Modello Relazionale

1. Modello Relazionale Definisce tipi attraverso il costruttore relazione, che organizza i dati secondo record a struttura fissa, rappresentabili attraverso tabelle. Es. (relazioni INSEGNAMENTO e MANIFESTO)

2. Schemi • In ogni base di dati si possono distinguere: • lo schema, sostanzialmente invariante nel tempo, che ne descrive la struttura (aspetto intensionale) • nell’esempio, le intestazioni delle tabelle • le istanze, cioè i valori attuali, che possono cambiare anche molto rapidamente (aspetto estensionale) • nell’esempio, il “contenuto” di ciascuna tabella

3. Schemi Lo schema di una base di dati è la parte dichiarativa ed invariante della base di dati e ne definisce la struttura. Nel modello relazionale lo schema di una relazione è paragonabile alla definizione del prototipo di una funzione in C. INSEGNAMENTO(Corso,Titolare) è lo schema della relazione INSEGNAMENTO. Le effettive n-ple di attributi appartenenti alla relazione sono dette istanze della relazione. Basi di dati Cagnoni è una istanza di INSEGNAMENTO.

4. Schemi Gli schemi possono operare a diversi livelli di astrazione • Schema logicodescrive l’intera base di dati mediante il modello logico adottato dal DBMS (reticolare, gerarchico, relazionale) • Schema interno implementa lo schema logico per mezzo di strutture fisiche di memorizzazione (file sequenziali con o senza indici)

5. Schemi • Schema esternodescrive una porzione della base di dati attraverso il modello logico, riflettendo il punto di vista di un utente. Generalmente è realizzato per mezzo di viste, relazioni derivate da quelle che costituiscono lo schema logico. Es. (i soli corsi di Ingegneria Informatica)

6. Schema esterno Schema esterno Schema esterno Schema logico Schema interno BD Architettura standard (ANSI/SPARC)a tre livelli per DBMS utente utente utente utente utente

7. Indipendenza dei dati Permette agli utenti di operare a livello astratto, indipendentemente dai dettagli realizzativi del DBMS • Indipendenza fisica Consente di mantenere inalterata la struttura logica dei dati al variare dalla realizzazione fisica del sistema. Consente di utilizzare basi di dati su piattaforme diverse, o di distribuire una base di dati su più macchine. • Indipendenza logica Rende indipendente lo schema esterno da quello logico, consentendo di inserire nuove viste senza alterarlo, o di alterarlo mantenendo inalterate le viste definite in precedenza.

8. Linguaggi per basi di dati • Linguaggi di definizione dei datiUtilizzati per definire gli schemi e le autorizzazioni per l’accesso • Linguaggi di manipolazione dei datiUtilizzati per l’interrogazione e l’aggiornamento dei contenuti della base di dati Alcuni linguaggi specializzati (es. SQL) presentano le caratteristiche di entrambi i tipi di linguaggio.

9. Accesso alla base di dati • Linguaggi testuali interattivi • Comandi inclusi in estensioni di linguaggi tradizionali • Comandi inclusi in linguaggi di sviluppo ad hoc • Interfacce grafiche amichevoli

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

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

12. Interazione non testuale (in Access)

13. Utenti e progettisti • Amministratore della base di datiresponsabile della progettazione controllo e manutenzione della base di dati • Progettisti e programmatorirealizzano i programmi che accedono alla base di dati • Utenti • utenti finaliaccedono alla base di dati frequentemente e attraverso procedure predefinite • utenti casualiinterrogano o aggiornano la base di dati con procedure e modalità variabili utilizzando i linguaggi forniti dal DBMS

14. Vantaggi dei DBMS • Disponibilità dei dati a tutta una comunità • Modello unificato e preciso della realtà di interesse • Controllo centralizzato dei dati • Condivisione • Indipendenza dei dati

15. Svantaggi dei DBMS • Prodotti costosi, complessi, che richiedono investimenti in hardware, software, personale. • Forniscono un numero elevato di servizi, in modo integrato e difficilmente scorporabile se le esigenze dell’utente sono inferiori alle caratteristiche offerte

16. Modello Relazionale • Proposto agli inizi degli anni ‘70 da Codd • Finalizzato alla realizzazione dell’indipendenza dei dati • Unisce concetti derivati dalla teoria degli insiemi (relazioni) con una rappresentazione dei dati di tipo tabellare • Attualmente è il modello più utilizzato

17. Modello relazionale • Teorizzato per separare il più possibile il livello logico dal livello fisico della descrizione dei dati • Rigoroso modello matematicopermette un elevato grado di astrazione • Rappresentazione semplice ed intuitivaLe relazioni ed i risultati delle operazioni su di esse sono facilmente rappresentabili ed interpretabili dagli utenti.

18. Relazione: tre accezioni • relazione matematica: come nella teoria degli insiemi • relazione (dall’inglese relationship) che rappresenta una classe di fatti, nel modello Entity-Relationship; tradotto anche con associazione o correlazione • relazione secondo il modello relazionale dei dati

19. Relazioni - Prodotto Cartesiano • Dati due insiemi D1e D2si definisce Prodotto Cartesiano di D1 e D2, e si indica con D1 X D2, l’insieme di tutte le possibili coppie ordinate (v1, v2) tali che v1sia un elemento di D1e v2 sia un elemento di D2 . • Es. Dati gli insiemiA = {cubo, cono} e B={rosso, verde, blu} il loro prodotto cartesiano è{(cubo,rosso),(cono,rosso),(cubo,verde), (cono,verde),(cubo,blu),(cono,blu)}

20. Relazioni • Una relazione matematica su due insiemi D1 e D2 è un sottoinsieme di D1 X D2. NOTA: a livello formale gli insiemi possono essere infiniti, a livello pratico non possiamo però considerare relazioni infinite. Es.dati gli insiemi visti, una possibile relazione è {(cubo,rosso),(cono,rosso),(cubo,blu)} o, in forma tabellare,

21. Relazioni Le definizioni viste per 2 insiemi possono essere generalizzate a n insiemi. Ogni riga della tabella sarà allora una n-pla ordinata di elementi. n è detto grado del prodotto cartesiano e quindi della relazione. Il numero di elementi della relazione è detto cardinalità della relazione. Un insieme può apparire più volte in una relazione. Es. La relazioneRisultati Partite di Calcio è un sottoinsieme del prodotto cartesiano Stringa x Stringa x Intero x Intero

22. Relazioni Osservazioni • Non esiste ordinamento fra le n-ple, per la natura insiemistica della relazione • Non possono esistere 2 righe uguali (insiemi) • Ogni n-pla è internamente ordinata: l’ i-esimo valore proviene dall’ i-esimo dominio (struttura posizionale) Quindi • se si scambiano due righe, la relazione non cambia • se si scambiano 2 colonne può cambiare o perdere consistenza

23. Relazioni La rigidezza dell’ordinamento delle relazioni matematiche spesso non è pratica. In informatica si tende ad utilizzare rappresentazioni non posizionali dei dati, utilizzando l’ordinamento solo quando ha utilità pratica (es. parametri di funzioni, elementi di vettori, matrici). Si utilizzano i tipi strutturati (record) nei casi in cui si debbano raccogliere dati di natura differente in una stessa entità logica. Una relazione è un insieme di record omogenei, cioè definiti sugli stessi campi. Come ogni campo di un record è associato ad un nome, così si associa ad ogni colonna della relazione un attributo.

24. Relazioni Esempio di relazione con attributi Ogni attributo ha un suo dominio su cui è definito. Ogni riga è detta convenzionalmente tupla (n-pla). Quindi una tupla è un insieme di valori, uno per attributo, ordinati secondo lo schema della relazione e definiti ciascuno su un proprio dominio. Una relazione è una serie di tuple definite sul dominio della relazione (insieme ordinato dei domini dei singoli attributi).

25. Relazioni Notazione Se t è una tupla definita sul dominio X della relazione e A è uno dei domini di X t[A](ot.A) è il valore di t relativo al dominio A Es. (relazione Partite) se t è la prima tupla della relazione t.Casa = Parma

26. Basi di dati e Relazioni Consideriamo il seguente schema di basi di dati: Studenti (Matricola, Cognome, Nome, DataNascita) Corsi (Codice, Titolo, Docente) Esami (Studente, Voto, Corso) Studenticontiene dati su un insieme di studenti Corsi contiene dati su un insieme di corsi Esamicontiene dati su un insieme di esami e fa riferimento alle altre due attraverso i numeri di matricola e il nome del corso. Quindi Matricola e Studente, come anche Corso e Titolo, sono definiti sullo stesso dominio e possono (in alcuni casi devono) assumere gli stessi valori.

27. studenti Matricola Cognome Nome Data di nascita 9283 8765 3456 6554 Rossi Verdi Rossi Neri Luisa Mario Paolo Maria 01/02/1978 05/12/1978 03/11/1976 12/11/1979 corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Mario 02 Chimica Bruni 04 Chimica Verdi esami Studente Voto Corso 3456 30 04 3456 24 02 9283 28 01 6554 26 01

28. studenti Matricola Cognome Nome Data di nascita 8765 3456 6554 9283 Neri Rossi Rossi Verdi Luisa Paolo Mario Maria 05/12/1978 03/11/1976 01/02/1978 12/11/1979 corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Mario 02 Chimica Bruni 04 Chimica Verdi esami Studente Voto Corso 30 24 28 26

29. Basi di dati e Relazioni Il modello relazionale è basato su valori. I riferimenti fra dati in relazioni diverse avvengono attraverso i valori dei domini corrispondenti che appaiono nelle tuple. Gli altri modelli (gerarchico, reticolare) utilizzano puntatori per le corrispondenze e sono detti basati su record e puntatori.

30. Basi di dati e Relazioni Vantaggi dell’approccio per valori • Si inseriscono nella base di dati solo valori significativi per l’applicazione (i puntatori sono dati aggiuntivi relativi alla sola implementazione). • Il trasferimento dei dati da un ambiente ad un altro è più semplice (i puntatori hanno validità solo locale) • la rappresentazione logica dei dati non fa riferimento a quella fisica e quindi si ottiene l’indipendenza dei dati

31. Basi di dati e Relazioni • Uno schema di relazione R(X) è costituito da un simbolo (nome della relazione) R e da una serie di attributiX={A1, A2, … , An} Corsi (Codice, NomeCorso, Docente) • Uno schema di base di dati è un insieme di schemi di relazione con nomi diversi R = {R1(X1), R2(X2), …, Rn(Xn)} • Una relazione su uno schema R(X) è un insieme r di tuple su X. • Una base di dati su uno schemaR = {R1(X1), R2(X2), …, Rn(Xn)} è un insieme di relazioni r = {r1, r2, …, rn} dove ogni ri è una relazione sullo schema Ri(Xi)