Fundamentos de Banco de Dados: Conceitos e Aplicações

Objetivo e Definição de Banco de Dados (BD)

O objetivo do Banco de Dados (BD) é resolver os problemas de armazenamento e gerenciamento de dados que os sistemas de Gerenciamento de Arquivos também possuem.

Problemas dos Sistemas de Gerenciamento de Arquivos

Um sistema de gerenciamento de arquivos apresenta vários problemas de manuseio e armazenamento de informações, tais como:

• Redundância e inconsistência de dados;
• Rigidez na busca de dados;
• Dependência programa-dados;
• Problemas de segurança.

Um BD é um sistema que consiste em uma coleção de arquivos que controla o armazenamento de dados, minimizando a redundância. Os dados são independentes dos programas e podem ser vistos de diferentes formas.

Vantagens e Requisitos de um SGBD

Um Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) deve atender a vários requisitos:

• Vários usuários podem acessar simultaneamente a informação;
• Existe controle sobre os dados que cada utilizador pode aceder;
• Redundância de armazenamento de dados é minimizada;
• Podem ser utilizados diferentes métodos de acesso;
• Existem mecanismos de recuperação de dados.

Conceitos Básicos de Banco de Dados

• Entidade: É um objeto real ou abstrato que possui uma série de características diferenciadoras, que o distinguem de outros objetos e que é armazenado no BD.
• Atributos: Características diferenciadoras de uma entidade.
• Registro (Tupla/Ocorrência): A estrutura utilizada para armazenar informações sobre uma ocorrência específica de entidade no BD.
• Campo: Estrutura utilizada para armazenar uma informação específica (atributo) no banco de dados.
• Super-chave: É o atributo ou conjunto de atributos que identifica unicamente a ocorrência de uma entidade.
• Chave Candidata: Uma super-chave que não possui um subconjunto de atributos que seja, por sua vez, uma super-chave (chave mínima).
• Chave Primária: A chave candidata selecionada pelo designer do banco de dados para identificar unicamente as ocorrências de uma entidade.
• Chave Alternativa: As chaves candidatas que não foram escolhidas como chave primária.
• Chave Estrangeira: Um atributo que é a chave primária de outra entidade, estabelecendo uma relação entre elas.

Tipos de Relacionamentos em BD

• 1:1 (Um para Um): Cada ocorrência de uma entidade corresponde a no máximo uma ocorrência de outra entidade.
• 1:N (Um para Muitos): Cada ocorrência da primeira entidade corresponde a várias ocorrências da segunda entidade.
• M:N (Muitos para Muitos): Cada ocorrência da primeira entidade pode corresponder a várias ocorrências da segunda, e vice-versa.

Níveis de Abstração de Dados em BD

Para tornar os dados gerenciáveis, os sistemas devem ser capazes de acessá-los de forma eficiente. Esta exigência levou ao projeto de BDs que constroem estruturas de dados complexas para a representação da informação no banco de dados.

Muitos usuários desses sistemas não são especialistas em informática, portanto, a complexidade de tais estruturas deve ser ocultada através de vários níveis de abstração para simplificar o uso do sistema:

• Nível Físico: Este é o nível mais baixo de abstração, mostrando como os dados são realmente armazenados.
• Nível Conceitual: Um nível de abstração mais elevado, onde se pode ver quais dados são realmente armazenados no BD e as relações existentes entre eles.
• Nível de Visão (ou Externo): É o nível mais alto de abstração, mostrando apenas uma parte do BD completo, adaptada ao usuário.

Modelos de Banco de Dados: Foco no Relacional

Existem diferentes tipos de BD. Os três modelos de BD mais amplamente aceitos são os modelos Relacional, de Rede e Hierárquico. O modelo relacional é o mais utilizado, enquanto os modelos de Rede e Hierárquico foram os primeiros a serem utilizados e ainda são empregados por um grande número de BDs legados.

Características do Modelo Relacional

No modelo relacional, dados e relacionamentos são representados por tabelas. Cada tabela armazena informações sobre uma entidade do BD, de modo que cada linha da tabela é um registro da entidade e cada coluna é um campo.

É necessário atender aos seguintes requisitos:

• Todos os registros são do mesmo tipo.
• Cada coluna é identificada por um nome único na tabela.
• Não pode haver registros duplicados em uma tabela.
• Cada tabela possui uma chave primária.

O modelo relacional é um dos mais amplamente utilizados na concepção e gestão de BDs.

Usuários de Banco de Dados (BD)

Um SGBD é acessado por um grande número de usuários, cada um com diferentes necessidades ou responsabilidades. Os usuários de BD são:

• Administrador de Banco de Dados (DBA): Responsável pela execução de tarefas de controle e gerenciamento centralizado de dados e programas que acessam o banco de dados, incluindo a definição e modificação do esquema do BD.
• Desenvolvedor de Aplicações: Responsável por escrever programas de aplicação que utilizam o banco de dados, projetados para dar suporte ao usuário final.
• Usuário Final: Acessa o BD através de uma linguagem de consulta (DML) ou de um programa de aplicação, onde as requisições são feitas em nome do usuário ao SGBD.

Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD)

Um SGBD é o conjunto de softwares para criação, gestão, controle e manipulação de informações em um BD. O objetivo de um SGBD é simplificar e facilitar o acesso aos dados. A visualização de alto nível pode auxiliar.

Funcionalidades Essenciais de um SGBD

Um SGBD deve permitir:

• Definir o esquema do BD.
• Acessar informações usando uma Linguagem de Manipulação de Dados (DML).
• DMLs são incluídas em programas escritos em linguagens de programação de alto nível.
• A DML é utilizada em programas para acessar e manipular informações.
• Gerenciar arquivos.