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Basi di dati Modelli e linguaggi di interrogazione Paolo Atzeni, Stefano Ceri, Stefano Paraboschi, Riccardo Torlone
Copyright © 2002 The McGrawHill Companies, srl
Capitolo 6
Atzeni, Ceri, Paraboschi, TorloneBasi di dati
Parte II, Capitolo 7:
Progettazione di basi di dati:Progettazione di basi di dati:Metodologie e modelliMetodologie e modelli
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Capitolo 6
Il problema della progettazione di una BD
Proviamo a pensare, progettare una applicazione o dei servizi per un sistema informativo o una base dati (una biblioteca, un corso di studi, ecc…) definendo direttamente lo schema logico della base di dati:
• da dove cominciamo?• rischiamo di perderci subito nei dettagli• dobbiamo pensare subito a come correlare le
varie tabelle (chiavi etc.)• i modelli logici (relazionali) sono rigidi, servono
modelli iniziali più duttili, intuitivi
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Capitolo 6
Progettazione di basi di dati
• È una delle attività del processo di sviluppo dei sistemi informativi
• va quindi inquadrata in un contesto più generale:
• il ciclo di vita dei sistemi informativi:• Insieme e sequenzializzazione delle attività
svolte da analisti, progettisti, utenti, nello sviluppo e nell’uso dei sistemi informativi
• attività iterativa, quindi ciclo
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Capitolo 6
Studio di fattibilità
Raccolta e analisi dei requisiti
Progettazione
Realizzazione
Validazione e collaudo
Funzionamento
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Capitolo 6
Fasi (tecniche) del ciclo di vita
• Studio di fattibilità: definizione costi e priorità• Raccolta e analisi dei requisiti: studio delle
proprietà del sistema• Progettazione: di dati e funzioni• Realizzazione • Validazione e collaudo: sperimenazione• Funzionamento: il sistema diventa operativo
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Capitolo 6
i dati hanno un ruolo centralei dati sono più stabili delle applicazioni
La progettazione di un sistema informativo riguarda due aspetti:
progettazione dei datiprogettazione delle applicazioni
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Capitolo 6
Studio di fattibilità
Raccolta e analisi dei requisiti
Progettazionedei dati
Realizzazione
Validazione e collaudo
Funzionamento
Fase di Progettazioneconcettule
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Capitolo 6
Progettazionefisica
Schema concettuale
Requisiti della base di dati
Progettazioneconcettuale
Progettazionelogica
Schema logico
Schema fisico
“CHE COSA”:analisi
“COME”:progettazione
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Capitolo 6
Schema concettuale
Schema logico
Schema fisico
I prodotti della varie fasi sono schemi di alcuni modelli di dati
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Capitolo 6
Due tipi (principali) di modelli
• modelli concettuali: permettono di rappresentare i dati in modo indipendente da ogni sistema• cercano di descrivere i concetti del mondo reale• sono utilizzati nelle fasi preliminari di progettazione
il più noto è il modello EntityRelationship
• modelli logici: sono utilizzati nei DBMS per l’organizzazione dei dati• utilizzati dai programmi• indipendenti dalle strutture fisiche
vari modelli: relazionale, reticolare, gerarchico, a oggetti
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Capitolo 6
Modelli concettuali, perché?
• servono per ragionare sulla realtà di interesse, indipendentemente dagli aspetti realizzativi
• permettono di rappresentare le classi di dati di interesse e le loro correlazioni
• prevedono efficaci rappresentazioni grafiche (utili anche per documentazione e comunicazione)
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Capitolo 6
Progettazioneconcettuale
Progettazione logica
Progettazionefisica
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Capitolo 6
Modello EntitàRelazione: (EntityRelationship )
Il più diffuso modello concettuale dei dati
Ne esistono molte versioni, (più o meno) diverse l’una dall’altra
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Capitolo 6
I costrutti del modello ER
• Entità• Relazione• Attributo• Identificatore• Cardinalità• Generalizzazione
Costrutti base
Altri costrutti
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Capitolo 6
Entità
• Classe di oggetti (fatti, persone, cose) della applicazione di interesse con proprietà comuni e con esistenza “autonoma”
• Esempi:• impiegato, città, conto corrente,
ordine, fattura
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Capitolo 6
Relazione
• Legame logico fra due o più entità, rilevante nell’applicazione di interesse
• Esempi:• Residenza (fra persona e città)• Esame (fra studente e corso)
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Capitolo 6
Uno schema ER, graficamente
esameStudente Corso
entità entitàrelazione
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Capitolo 6
Entità: schema e istanza• Entità:
• classe di oggetti, persone, … "omogenei"
• Occorrenza (o istanza) di entità:• elemento della classe (l'oggetto, la
persona, …, non i dati)
nello schema concettuale rappresentiamo le entità, non le singole istanze (“astrazione”)
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Capitolo 6
Rappresentazione grafica di entità
Impiegato Dipartimento
Città Vendita
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Capitolo 6
Entità, commenti
• Ogni entità ha un nome che la identifica univocamente nello schema:• nomi espressivi• opportune convenzioni
• singolare
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Capitolo 6
Relazione
• Legame logico fra due o più entità, rilevante nell’applicazione di interesse
• Esempi:• Residenza (fra persona e città)• Esame (fra studente e corso)
• Chiamata anche: • relazione, correlazione, associazione
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Capitolo 6
Rappresentazione grafica delle relazioni
esameStudente Corso
residenzaImpiegato Città
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Capitolo 6
Relazioni, commenti
• Ogni relazione ha un nome che la identifica univocamente nello schema:• nomi espressivi• opportune convenzioni
• singolare• sostantivi invece che verbi (se
possibile)
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Capitolo 6
Esempi di occorrenze
S1
S2
S4
S3
Studente
C1
C2
C3
Corso
E1
E2
E3
E4
Esame
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Capitolo 6
Relazione, occorrenze
• Una occorrenza di una relazione binaria è una coppia di occorrenze di entità, una per ciascuna entità coinvolta
• Una occorrenza di una relazione naria è una nupla di occorrenze di entità, una per ciascuna entità coinvolta
• Nell'ambito di una relazione non ci possono essere occorrenze (coppie, ennuple) ripetute
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Capitolo 6
Relazioni: esempi
esameStudente Corso
VisitaPaziente Medico
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Capitolo 6
relazioni sulle stesse entità
ResidenzaImpiegato Città
Sede dilavoro
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Capitolo 6
Relazione naria
Fornitore Prodotto
Dipartimento
Fornitura
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Capitolo 6
Relazione ricorsiva (simmetrica): coinvolge “due volte” la stessa entità
Persona
Conoscenza
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Capitolo 6
Relazione ricorsiva “asimmetrica”
Successione
SovranoSuccessore Predecessore
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Capitolo 6
Confronto
Tennista
Superficie
Relazione asimmetrica ternaria ricorsiva
Migliore Peggiore
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Capitolo 6
Costrutto E/R: Attributo
• Proprietà elementare di un’entità o di una relationship, di interesse ai fini dell’applicazione
• Associa ad ogni occorrenza di entità o relationship un valore appartenente a un insieme detto dominio dell’attributo
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Capitolo 6
Attributi, rappresentazione grafica
EsameStudente Corso
Cognome Nome
Matricola
Data Titolo
Codice
Voto
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Capitolo 6
Attributi composti
• Raggruppano attributi di una medesima entità o relazione che presentano affinità nel loro significato o uso
• Esempio: • Via, Numero civico e CAP sono
attributi semplici che formano un attributo composto Indirizzo
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Capitolo 6
Attributi: rappresentazione grafica
Impiegato
Cognome
Età Via
Indirizzo Numero
CAPAttributo composto
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Basi di dati Modelli e linguaggi di interrogazione Paolo Atzeni, Stefano Ceri, Stefano Paraboschi, Riccardo Torlone
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Capitolo 6
ComposizionePartecipazione
Progetto
NomeBudget
Impiegato
Codice
Cognome Telefono
Dipartimento
NomeAfferenza
Data
Direzione
CittàIndirizzo
SedeVia
CAP
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Capitolo 6
Altri costrutti del modello ER
• Cardinalità• di relationship • di attributo
• Identificatore• interno• esterno
• Generalizzazione
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Capitolo 6
Cardinalità delle relazioni
• La cardinalità di una relazione riguarda Coppia di valori associati a ogni entità che partecipa a una rezione
• Le cardinalita di una relazione specifica il numero minimo e massimo di occorrenze con cui ciascuna occorrenza di una entità può partecipare alla relazione
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Capitolo 6
Esempio di cardinalità
AssegnamentoImpiegato Incarico(1,5) (0,50)
Ad ogni impiegato riceve da 1 a 5 incarichi;
Ogni incarico può essere asseganto a nessuno o al massimo a 50 impiegati assegnati
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Capitolo 6
• per semplicità usiamo solo tre simboli:• 0 e 1 per la cardinalità minima:
• 0 = “partecipazione opzionale” • 1 = “partecipazione obbligatoria”
• 1 e “N” per la massima:• “N” non pone alcun limite
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Capitolo 6
Occorrenze della relazione Residenza
S1
S2
S4
S3
Studente
C1
C2
C3
Città
R3 R4
R2
R1
C4
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Capitolo 6
Cardinalità di Residenza
ResidenzaStudente Città
(1,1) (0,N)
Ciascuno studente risiede in una e solo una città
Ciascuna città può essere disabitata o popolata da un numero arbitrario di studenti
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Capitolo 6
Tipi di relationship
• Con riferimento alle cardinalità massime, abbiamo relazioni:• uno a uno • uno a molti • molti a molti
La relazione della slide precedente è un esempio di relazione uno a molti
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Capitolo 6
Relazioni “molti a molti”
EsameStudente Corso(0,N) (0,N)
ScalataMontagna Alpinista(0,N) (1,N)
AbilitazioneMacchinista Locomotore(1,N) (1,N)
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Capitolo 6
Due avvertenze
• Attenzione al "verso" nelle relationship uno a molti
• le relationship obbligatorieobbligatorie sono molto rare
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Capitolo 6
Relazioni “uno a molti”
Impiego
Persona Azienda(0,1) (0,N)
Ubicazione
Cinema Località(1,1) (0,N)
Ubicazione
Comune Provincia(1,1) (1,N)
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Capitolo 6
Relazioni “uno a uno”
Titolarità
Professore Cattedra(0,1) (0,1)
Titolarità
Professoredi ruolo Cattedra
(1,1) (0,1)
Titolarità
Professoredi ruolo
Cattedracoperta
(1,1) (1,1)
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Capitolo 6
Cardinalità di attributi
• E’ possibile associare delle cardinalità anche agli attributi, con due scopi:
• indicare opzionalità ("informazione incompleta")
• indicare attributi multivalore
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Capitolo 6
Rappresentazione grafica
Impiegato
Telefono
Nome
Numero patente
(0,N)
(0,1)
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Capitolo 6
Identificatore di una entità
• “strumento” per l’identificazione univoca delle occorrenze di un’entità
• costituito da:• attributi dell’entità:
• identificatore interno• attributi + entità esterne attraverso
una relazione: • identificatore esterno
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Capitolo 6
Identificatori interni
Persona
Data Nascita
Cognome
Nome
Automobile
Targa
Modello
Indirizzo
Marca
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Capitolo 6
Identificatore esterno
Iscrizione
Studente Università
Cognome Matricola
Anno di corso
Nome
Indirizzo
(1,1) (0,N)
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Capitolo 6
Alcune osservazioni
• ogni entità deve possedere almeno un identificatore, ma può averne in generale più di uno
• una identificazione esterna è possibile solo attraverso una relazione a cui l’entità da identificare partecipa con cardinalità (1,1)
• perché non parliamo degli identificatori delle relazioni?
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Capitolo 6
(1,1)(0,1)
(0,N)(0,1)
(0,1)(1,1)
(1,N)
(0,N)
(1,N)
(1,N)
CittàIndirizzo
Telefono
Dipartimento
Composizione
Sede
Direzione
Afferenza
Impiegato
Progetto
Partecipazione
Nome
Nome
Cognome
Budget
Data
Via
CAP
Codice
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Capitolo 6
Generalizzazione
• mette in relazione una o più entità • E1, E2, ..., En (figlie) con una entità E
(padre), che le comprende come casi particolari
• E è una generalizzazione • E1, E2, ..., En sono specializzazioni di E
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Capitolo 6
Rappresentazione grafica delle generalizzazioni
Dipendente
Impiegato Funzionario Dirigente
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Capitolo 6
Proprietà delle generalizzazioni
Se E (genitore) è generalizzazione di E1, E2, ..., En (figlie):
• ogni proprietà di E è significativa per E1, E2, ..., En
• ogni occorrenza di E1, E2, ..., En è occorrenza anche di E
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Capitolo 6
Persona
Codice fiscale
Nome
Età
Città
Nascita
(0,N)
(1,1)
Lavoratore Studente
Stipendio
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Capitolo 6
Ereditarietà
• tutte le proprietà (attributi, relationship, altre generalizzazioni) dell’entità genitore vengono ereditate dalle entità figlie e non rappresentate esplicitamente
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Capitolo 6
Tipi di generalizzazioni• totale se ogni occorrenza dell'entità
genitore è occorrenza di almeno una delle entità figlie, altrimenti è parziale
• esclusiva se ogni occorrenza dell'entità genitore è occorrenza di al più una delle entità figlie, altrimenti è sovrapposta
• consideriamo (senza perdita di generalità) solo generalizzazioni esclusive e distinguiamo fra totali e parziali
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Capitolo 6
Disoccupato Lavoratore
Persona
Generalizzazione parziale, esclusiva
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Capitolo 6
Persona
Uomo DonnaUomo Donna
Generalizzazione totale, esclusiva
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Capitolo 6
Altre proprietà• possono esistere gerarchie a più livelli e
multiple generalizzazioni allo stesso livello
• un'entità può essere inclusa in più gerarchie, come genitore e/o come figlia
• se una generalizzazione ha solo un’entità figlia si parla di sottoinsieme
• alcune configurazioni non hanno senso• il genitore di una generalizzazione totale
può non avere identificatore, purché …
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Capitolo 6
Documentazione associata agli schemi concettuali
• dizionario dei dati • entità• relationship
• vincoli non esprimibili
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Capitolo 6
(1,1)(0,1)
(0,N)(0,1)
(0,1)(1,1)
(1,N)
(0,N)
(1,N)
(1,N)
CittàIndirizzo
Telefono
Dipartimento
Composizione
Sede
Direzione
Afferenza
Impiegato
Progetto
Partecipazione
Nome
Nome
Cognome
Budget
Data
Via
CAP
Codice
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Capitolo 6
Dizionario dei dati (entità)
Entità Descrizione Attributi IdentificatoreImpiegato Dipendente
dell'aziendaCodice,Cognome,Stipendio
Codice
Progetto Progettiaziendali
Nome,Budget
Nome
Dipartimento Strutturaaziendale
Nome,Telefono
Nome, Sede
Sede Sededell'azienda
Città,Indirizzo
Città
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Capitolo 6
Relazioni Descrizione Componenti AttributiDirezione Direzione di un
dipartimentoImpiegato,Dipartimento
Afferenza Afferenza a undipartimento
Impiegato,Dipartimento
Data
Partecipazione Partecipazionea un progetto
Impiegato,Progetto
Composizione Composizionedell'azienda
Dipartimento,Sede
Dizionario dei dati (relationship)
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Capitolo 6
Vincoli non esprimibili
Vincoli di integrità sui dati(1) Il direttore di un dipartimento deve a afferire a tale
dipartimento(2) Un impiegato non deve avere uno stipendio
maggiore del direttore del dipartimento al qualeafferisce
(3) Un dipartimento con sede a Roma deve esserediretto da un impiegato con più di dieci anni dianzianità
(4) Un impiegato che non afferisce a nessundipartimento non deve partecipare a nessun unprogetto