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Eprogram informatica V anno. Basi di dati Il sistema EDP In un’azienda il sistema informativo viene gestito utilizzando strumenti informatici. Questo.

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Presentazione sul tema: "Eprogram informatica V anno. Basi di dati Il sistema EDP In un’azienda il sistema informativo viene gestito utilizzando strumenti informatici. Questo."— Transcript della presentazione:

1 Eprogram informatica V anno

2 Basi di dati

3 Il sistema EDP In un’azienda il sistema informativo viene gestito utilizzando strumenti informatici. Questo sistema prende il nome di EDP (Electronic Data Processing) e può essere visto come un insieme di dati memorizzati su supporti elettronici e di applicazioni informatiche utilizzate per agevolare il raggiungimento degli obiettivi di un’azienda.

4 Applicazione informatica Per applicazione informatica si intende una componente del sistema informativo (SI) che utilizza dati in esso immagazzinati per compiere una funzione specifica all’interno dell’organizzazione a cui il SI appartiene. OGNI applicazione del SI opera su un insieme di dati memorizzati secondo una struttura definita all’interno dell’applicazione stessa dall’analista. L’analista ha il compito di realizzare l’applicazione in modo da rendere massima la sua efficienza, indipendentemente dalle altre applicazioni. In un sistema EDP ogni applicazione opera in modo del tutto indipendente (o quasi) dalle altre applicazioni, facendo uso dei propri dati e dei propri programmi.

5 File system Lo strumento utilizzato per la gestione e la memorizzazione dei dati è il file system. Il file system è la parte del sistema operativo che si occupa della definizione e gestione dei file immagazzinati sulla memoria di massa.

6 Problematiche legate alle applicazioni Le applicazioni nel sistema EDP presentano alcune problematiche: - risultano isolate dalle altre dello stesso sistema informativo, un problema quando è necessaria la condivisione di dati. - i dati vengono ripetuti tante volte quante sono le applicazioni che devono usarli, con conseguente spreco di memoria e con il rischio di introdurre inconsistenze ed errori. - l’accesso ai dati può avvenire solo tramite le applicazioni. Se c’è necessità di ottenere risultati diversi da quelli previsti dall’applicazione, occorre realizzare i programmi specifici. - stretto legame tra livello logico (cosa si vuole fare in un’applicazione) e fisico (come sono memorizzati e gestiti i dati) con conseguenti difficoltà, lunghezza e costo nella modifica delle applicazioni anche a fronte di variazioni lievi.

7 Contenitore di dati unico, le basi di dati Da questi problemi nasce l’idea di un unico contenitore di dati, che garantisca: - accessi multipli - consistenza - diversità di linguaggi - accessibilità - privatezza- modificabilità - integrità- correttezza Questi obiettivi non possono essere raggiunti tramite gli strumenti convenzionali: nasce quindi l’esigenza di nuovi strumenti, quali le basi di dati.

8 Basi di dati Una base di dati può essere definita come una collezione di dati strutturati, progettati per essere usati in applicazioni differenti e da differenti utenti. In particolare, è un insieme di dati memorizzati senza ridondanze inutili per servire più di un’applicazione in contemporanea e organizzati in modo da essere indipendenti dai programmi che li usano.

9 Basi di dati e DBMS Per la gestione delle basi di dati sono necessari particolari sistemi software, chiamati DBMS (Data Base Management System). I DMBS si occupano della memorizzazione, dell’organizzazione e della gestione dei dati. Un DBMS si colloca tra i programmi applicativi e i file dove sono memorizzati i dati e si occupa di gestirli su richiesta dei programmi.

10 Come opera un DBMS In figura viene evidenziato il modello di funzionamento di un sistema con DMBS. Gli utenti accedono ai programmi tramite interfacce. I programmi che hanno bisogno di dati li richiedono al DBMS che li preleva dalla base di dati tramite file system del S.O. restituendoli ai programmi richiedenti.

11 Ridondanze Per ridondanza si intende sia la duplicazione del dato, sia la memorizzazione di un dato che deriva dall’elaborazione di altri. Tuttavia, se la richiesta su un dato che risulta ridondante viene fatta spesso, può essere conveniente memorizzare questo dato (ridondanza utile). Una ridondanza utile comporta un costo maggiore, sia per l’occupazione di memoria sia per la sua gestione, ma vengono velocizzate le richieste. È il responsabile della base di dati (DBA, DataBase Administrator) che deve decidere se inserire o no le ridondanze utili per garantire la massima efficienza della base di dati.

12 Inconsistenze Si parla di inconsistenza quando due dati che rappresentano la stessa informazione assumono valori diversi. Se una dato è memorizzato in due file differenti può capitare che un’eventuale modifica sia apportata a un solo file, in questo caso si ha un’inconsistenza perchè si hanno due valori diversi per lo stesso dato. Dal momento che la base di dati riduce le ridondanze, il cambiamento del valore di un dato viene immediatamente reso disponibile a tutti gli utenti, cioè non possono esistere dati uguali con differenti valori.

13 Integrità dei dati Il DBMS si occupa di controllare che l’inserimento di nuovi dati o la cancellazione di quelli già esistenti non alteri la congruenza della base di dati. Si parla cioè di integrità dei dati che vengono protetti da accidentali o voluti cambiamenti che risultino non corretti o non autorizzati.

14 I livelli dei dati In un DBMS i dati si possono descrivere a livelli diversi. Questa possibilità permette di liberare il progettista della base di dati e il programmatore delle applicazioni dalla preoccupazione di come i dati sono fisicamente organizzati in memoria, concentrandosi sul loro significato piuttosto che sulla loro organizzazione fisica. Nell’organizzazione delle basi di dati si evidenziano tre livelli di astrazione: - esterno - logico - interno Attraverso questi livelli il DBMS può nascondere la reale organizzazione dei dati nei supporti di memorizzazione.

15 Il modello ANSI/SPARC Tutto ciò è ottenuto grazie a una particolare architettura che è stata formalizzata da un organismo di standardizzazione (ANSI/SPARC). Ai tre livelli di astrazione corrispondono altrettanti schemi di rappresentazione dei dati: - Sottoschemi o viste: livello esterno in cui differenti utenti possono avere differenti visioni degli stessi dati a seconda dell’uso che devono farne. - Schema logico: rappresenta la visione complessiva del database. - Schema fisico: si pone al livello interno e descrive come sono organizzati fisicamente i dati sui supporti di memoria di massa.

16 Indipendenza logica Per indipendenza logica si intende la possibilità di modificare lo schema logico senza dover modificare i programmi che usano le singole applicazioni. Tale indipendenza viene realizzata tramite il concetto di sottoschema o vista (view).

17 Indipendenza fisica Per indipendenza fisica si intende la possibilità di modificare l’organizzazione fisica dei dati senza dover modificare l’organizzazione logico-concettuale. L’indipendenza fisica si basa sul concetto che né lo schema né il sottoschema rispecchiano il modo in cui i dati sono effettivamente memorizzati nella memoria secondaria del sistema.

18 Indipendenza logica e fisica

19 Come opera il DBMS Il DBMS gestisce i passaggi tra i vari modi di vedere i dati appoggiandosi sul SO. Cosa succede quando un’applicazione necessita di un dato memorizzato nella base di dati? 1. Un’applicazione richiede un’entità al DBMS definendone alcune caratteristiche. 2. Utilizzando il sottoschema corrispondente all’applicazione in questione (modello esterno) il DBMS individua la corrispondenza tra l’entità richiesta e quella definita nello schema logico (corrispondenza esterno/logica). 3. Il DBMS, tramite lo schema fisico individua dove il dato è fisicamente memorizzato (file) e i metodi per accedervi (corrispondenza logica/interna). 4. Il DBMS richiede al SO di prelevare il dato in questione dal file (o dai files). 5. Il SO restituisce, in un’apposita area, il record prelevato dal DBMS. 6. Il DBMS effettua le opportune trasformazioni del record reperito per renderlo compatibile con il modello esterno. 7. Il DBMS restituisce il record all’applicazione richiedente.

20 Rappresentazione operazioni DBMS

21 Linguaggi e utenti Per poter gestire le basi di dati tramite il DBMS sono stati introdotti alcuni linguaggi specifici: - DDL (Oracle, DB2, MySQL, Access) - DML (SQL)

22 Data Definition Language Per la definizione dello schema logico si usano i linguaggi DDL (Data Definition Language), che consentono di definire i tipi di entità presenti nello schema concettuale e le loro relazioni. Un DDL è in genere un linguaggio a se stante con sintassi e semantica proprie, ed è indipendente dalle applicazioni. Il DDL serve anche a definire le viste e alcuni parametri qualitativi e quantità delle strutture fisiche di memorizzazione della base di dati. Ecco un esempio di come si può creare una tabella usando DDL:

23 Interfaccia grafica DDL I principali DBMS (Oracle, DB2, MySQL, Access) forniscono anche ambienti grafici per amministrazione di sistema e definizione tabelle:

24 Data Manipulation Language Per la modifica, il reperimento, l’inserimento e la cancellazione dei dati si usano i linguaggi di manipolazione dei dati (DML, Data Manipulation Language). I DML hanno lo scopo di fornire all’utente uno strumento per interrogare e modificare le informazioni contenute nella base di dati. Un DML può essere un linguaggio a se stante o un’estensione del linguaggio ospite. Nel primo caso siamo di fronte a un vero e proprio linguaggio di programmazione.

25 DML procedurali e non I DML, vengono distinti in: procedurali (o navigazionali) quando hanno gli operatori per trattare i singoli record; non procedurali (o dichiarativi) quando gli operatori sono indipendenti dal concetto di posizione, cioè considerano i dati collettivamente. Non si deve indicare la procedura da seguire (algoritmo) ma l’obiettivo da raggiungere.

26 Query language Un particolare tipo di linguaggio di manipolazione è il query language. Si tratta di un linguaggio di tipo interattivo per l’interrogazione e la modifica della base di dati. È stato ideato principalmente per risolvere il problema degli utenti occasionali che, pur non avendo conoscenze di programmazione, possono così interrogare la base di dati senza dover scrivere programmi in un linguaggio complesso. I sistemi attuali vanno sempre più nella direzione di dotarsi di strumenti grafici per agevolare l’attività di interfacciamento con l’utente.

27 Query language testuale e grafico Di seguito è mostrato un esempio in cui si richiede di reperire alcune informazioni della tabella Prodotti utilizzando uno di questi linguaggi (SQL): e come la stessa richiesta (query) possa venire formulata tramite un query language grafico:

28 Gli utenti In base alle modalità di uso della base di dati possiamo individuare alcune categorie di utenti: - DBA (Data Base Administrator) - programmatori - utenti finali

29 Data Base Administrator Il DBA (Data Base Administrator) è il responsabile del sistema per quanto riguarda la gestione dello schema e dei sottoschemi e per l’organizzazione fisica dei dati. Ha il compito di: creare inizialmente e mantenere lo schema logico; definire e mantenere lo schema interno; definire e aggiornare i diritti di accesso; ripristinare la base di dati in caso di malfunzionamento.

30 I programmatori I programmatori sono coloro che realizzano le applicazioni utilizzando un DML o particolari linguaggi di programmazione.

31 Utenti finali Gli utenti finali possono essere di tre tipi: - occasionali, accedono alla base di dati occasionalmente e, non avendo conoscenze informatiche, hanno bisogno di interfacce amichevoli per interrogare la base di dati. Usano generalmente i query language. - frequenti, pur non avendo conoscenze informatiche, accedono alla base di dati spesso e quindi hanno dimestichezza con un particolare sistema. - inconsapevoli, sono coloro che utilizzano una particolare applicazione senza necessariamente sapere che questa è basata su una base di dati.

32 Rappresentare la realtà La necessità che porta alla costruzione delle basi di dati è quella di rappresentare la realtà attraverso un insieme di entità e di relazioni esistenti tra di loro. Tutta la gestione delle basi di dati dipende da come queste sono rappresentate: gli stessi linguaggi dipendono in modo strettissimo dallo schema su cui devono operare.

33 Archi delle associazioni I modelli dei dati utilizzati per descrivere lo schema possono essere classificati in base al modo in cui vengono rappresentate e trattate le associazioni, in particolare nel modo diverso in cui vengono gestiti gli archi delle associazioni nella rappresentazione grafica dello schema. L’arco si dice informativo se senza la sua presenza fisica non è possibile collegare le due entità. Si parla invece di archi non informativi se il collegamento è di tipo logico, e quindi anche senza la sua presenza fisica è possibile collegare le due entità (tramite l’uguaglianza di due attributi).

34 Arco informativo e non informativo

35 Classificazione dei modelli I modelli che utilizzano archi informativi sono detti modelli a grafo, e possono essere a loro volta suddivisi in modello gerarchico e modello reticolare. L’uso di archi non informativi è caratteristico invece del modello relazionale. Un discorso a parte va invece fatto per il modello Object-Oriented.

36 Modelli a grafo Nei modelli a grafo le relazioni sono implementate tramite puntatori (indirizzi fisici) che indicano quale istanza di entità è connessa a quella considerata. Nella relazione è individuato SEMPRE un proprietario (padre, owner) e un posseduto (figlio, member).

37 Modello gerarchico Nei modelli gerarchici lo schema è rappresentato da una struttura ad albero, cioè da un grafo privo di cicli. L’albero, detto albero di definizione, ha un’organizzazione tipicamente gerarchica: ciascun nodo rappresenta una classe di entità e ciascun arco una relazione che può essere di tipo uno a molti (1:N) o uno a uno (1:1). Ogni nodo ha un solo genitore mentre un padre può avere più figli. Ogni entità figlio può essere collegata a elementi di un’altra entità figlio solo passando dall’entità superiore.

38 Modello gerarchico Una base di dati gerarchica è costituita da un insieme di alberi, uno per ogni occorrenza del nodo radice. NON si possono rappresentare relazioni N:N a meno di spreco di spazio e costruzione di strutture pesanti. Per reperire informazioni è necessario percorrere l’albero dalla radice.

39 Linguaggi procedurali dei DBMS gerarchici I DBMS gerarchici sono dotati di linguaggi procedurali e la sintassi dei comandi è strettamente dipendente dal tipo di spostamenti che si vuole richiedere dal momento che si può navigare nello schema solo gerarchicamente. Ricordiamo che per linguaggio procedurale si intende un linguaggio in cui è necessario descrivere tutti i passi necessari per poter reperire l’informazione desiderata.

40 Modello reticolare Quando non è richiesto che lo schema sia un albero, ma ogni tipo di entità può avere nello schema un numero qualsiasi di tipi di entità connessi a esso siamo in presenza di schema reticolare. In questo modello possibile l’esistenza di più di una relazione tra due entità ed è per questo che le relazioni DEVONO avere un nome. Sono permesse anche relazioni di tipo N:N e relazioni unarie. Nello schema sono descritti i record-type (le entità), i data-items (gli attributi) e i set (le associazioni tra entità) in cui c’è una gerarchia tra un owner e un member. Tramite il set si effettua la navigazione perchè un record-type può appartenere a più set.

41 Rappresentazione modello reticolare

42 Navigazione Nei modelli reticolare e gerarchico è molto importante il concetto di navigazione. Per accedere alle occorrenze delle entità è necessario muoversi tra di esse utilizzando come mezzo di trasporto le associazioni. Si parte da un’occorrenza, o un insieme di occorrenze, ci si sposta fisicamente da un insieme di occorrenze a un altro: le informazioni si possono reperire solo allora. Si tratta del tipico approccio procedurale e il modo di lavorare è simile a quello che si usa con un normale linguaggio di programmazione che usufruisce di file.

43 Modello relazionale Nel modello relazionale i dati vengono rappresentati in formato tabellare. Le tabelle sono formate da colonne per gli attributi e da righe per i record. Il legame esistente tra due tabelle è di tipo logico ed è realizzato tramite un attributo in comune, che nell’esempio della figura è rappresentato dal campo CodEd della tabella Editori e dal campo CodEd della tabella Libri.

44 Modello Object-oriented Recentemente si stanno diffondendo dei sistemi basati sul modello Object-Oriented. Tale modello utilizza oggetti indipendenti che permettono di modellizzare in modo naturale la realtà, e non un modello della realtà, natural modelling.

45 Modello Object-oriented Il concetto base della tecnologia Object-oriented è l’inscindibilità della struttura dei dati e delle operazioni che li manipolano: un oggetto (in figura) è formato da un insieme di dati, detti proprietà, e da un insieme di operazioni, dette metodi. Le proprietà (o attributi) sono dati privati di un oggetto e non possono essere raggiunte esplicitamente dall’esterno se non applicando le operazioni (o metodi) associate.

46 Encapsulation Il principio della encapsulation afferma che l’unico modo per accedere ai dati dell’oggetto è l’invocazione dei metodi: non è quindi possibile usare la struttura in modo differente da quello per cui è stata prevista. L’encapsulation può essere vista come un’estensione del concetto di modularità. Dal momento che le interazioni tra gli oggetti possono avvenire solamente tramite i metodi, risulta facilitata la costruzione incrementale di sistemi di dimensioni ragguardevoli, nonché la localizzazione di eventuali malfunzionamenti.

47 Ereditarietà Un’altra caratteristica importante che differenzia i sistemi Object-Oriented da quelli tradizionali è l’ereditarietà. L’ereditarietà (inheritance) consente la definizione di un nuovo oggetto mediante il raffinamento. Con l’ereditarietà diventa possibile riutilizzare il software prodotto senza duplicazioni e senza conoscere i dettagli di implementazione, con evidenti vantaggi in termini di produttività.


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