Appunti di Basi di dati

Ingegneria Informatica

Appunti di

BASI DI DATI

A cura di Baldi F. e Sangeniti C.

2025-2026

Indice

1 Sistema organizzativo 7

1.1 Sistema informativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2 Informazioni e dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Base di Dati (database) 10

2.1 Caratteristiche delle Basi di Dati . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1.1 Grandi dimensioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1.2 Persistenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1.3 Condivisione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1.4 Eterogeneità delle informazioni . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Compiti del DBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.1 Persistenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.2 Condivisione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.3 Sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.4 Integrità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.5 Gestione di grandi volumi . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.6 Transazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.7 Indipendenza dei dati . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 DBMS vs File System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.1 Descrizione dei dati nei File System . . . . . . . . . . 14

2.3.2 Descrizione dei dati nei DBMS . . . . . . . . . . . . 14

2.4 Schema e istanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5 Modello di dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5.1 Modelli concettuali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.5.2 Modelli logici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.6 Architettura (semplificata) di un DBMS . . . . . . . . . . . 16

2.6.1 Schema logico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.6.2 Schema fisico (o interno) . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.7 Linguaggi per Basi di Dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.8 Attori del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3 Il modello relazionale 19

3.1 Modelli logici e struttura dei dati . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Dominio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3 Prodotto cartesiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.4 Relazione matematica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.5 Attributo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.6 Schema di relazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.6.1 Schema di base di dati . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1

3.7 Istanza di relazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.7.1 Istanza di base di dati . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.8 Tupla su un insieme di attributi . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.9 Informazione incompleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.10 Vincoli di integrità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.10.1 Vincoli intra-relazionali . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.10.2 Vincoli inter-relazionali . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.11 Dipendenze funzionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.12 Chiave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.12.1 Superchiave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.12.2 Chiave primaria (primary key) . . . . . . . . . . . . . 26

3.12.3 Integrità referenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.13 Operazioni di aggiornamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.13.1 Azioni compensative . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4 Interrogazione di una database 30

4.1 Algebra relazionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.1.1 Operatori insiemistici . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.1.2 Operatori di rimozione . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.1.3 Operatori di ridenominazione . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.4 Operatori di combinazione . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.1.5 Equivalenza di espressioni . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.6 Ottimizzazione delle interrogazioni . . . . . . . . . . 40

4.1.7 Esecuzione delle interrogazioni . . . . . . . . . . . . . 40

4.1.8 Procedura euristica di ottimizzazione . . . . . . . . . 41

4.1.9 Profili delle relazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2 Grafo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2.1 Cammino e ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.2.2 Albero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5 Progettazione concettuale 44

5.1 Raccolta e analisi dei requisiti . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.1.1 Acquisizione dei requisiti . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.2 Progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.3 Modello E-R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.3.1 Entità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.3.2 Associazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.3.3 Attributo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.4 Modello E-R esteso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.4.1 Cardinalità di attributo . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.4.2 Identificatore di entità interno . . . . . . . . . . . . . 50

2

5.4.3 Cardinalità di associazione . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.4.4 Identificatore di entità esterno . . . . . . . . . . . . . 53

5.4.5 Relazione IS-A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.4.6 Generalizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.4.7 Documentazione di supporto . . . . . . . . . . . . . . 56

5.5 Strategie di progetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.5.1 Strategia top-down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.5.2 Strategia bottom-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

6 Progettazione logica 58

6.1 Valutare le prestazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

6.2 Attività di ristrutturazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.2.1 Analisi delle ridondanze . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.2.2 Eliminazione delle generalizzazioni . . . . . . . . . . 63

6.2.3 Partizionamento/accorpamento di entità e associazioni 63

6.2.4 Scelta degli identificatori principali . . . . . . . . . . 65

6.3 Traduzione verso il modello relazionale . . . . . . . . . . . . 66

6.3.1 Traduzione di un’entità forte . . . . . . . . . . . . . . 66

6.3.2 Traduzione di un’entità debole . . . . . . . . . . . . . 67

6.3.3 Traduzione associazioni binarie molti a molti . . . . . 68

6.3.4 Traduzione associazioni binarie uno a molti . . . . . 69

6.3.5 Traduzione associazioni binarie uno a uno . . . . . . 70

6.3.6 Traduzione associazioni ricorsive molti a molti . . . . 71

6.3.7 Traduzione associazioni ricorsive uno a molti . . . . . 72

6.3.8 Traduzione associazioni . . . . . . . . . . . . . 73

n-arie

6.4 Linee guida per la progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7 Dipendenze funzionali 76

7.1 Dipendenze funzionali particolari . . . . . . . . . . . . . . . 76

7.2 Implicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.2.1 Regole di inferenza di Armstrong . . . . . . . . . . . 77

7.3 Derivazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

7.3.1 Regole di derivazione comuni . . . . . . . . . . . . . 78

7.4 Chiusura degli attributi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7.4.1 Calcolo di . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

+

X

7.5 Correttezza e completezza di un RI . . . . . . . . . . . . . . 80

7.6 Chiusura di un insieme di dipendenze funzionali . . . . . . . 81

7.6.1 Calcolo di . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

+

F

7.7 Chiavi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

7.7.1 Trovare tutte le chiavi . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

7.7.2 Verifica di una chiave . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3

7.8 Equivalenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

7.9 Ridondanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

7.10 Copertura minimale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

7.10.1 Calcolo della copertura minimale . . . . . . . . . . . 84

8 Forme normali 86

8.1 Normalizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.2 Forma normale di Boyce-Codd . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.2.1 Verificare una BNCF . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.3 Decomposizione di schemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.3.1 Teorema della perdita dei dati . . . . . . . . . . . . . 90

8.3.2 Decomposizione che preserva i dati . . . . . . . . . . 91

8.3.3 Teorema di preservazione dei dati . . . . . . . . . . . 91

8.3.4 Proiezioni di un insieme di dipendenze . . . . . . . . 91

8.3.5 Decomposizione che preserva le dipendenze . . . . . . 92

8.3.6 Verificare una decomposizione . . . . . . . . . . . . . 92

8.3.7 Algoritmo per decomposizione in BCNF . . . . . . . 93

8.4 Terza forma normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

8.4.1 Verifica di 3NF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

8.4.2 Algoritmo per decomposizione in 3NF . . . . . . . . 95

9 Transazioni 98

9.1 Gestione delle transazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

9.1.1 Problemi legati a mancanza di controllo . . . . . . . 100

9.1.2 Scheduler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

9.2 Schedule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

9.2.1 Schedule seriali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

9.2.2 Schedule serializzabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

9.2.3 -equivalenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

View

9.2.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Conflict-equivalenza

9.2.5 Grafo dei conflitti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

9.2.6 Serializzabilità a confronto . . . . . . . . . . . . . . . 111

9.3 Locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

9.3.1 Locking scheduler e 2PL . . . . . . . . . . . . . . . . 113

9.3.2 Implementazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

9.3.3 Deadlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

10 Linguaggio SQL 119

10.1 Query . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

10.2 Operatori logici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

10.3 Intervallo di valori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4

10.4 Duplicati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

10.5 Controllo su valori NULL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

10.6 Gestione delle date . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

10.6.1 Estrazione di giorno, mese, anno . . . . . . . . . . . 123

10.6.2 Lassi di tempo in giorni . . . . . . . . . . . . . . . . 123

10.6.3 Sommare/sottrarre intervalli di tempo . . . . . . . . 124

10.6.4 Funzioni di utilità sulle date . . . . . . . . . . . . . . 124

10.7 Operatori di aggregazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

10.7.1 Conteggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

10.7.2 Somma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

10.7.3 Massimo/minimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

10.7.4 Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

10.8 Query su più tabelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

10.8.1 Inner join . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

10.8.2 Join naturale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

10.8.3 Prodotto cartesiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

10.8.4 Join esterni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

10.8.5 Join multipli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

10.8.6 Self join . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

10.8.7 Ambiguità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

10.8.8 Derived table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

10.9 Subquery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

10.9.1 Noncorrelated subquery . . . . . . . . . . . . . . . . 137

10.9.2 Subquery scalari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

10.9.3 Subquery-join . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

10.9.4 Correlated subquery . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

10.9.5 Costrutto EXISTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

10.9.6 Divisione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

10.10 Common Table Expression (CTE) . . . . . . . . . . . . . . . 143

10.11 Raggruppamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

10.11.1 Condizione sui gruppi . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

10.11.2 HAVING vs WHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

10.12 Modificatori ANY e ALL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

10.13 Stored procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

10.13.1 Creazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

10.13.2 Chiamata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

10.13.3 Variabili locali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

10.13.4 Variabili user-defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

10.13.5 Parametri di una stored procedure . . . . . . . . . . 154

10.13.6 Istruzioni condizionali . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

10.13.7 Istruzioni iterative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

5

10.13.8 Cursori e handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

10.14 Data manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

10.14.1 Inserimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

10.14.2 Aggiornamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

10.14.3 Cancellazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

10.14.4 Errore comune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

10.15 Database attivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

10.15.1 Trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

10.15.2 Gestione di una ridondanza . . . . . . . . . . . . . . 167

10.15.3 Event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

10.16 Window function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

10.16.1 Clausola OVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

10.16.2 Aggregate functions utilizzabili con OVER . . . . . . 171

10.16.3 Non-aggregate functions utilizzabili con OVER . . . 172

10.16.4 Window functions non-aggregate . . . . . . . . . . . 173

10.16.5 Funzione ROW_NUMBER . . . . . . . . . . . . . . 173

10.16.6 Funzione RANK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

10.16.7 Clausola WINDOW . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

10.16.8 Funzione LAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

10.16.9 Funzione LEAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

6

1 Sistema organizzativo

È un sistema costituito da (persone, denaro, materiali,

Definizione: risorse

informazioni) e per lo svolgimento coordinato di attività (processi) per

regole

perseguire gli scopi propri di un’organizzazione (azienda o ente).

1.1 Sistema informativo

È la componente del sistema organizzativo che acquisisce, ela-

Definizione:

bora, conserva, produce le informazioni di interesse (cioè utili al perseguimen-

to degli scopi); inoltre, esegue/gestisce i processi informativi (cioè i processi

che coinvolgono informazioni).

Nelle attività umane, le informazioni sono gestite:

• In forme diverse:

idee informali;

◦ linguaggio naturale (scritto o parlato, formale o colloquiale, in

◦ varie lingue);

disegni, grafici, schemi;

◦ numeri e codici.

◦

• Su supporti diversi:

mente umana;

◦ carta;

◦ dispositivi elettronici.

◦

Questo modo di gestire delle informazioni, se non ben organizzato, può por-

tare a molti problemi: fragilità, errori, difficoltà nella condivisione, impossi-

bilità di scalare.

Ecco perché esiste il sistema informativo, il quale gestisce informazioni utili

al perseguimento degli scopi dell’organizzazione.

̸ =

Sistema informativo Sistema informatico

Mentre il primo è concettuale e organizzativo, il secondo è tecnologico. Que-

sto significa che il sistema informativo è indipendente da da ogni processo

automatizzato. 7

La parte del sistema informativo che gestisce le informazioni con tecnologia

informatica è chiamato sistema informativo automatizzato.

Graficamente, l’organizzazione dei vari sistemi appare così:

Azienda Sistema organizzativo

Sistema informativo

Sistema informatico

1.2 Informazioni e dati Notizia o elemento che consente di avere

Definizione di informazione:

conoscenza più o meno esatta di fatti, situazioni, modi di essere.

ciò che è immediatamente presente alla conoscen-

Definizione di dato:

za, prima di ogni elaborazione; (in informatica) elementi di informazione

costituiti da simboli che debbono essere elaborati.

Mentre l’informazione ha un significato intrinseco e viene interpretata da un

soggetto (persona o organizzazione) per prendere decisioni, il dato è solo una

grezza rappresentazione che non ha valore in sé, se non viene interpretato.

ESEMPIO La temperatura di fusione dell’oro è °C.

1064

Informazione:

01000001 01110101 00000100 00101000 01000011

Dato: | {z } | {z } | {z }

Au C

1064

L’informazione è immediatamente comprensibile, mentre il dato (in

questo caso è il numero binario), senza interpretazione, non ha alcun

senso. 8

Le attività umane producono informazioni, però i sistemi informativi auto-

matizzati non le possono gestire direttamente. Quest’ultimi gestiscono solo i

dati, che sono una codifica formale delle informazioni. Essi acquistano valore

informativo solo attraverso l’elaborazione e l’interpretazione.

Perché usano i dati? Perché essi costituiscono spesso una risorsa strategica,

poiché più stabili nel tempo di altre componenti (processi, tecnologie, ruoli

umani). 9

2 Base di Dati (database)

È un insieme di dati utilizzati per il supporto allo

Definizione: organizzato

svolgimento delle attività di un ente (azienda, ufficio, persona). È il cuore di

un sistema informativo automatizzato.

Perché è definito "organizzato"? Perché i dati:

• non sono casuali;

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