O documento descreve conceitos fundamentais de sistemas de bases de dados, incluindo: 1) Dados, processamento e informação; 2) Componentes de um sistema de base de dados como bases de dados, sistemas de gestão de bases de dados e catálogos; 3) Diferentes modelos de dados como modelos conceituais, lógicos e físicos.

1. EIT-2020 1
Sistema de Bases de Dados

2. Conceitos Fundamentais
EIT-2020 2
• Dados: Factos conhecidos que têm algum significado e que podem ser
guardados.
• Processamento: Conjunto de operações lógicas e aritméticas que são aplicadas,
de forma automática, sobre os conjuntos de dados, com o auxílio de
equipamentos informáticos.
• Informação: Conjunto de resultados que são obtidos após um processamento.
• Base de dados (BD): conjunto de dados que se relacionam entre si.
• Universo: parte do mundo real sobre o qual os dados guardados na base de
dados dizem respeito.
• Sistema de gestão de base de dados (SGBD): pacote de software que permite
criar e manipular uma base de dados.
• MySQL, PostGreSQL, Oracle, Sybase, SQL-Server, ...
• Sistema de base de dados: o sistema de gestão de base de dados juntamente
com os dados.

3. Conceitos Fundamentais (Sistema de Processamento de Ficheiros)
EIT-2020 3
Baseia-se sobretudo nas necessidades de processamento das várias unidades
orgânicas da organização. A medida que se vai detectando a necessidade de
automatização dos procedimentos de um departamento, a unidade de
automatização desenvolve a aplicação necessária.
Desvantagens:
• Redundância de dados não controlada
• Dados inconsistentes
• Inflexibilidade
• Reduzida partilha de dados
• Dificuldades de implementação de normas
• Grande esforço de manutenção
• Fraca produtividade de programação

4. Conceitos Fundamentais (Sistema de Processamento de Ficheiros)
EIT-2020 4

5. Conceitos Fundamentais (Sistema de Processamento de Ficheiros)
EIT-2020 5
Exemplo:
Uma instituição de ensino possui vários responsáveis pela administração de um
grande volume de dados, sendo muitos destes dados comuns a vários sectores:
O sector Académico, controla as actividades de ensino;
O sector Administrativo, coordena a estrutura geral da instituição;
O sector de pessoal, responsável pela administração das pessoas que trabalham na
instituição.

6. Conceitos Fundamentais (Sistema de Processamento de Ficheiros)
EIT-2020 6
Cada sector possui um objectivo a alcançar e define registos com campos e
formatos que julga adequados.
Exemplo:
professores (Académico) = (nome, BI, área de interesse)
professores (Pessoal) = (nome, BI, vencimento, categoria, data de admissão)
Os campos semelhantes em ambos arquivos como nome e BI podem apresentar
tipos de dados (formatos) diferentes.
Cada aplicação define arquivos através do seu ambiente de programa e
implementa procedimentos para ligar com os seus dados.
Exemplo:
para arquivo aluno são criados procedimentos para incluir o aluno e consultar
informação na base do número de Matrícula
O acesso aos dados é controlado pelas aplicações de cada sector
Não existem possibilidades de partilhar dados entre as aplicações

7. Conceitos Fundamentais (Arquitetura de Dados)
EIT-2020 7
Lógica
Uma arquitetura lógica de dados descreve com precisão as propriedades e os
relacionamentos de cada uma das entidades de dados envolvidas em um domínio
organizacional ou problema de negócio a ser resolvido com apoio de TI, compondo
um desenho detalhado a partir do qual líderes de projeto e desenvolvedores possam
trabalhar com relativa independência
Física
Arquitetura física de dados de um sistema de informação é parte de um Plano de
Tecnologia. Como o próprio nome indica, o plano tecnológico está focado em
elementos reais e tangíveis a serem utilizados na implementação da arquitetura de
dados do projeto. Arquitetura Física de Dados engloba "arquitetura de banco de
dados", que vem a ser um esquema da tecnologia de banco de dados utilizado para
viabilizar a realização de um projeto de arquitetura de dados.

8. Exemplo da uma Base de Dados
EIT-2020 8

9. Sistema de Base de Dados
EIT-2020 9

10. Sistema de Base de Dados {Características}
EIT-2020 10
• Abstração dos dados:
• Num sistema tradicional de ficheiros, a estrutura dos ficheiros com os dados
está inserida nos programas que manipulam esses ficheiros.
• Dificuldade em alterar a organização dos dados. A alteração de um ficheiro
de dados, obriga à alteração de todos os programas que manipulam esse
ficheiro.
• Num sistema de BD, a estrutura dos ficheiros está no catálogo do SGBD e
portanto separada dos programas de acesso. Conduz à independência
dados/programa.
• Independência dos dados
• O catálogo do sistema guarda a descrição da BD (os meta-dados).
• Estrutura de cada ficheiro usado para a BD.
• Tipo e formato de cada item de dados.
• Restrições sobre os dados.
• Torna o SGBD independente da BD.
• Permite que o SGBD funcione com diferentes BDs.

11. Sistema de Base de Dados {Características}
EIT-2020 11
• Suporte de visões múltiplas dos dados
• Permite fornecer diferentes perspectivas (visões) dos dados para diferentes
utilizadores.
• Uma visão pode ser um subconjunto de dados da BD, ou um subconjunto de
dados (virtuais) derivados a partir de dados da BD.
• Partilha de dados e acesso multi-utilizador
• O SGBD tem de garantir que cada transacção ou é executada correctamente
ou é abortada por completo.
• Restaurar o estado da BD quando ocorrem falhas durante a execução de
uma transacção.
• Controlar concorrência para garantir consistência e correcção nas
actualizações da BD.
• Vários agentes de viagens a tentarem reservar um lugar num mesmo
avião. O SGBD tem de garantir que cada lugar só pode ser reservado por
apenas um agente.

12. Sistema de Base de Dados {Funcionalidades}
EIT-2020 12
• Definição: tipo de dados, tipo de relações e conjunto de restrições.
• Manipulação: inserir dados, apagar dados, alterar dados, fazer consultas, garantir
a satisfação das restrições de integridade.
• Construção: representação simples e eficientes de relações complexas entre os
dados, guardar os dados num local controlado pelo próprio SGBD, persistência
dos dados.
• Rentabilidade: minimizar o esforço de desenvolvimento e manutenção, controlar
a redundância nos dados, mecanismos eficientes para processamento de
consultas.
• Concorrncia e partilha: permitir que vários utilizadores e/ou programas acedam
em simultâneo à base de dados, mantendo a consistência dos dados.
• Protecção: mecanismos de backup e recuperação para prevenir situações de
avaria do hardware e/ou do software.
• Segurança: mecanismos para prevenir acessos não autorizados (passwords,
permissões, diferentes níveis de acesso).
• Visualização: ferramentas gráficas para operações mais comuns.
• Interacção com outras aplicações: providenciar múltiplas interfaces com o
utilizador.

13. Sistema de Base de Dados {Modelos de Dados}
EIT-2020 13
• Modelo de Dados
• Conjunto de conceitos que descrevem a estrutura da BD.
• Conjunto de restrições que a BD deve obedecer.
• Modelo Conceptual: tipo de modelo onde os conceitos estão perto do modo que
os utilizadores percebem os dados (entidades, atributos, relacionamentos).
• Modelos ER, EER, ODL, UML.
• Modelo Representacional: tipo de modelo normalmente utilizado pelos SGBDs.
• Modelos relacional, hierárquico, network.
• Modelo Físico: tipo de modelo que descreve como os dados estão organizados e
guardados no computador.
• Formato dos registos, ordem dos registos, caminhos para acesso aos dados.

14. Sistema de Base de Dados {Desenho de uma Base de Dados}
EIT-2020 14
• Fase I: Requisitos e análise
• Entrevistas com os potenciais utilizadores da BD.
• Compreender e documentar os seus requisitos.
• Fase II: Desenho conceptual (ou modelação)
• Definir um modelo de dados conceptual que inclua a descrição das entidades
da BD, dos atributos das entidades, dos relacionamentos entre entidades e das
possíveis restrições.
• Evitar detalhes de implementação.
• Fase III: Desenho lógico (ou implementação)
• Mapear o modelo de dados conceptual no modelo de dados representacional.
• Implementação da BD usando um SGBD.
• Fase IV: Desenho físico
• Mapear o modelo de dados representacional no modelo de dados físico.
• Estruturas em memória e organização dos ficheiros da BD (ficheiros de
índices).

15. Sistema de Base de Dados {Desenho de uma Base de Dados}
EIT-2020 15
• Independente do SGBD
• Fase I: Requisitos e análise
• Fase II: Desenho conceptual
• Fase III: Desenho lógico
• Dependente do SGBD
• Fase III: Desenho lógico
• Fase IV: Desenho físico

16. Sistema de Base de Dados {Desenho de uma Base de Dados}
EIT-2020 16
• Porquê a Fase de Modelação?
• É mais fácil obter um bom desenho da BD.
• O responsável por desenhar a BD concentra-se em especificar as propriedades
dos dados em lugar de se concentrar nos detalhes de como os dados devem ser
guardados.
• Permite visualizar a estrutura da BD antes de se enveredar por uma determinada
• implementação.
• Facilita o entendimento dos dados por parte de não-especialistas.
• Facilita a detecção de conflitos.
• Simplifica eventuais correcções a fazer.
• Simplifica a implementação.

17. Sistema de Base de Dados {Modelo Entidade-Relacionamento (ER)}
EIT-2020 17
• Modelo ER
• É um modelo de dados conceptual.
• É um modelo próximo do modelo relacional.
• Descreve os dados como sendo entidades, atributos ou relacionamentos.
• Entidades
• Objectos ou conceitos do mundo real com uma existência independente.
• Com existência física: EMPREGADO, CARRO, ALUNO, PRODUTO, ...
• Com existência conceptual: EMPRESA, PROFISSÃO, CURSO, ...
• Atributos
• Propriedades que caracterizam as entidades.
• Atributos da entidade EMPREGADO: NumBI, Nome, Sexo, Endereço, ...
• Relacionamentos
• Representam interacções entre duas ou mais entidades.
• Relacionamento TRABALHA: um EMPREGADO TRABALHA para uma EMPRESA.

18. Sistema de Base de Dados {ER - Atributos}
EIT-2020 18
• Domínio de um atributo
• Conjunto de valores que um atributo pode tomar.
• Uma entidade possui pelo menos um valor para cada um dos seus atributos.
• Um EMPREGADO pode ter NumBI = ‘985634523’, Nome = ‘Rui Silva’, Sexo = ‘M’
e Endereço = ‘Rua do Comércio, 9 – 4150 Porto’.
• Tipo de atributos
• Simples ou atómico
• Composto
• Valor único
• Multi-valor
• Complexo
• Derivado
• Valor nulo

19. Sistema de Base de Dados {Atributos - Tipo de Atributos}
EIT-2020 19
• Simples ou atómico: não é divisível.
• NumBI
• Sexo
• Composto: divisível em atributos simples com significado independente.
• O atributo Endereço pode ser decomposto em (Morada, Cidade,
CódigoPostal).
• A composição de atributos pode ser hierárquica.
• O atributo Morada decomposto em (Rua, Número, Apartamento), leva a que
Endereço seja visto como ((Rua, Número, Apartamento), Cidade,
CódigoPostal).
• Valor único: só pode ter um único valor para cada entidade.
• Multi-valor: pode tomar um ou mais valores para cada entidade.
• Atributo GrauAcadémico (licenciado, mestre, doutor, …).

20. Sistema de Base de Dados {Atributos - Tipo de Atributos}
EIT-2020 20
• Complexo: formado por atributos compostos e multi-valor combinados
arbitrariamente.
• O atributo GrauAcadémico pode ser decomposto em (Instituição, Ano, Grau,
Área).
• Derivado: pode ser determinado a partir de outros atributos.
• O atributo Idade pode ser calculado a partir do atributo DataNasc.
• Valor nulo (NULL): quando o atributo não é aplicável.
• O atributo GrauAcadémico só se aplica a pessoas com curso superior.
• O valor NULL pode ser igualmente utilizado noutras situações: quando o valor
do atributo não é conhecido ou quando o valor do atributo está em falta.

21. Sistema de Base de Dados {ER – Entidades Tipo}
EIT-2020 21
• Entidade-tipo
• Define o esquema (nome e lista de atributos) para o conjunto de entidades
que partilham a mesma estrutura (atributos).
• Esquema para EMPREGADO: EMPREGADO(NumBI, Nome, Sexo, Endereço)
• Atributos chave de uma entidade-tipo
• Conjunto mínimo de atributos que permite identificar de forma única cada
entidade.
• O atributo NumBI da entidade-tipo EMPREGADO é um atributo chave porque
todas as pessoas possuem um número de bilhete de identidade único.
• Um atributo chave pode ser constituído por mais do que um atributo e pode
conter atributos compostos. O atributo composto Registro(Matrícula, País) é
um atributo chave da entidade-tipo CARRO.
• Uma entidade-tipo pode ter mais do que uma chave. Os atributos Registro e
NumQuadro são ambas chaves da entidade-tipo CARRO(Registro(Matrícula,
País), Marca, Modelo, Ano, NumQuadro).

22. Sistema de Base de Dados {Convenções de Sintaxe}
EIT-2020 22
• Entidades-tipo com todas as letras em maiúscula
• EMPREGADO
• Atributos com a primeira letra de cada palavra em maiúscula
• Nome
• Atributos chave sublinhados
• NumBI
• Atributos compostos entre parêntesis
• Registro(Matrícula, País)
• Atributos multi-valor entre chavetas
• {GrauAcadémico}

23. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R}
EIT-2020 23
Exemplo: BD EMPRESA
• Uma determinada empresa está organizada por departamentos. A cada
departamento está associado um nome único, um número único, um empregado
que é o gerente e a data em que este começou a gerir o departamento. Um
departamento pode ter várias localizações.
• Cada departamento controla um determinado número de projectos. Cada
projecto tem um nome único, um número único e uma localização única.
• Para os empregados é necessário guardar o nome (próprio e de família), número
do BI, endereço, salário, sexo, data de nascimento e o correspondente supervisor.
• Cada empregado pertence a um único departamento, mas pode trabalhar em
vários projectos, que não são necessariamente controlados pelo mesmo
departamento. Para cada projecto é necessário tomar nota do número de horas
por semana que cada empregado nele trabalha.
• Para efeitos de seguro é necessário conhecer os dependentes de cada
empregado,
• ou seja, o nome, sexo, data de nascimento e grau de parentesco.

24. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Exemplo)}
EIT-2020 24
• Entidades-tipo
• DEPARTAMENTO (Nome, Num, Gerente, GerenteData, {Localização})
• PROJECTO(Nome, Num, Localização, Departamento)
• EMPREGADO(Nome(Próprio, Família), NumBI, Endereço, Salário, Sexo,
DataNasc, Supervisor, Departamento)
• DEPENDENTE (Empregado, Nome, Sexo, DataNasc, GrauParentesco)
• Para representar o número de horas que cada empregado trabalha num projecto
e o facto de que um empregado pode trabalhar em vários projectos, podemos
optar por:
• Atributo composto multi-valor na entidade-tipo EMPREGADO
• {TrabalhaEm(Projecto, Horas)}
• Atributo composto multi-valor na entidade-tipo PROJECTO
• {Empregados(Empregado, Horas)}

25. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Relacionamentos)}
EIT-2020 25
• No esquema anterior existem alguns relacionamentos implícitos. Isso acontece
quando um atributo de uma entidade refere outra entidade.
• DEPARTAMENTO(Nome, Num, Gerente, GerenteData, {Localização})
• PROJECTO(Nome, Num, Localização, Departamento)
• EMPREGADO(Nome(Próprio, Família), NumBI, Endereço, Salário, Sexo,
DataNasc,
• Supervisor, Departamento, {TrabalhaEm(Projecto, Horas)})
• DEPENDENTE (Empregado, Nome, Sexo, DataNasc, GrauParentesco)
• No modelo ER estas referências não devem ser representadas por atributos mas
sim por relacionamentos.
• DIRIGE(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• CONTROLA(DEPARTAMENTO, PROJECTO)
• SUPERVISIONA(EMPREGADO, EMPREGADO)
• TRABALHA_PARA(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• TRABALHA_EM(EMPREGADO, PROJECTO)
• DEPENDE_DE(DEPENDENTE, EMPREGADO)

26. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Relacionamentos)}
EIT-2020 26
• Grau de um relacionamento
• É o número de entidades que participam no relacionamento.
• Relacionamento binário
• TRABALHA_PARA(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• Relacionamento ternário
• FORNECE(FORNECEDOR, PRODUTO, PROJECTO)
• Os relacionamentos podem ser recursivos
• SUPERVISIONA(EMPREGADO, EMPREGADO)
• Os relacionamentos podem ter atributos
• TRABALHA_EM(EMPREGADO, PROJECTO, Horas)

27. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Relacionamentos)}
EIT-2020 27
• As restrições nos relacionamentos permitem limitar as combinações possíveis
entre as entidades que participam num relacionamento.
• Restrição de cardinalidade: restrição que especifica como as entidades estão
relacionadas.
• 1:1 (um-para-um)
• 1:N ou N:1 (um-para-muitos ou muitos-para-um)
• M:N (muitos-para-muitos)
• Restrição de participação: restrição que especifica se a existência de cada
instância de uma entidade-tipo depende ou não das outras entidades-tipo
participantes no relacionamento.
• Total (dependência existencial): quando todas as instâncias de uma entidade-
tipo estão relacionadas com instâncias das outras entidades-tipo participantes
no relacionamento.
• Parcial: quando não se espera que todas as instâncias de uma entidade-tipo
participem no relacionamento.

28. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Relacionamentos)}
EIT-2020 28
• Cardinalidade 1:1
• DIRIGE(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• Cardinalidade 1:N
• CONTROLA(DEPARTAMENTO, PROJECTO)
• Cardinalidade N:1
• TRABALHA_PARA(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• Cardinalidade M:N
• TRABALHA_EM(EMPREGADO, PROJECTO, Horas)
• Participação total
• TRABALHA_PARA(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• DIRIGE(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)
• Participação parcial
• DIRIGE(EMPREGADO, DEPARTAMENTO)

29. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Entidades Fracas)}
EIT-2020 29
• Quando uma entidade-tipo não possui atributos chave é designada por entidade
fraca. Entidades fracas estão sempre relacionadas (relacionamento identificador)
com outra entidade-tipo (entidade identificadora).
• Entidade fraca: DEPENDENTE
• Entidade identificadora: EMPREGADO
• Relacionamento identificador: DEPENDE_DE
• Uma entidade fraca tem sempre participação total no relacionamento
identificador.
• Uma entidade fraca possui normalmente uma chave parcial, que é o conjunto de
atributos que identificam de forma única cada instância da entidade fraca face à
mesma entidade identificadora.
• DEPENDENTE(Nome, Sexo, DataNasc, GrauParentesco)

30. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Entidades Fracas)}
EIT-2020 30
• Entidades-tipo
• DEPARTAMENTO(Nome, Num, {Localização})
• PROJECTO(Nome, Num, Localização)
• EMPREGADO(Nome(Próprio, Família), NumBI, Endereço, Salário, Sexo,
DataNasc)
• Entidades fracas
• DEPENDENTE(Nome, Sexo, DataNasc, GrauParentesco)
• Relacionamentos
• DIRIGE(EMPREGADO, DEPARTAMENTO, GerenteData) 1:1 parcial/total
• CONTROLA(DEPARTAMENTO, PROJECTO) 1:N parcial/total
• SUPERVISIONA(EMPREGADO, EMPREGADO) 1:N parcial/parcial
• TRABALHA_PARA(EMPREGADO, DEPARTAMENTO) N:1 total/total
• TRABALHA_EM(EMPREGADO, PROJECTO, Horas) M:N total/total
• DEPENDE_DE(DEPENDENTE, EMPREGADO) N:1 total/parcial

31. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Diagramas)}
EIT-2020 31

32. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Diagramas)}
EIT-2020 32

33. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Diagramas)}
EIT-2020 33

34. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Diagramas)}
EIT-2020 34

35. Sistema de Base de Dados {Modelo E-R (Convenções)}
EIT-2020 35
• Entidades
• Nomes no singular com todas as letras em maiúscula.
• Atributos
• Nomes no singular ou plural com a primeira letra de cada palavra em
maiúscula.
• Relacionamentos
• Verbos (ou nomes) com todas as letras em maiúscula.
• Devem fazer sentido ao serem lidos da esquerda para a direita ou de cima
para baixo.
• DEPENDE_DE(DEPENDENTE, EMPREGADO) não respeita a convenção de
leitura. Utilizar, por exemplo, TEM_DEPENDENTE(EMPREGADO, DEPENDENTE).