado Pertencearelacao Nome Caractere 30 ALUNO Numeroaluno Caractere 4 ALUNO Tipoaluno Inteiro 1 ALUNO Curso Tipocurso ALUNO Nomedisciplina Caractere 10 DISCIPLINA Numerodisciplina XXXXNNNN DISCIPLINA Numeroprerequisito XXXXNNNN PREREQUISITO Figura 13 Exemplo de um catálogo para o banco de dados na Figura 12