Indice generale
PREMESSA.....................................................................................................................................1
INTRODUZIONE...........................................................................................................................1
CRITERI DI PROGETTAZIONE DELL' ORGANIZZAZIONE FISICA.....................................5
L 'INFORMAZIONE IN UNA BASE DATI...................................................................................6
MODELLI DI DATI........................................................................................................................9
I LINGUAGGI PER LA MANIPOLAZIONE DEI DATI E IL MODELO RELAZIONALE.....13
SCHEMI RELAZIONALI DI BASI DI DATI..............................................................................14
PROGETTAZIONE MODELLI DI BASE DATI.........................................................................19
PROGETTAZIONE.......................................................................................................................22
PROGETTAZIONE CONCETTUALE....................................................................................23
PROGETTAZIONE LOGICA..................................................................................................24
PROGETTAZIONE FISICA ....................................................................................................25
ESEMPI DI RPOGETTAZIONE..................................................................................................26
PRENOTAZIONI AD ALBERGHI..........................................................................................26
PROGETTAZIONE DI UN DATABASE AZIENDA..............................................................30
Teoria dei database
PREMESSA
Questa relazione vuole esporre i concetti alla base dei quali sono realizzati e
progettati i database relazionali. Non è un documento che tratta l' argomento
in tutta la sua complessità ma può essere utile per chiarire le idee per poi
approfondire lo studio della teoria dei database con dei testi dedicati. Si è
deciso di realizzare il testo in modo schematico per aumentare la chiarezza
e renderlo più sintetico.
INTRODUZIONE
In questa prima parte si introdurranno la definizione di archivio e la
nomenclatura relativa. Inoltre sono descritte anche le operazioni che un
utente può eseguire su un archivio.
Si definisce archivio o file l'insieme di tutte le informazioni
Ogni insieme unitario di informazione è detto record. Un record è costituito
da un insieme di campi ciascuno dei quali contiene una parte
dell'informazione. Ad ogni campo è associato un nome che serve per
indicare la porzione d' informazione contenuta in quel campo .
Un archivio è un insieme di record.
La struttura di un record è la specificazione dei campi che lo costituiscono.
L'insieme dei campi utilizzati per identificare un record di un file è detto
chiave.
Si definisce metodo della chiave implicita utilizza per chiave una parte
dell'informazione.
Si definisce metodo della chiave mediante tabella quel metodo che utilizza
per determinare la chiave del record una tabella che associa
all'informazione un codice.
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Si definisce metodo della chiave mediante regole logiche quel metodo che
determina la chiave mediante l'applicazione di regole predefinite ad una
parte dell'informazione.
I record di un file si dicono omogenei se contengono tutti le stesse
informazioni nello stesso ordine altrimenti si dicono non omogenei.
Nel caso si utilizzano record non omogenei è necessario inserire un campo
per l'identificazione del tipo di record.
Si definisce lunghezza di un informazione il numero di caratteri che la
compongono.
Si definisce lunghezza di un record il numero di byte utilizzati per
rappresentare l' informazione che esso contiene.
Un record può essere a lunghezza fissa o variabile. In caso di record a
lunghezza variabile si devono utilizzare degli indicatori di inizio e fine e
questo rende l' utilizzo di questi tipi di record più oneroso.
Si definiscono in un sistema gestione degli archivi le seguenti operazioni:
–
–
–
–
creazione di un file
operazioni di aggiornamento di un file
ricerca di un record
operazioni globali sui record
L' organizzazione di un file determina la realizzazione del sistema gestione.
L' insieme dei file e delle informazioni necessarie alla loro elaborazione è
detta directory. Le directory sono utilizzate dal sistema in modo trasparente
all'utente ma quest'ultimo può avere informazioni sulle directory mediante
particolari interrogazioni del archivio.
Si definisce ricerca per posizione l' operazione con cui si individua un record
specificandone il numero d' ordine all'interno del file.
Si definisce ricerca per chiave l'operazione mediante cui si individua il record
specificando il valore della chiave del record da ricercare.
Si definiscono operazioni di aggiornamento di un file le seguenti:
–
–
–
inserzione
cancellazione
modifica
la modifica del file è l' operazione con cui si cambia il contenuto di uno o più
campi di un record. La modifica avviene in memoria centrale e poi si
trasferisce il file modificato nella memoria ausiliaria nuovamente(Hard Disk).
La cancellazione si effettua logicamente associando ad ogni record
cancellato un tag detto di cancellazione. Quindi l' operazione di
cancellazione non comporta una reale perdita dell'informazione e
conseguente liberazione dello spazio di memoria.
L' inserimento può avvenire secondo la modalità di sovrapposizione o
ampliamento. Il metodo di sovrapposizione sostituisce un record cancellato
con il record che si vuole inserire, mentre il metodo di ampliamento
inserisce il record alla fine del file facendo aumentare le dimensioni del file.
La modifica di un record se non comporta la variazione del campo chiave è
condotta con la sostituzione del record da modificare con quello modificato,
mentre se la modifica coinvolge anche il valore del campo chiave si cancella
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il record iniziale e si inserisce il record modificato.
Si definisce struttura di un file l' insieme dei seguenti parametri:
–
specificazione delle informazioni memorizzate
–
scelta dell'organizzazione fisica
L'organizzazione fisica dei file deve essere determinata in funzione del tipo
di elaborazioni che devono essere effettuate su quelle informazioni. Le
organizzazioni fisiche sono:
–
sequenziali
–
casuali
–
miste
Organizzazione sequenziale
–
E' adatta a file che richiedono la stessa elaborazione su tutti i record.
–
Permette la ricerca sia per posizione
–
La ricerca richiede tempi lunghi e variabili a seconda di dove e
collocata l' informazione
Organizzazione casuale
–
Permette la ricerca sia per posizione che per chiave
–
I tempi di ricerca sono ridotti
–
Prevede una procedura per l'identificazione del record in modo
univoco in funzione del valore della chiave
Organizzazione mista
–
Permette la ricerca sequenziale dei file così consentendo le
operazioni globali
–
Consente mediante un indice di norma l'accesso diretto alla posizione
dei file che contiene il record così la ricerca non è veloce come quella
casuale ma più veloce di quella sequenziale.
Il frazionamento dell'informazione risponde ad un esigenza di
miglioramento in quanto riduce il tempo di trasferimento dell'informazione e
un ottimizzazione dello spazio di memoria occupato. Di seguito si definisco
i metodi di frazionamento dell'informazione:
Metodo della suddivisione delle informazioni:
Il metodo prevede la divisione delle informazioni in tanti file quante sono le
elaborazioni possibili. Se una stessa informazione è richiesta in diverse
elaborazioni essa deve essere ripetuta nei diversi file. Le informazioni
ripetute possono rappresentare la chiave per tutti i file così da individuare i
record logicamente uniti.
Metodo del collegamento fra informazioni
Il metodo definisce un file principale con tutte le informazioni necessarie per
tutte l' elaborazioni. In seconda istanza si definiscono un numero di file
secondari pari al numero di elaborazioni possibili. Ad ogni record del file
principale è associato un record dei file secondari Per il metodo del
collegamento è necessario definire una procedura per associare ad ogni
record del file principale uno dei file secondari o se necessario si aggiunge
nel file principale un campo che contiene un riferimento ai record dei file
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secondari.
Caratteristiche dell'informazione
I parametri che caratterizzano un informazione per essere memorizzata
sono:
–
definibilità
–
individuabile senza ambiguità
–
rappresentabile
–
codificabilità ossia deve poter essere associata ad un codice
alfanumerico
L'esattezza delle informazioni acquisite in un archivio sono garantite dalle
seguenti operazioni:
–
acquisizione
–
rappresentazione
–
immissione e controllo
–
validazione
L' operazione d'immissione può comportare i seguenti errori:
–
errori impliciti o errori di misura
–
errori di rappresentazione
–
errori di trascrizione
Validazione
Si definisce validazione il controllo finale dei dati per la verifica del loro
significato. Si possono definire degli algoritmi auto controllanti per verificare
l' esattezza delle informazioni contenute nei campi
.
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CRITERI DI PROGETTAZIONE DELL' ORGANIZZAZIONE FISICA.
L' organizzazione fisica di un archivio considera le tecniche di memorizzazione
dell'informazione. In questo capitolo sono presi in considerazioni gli aspetti che
distinguono e permettono di migliorare l'organizzazione fisica di un archivio.
I criteri di valutazione delle performance di un database sono legati al tempo impiegato per
la ricerca dell'informazione. I criteri di valutazione dell'occupazione di memoria si dividono
in due tipologie :
- compattamento dell'informazione
- collegamento dell'informazioni a dati comuni (riduzione della ridondanza dei dati)
I Criteri di compattamento dell'informazione si distinguono in:
1. Riduzione dello spazio riservato ad ogni informazione
2. Eliminazione delle informazioni non utili o opzionali
Un campo è detto opzionale se può contenere informazioni nulle.
La gestione dei campi opzionali può avvenire tramite le “tabelle di bits” o le “tabelle di
codici”.
Le tabelle di bits sono delle tabelle in cui si memorizzano un bit per ogni campo opzionale.
Il bit che indica il campo opzionale è posto a uno se il corrispondente campo contiene
informazione.
0 1 1 Campo 1 opzionale vuoto Campo 2 opzionale
Campo 3 opzionale
con informazione
con informazione
Corrispondenza bit /campo
Il metodo delle tabelle dei codici definisce un codice per ogni campo opzionale. In caso di
presenza del campo opzionale il campo in questione è preceduto dal codice
corrispondente
“010”
campo2
“010”
campo 1
“011”
campo 3
Il criterio di collegamento a dati comuni è utilizzato per ridurre lo spazio impiegato per la
memorizzazione di dati comuni a più record. Per la riduzione dei dati comuni si utilizzano
due le seguenti metodologie:
- Collegamento tramite rinvio
- Collegamento tramite gerarchia
Il collegamento tramite rinvio utilizza una tabella per associare ad ogni valore del dato
comune un codice. I records che utilizzano il dato comune riporteranno al posto del dato il
codice ad esso associato.
Il collegamento tramite gerarchia raggruppa i record che utilizzano una stessa
informazione e si memorizza il dato comune seguito da tutte le informazioni contenute nei
record raggruppati.
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L 'INFORMAZIONE IN UNA BASE DATI
Un dato è la rappresentazione di una informazione ottenuta per mezzo di alcune
caratteristiche dell'informazione stessa.
Una corrispondenza tra due insiemi A e B di dati è una legge che associa ad ogni dato
dell'insieme A un sottoinsieme, anche vuoto, dei dati dell'insieme B.
Una base dati può essere vista come un magazzino d' informazioni memorizzate su un
elaboratore e utilizzata per mezzo di un sistema per la gestione di una base dati.
Una transazione su una base dati è l'esecuzione, da parte del sistema di gestione della
base dati, di una richiesta dell'utente.
Un sistema per la gestione di una base dati deve permettere ad un utente di definire,
secondo regole ben precise e tipiche del sistema stesso, le caratteristiche delle
informazioni e delle corrispondenze che costituiscono la base dati che l' utente vuole
utilizzare.
Una base dati deve garantire le seguenti caratteristiche:
L' indipendenza dei dati deve permettere all'utente di considerare la base dati in termini
astratti ossia deve svincolare l 'utente dalla conoscenza di come e dove i dati sono
memorizzati nell'elaboratore.
La Sicurezza di una base dati deve permettere l 'accesso ad una informazione solo agli
utenti abilitati e deve impedire la consultazione e modifica delle informazioni agli utenti
non abilitati.
L' integrità è assicurata dalla definizione dei vincoli di consistenza. I vincoli di
consistenza sono le proprietà che devono essere rispettate dai dati memorizzati nella
base dati per non comportare perdita o deformazione dell'informazione.
Un sistema di gestione di base dati deve presentare sincronizzazione in quanto
l'esecuzione di alcune operazioni di aggiornamento simultaneo non devono mai generare
inconsistenza della base dati.
Un sistema per la gestione della base deve prevedere delle operazioni di ripristino dati
quindi deve prevedere le procedure per la realizzazione di backup periodici della base
dati e procedure per il ripristino della base dati partendo dal backup. Il sistema per
assicurare il perfetto ripristino deve memorizzare le transizioni che hanno modificato la
base dati dall'ultimo backup.
Livelli d' astrazione.
Si definiscono per la gestione di un sistema di base dati i livelli d' astrazione fisico, logico
ed esterno.
Il livello fisico è il più vicino all'elaboratore ed è il livello che gestisce la reale disposizione
dei dati in memoria.
Lo schema fisico di una base dati è dato dalla descrizione delle caratteristiche e dei files
usati per rappresentare la base dati logica.
Il livello esterno è il livello più vicino all'utente e gestisce le viste dei dati. Si definiscono
viste la descrizione astratta di una parte dello schema logico di una base di dati.
Il livello logico è il livello d'astrazione collocato tra il livello fisico e quello esterno. Il livello
logico gestisce l'organizzazione dei dati. Si distinguono tra i modelli logici i modelli
relazionali, modelli gerarchici e modelli reticolari.
I modelli relazionali permettono di descrivere sia i dati che le corrispondenze fra i dati
sotto forma di un unica struttura di dati chiamata relazione.
Nel modello gerarchico la struttura di dati usata per rappresentare l' informazione è un
albero, dove un nodo rappresenta una informazione e i figli di un nodo sono associati al
loro padre da una corrispondenza esistente nella base dati.
Nei modelli reticolari vengono utilizzati records per rappresentare le informazioni e
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connettori per rappresentare le corrispondenze tra le informazioni.
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Per ogni vista esiste una corrispondenza schema esterno(vista)/schema logico e tale
corrispondenza permette l' indipendenza logica dei dati.
Esiste una corrispondenza schema logico/schema fisico in modo da specificare a quali
informazioni si fa riferimento a livello fisico per rappresentare le informazioni a livello
logico.
Vantaggi dell'indipendenza
L'indipendenza fisica dei dati implica che i l 'amministratore può modificare lo schema
fisico della base dati senza alterare lo schema logico e le viste.
L'indipendenza logica implica che lo schema logico può essere modificato senza
modificare le viste degli utenti
L'indipendenza fisica e logica permettono di realizzare dei programmi che non tengano
conto dell'organizzazione fisica dei dati e delle tecniche d'accesso ai dati.
Vista 1
Base di dati
fisica
Base di dati
logica
Vista 2
La progettazione delle viste, dello schema logico e dello schema fisico di una base dati è
fatta dall'amministratore della base dati. L 'amministratore definisce:
• Lo schema logico della base dati e i sottoschemi logici ai quali dovranno fare
riferimento gli utenti
• Lo schema fisico che è utilizzato per implementare lo schema logico
• Le corrispondenze che esistono tra gli oggetti definiti a livello logico e gli oggetti
definiti a livello fisico.
Una volta che la base dati è realizzata l' amministratore è responsabile delle attività di
gestione della base dati:
• Contenuto informativo della base dati. L' amministratore della base dati deve
identificare le entità che sono interessanti per l' applicazione e determinare le
informazioni relative a queste entità che devono essere memorizzate.
• Collegamento con gli utenti. Deve essere sempre assicurata la disponibilità dei
dati per gli utenti.
• Controllo di autorizzazione e procedure di validazione. L' accesso ai dati deve
essere consentito solo ad alcuni utenti. I dati prima di essere memorizzati devono
essere sottoposti ad un azione di controllo.
• Strategia di sostegno e ripristino. Devono essere definite delle procedure per il
ripristino e il recupero del contenuto della base dati anche in caso di
danneggiamento della base dati.
• Controllo delle prestazioni. Devono essere definite degli strumenti per il controllo
in modo automatico delle prestazioni del sistema e per il miglioramento
dell'efficienza dell'organizzazione adottata.
• Strumenti d'amministrazione. Il sistema per la gestione di una base dati deve
fornire all'amministratore i seguenti strumenti:
1. programmi di ripristino per ricreare la base dati in caso di crash
2. programmi di riorganizzazione per l' ottimizzazione dell'occupazione di
memoria
3. programmi di diario per la memorizzazione di tutte le transizioni eseguite e
dell'utente che le ha compiute
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4. programmi di analisi statistica per poter monitorare le prestazioni della base
dati
5. dizionario dei dati che è una base dati che contiene la descrizione sugli
oggetti su cui opera la base dati
Concludendo l' utilizzo di una base dati consente:
•
•
•
•
•
La riduzione della ridondanza (ripetizione degli stessi dati in più punti)
Controllo dell'inconsistenza dei dati
Spartizione dei dati in modo che una nuova applicazione possa visualizzare le
informazioni senza creare nuovi files
Rafforzamento degli standars in virtù della centralizzazione delle informazioni
Applicazione delle norme di sicurezza
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MODELLI DI DATI
un modello di dati è un formalismo utilizzato da ogni utente per la gestione dei dati e per
descrivere la realtà con cui vuole interagire. esistono tre tipi di modelli per la gestione dei
dati:
– modello relazionale
– modello gerarchico
– modello reticolare
Modello gerarchico
Nel modello gerarchico le corrispondenze sono rappresentate da una struttura ad albero.
Gli alberi sono detti occorrenze gerarchiche.
Il record che appare sopra ad altri record dell'albero è detto di tipo ascendente o
superiore.
Il record che appare nella parte inferiore ad altri record è detto discendente o inferiore o
dipendente.
Il record situato nella parte superiore di un albero è detto radice. Una radice può avere un
numero indeterminati di records dipendenti di diverso tipo.
Esempio di gerarchia
radice
Nodo 1
Nodo 2
Un record può essere contemporaneamente ascendente e discendente.
Le operazioni in un modello gerarchico sono complesse in quanto non è sufficiente
individuare la corrispondenza tra i records ma occorre anche indicare il livello del record
con le parole under o upper. Per localizzare un record quindi occorre specificare la
corrispondenza con la condizione where e il contesto ascendente o discendente.
Get <ascendente / discendente> where <condizione>
In un modello gerarchico non è possibile inserire un record di tipo discendente se non si
inserisce prima un record di tipo ascendente ad esso collegato.
In un modello gerarchico se si cancella una corrispondenza è necessario cancellare anche
i record collegati.
In un modello gerarchico la cancellazione di un record ascendente impone la
cancellazione di tutti i record dipendenti del record cancellato.
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In un modello gerarchico quando si eseguono delle modifiche in un record discendente è
opportuno cercare ogni occorrenza delle informazioni modificate nell'albero per non
creare inconsistenza.
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Modello Reticolare
In un modello reticolare le corrispondenze sono rappresentate da records connettori che
collegano i records con i dati. Una rete è una struttura più complessa di una gerarchia in
quanto un record può avere un numero indeterminato di records superiori e inferiori.
Il modello reticolare permette di rappresentare le corrispondenze molti a molti cosa che
non è possibile nel modello gerarchico e in quello relazionale.
Esempio:
Fornitore1
Fornitore2
Fornitore3
Fornitura 1
Fornitura 2
Fornitura 3
Prezzo 1
Prezzo 2
Prezzo 3
Il modello gerarchico permette una maggiore simmetria rispetto a quello reticolare ma a
costo di una maggiore complicazione delle interrogazioni del modello. La selezione di un
record necessita oltre all'individuazione del connettore anche di un ulteriore parametro
che indichi se ci interessa il record superiore o inferiore.
Get <tipo record> over <tipo di connettore>
Modello relazionale
Le tabelle nel modello relazionale sono rappresentate da dei files sequenziali dove le righe
corrispondono ai recors e le colonne ai campi dei records.
Le tabelle sono dette relazioni, le righe sono dette tuple e le colonne sono gli attributi.
Si definisce dominio l 'insieme di valori che costituiscono una colonne di una relazione.
In un modello relazionale la corrispondenza tra le tuple è rappresentata solo per mezzo
degli attributi (valori) contenuti nello stesso dominio (colonna).
In un modello relazionale tutte le informazioni sia dati che corrispondenze sono
rappresentate in modo uniforme cioè sotto forma di relazioni (tabelle).
Esempio di modello relazionale
Prezzo
Fornitore
Forniture
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poiché in un modello relazionale sia dati che corrispondenze sono rappresentati in una ed
una sola forma è sufficiente avere uno ed un solo operatore per le operazioni
fondamentali (inserzione, cancellazione, selezione) che si vogliono eseguire
Operazione di ricerca
get <nome relazione> where <condizione>
Operazioni di aggiornamento
insert <tupla> into <relazione>
delete from <relazion> where <condizione>
modify <relazione> where <condizione>
Un operatore relazionale è un operatore che agisce su relazioni e produce ancora delle
relazioni.
Quindi la ricerca in una base dati relazionale è un procedimento di costruzione di relazioni
che soddisfano le condizioni imposte dalla ricerca.
Si definiscono i seguenti operatori relazionale:
– SELEZIONE
– PROIEZIONE
– JOIN NATURALE
La selezione costruisce una nuova relazione estraendo un sottoinsieme orizzontale da
una relazione esistente. ossia si definisce una tuple costituito da alcuni campi delle tuple
della
tabella (relazione) originaria.
La proiezione costruisce una relazione estraendo un sottoinsieme verticale da una
relazione esistente ossia si selezionano un certo numero di tuple della tabella (relazione)
considerata.
La join naturale è una nuova relazione nella quale ciascuna tupla è realizzata
concatenando due tuple delle relazioni tra cui si realizza la join.
Per le interrogazioni dei modelli reticolari si possono utilizzare i linguaggi :
– ALPHA e QUEL detti di calcolo relazionale
– SEQUEL(SQL) e SQUARE detti di mapping
– QBE e CUPID che sono linguaggi grafici.
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I LINGUAGGI PER LA MANIPOLAZIONE DEI DATI E IL MODELLO RELAZIONALE
Ogni utente di un sistema di gestione di una base dati può interagire,
interrogare,modificare le informazioni in esso memorizzate esclusivamente utilizzando il
linguaggio fornito dal sistema.
I linguaggi per la modifica della base dati si distinguono nei seguenti tipi:
– Calcolo relazionale dove si specifica un predicato che deve essere soddisfatto
dalle tuple che costituiscono la relazione desiderata.
– algebrici o procedurali dove la domanda è espressa mediante espressioni
costituite da operatori.
I linguaggi algebrici permettono di definire le interrogazioni al sistema utilizzando degli
operatori (unione, intersezione, differenza, prodotto cartesiano, proiezione, selezione,
join, join naturale, divisione e ridenominazione)che agiscono su un insieme specifico di
relazioni in modo da ottenere le informazione desiderate.
Una interrogazione (query) Q può essere considerata una funzione che applicata ad un
insieme di relazioni R produce ancora una relazione D
Q:R→D
Analizziamo gli operatori utilizzati nei linguaggi algebrici.
Si definisce unione date due relazioni R e S con lo stesso schema la relazione costituita
da tutte le tuple che appartengono in R o in S o in entrambe.
Si definisce intersezione date due relazioni R e S con lo stesso schema la relazione
costituita da tutte le tuple che appartengono sia in R che in S.
Si definisce differenza date le due relazioni R e S con lo stesso schema la relazione
costituita da tutte le tuple di R che non appartengono in S.
Si definisce prodotto cartesiano date le due tuple R e S la relazione costituita da tutte le
possibili coppie (r,s) tali che r è una tupla di R e s è una tupla di S. Si definisce
concatenazione di una tupla r con una tupla s la tupla t = (r,s).
Si definisce proiezione data una relazione R e X un sottoinsieme degli attributi dello
schema di R. la relazione T che ha lo schema T(X) ossia le tuple di T che sono costituiti
dai valori che appaiono nelle tuple di R in corrispondenza degli attributi contenuti in X. Le
tuple uguali ottenute dall'operazione di proiezione non sono considerate.
Si definisce selezione data una relazione R e F un predicato la relazione che ha lo
schema di R e costituita dalle tuple che soddisfano il predicato F. Il predicato è composto
da uno o più predicati semplici collegati tra loro dagli operatori logici and, or ,not e tali che
ogni predicato opera su un attributo di R.
Si definisce join date le due relazioni R e S e dato P un predicato che opera una relazione
tra un attributo di R e uno di S mediante un operatore di confronto, la relazione costituita
dalle tuple (r,s) del prodotto cartesiano RxS tali che il predicato P sia soddisfatto.
Si definisce join naturale date due relazioni R e S con schema R(a1, a2, ..ai,....an) e
S(b1, b2, ...bi,...bm) e tali che gli attributi a1, a2, ..ai siano uguali a b1, b2, ...bi la relazione T
costituita dalle tuple concatenate di R e di S (r,s) che hanno gli stessi valori negli attributi
analoghi a1=b1 a2=b2 ai=bi. Le tuple della join naturale hanno lo schema T(a1, a2, ...ai, ai+1,
ai+2,...bi+1, bi+2, ...bm)
Si definisce divisione date le relazioni R e S tali che tutti gli attributi di S siano anche
attributi di R la relazione costituita dalle tuple t tali che r = (t,s) ossia dalle tuple costituite
dagli attributi di R che non appartengono a S.
Si definisce ridenominazione l' operazione con cui si cambia il nome agli attributi di una
relazione
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SCHEMI RELAZIONALI DI BASI DI DATI
La progettazione di una base di dati inizia con l 'osservazione del processo che si vuol
rappresentare. Dall'analisi del processo si ottiene l 'individuazione delle entità e degli
attributi.
Si definiscono entità gli oggetti principali che costituiscono un database (tabelle). L'entità
rappresenta un gruppo omogeneo d' informazioni. Le singole informazioni sono gli
attributi dell'entità.
Dopo avere determinato l 'entità e gli attributi che ci consentono di descrivere il processo
analizzato occorre definire le relazioni che costituiranno la base dati ossia lo schema
della base dati.
Lo schema relazionale di una base di dati è la lista degli schemi di tutte le relazioni che
costituiscono la base di dati stessa.
Lo schema di una base di dati relazionale è la descrizione delle informazioni memorizzate
in essa.
Data una realtà esistono infiniti schemi che permettono la sua rappresentazione ma
occorre individuare gli schemi che non presentano anomalie. La progettazione dello
schema di una base di dati è il processo che permette la scelta di uno schema adeguato.
La progettazione dello schema inizia con l' individuazione delle dipendenze funzionali
(vincoli) imposti dalle relazioni tra le informazioni della base dati e successivamente si
procede con il processo di normalizzazione.
Sia R(A) uno schema di una relazione e siano X e Y due sottoinsiemi dell'insieme degli
attributi A, si dice che Y dipende funzionalmente da X se per ogni relazione r che abbia lo
schema R(A) non è possibile che siano presenti due tuple che hanno gli stessi valori
degli attributi appartenenti all' insieme X e che abbiano valori differenti in una o più degli
attributi appartenenti all' insieme Y.
Una chiave costituisce sempre una dipendenza funzionale con gli attributi della relazione.
Data una relazione R(A) e F un insieme di dipendenze funzionali per lo schema R(A) si
definisce dipendenza derivata ogni dipendenza di X su Y non contenuta in F. Si definisce
chiusura di un insieme di dipendenze F l'insieme di tutte le dipendenze funzionali
implicate da F. L'insieme delle dipendenze F si dice completo se coincide con l 'insieme
delle chiusure ossia contiene tutte le dipendenze implicate da essa.
Si definisce attributo semplice un attributo costituito da un valore atomico ossia unico e
indivisibile.
Si definisce attributo strutturato un attributo costituito da un insieme di valori.
Si definisce attributo multivalore un attributo strutturato e non semplice.
La ridondanza dei dati in un database è dovuta sostanzialmente alla ripetizione
d' informazioni. La ridondanza può essere la conseguenza di attributi ripetuti ad esempio
considerando una libreria l' autore di un libro non può variare indipendentemente da dove
è collocato il libro. La ridondanza può essere presente anche in un unico attributo infatti
ricorrendo ancora all'esempio della libreria non è corretto che nell'attributo utilizzato
per indicare il libro si riportino anche l'autore del libro in quanto è sufficiente il nome di
quest'ultimo per individuare in modo univoco anche l 'autore.
In ultimo è presente anche la ridondanza dovuta ad attributi con lo stesso dominio ad
esempio, dovendo memorizzare i voti degli esami superati da un ragazzo non è
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opportuno prevedere gli attributi esame1, esame2,......esame n. La situazione descritta
si risolve meglio realizzando una tabella con un riferimento ai dati del ragazzo (chiave) e
un campo esame. In tale tabella si riporterà una tupla in corrispondenza di ogni esame
superato.
La soluzione proposta presenta uno schema indipendente dal numero di esami
conseguiti dal ragazzo.
esempio con ridondanza
Nome Cognome Esame1 Esame2
Esame3
Conversione senza ridondanza
Id Nome
cognome
Id
Esame
Una relazione è un insieme ordinato di zero o più tuple e ogni tupla della relazione deve
essere individuabile in modo univoco.
Per ogni tupla deve esistere un attributo o un insieme di attributi che la identificano e
questo insieme è detto chiave. Se una chiave è formata da
un unico attributo si definisce chiave semplice altrimenti si dice composta. Una chiave
deve essere irriducibile ossia non deve essere possibile eliminare dagli insiemi degli
attributi che la compongono un singolo attributo senza che la chiave perda validità.
La normalizzazione è l'operazione che permette di decomporre uno schema che
presenta anomalie in uno schema il più possibile immune da anomalie di gestione dei
dati.
Si definisce schema in prima forma normale uno schema della relazione R(A), con A
insieme degli attributi, costituito da attributi semplici.
Quindi una forma normale evita che si verifichi una ridondanza di dati.
La decomposizione di uno schema R(A) in uno schema corrispondente in prima forma
normale consiste nel sostituire la relazione originale R(A) con una collezione di relazioni
S= [R1(A1) R2(A2) … Rk(Ak)] tali che A1 U A2 U..Ak =A. che presentino solo attributi
semplici.
Si dimostra che se uno schema R(A) è decomposto nei due schemi R1(A1) e R2(A2) allora
la decomposizione gode delle proprietà del join senza perdita se e solo se gli attributi
comuni ai due insiemi A1 e A2 della composizione sono chiavi per una delle due relazioni.
Decomposizione in prima forma normale.
Normalizzare una relazione il cui schema R(A) non sia in prima forma normale significa
riportare la relazione ad una equivalente in prima forma normale. Le procedura di
normalizzazione sono quelle riportate di seguito
– 1 Tutti gli attributi strutturati devono essere sostituiti da tanti attributi quanti sono i
valori che appaiono nell'attributo.
– 2 tutti gli attributi strutturati diventano attributi semplici e la tupla è rappresentata per
mezzo di tante tuple quanti sono i valori contenuti nell'attributo.
La prima forma normale elimina le seguenti anomalie:
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– 1 Ridondanza dei dati
– 2 Anomalia da modifica. La modifica di un valore deve essere altrimenti riportata in
ogni attributo che contiene quel valore
– 3 Anomalia da inserzione. L' impossibilità di inserire un attributo fin tanto non si è in
possesso di tutti i valori che costituiscono quel attributo.
– 4 Anomalia da cancellazione. La cancellazione di un valore comporta la
cancellazione di tutto l' attributo quindi anche di altre informazioni.
Una dipendenza funzionale X → Y è detta completa se per lo schema R(A) non esiste
alcuna dipendenza funzionale Z→ Y dove Z è un qualunque sottoinsieme di X.
Una dipendenza funzionale è detta parziale se non è completa.
Un attributo di una relazione R(A) è detto primo se fa parte di una chiave di R(A) altrimenti
è detto non primo.
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Una relazione è in seconda forma normale se è in prima forma normale e se tutti gli
attributi sono dipendenti dall'intera chiave ossia non sono presenti dipendenze parziali
degli attributi non primi dalle chiavi.
Una dipendenza Z si definisce dipendente transitivamente da X se si verificano le seguenti
condizioni dove → indicano le dipendenze funzionali :
– X→YeY→X
– Y→ZeZ→Y
– X→Z
Z non appartiene ne a X ne a Y
Una relazione è in terza forma normale se è in seconda forma normale e se tutti gli
attributi che non sono chiavi sono mutuamente indipendenti ossia ogni attributo di A non
dipende in modo transitivo da ogni chiave di A
Si definisce forma normale Boyce – Codd lo schema R(A) se è in terza forma normale e
se ogni dipendenza funzionale X → Y e tale che X contiene una superchiave di R(A). Tutti
gli attributi primi sono dipendenti solo dagli attributi primi e le uniche dipendenze
funzionali sono quelle generate dalle chiavi verso uno o più attributi.
Una dipendenza è detta multivalore X → Y se prese due tuple di una relazione R(A) che
abbiano gli stessi valori associati agli attributi di A t(X) = s(X) è possibile scambiare alcuni
valori di t e s ed ottenere altre due tuple che stanno ancora in R.
Si definisce quarta forma normale quando per ogni relazione di dipendenza funzionale
molti a molti X → Y, X sia una superchiave.
Decomposizione in seconda forma normale.
Riporto di seguito le fasi che permettono di scomporre uno schema in seconda forma
normale.
– 1 Si individua il sottoinsieme Z di X per il quale esiste la dipendenza funzionale Z →
Y che rende X → Y parziale.
– 2 Si definisce un nuovo schema S(U) dove U è costituito dagli attributi di Z e dagli
attributi di Y e gli attributi di Z costituiscono chiave di S= Y U Z
– Si eliminano dallo schema R(A) gli attributi di Y
Esempio:
FORNITURE [Nome Forniture, Indirizzo, Città, Nome Pezzi, Peso, Data, Quantità, Prezzo]
DIPENDENZE FUNZIONALI
nome fornitura → Indirizzo Città
Nome fornitura, Nome Pezzo, Data → Indirizzo, Città
Nome Pezzo → Peso
DIPENDENZE CHE RENDONO LA DIPENDENZA X → Y PARZIALE
Nome Fornitura → Indirizzo, Città
Nome fornitura, Nome Pezzo, Data → Indirizzo, Città
Nome Pezzo → Peso
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(1)
(2)
(3)
Nome fornitura, Nome Pezzo, Data → Peso
(4)
DECOMPOSIZIONE
Per eliminare la dipendenza parziale (1) e (2) si considera il nuovo schema
[Nome fornitura, Indirizzo, Città] e si cancellano gli attributi Indirizzo e Città dallo schema
iniziale.
In modo analogo per eliminare la dipendenza parziale (3) e (4) si definisce lo schema
[Nome Pezzo, Peso]e si cancellano l' attributo Peso dallo schema iniziale.
Lo schema equivalente decomposto in seconda forma normale è il seguente
[Nome Fornitura, Nome Pezzo, Data, Qualità, Prezzo]
[Nome Fornitura, Indirizzo, Città]
[Nome Pezzo, Peso]
Decomposizione in terza forma normale.
Riporto di seguito le fasi che permettono di scomporre uno schema in terza forma
normale.
– 1 Dato lo schema R(A) per ogni dipendenza transitiva si determina una dipendenza
funzionale X → Y, Y → Z dove X è una chiave di R(A) e Y è costituito da attributi
non primi.
– 2 Si definisce uno schema S(U) dove U è costituito dagli attributi di Y e dagli
attributi di Z e gli attributi di Y costituiscono la chiave di S
– 3 Si eliminano dallo schema R(A) gli attributi di Z
ESEMPIO:
Consideriamo lo schema
AUOTOMBILI
[Targa, Marca, Data, Colore, Modello, Cilindrata, Freni_Anteriori, Freni_Posteriori]
INDIVIDUIAMO LE SEGUENTI DIPENDENZE TRANSITIVE
Targa → Modello
(1) X → Y
Modello → Cilindrata, Freni_Anteriori, Freni_Posteriori
(2) Y → Z
Targa → Cilindrata, Freni_Anteriori, Freni_Posteriori
(3) X → Z
DECOMPOSIZIONE
Si definisce la nuova relazione S(U)
[Modello, Cilindrata, Freni_Anteriori, Freni_Posteriori] = Y U Z
e la relazione ottenuta da R(A) eliminando gli attributi di Z
[Targa, Marca, Data, Colore, Modello] = A – Z
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Esempi:
Scomposizione in prima forma normale
La relazione che segue non è in prima forma normale:
NOME
INDIRIZZO
Rossi & C. s.p.a
Via Verdi, 5 Roma
Martini s.n.c.
Via Centrale, 4 Milano
Paoli s.a.s.
P.za Libertà, 12 Pisa
In quanto l’attributo INDIRIZZO non è atomico: può essere suddiviso in Indirizzo e Città. La relazione si
normalizza trasformandola in:
NOME
INDIRIZZO
CITTA'
Rossi & C. s.p.a
Via Verdi, 5
Roma
Martini s.n.c
Via Centrale, 4
Milano
Paoli s.a.s.
P.za Libertà, 12
Pisa
Scomposizione in seconda forma normale
Abbiamo una relazione che rappresenta delle scrivanie da ufficio prodotte da una azienda industriale, la
chiave primaria è data Tipo_tavolo e Tipo_legno.
Tipo_tavolo
Tipo_legno
Tipo_finitura
Manager
Mogano
Ottone
Manager
Ciliegio
Acciaio inox
Montecarlo
Noce
Sughero
Montecarlo
Mogano
Ottone
Top
Noce
Sughero
Tipo_finitura è dipendente funzionalmente da un sottoinsieme della chiave primaria, ovvero da
Tipo_legno, dunque la tabella non è in 2NF.
La relazione funzionale è Z → Y dove:
Z =[Tipo_legno] e Y=[Tipo_finitura]
da cui per le decomposizioni viste la relazione decomposta risulta la seguente:
S= Y U Z =[Tipo_finitura, Tipo_legno]
A = X – Y =[Tipo_tavolo, Tipo_legno]
Tipo_tavolo
Tipo_legno
Manager
Mogano
Manager
Ciliegio
Montecarlo
Noce
Montecarlo
Mogano
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Top
Noce
Tipo_legno
Tipo_finitura
Mogano
Ottone
Ciliegio
Acciaio inox
Noce
Sughero
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Scomposizione in terza forma normale:
Consideriamo la seguente relazione:
Fattura= [codice_fattura, data, importo, codice_cliente, nome_cliente]
La relazione è in prima forma normale in quanto non è composta da attributi non semplici.
È in seconda forma normale perché non contiene dipendenze parziali degli attributi non
primi dalle chiavi. La relazione Fattura non è in terza forma normale perchè contiene la
dipendenza transitiva seguente:
codice_fattura → codice cliente
codice_cliente → nome_cliente
codice_fattura → codice_cliente → nome_cliente
X→Y
Y→Z
X→Z
Per ottenere la nuova relazione definiamo gli insiemi:
S = Y U Z = [codice_cliente, nome_cliente]
S2 = A – Z =[ codice_fattura, data, importo, codice_cliente]
Possiamo quindi definire l' equivalente relazione in terza forma normale
Fattura = [ codice_fattura, data, importo, codice_cliente];
e
Cliente =[ codice_fattura, data, importo, codice_cliente];
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PROGETTAZIONE MODELLI DI BASE DATI
La progettazione di una base dati si divide in due fasi. La prima fase di progetto riguarda
l' analisi del processo che si vuol rappresentare e la definizione di uno schema
concettuale della base dati, mentre la seconda fase riguarda la realizzazione della base
dati quindi la definizione dello schema della base dati e la realizzazione fisica della base
dati.
Schema concettuale
La definizione della rappresentazione dello schema concettuale della base dati può essere
ottenuta con “Il modello semantico” o le “metodologie di progettazione di basi dati”.
Ci soffermeremo alla descrizione del modello semantico in quanto è il procedimento per
l' analisi concettuale più utilizzato.
Modelli Semantici
Un modello semantico è un insieme di regole che permette di definire lo schema
concettuale di una base di dati ad un livello intermedio tra la realtà e il modello di dati
utilizzato per implementare la base di dati. Il modello semantico permette di ottenere
prima una descrizione formale della realtà e poi converte tale descrizione nel modello di
dati utilizzato dal sistema di gestione della base dati che si ha a disposizione.
Il Modello semantico utilizza per la rappresentazione del processo studiato le entità, gli
attributi e le corrispondenze.
Un entità come già visto è un oggetto che esiste e che è indistinguibile (tabella) mentre gli
attributi sono le proprietà che distinguono quell'entità dalle altre (campi). Le proprietà
d'altro canto descrivono il significato dei dati che corrispondono all'entità.
il primo step della progettazione dello schema della base dati è la scelta dell'entità e degli
attributi che costituiscono ciascuna entità.
Durante la fase di progettazione si devono anche determinare per ogni entità le chiavi che
permette d' individuare l' entità in modo univoco. Spesso si ricorre alla definizione di un
attributo che non ha informazioni ma ha l 'unico compito di realizzare la chiave. La chiave
esterna è quella chiave che non ha un evidente rapporto concettuale con l' entità, ma ha
motivo d' esistenza unicamente per permettere l 'associazione tra entità distinte. Le entità
tra cui esiste una relazione si dicono partecipanti, ed il numero di partecipanti indica il
grado della corrispondenza unaria, binaria, ternaria,....
La partecipazione di un entità ad un associazione ( corrispondenza) può essere
classificata totale o parziale a seconda del fatto che l'entità possa esistere o meno senza
partecipare all'associazione stessa.
Si indica con la cardinalità il numero massimo di istanze della stessa entità che possono
partecipare con una o più istanze di un' altra entità.
– Uno a Uno
– Uno a Molti
– Molti a Molti
Più semplicemente la cardinalità indica il numero di records di una tabella che
corrispondono ai records di un altra tabella quando tra le due tabelle esiste una
corrispondenza.
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Corrispondenza Uno a Uno
Si definisce una corrispondenza uno a uno se ad ogni elemento dell'insieme di entità A1 x
A2 x Ai è associato al più un elemento dell'insieme di entità B1 x B2 x ..Bj e se ad ogni
entità dell'insieme B1 x B2 x ..Bj è associato al più un elemento dell'insieme di entità A1 x
A2 x Ai. Ricordiamo che l' insieme di entità sono le tabelle.
Corrispondenza Uno a Molti
Si definisce una corrispondenza uno a molti se ad ogni elemento dell'insieme A1 x A2 x Ai
è associato un insieme , anche vuoto, di elementi di B1 x B2 x ..Bj e se ad ogni elemento
dell'insieme B1 x B2 x ..Bj è associato al più un elemento di A1 x A2 x Ai
Corrispondenza Molti a Molti
Si definisce una corrispondenza molti a molti se ad ogni elemento di A1 x A2 x Ai è
associato un insieme, anche se vuoto, di elementi di B1 x B2 x ..Bj e se ad ogni elemento
di B1 x B2 x ..Bj è associato un insieme, anche se vuoto, di elementi di A1 x A2 x Ai
Corrispondenza Molti a Uno
Si definisce una corrispondenza molte a uno se in una corrispondenza molti a molti ad
ogni elemento di B1 x B2 x ..Bj è associato al più un elemento di A1 x A2 x Ai
Corrispondenza is a
Una corrispondenza si definisce is a se A è un tipo particolare di B
Entità deboli
Un insieme di entità B si dice debole se esiste una corrispondenza da un altro insieme di
entità A e l'esistenza di ogni entità B è legata all'esistenza di una entità di A.
– In un entità debole si possono aggiungere entità solo se esistono le corrispondenti
entità dell'insieme A
– Se si cancella un entità da un insieme si devono cancellare anche tutte le entità
deboli ad essa collegate.
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Diagramma Entità corrispondenze
il diagramma entità – corrispondenza è la rappresentazione dello schema di una base dati
realizzato con il modello entità-corrispondenza
il diagramma per la rappresentazione utilizza le seguenti convenzioni
Entità
Nome entità
Entità deboli
Nome entità
Attributi semplici
Nome
Attr.
Nome entità
Attributi non semplici
Nome
Attr.
Nome entità
Corrispondenze
Nome entità
Nome entità
La cardinalità della corrispondenza è indicata con un numero nel punto in cui la linea che
individua la corrispondenza incontra l' entità.
Corrispondenza 1 a 1
1
Corrispondenza 1 a Molte
1
1
M
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Corrispondenza molte a
molte
M
Corrispondenza zero a
molte
0
N
N
PROGETTAZIONE
Per realizzare una progettazione del sistema di gestione della base dati occorre realizzare
le seguenti analisi preliminari:
– Determinazione della specifica informale. La specifica informale è un documento
che raggruppa la descrizione dei dati e delle proprietà dei processi che devono
utilizzare la base dati e delle esigenze degli utenti.
– Definizione del sistema di gestione della base dati. Progetto dello schema.
– Configurazione hardware e del sistema informatico per la gestione del sistema.
Specifica informale
Definizione del sistema
Di gestione della base
dati
Configurazione
hardware del sistema
informatico
Schema logico
Progetto
Struttura di memorizzazione
Sottoschemi utente
Specifica dei programmi
applicativi
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La progettazione della base dati è realizzata seguendo a sua volta le quattro fasi sotto
riportate:
Analisi dei requisiti
Progettazione concettuale
Progettazione logica
Progettazione fisica
– L' analisi dei requisiti è l' operazione di determinazione delle richieste degli utenti
del sistema che ci accingiamo a progettare.
– La progettazione concettuale è la descrizione integrata dei dati e delle operazioni
d'interesse per i diversi sottoinsiemi
– La progettazione logica è la definizione dello schema logico della base dati e degli
sottoschemi. In questa fase si traducono le operazioni di estrazione delle
informazioni in funzione dello schema definito.
– La progettazione fisica è la scelta della struttura di memorizzazione dei dati
PROGETTAZIONE CONCETTUALE
La progettazione concettuale è la fase in cui si crea uno schema concettuale ossia una
descrizione sotto forma di dati, processi e vincoli. La realizzazione della progettazione
concettuale è effettuata mediante il modello entità – corrispondenze. La progettazione
concettuale è divisa in due fasi:
– modellizzazione degli schemi utente.
– Analisi e integrità degli schemi
La modellizzazione degli schemi di utente è la progettazione di tanti schemi utente. Lo
schema utente è ottenuto come descrizione limitata e parziale del complesso
d' informazioni che costituiscono la base di dati senza considerare eventuali relazioni o
dipendenze tra essi.
L' analisi ed integrità degli schemi utente è la fase in cui è definito uno schema concettuale
unico risultato dei diversi schemi utente. In questa fase si individuano eventuali conflitti
tra i diversi schemi utente.
Conflitti tra gli schemi utente:
Si riporta di seguito una descrizione delle cause che determinano conflitti tra gli schemi
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utente.
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Conflitti espliciti sono quei conflitti di tipo o di proprietà dei dati.
a Si generano conflitti di tipo se esistono attributi di tipo differente con lo stesso
nome
b Si generano conflitti di proprietà dei dati si generano quando la corrispondenza
tra due entità è differente a seconda dello schema utente considerato.
I conflitti espliciti in generale si sono determinati da due utenti che hanno esigenze
differenti sugli stessi dati che si traducono in differenti formalizzazioni dei dati o delle
corrispondenze.
I Conflitti impliciti sono i sinonimi o gli omonimi.
– I sinonimi si determina quando una stessa informazione è rappresentata con nomi
differenti nella base dati
– Gli omonimi si generano quando con lo stesso nome si indicano informazioni
differenti della stessa realtà
Solo dopo che sono stati risolti tutti i conflitti si procede con l 'integrazione degli schemi
utente per ottenere lo schema concettuale nella forma di modello semantico. In questa
fase si procede anche alla determinazione di uno schema concettuale delle operazioni
che si ipotizza saranno effettuate sulla base dati.
Dopo avere completata la progettazione dello schema concettuale si procede con le
verifiche. Le verifiche che si attuano sullo schema concettuale sono le seguenti:
– Verifica di completezza con cui si dimostra che gli schemi progettati sono capaci di
soddisfare le esigenze delle applicazioni.
– Verifica sulla frequenza d' utilizzo dei dati permette di controllare l' efficienza dello
schema
– Progetto iniziale dei programmi applicativi
PROGETTAZIONE LOGICA
Con la progettazione logica lo schema concettuale dei dati e quello utente sono tradotti in
uno schema logico (capitolo 3) espresso in termini del modello di dati al quale fa
riferimento il sistema di gestione della base dati che si realizza. Durante la fase di
progettazione logica si studiano anche proprietà che caratterizzeranno il funzionamento
del sistema di gestione dei dati.
– L' integrità è garantita se i dati contenuti nella base di dati rispettano in ogni
momento i vincoli esposti nella fase di analisi dei requisiti (vincoli desiderati dagli
utenti)
– La consistenza è garantita se ogni utente riceve le stesse informazioni se interroga
nello stesso modo la base dati a patto che non siano stati modificati i dati
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– Le procedure di ripristino devono garantire gli utenti da qualunque tipo di
malfunzionamento
– Il sistema deve impedire accessi non autorizzati per il rispetto delle norme di
sicurezza.
La progettazione logica deve essere realizzata mediante le tre fasi di seguito riportate:
Traduzione canonica
Progettazione sottoschemi
Prima progettazione
Di principio dei programmi
– Traduzione canonica è la traduzione dello schema concettuale in uno schema
logico equivalente in termini del modello di dati utilizzato ( relazionale, gerarchico,
reticolare)
– Progettazione dei sottoschemi equivalenti agli schemi utente.
– Progettazione delle specifiche dei programmi applicativi ossia delle operazioni che
permetteranno ai programmi di accedere alle informazioni di loro interesse.
PROGETTAZIONE FISICA
La progettazione fisica riguarda gli aspetti più hardware e realizzativi del sistema di
gestione della base di dati. Di seguito si riportano alcuni degli aspetti analizzati e definiti
durante la progettazione fisica.
– Tecniche di organizzazione degli archivi
– Dimensionamento delle aree di overflow
– Tecniche di allocazione degli archivi sulle memorie di massa
– Scelta del fattore di blocco per i diversi archivi
– Definizione dei puntatori utilizzati negli archivi
– Scelta degli indici di manutenzione e efficienza per il monitoraggio del sistema.
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ESEMPI DI RPOGETTAZIONE
PRENOTAZIONI AD ALBERGHI
Descrizione informale del processo
• Il database deve rappresentare le prenotazioni fatte da clienti ad
un albergo.
• Si vogliono mantenere informazioni sui clienti e sulle prenotazioni.
• Dei clienti si vogliono mantenere dati identificativi.
• Si vogliono mantenere dati identificativi dell'albergo, il
numero di camere (suddivise in singole, doppie, triple)
• Delle prenotazioni si vogliono mantenere le informazioni riguardo
a chi l'ha fatta e per quale albergo, la data di arrivo e quella
presunta di partenza (o il numero presunto dei giorni prenotati),
quale tipo di stanza un cliente ha prenotato. Ogni cliente può'
prenotare più' stanze nello stesso periodo.
• Si voglia mantenere dati riguardo lo stato di occupazione reale dell'albergo
mediante registrazioni
Progettazione concettuale mediante i modelli entità-corrispondenze utente.
Schema Utente 1 Schema Utente 2
cliente
1
cliente
cliente
1
1
1
N
prenotazione
N
prenotazione
1
1
1
Registrazione
Schema Logico
1
Registrazione
1 1
Registrazione
Nei due schemi utente ottenuti abbiamo definito tre entità:
– Clienti
– Prenotazioni
– Registrazioni
Dettaglio delle entità:
Clienti[Nome, Cognome, Indirizzo, Recapito]
Prenotazione[Data, giorni, nome_Cliente, Recapito_Cliente, Stanza, Tipo, Prezzo]
Registrazione[Data_registrazione, Cliente, recapito_Cliente, Camera]
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Progettazione Logica
Analizziamo le entità per verificarne la normalizzazione.
Clienti si presenta come una entità in 3 Forma normale perché gli attributi sono
semplici e non si presentano dipendenze funzionali al di eccetto quella dalla chiave
Id_Cliente
Clienti[Id_Cliente,Nome, Cognome, Indirizzo, Recapito]
L'entità Prenotazione è ancora in prima forma normale in quanto i suoi attributi sono
semplici, non è in seconda forma normale in quanto i suoi attributi non primi
presentano delle dipendenze funzionali tra di essi, non è in terza forma normale dato
che esiste una dipendenza funzionale transitive tra gli attributi non primi.
Decomposizione:
Entità
Prenotazione[Id_Prenotazione, Data, nome_Cliente, Recapito_Cliente, Stanza, Tipo,
Prezzo, Numero_Prenotati]
Dipendenze funzionali
(1)
Numero Stanza → Tipo, numero Letti, posizione nell'albergo
(2)
Tipo, numero Letti, posizione nell'albergo → Prezzo
(3)
Numero Stanza → Prezzo
(4)
Nome Cliente → Recapito Cliente
(5)
Per eliminare la dipendenza funzionale (5) si crea un connessione con l' entità clienti
sostituendo i campi Nome-Cliente, Recapito_Cliente con il campo Id_Cliente che fa
riferimento alla tabella Clienti.
Per correggere le dipendenze transitive (1), (2), (3) si definisce l'entità
Camere [Numero_Stanza ,Tipo, numero Letti, posizione nell'albergo, Prezzo]
e l'entità
Prenotazioni[Id_Prenotazioni, Data, Id_Cliente, Numero_Stanza, Numero_Prenotati]
L'entità Registrazione presenta delle dipendenze funzionali dovute alla presenza dei
dati inerenti il Cliente e la stanza occupata. Tali dipendenze possono essere risolte
utilizzando le chiavi Id_Cliente e Numero_Stanza. In caso di prenotazione in realtà
esiste anche una dipendenza tra il Cliente e La stanza occupata. Il problema può
essere superato o creando due tabelle di registrazione una per i clienti prenotati e
una per i clienti senza prenotazione. La registrazione dei Clienti prenotati elimina la
dipendenza funzionale tra Id_Cliente e il numero della Stanza semplicemente
riportando il campo Id_Prenotazione.
Registrazione[Data_registrazione, Id_Cliente, Numero_Camera, Numero_Prenotati]
Registrazione_Prenotazione[Data_Registrazione, Id_Prenotazione, Numero_Prenotati]
Un altro modo per ottimizzare le tabelle e di realizzare per tutti i clienti che alloggiano
nell'albergo una specie di prenotazione e in tal caso la tabella registrazione farà
sempre riferimento alla prenotazione reale o no.
Dall'analisi compiuta il database risulta composto dalle seguenti entità:
CLIENTI[Id_Cliente,Nome, Cognome, Indirizzo, Recapito];
CAMERE [Numero_Stanza ,Tipo, numero Letti, posizione nell'albergo, Prezzo];
PRENOTAZIONI[Id_Prenotazioni, Data_Inizio, Id_Cliente, Numero_Stanza];
REGISTRAZIONI[Data_registrazione, Id_Cliente, Numero_Camera,
Numero_Prenotati];
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Progettazione degli schemi delle operazioni.
Dall'analisi descrittiva del processo che si vuol modellare con il database evince che
l' utente vuole ottenere dal sistema della base dati le seguenti informazioni:
–
–
–
–
–
–
–
numero e tipo delle camere dell'albergo
prenotazioni in corso
numero clienti presenti nell'albergo
guadagno lordo annuo dell'albergo
importo annuo da ogni cliente
frequenza annua di utilizzo di ogni stanza
stato di occupazione di ogni stanza
Il quesito (1) può essere soddisfatto semplicemente visualizzando il contenuto della
tabella Camere.
Interrogazione espressa in SQL:
SELECT * FROM Camere
Il quesito (2) non può essere risolto con le informazioni riportate nel database pensato
perché sappiamo quali sono le prenotazioni e la data d' inizio ma non la data di
termine. Per ottemperare al quesito (2) dobbiamo aggiungere il campo
giorni_prenotazioni nella relazione Prenotazioni. Il quesito (2) è risolto
dall'interrogazione della tabella Prenotazioni selezionando le tuple che hanno
data_fine
prenotazione inferiore alla data attuale. La data di fine prenotazione è data dalla data
inizio prenotazione sommata ai giorni di prenotazione.
Interrogazione espressa in SQL:
SELECT (Data_Inizio + giorni) as Data_Fine FROM PRENOTAZIONI
WHERE Data_Fine >= Data_Attuale
L'espressione SQL riportata non tiene conto dell'eventuale formato delle data
Data_Inizio e giorni per semplicità di esposizione.
Il quesito (3) ossia i clienti in albergo non si può ottenere dalle prenotazioni in corso in
quanto non sappiamo quante delle prenotazioni sono effettivamente realizzate
pertanto dovremo dedurlo dallo stato dell'albergo ossia dall'analisi delle registrazioni.
Per individuare le camere occupate dovremo selezionare le registrazioni che si
riferiscono alle prenotazioni non ancora terminate. Il numero di clienti in albergo è
data dalla somma degli ospiti di ogni camera occupata nella data attuale.
Per definire l' interrogazione in SQL notiamo che il data di nostro interesse è in realtà
il numero di clienti per ogni prenotazione ancora non terminata e registrata. Poiché
l' interrogazione coinvolge due tabelle utilizzeremo un query composta.
Interrogazione SQL:
SELECT ADD(Numero_Prenotanti) FROM PRENOTAZIONI WHRE
(Data_Inizio + giorni) >= Data_Attuale
'Prenotazioni in corso
AND
Id_Prenotazioni = (SELECT Id_Prenotazioni FROM REGISTRAZIONI) 'Prenotazioni presenti
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Il quesito (4) è calcolato sommando l' importo corrispondente ad ogni prenotazione
realizzata. L' importo di ogni prenotazione è determinabile dalla camera prenotata ed
è memorizzato nella tabella Camere. Quindi riassumendo si ottiene la risposta al
quesito (4) sommando i prezzi delle camere prenotate ed occupate in nell'anno
considerato
SELECT ADD(Prezzo) FROM CAMERE inner join PRENOTAZIONI on
PRENOTAZIONI.Numero_Camera = CAMERE.Numero_Camera
WHERE PRENOTAZIONI .Data_Inizio >= (Data Inizio Anno)
AND
PRENOTAZIONI.(Data_Inizio + Giorni) <= (Data fine Anno)
il quesito (5) può essere soddisfatto da un interrogazione analoga a quella del quesito
(4) con la differenza che gli importi devono essere raggruppati per Cliente
Interrogazione SQL:
SELECT ADD(Prezzo) FROM CAMERE inner join PRENOTAZIONI on
PRENOTAZIONI.Numero_Camera = CAMERE.Numero_Camera
WHERE PRENOTAZIONI .Data_Inizio >= (Data Inizio Anno)
AND
PRENOTAZIONI.(Data_Inizio + Giorni) <= (Data fine Anno)
GROUP BY PRENOTAZIONI .Id_Cliente
La query mostrata non ci permette di risalire al nome del cliente. Per ottenere come
risultato della query anche il nome cliente è necessario sostituire la tabella
Prenotazioni con una tabella allargata Prenotazioni_E_DatiClienti che oltre alle
prenotazioni consideri i dati dei clienti. La tabella Prenotazioni_E_DatiClienti si ottiene
con la seguente join
Prenotazioni inner join Clienti on Clienti.Id_Cliente = Prenotazioni.Id_Cliente
sostituiamo nella query sopra riportata la tabella Prenotazioni_E-DatiClienti otterremo
la seguente espressione SQL:
SELECT
ADD(PRENOTAZIONI_CLIENTI.Prezzo) , PRENOTAZIONI_CLIENTI.Nome_Cliente
FROM CAMERE inner join
(Prenotazioni inner join Clienti on Clienti.Id_Cliente = Prenotazioni.Id_Cliente) as
PRENOTAZIONI_CLIENTI
on PRENOTAZIONI_CLIENTI.Numero_Camera = CAMERE.Numero_Camera
WHERE PRENOTAZIONI_CLIENTI .Data_Inizio >= (Data Inizio Anno)
AND
PRENOTAZIONI_CLIENTI.(Data_Inizio + Giorni) <= (Data fine Anno)
GROUP BY PRENOTAZIONI_CLIENTI .Id_Cliente
Conclusioni:
Considerando le correzioni apportate alla tabella Prenotazioni per rendere possibili
tutte le operazioni desiderate sulla base di dati lo schema logico finale del database è
il seguente:
CLIENTI[Id_Cliente,Nome, Cognome, Indirizzo, Recapito];
CAMERE [Numero_Stanza ,Tipo, numero Letti, posizione nell'albergo, Prezzo];
PRENOTAZIONI[Id_Prenotazioni, Data_Inizio, Id_Cliente, Numero_Stanza, Giorni];
REGISTRAZIONI[Data_registrazione, Id_Cliente, Numero_Camera,
Numero_Prenotati];
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PROGETTAZIONE DI UN DATABASE AZIENDA
Supponiamo di creare un database che memorizzi le attività o mansioni svolte dai vari
dipendenti di un azienda.
Il database che vogliamo creare ha il seguente schema concettuale:
Addetti
N
1
N
CategoriaAddetti
N
Attività
Progettazione Logica
Ogni addetto è correlato ad una sola CategoriaAddetti mentre ad una CategoriaAddetti
possono appartenere più addetti. La relazione è uno a molti, CategoriaAddetti è la
tabella primaria.
Si duplica la chiave primaria di tale tabella nella tabella Addetti.
Ogni addetto può svolgere più mansioni o attività e un attività può essere svolta da
più addetti.
La relazione è molti a molti, si crea quindi una tabella supplementare, AddettiAttività,
che contiene le chiavi esterne, duplicati delle chiavi primarie delle tabelle Attività e
Addetti.
Entità:
CategoriaAddetti;
Addetti;
Attività;
Modello entità -corrispondenze
Addetti
N
1
1
CategoriaAddetti
N
AddettiAttività
N
1
Attività
Schema entità:
Addetti [Id_Addetti, Nome, Cognome, recapito, Id_Categoria]
CategoriaAddetti[Id_Categoria, Livello, tipologia]
AddettiAttività[Id_Addetti, Id_Attività]
Attività[Id_Attività, Data_Inizio, Data_fine, obiettivi, Nome_Attività]
Teoria dei DataBase Ing. Antonio Nicolazzo
Teoria dei DataBase Ing. Antonio Nicolazzo
Progettazione degli schemi delle operazioni.
L'utente vuole ottenere dal sistema della base dati le seguenti informazioni:
–
–
–
–
1 Quanti dipendenti sono attualmente impiegati
2 Quali sono i dipendenti impiegati in una determinata attività
3 Quante e quali attività sono attualmente in cantiere
4 Quale attività richiede una numero maggiore di dipendenti per essere
eseguita
Il quesito (1) è risolubile facilmente interrogando la tabella ADDETTI e selezionando
i dipendenti riportati in tale tabella
Interrogazione SQL:
SELECT Nome, Cognome FROM ADDETTI
Il quesito (2) è soddisfatto determinando id_Attività dalla tupla tabella ATTIVITÀ
corrispondente alla attività considerata. Si utilizza Id_Attività selezionato per
determinare gli Id_Addetti corrispondenti riportati nella tabella ADDETTIATTIVITÀ
e con tali valori si legge il nome dei dipendenti dalla tabella Addetti.
Interrogazione SQL:
SELECT Addetti .Nome, Addetti .Cognome FROM
ADDETTI rigth join ADDETTIATTIVITÀ
ON
ADDETTI.Id_Addetti = ADDETTIATTIVITÀ .Id_Addetti
WHERE
ADDETTIATTIVITÀ Id_Attività =
(SELECT Id_Attività FROM ATTIVITÀ WHERE Nome_Attività = 'Attività considerata')
Il quesito (3) è soddisfatto selezionando le attività contenute nella tabella Attività con
data_fine prevista successiva alla data attuale.
Interrogazione SQL:
SELECT Nome_Attività FROM ATTIVITÀ WHERE Data_Fine > 'Data Attuale'
Il quesito (4) richiede di selezionare l' attività con il maggior numero di dipendenti.
Il numero di dipendenti impiegati in una Attività lo possiamo determinare dalla tabella
ADDETTIATTIVITÀ raggruppando per attività differenti e contando gli Id_Addetti
corrispondenti per ogni attività. Dopo avere selezionato il numero di dipendenti
impiegato in ogni attività dovremo individuare il numero massimo.
Interrogazione SQL:
SELECT MAX(COUNT(Id_Addetti)) FROM ADDETTIATTIVITÀ GROUP BY
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Id_Attività
