BDA - Aula 02 - 2013/1

Conceitos

Componentes

• Componentes de um sistema de Banco de Dados

1. Dados
2. Hardware
3. Software
4. Usuários

• Sistema de Banco de Dados:

• Definição: Sistema de manutenção de registros por computador - ou seja, um sistema cujo objetivo global é manter as informações e torná-las disponíveis quando solicitadas.

• Num sistema grande, dados dos bancos de dados são integrados e compartilhados.

• Integração:
  • Por integrado, pode-se dizer que os Bancos de Dados podem ser imaginados como a unificação de diversos arquivos de dados que, de outra forma, seriam distintos, eliminando-se total ou parcialmente qualquer redundância entre os mesmos.
  • Exemplo: Quando um funcionário é contratado pela Universidade, é criado um cadastro com todos os seus dados. Se ele for aluno também, e tiver um cadastro a parte, teremos uma redundância de informações.

• Compartilhamento:
  • Por compartilhado, pode-se dizer que parcelas de dados podem ser compartilhadas por diversos usuários num BD, no sentido de que todos os usuários podem ter acesso a mesma parcela de dados (e podem usá-los com finalidades diferentes) e isto pode ser feito concorrentemente
  • Exemplo: No exemplo acima, os mesmos dados de um funcionário poderia ser ao mesmo tempo, requisitado por vários setores ao mesmo tempo: Pessoal, Financeiro e Acadêmico. Imagine o impacto que pode ter se um deles estiver alterando os dados.

Dados

• O que é um dado?
  • Representação da informação que pode estar registrada em papel, quadro de aviso ou num HD
  • Fatos fornecidos que descrevem uma característica de um objeto ou evento do mundo real
  • Elemento que mantém a sua forma bruta (texto, imagens, sons, vídeos, etc.), ou seja, sozinho não leva a compreender determinada situação
  • Exemplos:
    • nome de um empregado
    • número de horas trabalhadas
    • número peças em estoque
    • pedidos de venda
    • cor e peso da fruta
    • automonia e carga da bateria
    • nro de comôdos e área do apartamento
    • etc.

• Informação:
  • Informação é este mesmo dado, porém, trabalhado, lapidado, contextualizado, ou seja, informação é o dado, cuja forma e conteúdo são apropriados para um uso específico.
  • Exemplos:
    • total de vendas mensais
    • lista de clientes ordenada por total comprado
    • média de alunos por turma
    • turmas com menos 10 alunos
    • peso total da grade de frutas
    • tempo de vida da bateria
    • preço final do apartamento
    • etc.

• Processo:
  • Série de tarefas logicamente relacionadas, executadas para atingir um resultado definido.
  • Exemplos:
    • ordenação dos alunos pelo número de matricula
    • restauração das tabelas
    • verificação de integridade dos dados
    • disparo de uma ação de alarme
    • etc.

• Conhecimento:
  • Regras, diretrizes e procedimentos usados para selecionar, organizar e manipular dados, para torná-los mais úteis para determinado fim.
  • Exemplos:
    • Backup diário numa janela de 0 a 3 horas da manhã
    • Seleção dos registros de duas tabelas filtrando dados específicos
    • Disparo de uma ação quando o saldo ficar negativo
    • etc.

Hardware

• Composto de toda infra-estrutura necessária para manter as unidades de armazenamento.

• Envolve principalmente unidades de disco de cabeça móvel com algumas características específicas:
  • Tempo de posicionamento - seek time
  • Retardo rotacional
  • Cilindro, trilha
  • Cabeça de leitura/gravação

• Complementado com dispositivos de backup como robôs

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• 

• Expandido no conceito de cluster e nuvem
  • Cluster: Sistema que compreende dois ou mais computadores ou sistemas que trabalham em conjunto para executar aplicações ou realizar outras tarefas. Tem como características básicas confiança, distribuição de carga e desempenho
  • Nuvem: A ideía central dessa arquitetura é prover uma ampla replicação de dados, distribuindo-os entre milhares e milhares de servidores, minimizando assim os aspectos de performance, e principalmente, de disponibilidade. Essa proposta quebra parte paradigma tradicional de centralização de dados, transações e de storage. Assim, foi desenhada um novo modelo de sistemas de armazenamento que atende ao objetivo de estender a disponibilidade. O conceito fundamental de ACID (atomicidade,consistência,isolamento e durabilidade) teve que ser revisto de forma a ajustar a esse novo cenário.

• Um dos grandes desafios do hardware do sistema de banco de dados é minimizar o número de acessos a disco (entradas/saídas de disco)

• Outro ponto que onera o hardware de um sistema de banco de dados é a necessidade de:
  • Segurança: Preservação do acesso físico e virtual
  • Backup: Freqüentes rotinas de cópias de dados
  • Redundância: Duplicação das estruturas de armazenamento.

Software

• Entre o banco de dados físico (dados armazenados) e os usuários do sistema encontra-se o software Gerenciador de Banco de Dados, SGBD ou DBMS

• Todas as solicitações dos usuários de acesso ao banco de dados são manipulados pelo SGBD

• Recursos providos pelo SGBD:
  • Criação de tabelas
  • Inserção de dados
  • Recuperação de dados
  • etc

• Função relevante: isolar os usuários do Bancos de Dados dos detalhes a nível de hardware fazendo com que os usuaŕios do SGBD tenham um visão acima do nível mais elevado que não exija conhecimentos técnicos aprofundados.

Profissionais

• Projetistas de BD Lógico: Profissionais com habilidade suficiente para interpretar as necessidades de armazenamento de dados e criar os modelos de bancos de dados utilizados pelo projetista para sua criação

• Projetistas de BD Físico: Especialistas na técnica de criar estruturas físicas envolvendo hardware, software e processos que permitar armazenar grandes bases de dados e operá-las por meio de mecanismos eficientes como discos, robôs, rotinas, fitas e demais aparelhos componenentes do sistema como um todo

• Implementadores de BD: Responsáveis por receber o modelo (projeto) do Banco de Dados e torná-lo real com a utilização de uma ferramenta (software)

• Programadores de aplicações: responsável pela definição dos programas de aplicação que usam o banco de dados usando linguagens como Java, DotNet, PHP, etc. Estes programas podem ser executados de forma online ou ainda processamento em batch

• Usuários finais: Interage com o sistema a partir de um equipamento acessando instantaneamente o BD por meio de uma das aplicações desenvolvidas para esse fim ou alguma interface integrante do sistema, por exemplo, o padrão SQL.

• Administradores de BD ou DBAs: Profissional com alto nível de capacitação técnica que tem a responsabilidade central sobre os dados operacionais.

Banco de Dados

• Modelo Arcaico:
  • Kardex, Arquivo: Um conjunto de fichas que registravam os dados de objetos ou eventos
  • Normalmente em papel e dispostos segundo uma tabelas com linhas e colunas numeradas com uma etiqueta na parte superior visível
  • Ordenação: Alfabética ou numérica, na parte externa do armário e internamente por pastas com etiquetas
  • Infraestrutura: Armário de ferro ou de madeira, com gavetas que mantinham as pastas suspensas por meio de guias

• Modelo antigo:
  • Rotinas de tratamento de arquivos no próprio código
    • Cada desenvolvedor tinha que aprender aspectos físicos de tratamento de arquivo, criava o programa segundo sua própria visão e capacidade e disponibilizava para a execução
  • Fatores inconvenientes [Alves, William Pereira]:
    • Ausência de controle de acesso concorrente de vários usuários
      • Problemas de tempo, integridade e eficiência na criação consulta e cálculo dos dados
    • Impossibilidade de se executar mais de um processo ao mesmo tempo num arquivo de dados
      • Os SGBDs não estavam preparados para suportar multiprocessamento
    • A definição da estrutura do arquivo armazenada no próprio código do aplicativo
      • A dificuldade no suporte e manutenção dos códigos citados anteriormente
    • Inconsistência, redundância, dificuldade de acesso e isolamento dos dados
      • Redundância inadequada dos dados em função de mal projeto
    • Segurança dos dados
      • Facilidade no acesso indevido por parte de pessoas não autorizadas
    • Duplicidade de informações entre os vários arquivos
      • Projetos mal estruturados podem gerar informações repetidas
    • Aplicação dependente dos dados
      • A estrutura de arquivos armazenada no código cria uma dependência em relação ao desenvolvedor
    • Incompatibilidade dos formatos de arquivos
      • Cada fornecedor gerando sua própria solução criou uma Torre de Babel de soluções de BD.

• Modelo Atual:
  • SGBDs mantidos em discos com enorme capacidade
    • O custo dos HDs reduziu drasticamente
  • Formato eletrônico organizados em tabelas com associações entre elas de alta performance
    • A divisão de tabelões em bases menores e relacionadas é eficientemente implementada pelo sistema
  • Ordenação: Baseada em chaves para fácil localização e recuperação no padrão SQL
    • A possibilidade de ordenalção baseada no campo chave e em campos secundários trouxe uma versatilidade imensa aos BDs
  • Infraestrutura: Centralizada e mantida normalmente em estruturas cliente-servidor ou na nuvem
    • Hoje em dia, é simples armazenar uma base de dados, tanto numa estrutura local quanto em outro local que nem se sabe onde está
  • Características:
    • Aplicativos não tem nenhum conhecimento dos detalhes relativos aos métodos de gravação e leitura física dos dados nas tabelas
    • Diversos programas podem acessar um mesmo BD
    • SGBD oferece alta produtividade no desenvolvimento e manutenção dos softwares aplicativos
    • Qualidade dos SWs se tornou maior
    • Informações extraídas se tornaram mais confiáveis e com maior credibilidade

• Modelos em expansão:
  • Distribuído
  • NoSQL
  • Semânticos
  • ...

• Banco de Dados: Conjunto de dados relacionados entre si armazenados segundo uma determinada lógica de forma que possar ser recuperados quando necessário. Possui 3 características básicas [Alves, William]:

1. Um BD representa uma porção do mundo real (minimundo) => interação com o mundo real
2. Um BD é um conjunto lógico e ordenado de dados que possuem algum significado => fonte de informação
3. UM BD é construído e povoado com dados que têm um determinado objetivo, com usuários e aplicações desenvolvidas para manipulá-los=> público que demonstra interesse nos dados.

• Porte de um BD:
  • Pode ser pequeno, médio ou grande
  • Independente do tamanho, deve ser confiável, eficiente e acessível
  • Exemplos de porte de banco de dados:
    • Banco: com abrangência nacional => grande porte
    • Biblioteca de uma escola => médio porte
    • Base de conhecimento local => pequeno porte
    • Videos no youtube => grande porte
    • etc

SGBD

• Um Sistema Gerenciador de Banco de Dados é uma coleção de programas que permite aos usuários criar e manter um banco de dados

• É um sistema de software de uso geral que facilita o processo de definição, construção, manipulação e compartilhamento de bancos de dados entre diversos usuários e aplicações
  • Definir um banco de dados envolve especificar os tipos, estruturas e restrições dos dados a serem armazenados cuja informação descritiva pode ser mantida em dicionários ou catálogos chamados de metadados
  • A construção do banco de dados é o processo de armazenar os dados em algum meio controlado pelo SGBD
  • A manipulação de um banco de dados inclui funções como consulta ao banco de dados para recuperar dados específicos, atualização de dados e geração de relatórios ou consultas
  • O compartilhamento de um banco de dados permite que diversos usuários e programas acessem-no simultaneamente

• Além dessa funções, um SGBD permite:
  • Criação de consultas com base em padrões pré-definidos
  • Controle e geração de transações fazendo com que dados sejam lidos ou gravados no banco de dados
  • Proteção do sistema contra defeitos (ou falhas) de hardware ou software
  • Controle e proteção de segurança contra acesso não autorizado ou malicioso
  • Escalabillidade, ou seja, capacidade de evoluir e crescer de acordo com as demandas
  • Controle de redundância evitando replicações de dados e estruturas
  • Garantia de restrições de integridade
  • Backup e recuperação de dados.

• Passos para a criação de um BD
  • Especificação
  • Análise de requisitos
  • Projeto Conceitual
  • Projeto Lógico
  • Projeto Físico

• Arquiteturas:
  • Cliente-Servidor
  • Distribuída
  • Móvel
  • ...

• Soluções disponíveis:
  • Interbase
  • MySQL
  • Access
  • Oracle
  • PostgreSQL
  • Firebird
  • Informix
  • HSQLDB
  • IBM DB2
  • mSQL
  • SQL Server
  • TinySQL
  • JADE
  • ZODB
  • Sybase
  • Access
  • Visual Foxpro
  • etc

Arquivo:BDA - Exemplo de BD - Academico.pdf

• O que se espera de um BD?

1. Permitir aos usuários a criação de novas bases de dados e especificação de seus esquemas (estrutura lógica de dados) usando uma DDL (data-definition language)
2. Dar aos usuários a habilidade para consulta aos dados e modificá-los usando uma linguagem apropriada normalmente chamada de DML (data-manipulation language)
3. Suportar o armazenamento de grandes quantidades de dados (terabytes ou mais) por um longo período de tempo com acesso eficiente
4. Habilitar a durabilidade, a recuperação do banco de dados face a falhas, erros de vários tipos ou mal uso intencional
5. Controlar o acesso de muitos usuários simultâneos sem permitir interações inesperadas (isolamento) e sem acões sobre os dados que sejam executadas parcialmente mas não completamente (atomicidade)