Progettazione di basi di dati:Progettazione di basi di dati:Metodologie e modelliMetodologie e modelli

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Progettazione di basi di dati

Fino a questo punto si sono analizzate le modalità(modelli) di descrizione e di manipolazione di una basedi dati supponendo l’esistenza della base di dati con laquale interagire.

Il problema preliminare è: progettare una base di datia partire dai suoi requisiti e quindi definire struttura,caratteristiche e contenuto

Le fasi della metodologia di riferimento:progettazione concettuale, progettazione logica eprogettazione fisica

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Base di dati bibliograficaSi vogliono organizzare i dati di interesseper automatizzare la gestione deiriferimenti bibliografici

EsempioEsempio

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Base di dati bibliograficaSi vogliono organizzare i dati di interesse perautomatizzare la gestione dei riferimentibibliografici, con tutte le informazioni dariportarsi in una bibliografia.Per ogni pubblicazione deve esistere uncodice identificante costituito da settecaratteri, indicanti le iniziali degli autori, l'annodi pubblicazione e un carattere aggiuntivo perla discriminazione delle collisioni.

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Base di dati bibliograficaSi vogliono organizzare i dati di interesse perautomatizzare la gestione dei riferimentibibliografici, con tutte le informazioni da riportarsiin una bibliografia. Le pubblicazioni sono di duetipi, monografie (per le quali interessano editore,data e luogo di pubblicazione) e articoli su rivista(con nome della rivista, volume, numero, pagine eanno di pubblicazione); per entrambi i tipi sidebbono ovviamente riportare i nomi degli autori.Per ogni pubblicazione deve esistere un codiceidentificante .....

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Società di formazione (1)Si vuole realizzare una base di dati per unasocietà che eroga corsi, di cui vogliamorappresentare i dati dei partecipanti ai corsi e deidocenti. Per gli studenti (circa 5000), identificatida un codice, si vuole memorizzare il codicefiscale, il cognome, l'età, il sesso, il luogo dinascita, il nome dei loro attuali datori di lavoro, iposti dove hanno lavorato in precedenza insiemeal periodo, l'indirizzo e il numero di telefono, icorsi che hanno frequentato (i corsi sono in tuttocirca 200) e il giudizio finale.

Un esempio piUn esempio piùù articolatoarticolato

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Società di formazione (2)Rappresentiamo anche i seminari che stannoattualmente frequentando e, per ogni giorno, iluoghi e le ore dove sono tenute le lezioni. I corsihanno un codice, un titolo e possono avere varieedizioni con date di inizio e fine e numero dipartecipanti. Se gli studenti sono liberiprofessionisti, vogliamo conoscere l'area diinteresse e, se lo possiedono, il titolo. Per quelliche lavorano alle dipendenze di altri, vogliamoconoscere invece il loro livello e la posizionericoperta.

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Società di formazione (3)Per gli insegnanti (circa 300), rappresentiamo ilcognome, l'età, il posto dove sono nati, il nomedel corso che insegnano, quelli che hannoinsegnato nel passato e quelli che possonoinsegnare. Rappresentiamo anche tutti i lororecapiti telefonici. I docenti possono esseredipendenti interni della società o collaboratoriesterni.

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Progettazione di basi di datiProgettazione di basi di dati

• È una delle attività del processo di sviluppodei sistemi informativi

• va quindi inquadrata in un contesto piùgenerale:

• il ciclo di vita dei sistemi informativi:• Insieme e sequenzializzazione delle attività

svolte da analisti, progettisti, utenti, nellosviluppo e nell’uso dei sistemi informativi

• attività iterativa, quindi ciclo

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Fasi (tecniche) del ciclo di vitaFasi (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: sperimentazione• Funzionamento: il sistema diventa operativo

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Studio di fattibilità

Raccolta e analisidei requisiti

Progettazione

Realizzazione

Validazione ecollaudo

Funzionamento

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Studio di fattibilità

Raccolta e analisidei requisiti

Progettazionedei dati

Realizzazione

Validazione ecollaudo

Funzionamento

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Studio di fattibilità

Raccolta e analisidei requisiti

Progettazionedei dati

Realizzazione

Validazione ecollaudo

Funzionamento

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Progettazionefisica

Schema concettuale

Requisiti della base di dati

Progettazioneconcettuale

Progettazionelogica

Schema logico

Schema fisico

“CHE COSA”:analisi

“COME”:progettazione

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• Schema concettuale

• Schema logico

• Schema fisico

I prodotti della varie fasi sonoschemi di alcuni modelli di dati:

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DueDue tipitipi ((principaliprincipali) di) di modellimodelli

• modelli logici: utilizzati nei DBMS esistenti perl’organizzazione dei dati• utilizzati dai programmi• indipendenti dalle strutture fisiche

esempi: relazionale, reticolare, gerarchico, a oggetti• 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

progettazioneil più noto è il modello Entity-Relationship

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Modelli concettuali, perchModelli concettuali, perchéé??

• Proviamo a modellare una applicazionedefinendo direttamente lo schema logico dellabase 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 sono rigidi

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Società di formazione (1)Si vuole realizzare una base di dati per una società che eroga corsi, di cuivogliamo rappresentare i dati dei partecipanti ai corsi e dei docenti. Per glistudenti (circa 5000), identificati da un codice, si vuole memorizzare il codicefiscale, il cognome, l'età, il sesso, il luogo dinascita, il nome dei loro attuali datori di lavoro, i posti dove hanno lavorato inprecedenza insieme al periodo, l'indirizzo e il numero di telefono, i corsi chehanno frequentato (i corsi sono in tutto circa 200) e il giudizio finale.

Società di formazione (2)Rappresentiamo anche i seminari che stanno attualmente frequentando e,per ogni giorno, i luoghi e le ore dove sono tenute le lezioni. I corsi hanno uncodice, un titolo e possono avere varie edizioni con date di inizio e fine enumero di partecipanti. Se gli studenti sono liberi professionisti, vogliamoconoscere l'area di interesse e, se lo possiedono, il titolo. Per quelli chelavorano alle dipendenze di altri, vogliamo conoscere invece il loro livello ela posizione ricoperta.

Società di formazione (3)Per gli insegnanti (circa 300), rappresentiamo il cognome, l'età, il postodove sono nati, il nome del corso che insegnano, quelli che hannoinsegnato nel passato e quelli che possono insegnare. Rappresentiamoanche tutti i loro recapiti telefonici. I docenti possono esseredipendenti interni della società o collaboratori esterni.

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Modelli concettuali, perchModelli concettuali, perchéé??

• servono per ragionare sulla realtà diinteresse, indipendentemente dagli aspettirealizzativi

• permettono di rappresentare le classi di datidi interesse e le loro correlazioni

• prevedono efficaci rappresentazioni grafiche(utili anche per documentazione ecomunicazione)

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(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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Progettazioneconcettuale

Progettazionelogica

Progettazionefisica

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Società di formazione (1)Si vuole realizzare una base di dati per una società che eroga corsi, di cuivogliamo rappresentare i dati dei partecipanti ai corsi e dei docenti. Per glistudenti (circa 5000), identificati da un codice, si vuole memorizzare il codicefiscale, il cognome, l'età, il sesso, il luogo dinascita, il nome dei loro attuali datori di lavoro, i posti dove hanno lavorato inprecedenza insieme al periodo, l'indirizzo e il numero di telefono, i corsi chehanno frequentato (i corsi sono in tutto circa 200) e il giudizio finale.

Società di formazione (2)Rappresentiamo anche i seminari che stanno attualmente frequentando e,per ogni giorno, i luoghi e le ore dove sono tenute le lezioni. I corsi hanno uncodice, un titolo e possono avere varie edizioni con date di inizio e fine enumero di partecipanti. Se gli studenti sono liberi professionisti, vogliamoconoscere l'area di interesse e, se lo possiedono, il titolo. Per quelli chelavorano alle dipendenze di altri, vogliamo conoscere invece il loro livello ela posizione ricoperta.

Società di formazione (3)Per gli insegnanti (circa 300), rappresentiamo il cognome, l'età, il postodove sono nati, il nome del corso che insegnano, quelli che hannoinsegnato nel passato e quelli che possono insegnare. Rappresentiamoanche tutti i loro recapiti telefonici. I docenti possono esseredipendenti interni della società o collaboratori esterni.

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Schema Relazionale

Abilitazione(CodCorso, CFDocente)Corso(Codice, Nome)DipendenzaP(CodPartecipante, NomeSocietà, DataInizio, DataFine)DipPubblici(CodPartecipante, Livello, Posizione)Docente(CF, Cognome, Età, CittàNascita, Telefono, Tipo)Docenza(CodEdCorso, CFDocente)Edizione(Codice, DataInizio, DataFine, CodCorso)Lezione(Ora, Aula, Giorno, CodEdCorso)Partecipante(Codice, CF, Cognome, Età, Sesso, CittàNascita,

Società, DataInizio)Partecipazione(CodEdCorso, CodPartecipante, Votazione)Professionisti(CodPartecipante, Area, Titolo)

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ModelloModello EntityEntity--RelationshipRelationship(Entit(Entitàà--Relazione)Relazione)

• Il più diffuso modello concettuale

• Ne esistono molte versioni,• (più o meno) diverse l’una dall’altra

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I costrutti del modello EI costrutti del modello E--RR

• Entità• Relationship• Attributo• Identificatore• Generalizzazione• ….

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EntitEntitàà

• Classe di oggetti (fatti, persone, cose) dellaapplicazione di interesse con proprietàcomuni e con esistenza “autonoma”

• Esempi:• studente, città, corso, conto corrente,

ordine, fatturaGraficamente

Studente Corso

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RelationshipRelationship

• Legame logico fra due o più entità, rilevantenell’applicazione di interesse

• Esempi:• Residenza (fra persona e città)• Esame (fra studente e corso)

Graficamente:

EsameStudente Corso

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Uno schema EUno schema E--R, graficamenteR, graficamente

AssociazioneEntità 1 Entità 2

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EntitEntitàà: schema e istanza: 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 leentità, non le singole istanze (“astrazione”)

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Rappresentazione grafica di entitRappresentazione grafica di entitàà

Impiegato Dipartimento

Città Vendita

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EntitEntitàà, commenti, commenti

• Ogni entità ha un nome che la identificaunivocamente nello schema:• nomi espressivi• opportune convenzioni

• singolare

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RelationshipRelationship

• Legame logico fra due o più entità, rilevantenell’applicazione di interesse

• Esempi:• Residenza (fra persona e città)• Esame (fra studente e corso)

• Chiamata anche:• relazione, correlazione, associazione

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Rappresentazione graficaRappresentazione graficadidi relationshiprelationship

EsameStudente Corso

ResidenzaImpiegato Città

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RelationshipRelationship, commenti, commenti

• Ogni relationship ha un nome che la identificaunivocamente nello schema:• nomi espressivi• opportune convenzioni

• singolare• sostantivi invece che verbi (se

possibile)

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Esempi di occorrenzeEsempi di occorrenze

S1

S2

S4

S3

Studente

C1

C2

C3

Corso

E1

E2

E3

E4

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RelationshipRelationship, occorrenze, occorrenze

• Una occorrenza di una relationship binaria ècoppia di occorrenze di entità, una perciascuna entità coinvolta

• Una occorrenza di una relationship n-aria èuna n-upla di occorrenze di entità, una perciascuna entità coinvolta

• Nell'ambito di una relationship non cipossono essere occorrenze (coppie, ennuple)ripetute

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DueDue relationshiprelationship sulle stesse entitsulle stesse entitàà

ResidenzaImpiegato Città

Sede dilavoro

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RelationshipRelationship nn--ariaaria

Fornitore Prodotto

Dipartimento

Fornitura

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RelationshipRelationship ricorsivaricorsiva::coinvolgecoinvolge ““due voltedue volte”” la stessa entitla stessa entitàà

Persona

Conoscenza

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RelationshipRelationship ricorsivaricorsiva concon ““ruoliruoli””

Successione

SovranoSuccessore Predecessore

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Confronto

Tennista

Superficie

RelationshipRelationship ternariaternaria ricorsivaricorsiva

Migliore Peggiore

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AttributoAttributo

• Proprietà elementare di un’entità o di unarelationship, di interesse ai finidell’applicazione

• Associa ad ogni occorrenza di entità orelationship un valore appartenente a uninsieme detto dominio dell’attributo

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Attributi, rappresentazione graficaAttributi, rappresentazione grafica

EsameStudente Corso

Cognome Nome

Matricola

Data Titolo

Codice

Voto

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Attributi compostiAttributi composti

• Raggruppano attributi di una medesima entitào relationship che presentano affinità nel lorosignificato o uso

• Esempio:• Via, Numero civico e CAP formano un

Indirizzo

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Rappresentazione graficaRappresentazione grafica

Impiegato

Cognome

Età Via

Indirizzo Numero

CAP

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ComposizionePartecipazione

Progetto

NomeBudget

Impiegato

Codice

Cognome Telefono

Dipartimento

NomeAfferenza

Data

Direzione

CittàIndirizzo

SedeVia

CAP

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Altri costrutti del modello EAltri costrutti del modello E--RR

• Cardinalità• di relationship• di attributo

• Identificatore• interno• esterno

• Generalizzazione

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CardinalitCardinalitàà didi relationshiprelationship

• Coppia di valori associati a ogni entità chepartecipa a una relationship

• specificano il numero minimo e massimo dioccorrenze delle relationship cui ciascunaoccorrenza di una entità può partecipare

AssegnamentoImpiegato Incarico

(1,5) (0,50)

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• 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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Occorrenze di ResidenzaOccorrenze di Residenza

S1

S2

S4

S3

Studente

C1

C2

C3

Città

R3

R4

R2

R1

C4

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CardinalitCardinalitàà di Residenzadi Residenza

ResidenzaStudente Città

(1,1) (0,N)

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Tipi diTipi di relationshiprelationship

• Con riferimento alle cardinalità massime,abbiamo relationship:• uno a uno• uno a molti• molti a molti

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RelationshipRelationship ““molti a moltimolti a molti””

EsameStudente Corso(0,N) (0,N)

ScalataMontagna Alpinista(0,N) (1,N)

AbilitazioneMacchinista Locomotore(1,N) (1,N)

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Due avvertenzeDue avvertenze

• Attenzione al "verso" nelle relationship uno amolti

• le relationship obbligatorie-obbligatorie sonomolto rare

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RelationshipRelationship ““uno a moltiuno a molti””

ImpiegoPersona Azienda(0,1) (0,N)

UbicazioneCinema Località(1,1) (0,N)

UbicazioneComune Provincia(1,1) (1,N)

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RelationshipRelationship ““uno a unouno a uno””

TitolaritàProfessore Cattedra(0,1) (0,1)

TitolaritàProfessore

di ruolo Cattedra(1,1) (0,1)

TitolaritàProfessore

di ruoloCattedracoperta

(1,1) (1,1)

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CardinalitCardinalitàà di attributidi attributi

• E’ possibile associare delle cardinalità ancheagli attributi, con due scopi:

• indicare opzionalità ("informazioneincompleta")

• indicare attributi multivalore

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Rappresentazione graficaRappresentazione grafica

Impiegato

Telefono

Nome

Numero patente

(0,N)

(0,1)

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Identificatore di una entitIdentificatore di una entitàà

• “strumento” per l’identificazione univocadelle occorrenze di un’entità

• costituito da:• attributi dell’entità

• identificatore interno• (attributi +) entità esterne attraverso

relationship• identificatore esterno

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Identificatori interniIdentificatori interni

Persona

Data Nascita

Cognome

Nome

Automobile

Targa

Modello

Indirizzo

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Identificatore esternoIdentificatore esterno

IscrizioneStudente Università

Cognome Matricola

Anno di corso

Nome

Indirizzo

(1,1) (0,N)

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Alcune osservazioniAlcune osservazioni

• ogni entità deve possedere almeno unidentificatore, ma può averne in generale piùdi uno

• una identificazione esterna è possibile soloattraverso una relationship a cui l’entità daidentificare partecipa con cardinalità (1,1)

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(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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GeneralizzazioneGeneralizzazione

• mette in relazione una o più entità E1, E2, ...,En con una entità E, che le comprende comecasi particolari

• E è generalizzazione di E1, E2, ..., En• E1, E2, ..., En sono specializzazioni (o

sottotipi) di E

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Rappresentazione graficaRappresentazione grafica

Dipendente

Impiegato Funzionario Dirigente

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ProprietProprietàà delle generalizzazionidelle 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 èoccorrenza anche di E

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Persona

Codicefiscale

Nome

Età

Città

Nascita(0,N)

(1,1)

Lavoratore Studente

Stipendio

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EreditarietEreditarietàà

• tutte le proprietà (attributi, relationship, altregeneralizzazioni) dell’entità genitore vengonoereditate dalle entità figlie e nonrappresentate esplicitamente

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Tipi di generalizzazioniTipi di generalizzazioni

• totale se ogni occorrenza dell'entità genitoreè occorrenza di almeno una delle entità figlie,altrimenti è parziale

• esclusiva se ogni occorrenza dell'entitàgenitore è occorrenza di al più una delle entitàfiglie, altrimenti è sovrapposta

• consideriamo (senza perdita di generalità)solo generalizzazioni esclusive edistinguiamo fra totali e parziali

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Persona

Uomo DonnaUomo Donna

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Motocicletta Automobile

Veicolo

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Studente Lavoratore

Persona

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Altre proprietAltre proprietàà

• possono esistere gerarchie a più livelli emultiple generalizzazioni allo stesso livello

• un'entità può essere inclusa in più gerarchie,come genitore e/o come figlia

• se una generalizzazione ha solo un’entitàfiglia si parla di sottoinsieme

• alcune configurazioni non hanno senso• il genitore di una generalizzazione totale può

non avere identificatore, purché …

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EsercizioEsercizio

• Le persone hanno CF, cognome ed età; gliuomini anche la posizione militare; gliimpiegati hanno lo stipendio e possonoessere segretari, direttori o progettisti (unprogettista può essere anche responsabiledi progetto); gli studenti (che non possonoessere impiegati) un numero di matricola;esistono persone che non sono néimpiegati né studenti (ma i dettagli non ciinteressano)

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Segretario Direttore Progettista

Responsabile

PersonaCF

Cognome

Età

Uomo Donna

Militare

Impiegato Studente

Stipendio Matr.

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Documentazione associata agli schemiDocumentazione associata agli schemiconcettualiconcettuali

• dizionario dei dati• entità• relationship

• vincoli non esprimibili

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(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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Dizionario dei dati (entitDizionario dei dati (entitàà))

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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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 (Dizionario dei dati (relationshiprelationship))

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Vincoli non esprimibiliVincoli 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