Laboratorio di Informatica€¦ · Oggetto della lezione ! Sistemi di Gestione di Basi di Dati o...

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CdL Economia A.A. 2012/2013 Cenni su Basi di Dati

Laboratorio di Informatica

Domenica Sileo Università degli Studi della Basilicata

+Sommario

n Introduzione n Sistema Informativo n Database Management System (DBMS) n Modello dei Dati n Progettare una base di dati n Tipologie di DBMS n Panoramica sui DBMS Relazionali n Database vs foglio Elettronico

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2 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati: Sommario

+Introduzione

n Oggetto della lezione n Sistemi di Gestione di Basi di Dati o

“Database Management Systems” (DBMS) n Sono tipicamente utilizzati nelle

organizzazioni complesse n molti dati da gestire n processi complessi n i dati sono cruciali per lo svolgimento delle

attività

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3 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : Introduzione

+Introduzione

n In particolare n i DBMS sono una componente fondamentale

del sistema informatico di una grande organizzazione

n Un sistema informatico è una componente fondamentale del sistema informativo n ed una componente fondamentale del

sistema organizzativo

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+Introduzione

n Organizzazione complessa (es: azienda, banca, ente pubblico, … ma anche fantacalcio…) è dotata di un sistema organizzativo e informativo

n Sistema Organizzativo n complesso delle strutture, delle regole e

delle procedure che regolano lo svolgimento delle attività

n Es: banca – regolamento apertura c/c n Es: anagrafe – procedure per la reg. nascite

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+Sistema Informativo

n Sistema informativo n la parte del sistema organizzativo che presiede ai

processi di raccolta, conservazione e utilizzo delle informazioni

n L’esistenza del sistema informativo è in parte indipendente dalla sua automatizzazione

n esistono ancor prima dei calcolatori elettronici (es. archivi delle banche)

n Esempi n banca – registrazione prelievi su c/c, emissione

estratto conto; anagrafe – registrazione nascita emissione certificato di nascita

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6 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : Sistema Informativo

+Sistema Informatico

n Sistema informatico n la porzione informatizzata e automatizzata del

sistema informativo n Collezione di applicazioni che gestiscono i

dati e i flussi informativi n In pratica, in molti casi: n sistema informativo = sistema informatico n ma non è sempre così

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7 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : Sistema Informatico


n Informazione n notizia, dato o elemento che consente di

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

n Dato n ciò che è immediatamente presente alla

conoscenza, prima di ogni elaborazione; (in informatica) elementi di informazione costituiti da simboli che debbono essere elaborati

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n I dati devono essere interpretati per diventare informazioni (conoscenza) n Esempio: 1 3 10 12 17 20 21 30

n Risultati del Totogol concorso 28 del 3 marzo 2002 n 1 3 10 12 17 20 21 30

Quote 8pt: € 215.594,00

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+Basi di Dati

n È una collezione di dati utilizzati per rappresentare le informazioni di interesse per un sistema informatico

n Osservazione n i dati hanno caratteristiche più stabili rispetto

a quelle delle procedure che operano su di essi, e quindi costituiscono una “risorsa” per l’organizzazione che li gestisce

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10 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : Definizione

+Basi di Dati

n obiettivo dei DBMS: il trattamento dei dati per ottenere informazione

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Organizzazione complessa (es: azienda) Sistema organizzativo

Sistema informativo

Sistema informatico

DBMS

Struttura a livelli

Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : Definizione

+Sistema informatico

n I sistemi informatici n sono presto stati considerati fondamentali

nelle grandi organizzazioni n Esistono da prima che esistessero i DBMS n Erano basati su un’architettura diversa

rispetto a quella attuale

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n Architettura tradizionale: applicazioni e file per memorizzare i dati in modo persistente sulla memoria di massa

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Applicazione n.3 Es: erogazione contr.

Applicazione n.2 Es: certif. elettorali

Applicazione n.1 Es: dati nascite

Disco

File A

File B

File C


n Un file consente di memorizzare e ricercare dati, ma fornisce solo semplici meccanismi di accesso e condivisione

n Nelle applicazioni le procedure scritte in un linguaggio di programmazione sono completamente autonome n Ciascuna di esse definisce e utilizza uno o più file

privati n Eventuali dati di interesse per più programmi

vengono replicati tante volte per quanti programmi li utilizzano

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n Problemi principali di questa architettura n dimensioni dei dati n efficienza n condivisione dell’accesso (ridondanza) n affidabilità n sicurezza

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+Esempio: Informazioni dei docenti

n Ufficio del personale n Gestione carriera

n Presidenze di facoltà n Incarichi di insegnamento

n Web ateneo n Informazioni dei corsi e dei docenti

n Ufficio Stipendi n Informazioni sulla carriera e sugli incarichi

didattici per le retribuzioni

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16 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : Sistema Informativo

+Database Management System (DBMS) n Architettura basata su DBMS: gestisce in modo

integrato e flessibile le informazioni di interesse per diversi soggetti limitando i rischi di ridondanza e incoerenza

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Appl. n.2

Appl. n.1

Base di Dati (dati)

DBMS (servizi)

Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS

+Database Management System (DBMS) n Sistema per gestire grandi collezioni di dati

persistenti n in modo n Efficiente n Efficace

n garantendo servizi di: n Condivisione n Affidabilità n Sicurezza e privatezza

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18 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS

+Database Management System (DBMS)

n Grandi n possono avere dimensioni enormi e comunque molto

maggiori della memoria centrale disponibile n Devono prevedere la gestione in memoria secondaria

n Condivise n Diverse applicazioni e utenti devono poter accedere a

dati comuni n Si riduce la ridondanza dei dati (evitando ripetizioni) e

si riduce la possibilità di inconsistenza n Si dispone di meccanismi per la gestione della

concorrenza D. Sileo A.A 2012/2013


+Database Management System (DBMS) n Persistenti n Hanno un tempo di vita che non è limitato a

quello delle singole esecuzioni dei programmi che le utilizzano

n Affidabilità n Capacità del sistema di conservare il

contenuto delle basi di dati anche in caso di guasti

n Garantiscono funzionalità di salvataggio e ripristino (recupero dei dati in caso di guasti)

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+Database Management System (DBMS) n Sicurezza e Privatezza n Ciascun utente viene abilitato a svolgere

soltanto alcune azioni sui dati attraverso dei meccanismi di autorizzazione

n Esempio: n l’accesso ai dati dei cittadini è protetto agli

utenti non autorizzati n gli utenti autorizzati (impiegati) hanno diversi

livelli di autorizzazione

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+Database Management System (DBMS) n Caratteristiche del DBMS n efficienza, efficacia

n Efficienza n utilizzo di risorse di calcolo (tempo e spazio)

accettabile per gli utenti n relativa alla complessità dei servizi

n Efficacia n Rendono produttive le attività dei loro utenti n centralizzazione dei servizi n semplicità della scrittura di applicazioni

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+ 23

Base di Dati

applicazioni

DBMS

utenti finali

amministratori

programmatori applicativi utenti

casuali

Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS

Database Management System (DBMS)

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+Database Management System (DBMS) n Alcuni esempi di DBMS n varie categorie di licenza

n Commerciali, Fascia alta n IBM DB2, Oracle, Microsoft SQL Server, Sybase

n Commerciali, Fascia bassa n Microsoft Access, FileMaker

n Open Source n MySQL (www.mysql.com) n PostgreSQL (www.postgresql.org)

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+Modello dei Dati

n Come fanno le applicazioni e gli utenti a interagire con il DBMS ? n devono conoscere l’organizzazione dei dati n devono sapere come comunicare con il DBMS

n Devono conoscere: n Il modello dei dati del DBMS n Il linguaggio del DBMS

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25 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS >> Modello dei dati

+Modello dei Dati

n Il modello dei dati rappresenta l’insieme di strutture e di regole per la rappresentazione delle informazioni e per renderle comprensibili ad un elaboratore

n Modello logico dei dati n astrazione per il programmatore ma riflettono

una particolare organizzazione (per es. tabelle, a grafi, ad alberi, etc..)

n Modello fisico dei dati n al livello della macchina

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+Modello dei Dati

n Ogni modello fornisce dei meccanismi di strutturazione

n Esempi di modello logico n In linguaggio C: tipi base, array, strutture,

puntatori n In linguaggio Java: tipi base, array, classi,

oggetti, ereditarietà n Esempi di modello fisico n strutture per la rappresentazione dei bit

(registri della memoria, file su disco)

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+Modello dei Dati

n Ogni DBMS è basato su precisi modelli n Modello logico n descrizione dei dati visibili alle applicazioni

n Modello fisico n strutture per la gestione della persistenza su

disco

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+Progettare una base di dati

n Problema affrontato: voglio organizzare le informazioni relative una certa realtà in un DB

n voglio mantenere informazioni su quali studenti hanno sostenuto quali esami e con quale risultato

n quindi mettere in relazione le informazioni relative agli studenti e quelle relative ai corsi

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29 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS >> Progettazione


n Problema affrontato: voglio organizzare le informazioni relative una certa realtà…

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n Data una realtà da modellare (es. studenti e corsi) occorre capire quali informazioni sono utili (es. “matricola” è utile per rappresentare gli studenti)

n Capire come le informazioni utili sono correlate (es. chi ha sostenuto quale esame)

n Sapere chi può accedere a quali informazioni per eseguire quali azioni

n Avere strumenti per operare interrogazioni sui dati (es. quanti esami ha sostenuto Rossi nel 2002? Con quale media?)

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n  Data una realtà da modellare (es. studenti e corsi) occorre capire quali informazioni sono utili (es. “matricola” è utile per rappresentare gli studenti)

n Capire come le informazioni utili sono correlate (es. chi ha sostenuto quale esame)

n Sapere chi può accedere a quali informazioni per eseguire quali azioni

n Avere strumenti per operare interrogazioni sui dati (es. quanti esami ha sostenuto Rossi nel 2002? Con quale media?)

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n Analisi dei Requisiti n Raccolta e studio delle funzionalità che il

sistema dovrà avere n Comporta l’interazione con gli utenti del

sistema e si conclude in una descrizione informale dei suoi requisiti

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Descrizione informale

Analisi dei requisiti


n Analisi Concettuale n Ha lo scopo di rappresentare la realtà di

interesse in termini di una descrizione precisa e completa ma indipendente dai criteri di rappresentazione usati dal sistema informatico scelto per gestire la base di dati (rappresentazione astratta ) → modello entity-relation

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n Progettazione logica n Ha lo scopo di rappresentare la realtà di

interesse in termini di una descrizione ancora indipendente dai dettagli fisici ma concreta, in quanto presente nei sistemi di gestioni delle basi di dati n Lo schema concettuale definito nella fase

precedente viene tradotto nello schema logico → modello relazionale

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Schema Logico Progettazione Logica


n Progettazione fisica n Lo schema logico viene completato con le

specifica dei parametri fisici di memorizzazione dei dati (organizzazione dei file e degli indici)

n Si definisce lo schema fisico dei dati che dipende dal sistema di gestione di basi di dati scelto

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Schema Fisico Progettazione fisica


n Progettazione fisica n Lo schema logico viene completato con le

specifica dei parametri fisici di memorizzazione dei dati (organizzazione dei file e degli indici)

n Si definisce lo schema fisico dei dati che dipende dal sistema di gestione di basi di dati scelto

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+Modello dei Dati

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Disco (file)

Schema fisico DBMS Appl. n.2

Appl. n.1

Schema logico

es: struttura delle tabelle o delle classi

strategia di memorizz. (struttura dei file)

Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS >> Modello dei dati

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+Tipologie di DBMS

n I DBMS n si differenziano rispetto al modello che

utilizzano per la descrizione delle basi di dati n Le principali categorie n DBMS relazionali – la categoria tradizionale n DBMS a oggetti n DBMS basati su XML

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39 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS >> Tipologie dei DBMS

+Tipologie di DBMS

n DBMS relazionali n i dati sono organizzati in “tabelle” (relazioni) n la tabella è un insieme di “record” (ennuple) n con un insieme di attributi n di tipi opportuni (numeri, stringhe, date…) n i dati in tabelle diverse sono correlati sulla

base dei valori n Modello Fisico n file, pagine e record (proprietario)

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+ 41

Matricola Cognome Nome Data di nascita

6554 Pinco Pallino 05/12/1978

8765 Neri Paolo 03/11/1976

3456 Rossi Maria 01/02/1978

9283 Verdi Luisa 12/11/1979

studenti

Codice Titolo Docente

01 Analisi Sempronio

02 Chimica Bruni

04 Chimica Verdi

corsi

Studente Voto Corso

3456 30 04

3456 24 02

9283 28 01

esami

6554 26 01

Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS >> Tipologie dei DBMS

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+Tipologie di DBMS

n DBMS relazionali a oggetti n sono un compromesso tra DBMS relazionali e

DBMS a oggetti n I dati sono organizzati in tabelle… ma n Limitate funzionalità per la definizione di tipi

(classi) n Limitate funzionalità per la definizione di

oggetti (identificatori) n Limitate funzionalità per la creazione di

gerarchie

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+Tipologie di DBMS

n DBMS basati su XML n i dati sono organizzati in strutture

gerarchiche (alberi) n ogni albero ha un insieme di nodi

(elementi) n oggetti diversi sono correlati sulla base di

relazioni di contenimento n Modello Fisico n vari possibili modelli n standard: file di testo basato su marcatori

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+ 44

studenti

studente studente studente

cognome nome matricola dataNascita esamiSost

esame esame


… …

…

corso

codice titolo

01

docente

voto

Analisi Sempronio

26


+<xml version=“1.0” ?> <studenti> <studente> <matricola>6554</matricola> <cognome>Pinco</cognome>

<nome>Pallino</nome> <dataDiNascita>15/12/1978</dataDiNascita>

<esamiSostenuti> <esame> <corso> <codice>01</codice>

<titolo>Analisi</titolo> <docente>Giacomo</docente> <voto>26</voto> </corso> </esame>

... </studenti>

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dire%va standard

elem

en.


+Panoramica sui DBMS Relazionali

n Che cosa deve conoscere del modello lo sviluppatore dell’applicazione?

n Schema e istanza n il modello logico (e non il modello fisico) n la struttura dei dati e non necessariamente i

dati veri e propri n In altri termini n lo “schema” n e non necessariamente l’istanza

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46 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati : DBMS >> Relazionali


n Lo schema (componente intensionale) n descrizione della struttura - stabile nel tempo

n L’istanza (componente estensionale) n i valori (cioè i dati) - variabile nel tempo

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Matricola Cognome Nome Data di nascita


8765 Neri Paolo 03/11/1976

3456 Rossi Maria 01/02/1978

9283 Verdi Luisa 12/11/1979

studenti

Schema Studenti

Matricola

Cognome

Nome

Data di nascita

Record

Campo


n  I dati vengono strutturati in tabelle, in particolare un dbms relazionale può essere pensato come un insieme di tabelle

n Ogni tabella mantiene informazioni di tipo omogeneo

n Diverse tabelle sono collegate (in relazione) fra loro grazie alla presenza di un campo comune, che permette di mettere in relazione i dati delle due tabelle

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n I dati vengono inseriti in tabelle seguendo una certa struttura logica

n Come modificare la struttura?: Inserire nuovi record, inserire nuovi campi in un record

n Come aggiornare i contenuti?: modificare i valori di una cella etc…

n Di solito esistono dei vincoli che devono essere rispettati nella base di dati n Un aggiornamento sia di struttura che di contenuto

deve rispettare questi vincoli n Quando i vincoli sono rispettati si dice che la base di

dati è consistente

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n Quali vincoli? n sul dominio di valori che può assumere una certa

informazione (campo) n es.: banca dati dell’Università → i voti devono essere

compresi tra 0 e 30 n Sull’unicità dei valori

n ogni studente deve avere un numero di matricola diverso dall’altro

n vincoli che fra informazioni correlate n es. anagrafe: i dati relativi al coniuge sono presenti

solo se la persona è sposata

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n Schema logico n descrizione dell’intera base di dati per mezzo del

modello logico adottato (strutture secondo cui i dati sono organizzati nel modello logico, es. tabelle)

n Schema fisico (o interno) n  rappresentazione dello schema logico per mezzo di

strutture fisiche di memorizzazione (es. relazione realizzata fisicamente per mezzo di un file sequenziale)

n Schema esterno n Costituisce la descrizione di una porzione della base

di dati di interesse, per mezzo del modello logico n  relativo alla gestione della sicurezza

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n Non tutti gli utenti hanno gli stessi privilegi n Schema esterno per un utente: porzione

della base di dati che l’utente è autorizzato a vedere

n Viste: strumento attraverso cui si definisce lo schema esterno

n Es: base di dati comunale dei cittadini n tabella “cittadino”, attributo “imponibile a

fini fiscali” n vista “cittadinoSenzaDatiFiscali”

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+Architettura Standard a Tre Livelli

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BD

Schema logico

Schema esterno

Schema fisico

Schema esterno

Schema esterno

applicazione applicazione utente applicazione utente

L’architettura a livelli garantisce l’indipendenza dei dati


n Il concetto di indipendenza dei dati è la caratteristica fondamentale dei DBMS

n Permette a utenti e applicativi di interagire ad un elevato livello di astrazione

n Può essere caratterizzata ulteriormente: n indipendenza dei dati rispetto alle

applicazioni n indipendenza dello schema logico rispetto

allo schema fisico n indipendenza degli schemi esterni rispetto

allo schema logico

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n Su un DBMS è possibile specificare operazioni di vario tipo, in particolare quelle relative a schemi e istanze

n È possibile distinguere due categorie: n  DDL (Data Definition Language) utilizzati per definire gli

schemi logici, esterni e fisici e le autorizzazioni per l’accesso

n  DML (Data Manipulation Language) utilizzati per l’interrogazione e l’aggiornamento delle istanze

n Ogni modello ha i suoi linguaggi n Per esempio nei db relazioni: SQL-92

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+SQL: Un esempio

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SELECT Matricola, Cognome, AVG(Voto) FROM Studenti, Esami WHERE Matricola = Studente GROUP BY Matricola, Cognome

Matricola Cognome AVG(voto)

6554 Pinco 26

8765 Neri 28

3456 Rossi 27

Lista degli Attributi

Lista delle Tabelle

Condizione

Clausula


n Vantaggi n Permettono di considerare i dati come una risorsa

comune di una organizzazione a disposizione di tutte le sue componenti

n È possibile la centralizzazione dei servizi n La condivisione permette di ridurre ridondanze e

inconsistenze n L’indipendenza dei dati favorisce lo sviluppo di

applicazioni più flessibili e facilmente modificabili n Svantaggi

n complessità dell’architettura n costi

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+Database vs Fogli elettronici

n Considerazione: n un programma di foglio elettronico come

Excel ha diverse funzioni uguali a quelle di un DBMS n permette di organizzare dati in tabelle MA

gli obiettivi sono diversi e di conseguenza emergono delle differenze

n Quali?

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Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati >> Database vs Fogli Elettronici


n Un DBMS è pensato per trattare in modo facile GRANDI quantità di dati, organizzati in tabelle dalla STRUTTURA rigida e mi interessa fare solo operazioni di archiviazione e consultazione

n Un foglio elettronico è pensato per trattare quantità di dati più piccole, con struttura più flessibile (creo le tabelle come voglio) e il focus è sulle operazioni di elaborazione e analisi dei dati, non tanto sull’archiviazione e recupero

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n Nel caso dei fogli elettronici ho maggior flessibilità nell’organizzazione dei dati → es. possiamo organizzare gli elementi per righe ma anche per colonne, destinare liberamente le celle a contenere un certo risultato etc

n Nel caso dei database nei record di una tabella i campi si succedono tutti con la stessa struttura

n Collaborazione dei due tipi di programmi per elaborare in modo sofisticato grandi quantità di dati: n  il DBMS accede all’archivio dei dati, n  il foglio elettronico elabora i dati reperiti

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+Sommario

n Introduzione n Sistema Informativo n Database Management System (DBMS) n Modello dei Dati n Tipologie di DBMS n Panoramica sui DBMS Relazionali n Database vs foglio elettronico n Ringraziamenti

n Parte del materiale di questa lezione è stato sviluppato a partire dalle lezioni della Dott.ssa Anna Vicari

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61 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati: Sommario

+Termini della Licenza

n This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

n Questo lavoro viene concesso in uso secondo i termini della licenza “Attribution-ShareAlike” di Creative Commons. Per ottenere una copia della licenza, è possibile visitare http://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/ oppure inviare una lettera all’indirizzo Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.

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62 Cenni su Basi di Dati >> Basi di Dati: Termini della licenza

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