11. Archivi e basi di dati Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 Ing. Simona Colucci.

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1 11. Archivi e basi di dati Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 Ing. Simona Colucci

2 Memorie di massa Memoria di tipo persistente –Un dato è persistente se è mantenuto integralmente quando il calcolatore viene spento oppure si verifica un errore Obiettivi nell’uso della memoria di massa: –Memorizzare in modo compatto grandi quantità di dati –Accesso efficiente e selettivo ai dati Possiamo classificare i dispositivi di memoria di massa in: –Dispositivi ad accesso sequenziale (nastri) –Dispositivi ad accesso diretto (dischi) Basati su tecnologia magnetica: l’informazione è memorizzata come stato di magnetizzazione(positivo o negativo) delle particelle ferrose presenti sulla pellicola magnetica, indotto da un campo elettrico La tecnologia ottica è sempre più diffusa (per i dischi): lo spazio necessario per lo stato magnetico viene ulteriormente ridotto grazie al laser, che porta maggiore precisione e quindi maggiore capacità Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

3 Nastri (1) Accesso sequenziale Sul nastro magnetico sono incise delle piste orizzontali, parallele fra loro I dati vengono registrati serialmente su ogni traccia Il nastro scorre al di sopra della testina di lettura/scrittura che genera campi magnetici per scrivere e ne rimuove per leggere Ai dati sono aggiunti alcuni bit di controllo per consentire il rilevamento di errori (es. bit di parità) Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 Bit 1 2 3 4 5 6 7 8 Bit di parità

4 Nastri (2) I dati sono organizzati sul nastro in zone contigue, dette record Sono previste zone prive di dati tra i record (inter-record gap) e all’inizio(che consente l’accelerazione necessaria per portare i dati sulla testina ad una certa velocità) Parametri principali: –Densità di memorizzazione: è misurata in bit per inch (bpi) –Capacità di memorizzazione = densità  lunghezza (in pollici) –Velocità di movimento del nastro Alcuni nastri hanno le tracce poste diagonalmente e sono letti da testine rotanti (scansione elicoidale) I nastri sono attualmente impiegati solo per il backup ( e l’eventuale restore) Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

5 Dischi (1) Accesso diretto Disk-pack: un certo numero di piatti coperti da uno strato magnetico Ciascun piatto ha una serie di cerchi concentrici (tracce) su entrambi i lati Le tracce sono suddivise in spicchi di ugual grandezza (settori) Le testine di lettura/scrittura si spostano (tutte insieme) radialmente tra le varie tracce Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

6 Dischi (2) L’inizio e la fine dei settori sono marcati con sequenze particolari di bit (formattazione) Blocco di ingresso/uscita: gruppo di dati che vengono letti o scritti con un’unica operazione di ingresso/uscita Ciascun blocco è individuato dalla terna: (num. superficie, num. traccia, num. settore) Una zona di memoria (il buffer) contiene i dati prima che vengano scritti su disco o dopo essere stati letti da disco Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

7 Dischi (3) Accesso ai dati: –Spostamento della testina verso la traccia richiesta (tempo di seek) –Attesa del passaggio del settore richiesto (tempo di latenza) Mediamente, pari a metà del tempo di rotazione –Trasferimento dei dati da/verso il buffer (tempo di trasferimento) Quindi: t i/u = t seek + t lat + t trasf Cilindro: l’insieme delle tracce, appartenenti a tutte le superfici, poste alla stessa distanza dal centro: i dati di uno stesso file vengono messi sullo stesso cilindro per evitare il seek Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

8 Altre memoria di massa Floppy disk: magnetico Dischi ottici –CD-ROM –CD-R/RW –DVD Chiavi USB: memorie a stato solido Flash EPROM Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

9 Organizzazione degli archivi Le informazioni vengono organizzate in memoria in record logici Blocchi di ingresso/uscita e record logici: –In un medesimo blocco di ingresso/uscita può trovare posto un certo numero di record logici –Esistono record logici così grandi da occupare più blocchi di ingresso/uscita L’accesso ad un record logico comporta il trasferimento di uno o più blocchi di ingresso/uscita Coefficiente di riempimento di un file: numero di byte allocati a record logici nel file numero di byte dei blocchi fisici allocati al file Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

10 Basi di dati Base di dati (o database): insieme i dati, raccolti in base a precise regole, e organizzati in strutture piuttosto rigide DBMS: sistema software che organizza e gestisce basi di dati –Opera al di sopra del sistema operativo –Offre linguaggi specifici per l’organizzazione e la gestione dei dati –Offre meccanismi efficienti per l’accesso ai dati Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

11 Basi di dati e archivi separati (1) Dati gestiti basandosi sui file Più applicazioni accedono ai file Problemi: –Inconsistenza e ridondanza dei dati –Riservatezza dei dati –Integrità dei dati –Concorrenza Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 Progr. 1Progr. 2Progr. 3 File File modificati

12 Basi di dati e archivi separati (2) Dati gestiti da un DBMS Vantaggi: –I dati hanno una sola rappresentazione –L’accesso alla base di dati viene disciplinato dal DBMS –Alcuni vincoli di integrità possono essere definiti e verificati in modo automatico Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 Progr. 1Progr. 2Progr. 3 DBMS Base di dati

13 Modelli per la gestione dei dati Modello dei dati:collezione di costruttori di tipo utilizzabili da un DBMS –Gerarchico: basato su strutture ad albero –Reticolare: basato su strutture a grafo –Relazionale: basato sul concetto di insieme e sulla strutturazione dei dati tramite tabelle –Ad oggetti: estende alle basi di dati alcune caratteristiche dei linguaggi di programmazione orientati agli oggetti Schema di una base di dati: descrizione dei dati di uno specifico contesto applicativo –Definita tramite un attività detta database design –Istanza (od occorrenza) di una base di dati: valore assunto dalla base di dati in un particolare istante di tempo Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

14 Categorie di linguaggi Linguaggi forniti da un DBMS –Data Definition Language (DDL): Utilizzato per definire lo schema della base di dati Lo schema viene salvato nel dizionario dei dati –Data Manipulation Language (DML): Per formulare interrogazioni (o query) sulla base di dati Per modificare il contenuto della base di dati Nel seguito vedremo il linguaggio SQL (che supporta entrambi questi aspetti) Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

15 Livelli di astrazione Livelli di astrazione: –Fisico: descrive la base di dati come un insieme di record in memoria di massa –Logico: descrive la struttura di ciascun dato e i collegamenti tra dati diversi –Esterno: presenta i dati così come vengono visti da un particolare utente o da una classe di utenti Livelli di indipendenza: –Fisica: ridefinire il livello fisico senza modificare il livello logico –Logica: definire nuovi schemi esterni senza modificare la struttura logica Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 Descrizione esterna 1 Descrizion e esterna 2 Descrizion e esterna n Descrizione logica Descrizione interna Utente 1Utente 2Utente 3Utente 4Utente n Archivi

16 Transazioni Transazioni: robuste esecuzioni di programma che non lasciano mai la base di dati in uno stato inconsistente Proprietà “acide” delle transazioni: –Atomicità: vi sono solo due possibili terminazioni Successo: tutte le attività della transazione sono andate a buon fine, la base di dati è aggiornata (commit) Fallimento: qualche attività della transazione non va a buon fine, la transazione fallisce tutta, la base di dati non viene modificata (rollback) –Consistenza: i vincoli di integrità dei dati non sono mai violati –Isolamento: transazioni concorrenti sono isolate le une dalle altre –Durabilità: una volta completata con successo, l’effetto della transazione sulla base di dati è permanente Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

17 Utenti di una base di dati Data Base Administrator (DBA): –Definizione degli schemi esterni, logico e fisico –Definizione dei vincoli di integrità e dei requisiti di riservatezza –Per questi compiti, il DBA utilizza il DDL Terminalista: –Interagisce con un’applicazione che a sua volta si interfaccerà con la base di dati Programmatore: –Scrive le applicazioni e le rende disponibili agli utenti –Utilizza il DML per interfacciare applicazione e base di dati Utente occasionale: –Formula query non previste dalle applicazioni, usando il DML Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

18 Base di dati relazionale Relazione, una tabella caratterizzata da: –Un numero fisso di colonne (dette attributi); ciascuna colonna assume valori estratti da uno stesso dominio –Un numero variabile di righe (dette tuple) –Grado di una relazione: il numero di colonne –Cardinalità di una relazione: il numero di righe –Schema di una relazione: il nome della relazione seguito dai nomi dei suoi attributi; a ciascun attributo è associato un dominio –Istanza di una relazione: insieme delle tuple presenti nella base di dati in un determinato istante (quindi, varia nel tempo) Base di dati relazionale, un insieme di relazioni: –Schema di una base di dati: l’elenco delle relazioni –Istanza di una base di dati: insieme delle istanze delle relazioni Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

19 Esempio: schema base di dati RelationCONTO-CORRENTE (NUMERO-CC:integer, NOME:char (20), INDIRIZZO:char (20), SALDO:decimal (14, 2)). RelationMOVIMENTO (NUMERO-CC: integer, DATA-MOV:date, NUMERO-MOV:integer, IMPORTO:decimal (14, 2), CAUSALE:char (1)). Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

20 Esempio: istanza base di dati Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 NUMERO-CCNOMEINDIRIZZOSALDO 1Rossiv. Anemoni 53,678.00 2Bianchiv. Bolla 64664.00 3Brunelliv. Po 416,777.50 4Grandiv. Romolo 33,400.00 NUMERO-CCDATA-MOVNUMERO-MOVIMPORTOCAUSALE 114-01-031+200.00V 114-01-032-500.00P 127-01-031+2,700.00S 427-01-031+1,850.40S 325-01-031-650.00A CONTO-CORRENTE MOVIMENTO

21 Restrizione e chiave Restrizione: di una tupla t sugli attributi A di R, indicata con t[A], è data dalla lista dei valori assunti da t sugli attributi A di R Chiave di una relazione R: un sottoinsieme K degli attributi di R, tale che valgano: –Unicità: in una qualunque istanza di R, non possono esistere due tuple distinte di R la cui restrizione su K sia uguale –Minimalità: non è possibile sottrarre a K un attributo senza che la condizione di unicità cessi di valere Ogni relazione deve avere almeno una chiave –Se la relazione ha più chiavi, una di esse sarà la chiave primaria Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014 CONTO-CORRENTE (NUMERO-CC; NOME, INDIRIZZO, SALDO) MOVIMENTO (NUMERO-CC, DATA-MOV, NUMERO-MOV, IMPORTO, CAUSALE)

22 Il linguaggio SQL E’ presente in tutti i DBMS relazionali Standard ANSI e ISO Mette a disposizione sia un DDL, sia un DML DDL: permette di creare lo schema della base di darti –CREATE TABLE : crea una relazione a livello logico –CREATE INDEX : crea indici per una certa relazione; gli indici permettono di accedere ai dati con maggiore efficienza –DROP TABLE : cancella una relazione –DROP INDEX : cancella un indice DML: permette di scrivere le query –Basato sull’algebra relazionale –Operatori: selezione, proiezione, join, unione e differenza Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

23 Il linguaggio SQL: select L’istruzione che permette di formulare le query Sintassi: SELECT nomi di attributi FROM nomi di relazioni WHERE condizioni di ricerca sui dati Le tre clausole individuano rispettivamente: –gli attributi da includere nel risultato; –le relazioni da cui estrarre i dati; –la condizione di ricerca. Questa condizione può essere assai complessa e coinvolgere nel suo interno altri blocchi SQL Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

24 Le applicazioni SQL non è adatto agli utenti finali delle basi di dati Si realizzano applicazioni che permettono un’interazione semplice e schematica L’informazione scambiata con l’utente durante l’esecuzione di un’applicazione è mostrata in una maschera (o form) Esistono strumenti software per la gestione delle maschere che permettono al programmatore di: –Definire le maschere –Associare ogni maschera l’operazione da eseguire sulla base di dati L’utente finale interagisce con le maschere e non vede né l’SQL, né lo schema della base di dati Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014

25 Rapporti (o report) Ulteriore modo per estrarre informazioni dalla base di dati Caratteristiche tipiche: –Destinati alla stampa o ad essere visualizzati in pagine Web –Contengono grandi quantità di dati –Generati periodicamente, senza interazioni con l’utente Esistono strumenti software per la definizione dei rapporti (generatori di report) Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A. 2013-2014