Algebra, Calcolo relazione e SQL

Sistemi informativi, informazioni e dati

Nello svolgimento di ogni attività, sia a livello individuale sia in organizzazioni di ogni dimensione, sono essenziali la disponibilità di informazioni e la capacità di gestirle in modo efficace; ogni organizzazione è dotata di un sistema informativo, che organizza e gestisce le informazioni necessarie per perseguire gli scopi dell'organizzazione stessa.

Per indicare la porzione automatizzata del sistema informativo viene di solito utilizzato il termine "sistema informatico"; ha fatto sì che gran parte dei sistemi informativi siano anche sistemi informatici.

Nei sistemi informatici le informazioni vengono rappresentate per mezzo di dati; i dati da soli non hanno alcun significato, ma, una volta interpretati, essi forniscono informazioni che consentono di arricchire la nostra conoscenza del mondo.

- Informazione: notizia, dato o elemento che consente di avere

conoscenza più o meno esatta di fatti, situazioni, modi di essere.- Dato: ciò che è immediatamente presente alla conoscenza, prima di ogni elaborazione.

Possiamo definire una base di dati come una collezione di dati, utilizzati per rappresentare le informazioni di interesse per un sistema informativo.

2. SISTEMI DI GESTIONE DI BASI DI DATI

L'approccio convenzionale alla gestione dei dati sfrutta la presenza di archivi/file per memorizzare i dati in modo persistente sulla memoria di massa. Un file consente di memorizzare e ricercare dati, ma fornisce solo semplici meccanismi di accesso e di condivisione.

Secondo questo approccio, le procedure scritte sono completamente autonome, ovvero ciascuna di esse definisce e utilizza uno o più file privati; eventuali dati di interesse per più programmi sono replicati tante volte quanti sono i programmi che li utilizzano, con evidenti problemi di ridondanza e possibilità di incoerenza.

Le basi di dati sono state

backup e recovery).- Sicuri: cioè in grado di proteggere i dati da accessi non autorizzati e garantire la privacy delle informazioni.- Scalabili: cioè in grado di gestire un numero crescente di dati e utenti senza perdere prestazioni.- Flessibili: cioè in grado di adattarsi alle esigenze dell'organizzazione e supportare diversi modelli di dati e linguaggi di interrogazione.- Veloci: cioè in grado di eseguire operazioni di lettura e scrittura sui dati in tempi brevi.- Facili da usare: cioè dotati di un'interfaccia intuitiva e di strumenti di supporto per semplificare la gestione dei dati. In sintesi, un DBMS è un sistema software che permette di gestire in modo efficiente e sicuro grandi quantità di dati, garantendo la loro integrità, disponibilità e confidenzialità.

backup and recovery). Nel senso che i dati sono accessibili solo a seguito del riconoscimento dell'utente.

- Privati:

- Efficienti: cioè capaci di svolgere le operazioni utilizzando un insieme di risorse (tempo spazio) che sia accettabile per gli utenti.

- Efficaci: in quanto sono capaci di rendere produttive le attività dei loro utenti.

1. Introduzione

3. MODELLI DEI DATI

Un modello dei dati è un insieme di concetti utilizzati per organizzare i dati di interesse e descriverne la struttura in modo che essa risulti comprensibile a un elaboratore.

Il modello relazionale dei dati permette di definire tipi per mezzo del costruttore relazione, che consente di organizzare i dati in insiemi di record a struttura fissa.

Una relazione viene spesso rappresentata per mezzo di una tabella, le cui righe rappresentano specifici record e le cui colonne corrispondono ai campi dei record.

3.1. Schemi e istanze

Nelle basi di dati esiste una parte invariante nel tempo, detta schema,

La base di dati è costituita dalle caratteristiche dei dati, e una parte variabile nel tempo, detta istanza, costituita dai valori effettivi.

I livelli di astrazione costituiscono una descrizione dell'intera base di dati per mezzo del modello:

• Lo schema logico adottato dal DBMS (relazionale o ad oggetti).
• Lo schema interno costituisce la rappresentazione dello schema logico per mezzo di strutture fisiche di memorizzazione.
• Uno schema esterno costituisce la descrizione di una porzione della base di dati di interesse, per mezzo del modello logico.

L'indipendenza dei dati è la principale proprietà dei DBMS. Questa proprietà permette a utenti e programmi applicativi che utilizzano una base di dati di interagire a un elevato livello di astrazione, che prescinde dai dettagli realizzativi utilizzati nella costruzione.

L'indipendenza fisica consente di interagire con il DBMS in

Il modo indipendente dalla struttura fisica dei dati permette di modificare le strutture fisiche senza influire sulle descrizioni dei dati ad alto livello e quindi sui programmi che utilizzano i dati stessi. L'indipendenza logica consente di interagire con il livello esterno della base di dati in modo indipendente dal livello logico; è possibile aggiungere/modificare uno schema esterno in base alle esigenze senza dover modificare lo schema logico e quindi la sottostante organizzazione fisica dei dati.

I linguaggi per una base di dati si distinguono in due categorie:

• Data Definition Language (DDL) utilizzati per definire gli schemi logici, esterni e fisici e le autorizzazioni per l'accesso.
• Data Manipulation Language (DML) utilizzati per l'interrogazione e l'aggiornamento delle istanze di basi di dati.

Modello relazionale

1. STRUTTURE

1.1. Modelli logici

Il modello relazione risponde al requisito dell'indipendenza dei dati, che prevede una distinzione fra il livello fisico e il livello logico: gli utenti che accedono ai dati e i programmatori che sviluppano le applicazioni fanno riferimento solo al livello logico; i dati descritti al livello logico sono poi concretamente organizzati per mezzo di opportune strutture fisiche, ma per accedere ai dati non è necessario conoscere le strutture fisiche stesse.

1.2. Relazioni e tabelle

Dati due insiemi A e B, si chiama prodotto cartesiano di A e B, in simboli A x B, l'insieme delle coppie ordinate (a, b), tali che a è un elemento di A e b è un elemento di B. Una relazione matematica sugli insiemi A e B è un sotto-insieme del prodotto cartesiano AxB.

1.3. Relazioni con attributi

Le informazioni che siamo interessati a organizzare nelle relazioni delle nostre basi di dati hanno una struttura che si può

ricondurre a quella dei record: una relazione è sostanzialmente un insieme di record omogenei, cioè definiti sugli stessi campi. Nel caso dei record, a ogni campo è associato un nome: associamo a ciascuna occorrenza di dominio nella relazione un nome, detto attributo, che descrive il ruolo giocato dal dominio stesso. Indichiamo con D l'insieme dei domini e specifichiamo la corrispondenza fra attributi e domini, nell'ambito di una relazione, per mezzo di una funzione dom: X->D, che associa a ciascun attributo A di D un dominio dom(A) di D. Diciamo che una tupla su un insieme di attributi A è una funzione t che associa a ciascun attributo A un valore nel dominio dom(A). Una relazione su X è quindi un insieme di tuple su X; gli elementi di questa definizione sono individuati per mezzo degli attributi, cioè con una tecnica non posizionale. 1.4. Basi di dati Nel modello relazionale, i dati sono rappresentati come tabelle e le associazioni tra i

dati sono ottenute associando valori di attributi in tabelle diverse.

Ogni colonna di una tabella contiene valori omogenei tra loro (dominio)

Lo schema è lo scheletro della tabella, ovvero la sua parte invariante.

L'istanza è il contenuto effettivo e variabile della tabella.

Il modello relazione è basato sui valori, ovvero i riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle tuple.

1.5. Valori nulli

La struttura del modello relazionale impone un certo grado di rigidità, in quanto le informazioni devono essere rappresentate per mezzo di tuple di dati omogenee; in molti casi pratici, i dati disponibili possono non corrispondere esattamente al formato previsto.

Per rappresentare in modo semplice e comodo la non disponibilità di valori, il concetto di relazione viene esteso prevedendo che una tupla possa assumere, su ciascun attributo, o un valore del dominio, oppure un valore speciale, detto

valore nullo, che denota appunta l'assenza di informazione, ma è un valore aggiuntivo rispetto a quelli del dominio, e ben distinto da essi. 2. Modello relazionale 2. VINCOLI DI INTEGRITÀ Le strutture del modello relazione ci permettono di organizzare le informazioni di interesse per le nostre applicazioni; in molti casi, però, non è vero che qualsiasi insieme di tuple sullo schema rappresenti informazioni corrette per l'applicazione. In una base di dati, allo scopo di evitare situazioni che in pratica non si dovrebbero presentare, è stato introdotto il concetto di vincolo di integrità, come proprietà che deve essere soddisfatta dalle istanze che rappresentano informazioni corrette per l'applicazione. - Un vincolo è intra-relazionale se il suo soddisfacimento è definito rispetto a singole delazioni della base di dati: - Un vincolo di tupla è un vincolo che può essere valutato su ciascuna

Un vincolo definito con riferimento a singoli valori viene detto vincolo su valori o vincolo di dominio, in quanto impone una restrizione sul dominio dell'attributo.

Un vincolo è inter-relazionale se coinvolge più relazioni.

2.1. Chiavi

I vincoli di chiave sono i più importanti del modello relazionale.

Una chiave è un sotto-insieme di attributi dello schema utilizzato per identificare univocamente la tupla di una relazione, ovvero ha le proprietà di unicità e minimalità:

• Unicità: non esistono due tuple con chiave uguale.
• Minimalità: sottraendo un qualunque attributo alla chiave si perde l'unicità.

Formalmente, una chiave si può definire seguendo questi due passi:

1. Un insieme K di attributi è superchiave di una relazione r se r non contiene due tuple distinte t1 e t2 con t1[K] = t2[K].
2. K è una chiave di r se è una superchiave minimale di r.