Capitolo 1: Introduzione. Introduzione2 Base di dati  Insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento di attività (di un ente,

Presentazione sul tema: "Capitolo 1: Introduzione. Introduzione2 Base di dati  Insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento di attività (di un ente,"— Transcript della presentazione:

1 Capitolo 1: Introduzione

2 Introduzione2 Base di dati  Insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento di attività (di un ente, azienda, ufficio, persona)  Es.: elenchi telefonici, elenco degli iscritti a una facoltà universitaria e gli esiti dei loro esami, elenco dei libri di una biblioteca, elenco dei reparti e dei pazienti di una struttura ospedaliera.

3

4

5 Orario dei treni di una stazione

6 Campionato di calcio

7 Introduzione7 Biblioteca

8 Introduzione8 Punti di vista  Metodologico  Tecnologico

9 Introduzione9 Che cos'è l'informatica? Scienza del trattamento razionale, specialmente per mezzo di macchine automatiche, dell’informazione, considerata come supporto alla conoscenza umana e alla comunicazione (Accademia di Francia)

10 Introduzione10 Sistema azienda Sistema organizzativo Sistema informativo Sistema informatico

11 Introduzione11 Sistema informativo  Componente (sottosistema) di una organizzazione che gestisce (acquisisce, elabora, conserva, produce) le informazioni di interesse (cioè utilizzate per il perseguimento degli scopi dell’organizzazione )

12 Introduzione12 ogni organizzazione ha un sistema informativo, eventualmente non esplicitato nella struttura; quasi sempre, il sistema informativo è di supporto ad altri sottosistemi, e va quindi studiato nel contesto in cui è inserito il sistema informativo è di solito suddiviso in sottosistemi (in modo gerarchico o decentrato), più o meno fortemente integrati

13 Introduzione13 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 es. servizi anagrafici e banche) e che operano da secoli.

14 Introduzione14 Sistema Informatico  Porzione automatizzata del sistema informativo: la parte del sistema informativo che gestisce informazioni con tecnologia informatica  Anche prima di essere automatizzati, molti sistemi informativi si sono evoluti verso una razionalizzazione e standardizzazione delle procedure e dell’organizzazione delle informazioni

15 Introduzione15 Gestione delle informazioni  Raccolta, acquisizione  Archiviazione, conservazione  Elaborazione, trasformazione, produzione  Distribuzione, comunicazione, scambio

16 Introduzione16 Gestione delle informazioni  Nelle attività umane, le informazioni vengono gestite (registrate e scambiate) in forme diverse: idee informali linguaggio naturale (scritto o parlato, formale o colloquiale, in una lingua o in un’altra) disegni, grafici, schemi numeri e codici  e su vari supporti memoria umana, carta, dispositivi elettronici

17 Introduzione17 Gestione delle informazioni  Nelle attività standardizzate dei sistemi informativi complessi, sono state introdotte col tempo forme di organizzazione e codifica delle informazioni  Ad esempio, nei servizi anagrafici si è iniziato con registrazioni discorsive e poi nome e cognome estremi anagrafici codice fiscale

18 Introduzione18 Informazioni e dati  Nei sistemi informatici (e non solo), le informazioni vengono rappresentate in modo essenziale, spartano: attraverso i dati  Dal Vocabolario della lingua italiana (1987) informazione: notizia, dato 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 debbono essere elaborati.

19 Introduzione19 Dati e informazioni  I dati hanno bisogno di essere interpretati Esempio ‘Mario’ ’234275’ su un foglio di carta sono due dati. Se il foglio di carta viene fornito in risposta alla domanda “A chi mi devo rivolgere per il problema X; qual è il suo numero di telefono?”, allora i dati possono essere interpretati per fornire informazioni

20 Introduzione20 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

21 Introduzione21 Base di dati  Accezione generica, metodologica: insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento delle attività di un ente (azienda, ufficio, persona)  Accezione specifica,, metodologica e tecnologica:) insieme di dati gestito da un DBMS.

22 Introduzione22 Sistema di gestione di basi di dati DataBase Management System (DBMS)  Sistema che gestisce collezioni di dati: Sistema grandi persistenti condivise garantendo privatezza affidabilità efficienza efficacia

23 Introduzione23 DBMS  Prodotti software (complessi) disponibili sul mercato; esempi: Access DB2 Oracle Informix Sybase SQLServer MySQL

24 Introduzione24 Le basi di dati sono... grandi  dimensioni (molto) maggiori della memoria centrale (RAM) dei sistemi di calcolo utilizzati (fino a milioni di Gigabyte)  sono memorizzate in memoria secondaria (hard disk)  il limite deve essere solo quello fisico dei dispositivi

25 Introduzione25 Le basi di dati sono... persistenti  hanno un tempo di vita indipendente dalle singole esecuzioni dei programmi che le utilizzano

26 Introduzione26 Le basi di dati sono... condivise  Ogni organizzazione (specie se grande) è divisa in settori o comunque svolge diverse attività  Ciascun settore/attività ha un (sotto)sistema informativo (non necessariamente disgiunto)

27 Introduzione27

28 Introduzione28

29 Introduzione29 Problemi  Ridondanza: informazioni ripetute  Rischio di incoerenza: le versioni possono non coincidere in seguito ad aggiornamenti

30 Introduzione30 Archivi e basi di dati Gestione ricevimento Archivio 2: ricevimento Gestione orario lezioni Archivio 1: orario lezioni

31 Introduzione31 Archivi e basi di dati Gestione ricevimento Gestione orario lezioni Base di dati

32 Introduzione32 Le basi di dati sono condivise  Una base di dati e' una risorsa integrata, condivisa fra applicazioni  conseguenze Attivita' diverse su dati condivisi: meccanismi di autorizzazione Accessi di più utenti ai dati condivisi: controllo della concorrenza

33 Introduzione33 I DBMS garantiscono... privatezza  Si possono definire meccanismi di autorizzazione l'utente A è autorizzato a leggere tutti i dati e a modificare quelli sul ricevimento l'utente B è autorizzato a leggere i X e a modificare Y

34 Introduzione34 I DBMS garantiscono... affidabilità  Affidabilità (per le basi di dati): resistenza a malfunzionamenti hardware e software  Una base di dati è una risorsa pregiata e quindi deve essere conservata a lungo termine  Tecnica fondamentale: gestione delle transazioni

35 Introduzione35 Transazione  Programmi che realizzano attività frequenti e predefinite, con poche eccezioni, previste a priori.  Esempi: versamento presso uno presso sportello bancario emissione di certificato anagrafico dichiarazione presso l’ufficio di stato civile prenotazione aerea  Insieme di operazioni da considerare indivisibile ("atomico"), corretto anche in presenza di concorrenza e con effetti definitiviatomico concorrenza definitivi

36 Introduzione36 Le transazioni sono … atomiche  La sequenza di operazioni sulla base di dati viene eseguita per intero o per niente: trasferimento di fondi da un conto A ad un conto B: o si fanno il prelevamento da A e il versamento su B o nessuno dei due

37 Introduzione37 Le transazioni sono … concorrenti  L'effetto di transazioni concorrenti deve essere coerente  risultato dell’esecuzione concorrente di più transazioni deve essere lo stesso che le transazioni darebbero se fossero eseguite sequenzialente. se due assegni emessi sullo stesso conto corrente vengono incassati contemporaneamente si deve evitare di trascurarne uno

38 Introduzione38 I risultati delle transazioni sono permanenti  La conclusione positiva di una transazione corrisponde ad un impegno (in inglese commit) a mantenere traccia del risultato in modo definitivo, anche in presenza di guasti e di esecuzione concorrente

39 Introduzione39 I DBMS debbono essere...efficienti  Cercano di utilizzando al meglio le risorse di spazio di memoria (principale e secondaria) e tempo (di esecuzione e di risposta)  I DBMS, con tante funzioni, rischiano l'inefficienza e per questo ci sono grandi investimenti e competizione  L’efficienza è anche il risultato della qualità delle applicazioni

40 Introduzione40 I DBMS debbono essere...efficaci  Cercano di rendere produttive le attività dei loro utilizzatori, offrendo funzionalità articolate, potenti e flessibili: il corso è in buona parte dedicato ad illustrare come i DBMS perseguono l'efficacia

41 Introduzione41 DBMS vs file system  La gestione di insiemi di dati grandi e persistenti è possibile anche attraverso sistemi più semplici — gli ordinari file system dei sistemi operativi  I file system prevedono forme rudimentali di condivisione: "tutto o niente"  I DBMS estendono le funzionalità dei file system, fornendo più servizi ed in maniera integrata

42 Introduzione42 Descrizione dei dati nei DBMS  Descrizioni e rappresentazioni dei dati a livelli diversi permettono l’indipendenza dei dati dalla rappresentazione fisica: - i programmi fanno riferimento alla struttura a livello più alto, - le rappresentazioni sottostanti possono essere modificate senza necessità di modifica dei programmi

43 Introduzione43 Modello dei dati  insieme di costrutti utilizzati per organizzare i dati di interesse e descriverne la dinamica  componente fondamentale: meccanismi di strutturazione (o costruttori di tipo)  come nei linguaggi di programmazione esistono meccanismi che permettono di definire nuovi tipi, così ogni modello dei dati prevede alcuni costruttori  Il modello relazionale prevede il costruttore relazione, che permette di organizzare i dati come insiemi record omogenei a struttura fissa.

44

45 Introduzione45 L'istanza della base di dati Lo schema della base di dati Orario InsegnamentoDocenteAulaOra Analisi matem. ILuigi NeriN18:00 Basi di datiPiero RossiN29:45 ChimicaNicola MoriN19:45 Fisica IMario BruniN111:45 Fisica IIMario BruniN39:45 Sistemi inform.Piero RossiN38:00 Basi di dati: schema e istanza

46 Introduzione46 Schemi e istanze  In ogni base di dati esistono: lo schema, sostanzialmente invariante nel tempo, che ne descrive la struttura (aspetto intensionale) nell’esempio, le intestazioni delle tabelle l’istanza, i valori attuali, che possono cambiare anche molto rapidamente (aspetto estensionale) nell’esempio, il “corpo” di ciascuna tabella.

47 Introduzione47 Due tipi (principali) di modelli  modelli logici: utilizzati nei DBMS esistenti per l’organizzazione dei dati utilizzati dai programmi indipendenti dalle strutture fisiche esempi: relazionale, reticolare, gerarchico, a oggetti.  modelli concettuali: permettono di rappresentare i dati in modo indipendente da ogni sistema e da ogni modello logico cercano di descrivere i concetti del mondo reale sono utilizzati nelle fasi preliminari di progettazione di basi di dati il più noto è il modello Entity-Relationship

48 Introduzione48 Architettura DBMS Ansi-Sparc

49 Introduzione49 Livelli di astrazione schema logico : descrizione dell’intera base di dati nel modello logico adottato dal DBMS (ad esempio, la struttura delle tabelle) schema fisico : rappresentazione dello schema logico per mezzo di strutture fisiche di memorizzazione (es. files) schema esterno : descrizione di parte della base di dati in un modello logico (“viste” parziali, derivate, anche ev. in modelli diversi)

50 Una vista Corso AulaDocente Rossi Basi di dati DS3 Bruni Reti N3 Neri Sistemi N3 Bruni Controlli G Corsi NomePianoEdificio OMIDS1Terra PincherleGPrimo OMIN3Terra Aule CorsiSediCorso Aula Reti N3 Sistemi N3 Controlli G PianoEdificio OMITerra PincherlePrimo OMITerra

51 Introduzione51 Indipendenza dei dati  conseguenza della articolazione in livelli  è la principale proprietà dei DBMS  due forme: indipendenza fisica indipendenza logica

52 Introduzione52 Indipendenza fisica  il livello logico è indipendente da quello fisico una relazione è utilizzata nello stesso modo qualunque sia la sua realizzazione fisica la realizzazione fisica può cambiare senza che debbano essere modificati i programmi che utilizzano la base di dati

53 Introduzione53 Indipendenza logica  il livello esterno è indipendente da quello logico  aggiunte o modifiche alle viste non richiedono modifiche al livello logico  modifiche allo schema logico che lascino inalterato lo schema esterno sono trasparenti

54 Introduzione54 Linguaggi per basi di dati  Un altro contributo all’efficacia: disponibilità di vari linguaggi e interfacce diverse che permettono l'accesso ai dati con varie modalità:   linguaggi testuali interattivi (SQL)   tramite comandi (come quelli del linguaggio interattivo) immersi in linguaggi di programmazione tradizionale (linguaggio ospite, es. Pascal, C, Cobol, etc.)   tramite comandi (come quelli del linguaggio interattivo) immersi in un linguaggio ad hoc, con anche altre funzionalità (p.es. per grafici o stampe strutturate), anche con l’ausilio di strumenti di sviluppo (p. es. per la gestione di maschere)   con interfacce amichevoli che permettono di realizzare le operazioni sulla base dati senza usare un linguaggio testuale

55 Introduzione55 SQL, un linguaggio interattivo  "Trovare i corsi tenuti in aule a piano terra" NomePianoEdificio OMIDS1Terra PincherleGPrimo OMIN3Terra Aule Rossi Basi di dati DS3 Bruni Reti N3 Neri Sistemi N3 Bruni Controlli G Corsi AulaDocente Corso

56 Introduzione56 SQL, un linguaggio interattivo SELECT Corso, Aula, Piano FROM Aule, Corsi WHERE Nome = Aula AND Piano="Terra" Corso Aula Reti N3 Sistemi N3 Piano Terra

57 Introduzione57 SQL immerso in linguaggio ad alto livello write('nome della citta''?'); readln(citta); EXEC SQL DECLARE P CURSOR FOR SELECT NOME, REDDITO FROM PERSONE WHERE CITTA = :citta ; EXEC SQL OPEN P ; EXEC SQL FETCH P INTO :nome, :reddito ; while SQLCODE = 0 do begin write('nome della persona:', nome, 'aumento?'); readln(aumento); EXEC SQL UPDATE PERSONE SET REDDITO = REDDITO + :aumento WHERE CURRENT OF P EXEC SQL FETCH P INTO :nome, :reddito end; EXEC SQL CLOSE CURSOR P

58 Introduzione58 SQL immerso in linguaggio ad hoc (Oracle PL/SQL) declare Stip number; begin select Stipendio into Stip from Impiegato where Matricola = '575488' for update of Stipendio; if Stip > 30 then update Impiegato set Stipendio = Stipendio * 1.1 where Matricola = '575488'; else update Impiegato set Stipendio = Stipendio * 1.15 where Matricola = '575488'; end if; commit; exception when no_data_found then insert into Errori values('Non esiste la matricola specificata',sysdate); end;

59 Interazione non testuale (in Access)Access

60 Introduzione60 Una distinzione terminologica (separazione fra dati e programmi) data manipulation language (DML), linguaggi per la manipolazione di dati: per l’interrogazione e l’aggiornamento di (istanze di) basi di dati data definition language (DDL), linguaggi per la definizione di dati: per la definizione di schemi (logici, esterni, fisici) e altre operazioni generali (es. autorizzazioni)

61 Introduzione61 Personaggi e interpreti  Database administrator (DBA): Persona o gruppo di persone responsabile del controllo centralizzato e della gestione del sistema, delle prestazioni, dell’affidabilità, delle autorizzazioni  Le funzioni del DBA includono quelle di progettazione, anche se in progetti complessi ci possono essere distinzioni

62 Introduzione62

63 Introduzione63 Personaggi e interpreti (2)  progettisti della base di dati: raccolgono dati in base alle esigenze del committente e degli utenti; li organizzano in strutture adeguate per rappresentarli correttamente e memorizzarli.  progettisti e realizzatori di DBMS: implementano la base di dati  progettisti e programmatori di applicazioni che operano su sulla base di dati

64 Introduzione64 Personaggi e interpreti (3)  utenti utenti finali (terminalisti): eseguono applicazioni predefinite e frequenti (transazioni) utenti casuali: eseguono operazioni non previste a priori, usando linguaggi interattivi (interrogazioni, aggiornamenti) utenti indipendenti.

65 Introduzione65 Vantaggi e svantaggi dei DBMS Pro  permettono di trattare i dati come risorsa comune, base di dati come modello della realtà  gestione centralizzata dei dati con possibilità di standardizzazione  disponibilità di servizi integrati  la condivisione dei dati evita ridondanze e inconsistenze  indipendenza dei dati (favorisce lo sviluppo e la manutenzione) delle applicazioni)

66 Introduzione66 Contro  i prodotti sono costosi e complessi, e diversi da molti altri strumenti informatici; la loro introduzione comporta investimenti: Acquisto prodotto Acquisto risorse hardware e software necessarie  non scorporabilità delle funzionalità (con riduzione di efficienza)

67 Introduzione67 Evoluzione delle basi di dati  Basi dati multimediali (per memorizzare immagini, video, suoni)  Sistemi di informazione geografica (GIS, geographic information sistems), per memorizzare e analizzare carte geografiche, dati metereologici e immagini da satellite  Data Warehouse, possono memorizzare dati storici integrati e consistenti relativi al personale delle aziende  Sistemi OLAP (on line analytical processing), usati dalle aziende per estrarre e analizzare informazioni utili (es. cifre di vendita, marketing o produzione) da basi dati molto ampie

68 Basi di Dati Multimediali Introduzione68  Nuove applicazioni richiedono la rappresentazione e la gestione di dati non tradizionali: testi arbitrari immagini audio video dati tradizionali (relazionali, orientati ad oggetti)

69 Introduzione69  Un sistema di gestione dati multimediali (MMDBMS) permette la rappresentazione e la gestione di diversi tipi di dati, potenzialmente rappresentati secondo diversi formati  Un MMDBMS deve permettere di: rappresentare dati corrispondenti a diverse tipologie di media interrogare dati rappresentati in formati diversi in modo uniforme interrogare dati in formati diversi simultaneamente nel contesto della stessa query recuperare gli oggetti dal supporto su cui risiedono, compatibilmente con il tipo di media che rappresentano

70 Introduzione70  Rappresentazione i dati sono tipicamente non strutturati si vuole analizzare il contenuto come è possibile rappresentare il contenuto di un documento multimediale? Come si fa a capire che un’immagine contiene una certa persona  Query un linguaggio di query per MMDBMS deve avere caratteristiche particolari query processing deve analizzare il contenuto degli oggetti

71 Esempio Introduzione71 Attributi descrittivi nome: Villa Medici località:Roma Features: forma:

72 Sistemi Informatici Geografici Un sistema informativo territoriale (SIT; in inglese Geographic Information System, abbreviato in GIS) è un sistema informativo ngleseabbreviatosistema informativo computerizzato computerizzato che permette l'acquisizione, la registrazione, l'analisi, la visualizzazione e la restituzione di informazioni derivanti da dati geograficiinformazionigeografici Introduzione72

73  Il GIS è differente dal DBMS, in quanto si occupa essenzialmente dell'elaborazione e manipolazione dei dati georeferenziatiDBMS  Per la rappresentazione dei dati in un sistema informatico occorre formalizzare un modello rappresentativo flessibile che si adatti ai fenomeni reali. Nel GIS abbiamo tre tipologie di informazioni: Geometriche: relative alla rappresentazione cartografica degli oggetti rappresentati; quali la forma (punto, linea, poligono), la dimensione e la posizione geografica; Topologiche: riferite alle relazioni reciproche tra gli oggetti (connessione, adiacenza, inclusione ecc…); Informative: riguardanti i dati (numerici, testuali ecc…) associati ad ogni oggetto. Introduzione73

74  Il GIS prevede la gestione di queste informazioni in un database relazionale.database  L'aspetto che caratterizza il GIS è quello geometrico: esso memorizza la posizione del dato impiegando un sistema di proiezione reale che definisce la posizione geografica dell'oggetto. Il GIS gestisce contemporaneamente i dati provenienti da diversi sistemi di proiezione e riferimento proiezione Introduzione74

75 Data Warehouse  Un Data warehouse è un archivio informatico contenente i dati di un'organizzazione. I DW sono progettati per consentire di produrre facilmente relazioni ed analisi. Introduzione75

76  Il data warehouse, quindi, descrive il processo di acquisizione, trasformazione e distribuzione di informazioni presenti all'interno o all'esterno delle aziende come supporto ai processi decisionali.  Esso si differenzia in modo sostanziale dai normali sistemi gestionali che, al contrario, hanno il compito di automatizzare le operazioni di routine. Introduzione76

77 OLAP, designa un insieme di tecniche software per l'analisi interattiva e veloce di grandi quantità di dati, che è possibile esaminare in modalità piuttosto complesse. Ad esempio, serve alle aziende per analizzare i risultati delle vendite, l'andamento dei costi di acquisto merci, al marketing per misurare il successo di una campagna pubblicitaria, ad una università i dati di un sondaggio ed altri casi simili. Gli strumenti OLAP hanno come obiettivo la performance nella ricerca e il raggiungimento di un'ampiezza di interrogazione quanto più grande possibile. Non utilizzano interfacce relazionali ma interfacce multidimensionali Visulaizzano i dati da diversi punti di vista 77 Strumenti di businness intelligence

78  La creazione di un database OLAP consiste nell'effettuare una fotografia di informazioni in un determinato momento e trasformare queste singole informazioni in dati multidimensionali.  Eseguendo successivamente delle interrogazioni sui dati così strutturati è possibile ottenere risposte in tempi decisamente ridotti rispetto alle stesse operazioni effettuate su altre tipologie di database.  Una struttura OLAP creata per questo scopo è chiamata "cubo" multidimensionale Introduzione78

79 Introduzione79 Data Mining  Il data mining ha per oggetto l'estrazione di di una conoscenza a partire da grandi quantità di dati (attraverso metodi automatici) e l'utilizzazione industriale o operativa di questo sapere.  In sostanze è l’"analisi matematica eseguita su database di grandi dimensioni". analisi matematicadatabase  Il data mining ha una duplice valenza: Estrazione, con tecniche analitiche all'avanguardia, di informazione implicita, nascosta, da dati già strutturati, per renderla disponibile e direttamente utilizzabile; Esplorazione ed analisi, eseguita in modo automatico o semiautomatico, su grandi quantità di dati allo scopo di scoprire pattern (schemi) significativi.

80 Introduzione80 Questo tipo di attività è cruciale in molti ambiti della ricerca scientifica, ma anche in altri settori (per esempio in quello delle ricerche di mercato). Nel mondo professionale è utilizzata per risolvere problematiche diverse tra loro, che vanno dalla gestione delle relazioni con i client, all'individuazione di comportamenti fraudolenti per finire all'ottimizzazione di siti web.ricerca scientificaricerche di mercatositi web