Basi di Dati

Lo scopo del corso ´e quello di fornire agli studenti gli strumenti necessari per comprendere le problematiche e le esigenze che portano alla realizzazione di una base di dati. Viene studiato il modello relazionale, e le problematiche relative alla progettazione di una base di dati.

1 Introduzione
Viene introdotto il corso facendo riferimento ad alcuni concetti preliminari. In particolare si evidenzia la differenza tra informazione e dato e si presentano alcune caratteristiche delle basi di dati: dimensioni, condivisione dell’informazione, persistenza, affidabilità, privatezza, efficienza ed efficacia.
I modelli dei dati. Il concetto di modello dei dati. Il modello relazionale, il modello gerarchico, reticolare e a oggetti. Schemi ed istanze di una base di dati. Livelli di astrazione nei DBMS: schema logico, schema interno e schema esterno. Indipendenza fisica e logica dei dati.
I linguaggi per basi di dati. Linguaggi di definizione dei dati (DDL) e di manipolazione (DML).Linguaggi imperativi e interattivi, interfacce grafiche.
Utenti delle basi di dati. Si presentano varie tipologie di utente: amministratore, progettisti ed utenti.

2 Il modello relazionale
In questa sezione del corso viene presentato il modello relazionale dei dati. In particolare vengono presentate le caratteristiche strutturali del modello, cio´e i modi in cui esso permette di organizzare i
dati. Viene inoltre evidenziato come, secondo tale modello, le corrispondenza tra i dati in strutture diverse sono rappresentate dai dati stessi. Vengono inoltre discusse le modalit´a di rappresentazione
dell’informazione incompleta e i vincoli di integrità.

Strutture del modello relazionale dei dati. Distinzione tra livello fisico e livello logico. Vari significati per il termine relazione: quello matematico, quello secondo il modello relazionale, quello di associazione o correlazione (relationship).
Relazioni e tabelle. Relazione matematica tra insiemi, le n-uple, cardinalit´a di una relazione e rappresentazione tabellare.
Relazioni con attributi. Differenza tra la notazione posizionale delle relazioni matematiche e la notazione non posizionale dei record sui quali sono definiti degli attributi. Notazione per la denotazione delle tuple e dei loro attributi.
Relazioni e basi di dati. Esempio di una semplice base di dati e convenienza del modello relazionale basato su valori. Schema e istanza di una relazione. Schema e istanza di una base di dati.
Informazione incompleta e valori nulli. Incompletezza dell’informazione. Tipo di informazione incompleta: valore sconosciuto, valore inesistente e valore senza informazione. Il valore nullo.
Vincoli di integrità. Tipologie di vincoli: vincoli intrarelazionali (di tupla e di dominio), vincoli interrelazionali. Superchiavi e chiavi. Chiavi e valori nulli. Vincoli di intergità referenziale.

3 Algebra e calcolo relazionale

In questa parte del corso verranno trattati dei linugaggi che, pur essendo diversi da quelli utilizzati
dagli utenti dei vari sistemi, permettono di esaminare questioni interessanti in merito alla interrogazione e all’aggiornamento delle basi di dati. Verr´a presentata l’algebra relazionale come
linguaggio procedurale, il calcolo relazionale come linguaggio dichiarativo.

3.1 Algebra relazionale
Unione, inersezione e differenza. Vengono presentati gli usuali operatori insiemistici nel caso
delle relazioni. la ridenominzaione degli attributi.
Selezione. La selezione come decompositore orizzontale di una relazione.
Proiezione. La proiezione come decompositore verticale di una relazione.
Join. La correlazione dei dati in relazioni diverse. I vari tipi di join: il join naturale, i join completi
e incompleti, i join esterni (sinistro destro e completo), il join n-ario, il theta-join e l’equi-join.
Le interrogazioni in algebra relazionale. Esempi di interrograzioni in algebra relazionale; equivalenza elle espressioni algebriche; algebra con valori nulli, la logica a tre valori. Le viste: viste
materialzzate e relazioni virtuali (viste).

3.2 Calcolo relazionale
Cenni al calcolo relazionale.

4 SQL

In questa parte del corso verr´a trattato lo studio del linguaggio SQL, in particolare facendo riferimento
allo standard SQL-92 (o SQL-2). SQL verr´a presentato come linguaggio con le caratteristiche di entrambi un DDL e un DML.

4.1 Definizione dei dati in SQL
Elementi della sintassi di SQL. Domini elementari (caratteri, bit, tipi numerici, data e ora, intervalli
temporali).
Definizione di schema. Lo schema di una base di dati. La definizione delle tabelle. La deifnizione
dei domini. La specifica dei valori di default. I vincoli intrarelazionali (not null, unique, primary
key). Vincoli interrelazionali (le foreign key, reazioni alle operazioni di mofica). Modifica degli schemi
(il comando alter, il comando drop). I metadati e i cataloghi relazionali.

4.2 Interrogazioni in SQL
Viene introdotto l’argomento sottolieando la dichiratvit´a del linguaggio, che permette al programmatore di scrivere le query ad un livello alto, non preoccupandosi dell’efficienza.
Interrogazioni semplici. L’istruzione select: sintassi, la target list, la clausola from, la clausola
where, la gestione dei valori nulli, la gestione dei duplicati; i join: inner e outer join, left, right e full
join; l’uso di variabili; l’ordinamento, la clausola order by.
Gli operatori aggregati. Sum, count, avg, max, min.
Interrogazioni con raggruppamento. La clausola group by; i predicati sui gruppi, la clausola
having.
Interrogazioni di tipo insiemistico. Operatori union, intersect, except.
Interrogazioni nidificate. Esempi di interrogazioni nidificate.

4.3 Manipolazione dei dati in SQL
In questa parte del corso vengono introdotti gli operatori che servono per la modifica, l’inserimento
e la cancellazione dei dati in SQL. Istruzioni per le operazioni di modifica dei dati. I comandi insert, delete e update.

4.4 Altre definizioni dei dati in SQL
In questa sezione vengono introdotte ulteriori istruzioni per la composizione di uno schema.
Vincoli d’intergrit´a generici. La clausola check.
Le asserzioni. Creazioni e cancellazione delle asserzioni.
Le viste. Creazione delle viste e loro utilizzo nelle interrogazioni.

4.5 Controllo dell’accesso in SQL
In questa sezione del corso verr´a presentata la problematica relativa ai meccanismi di controllo dell’accesso alle basi di dati.
Risorse e privilegi. Vengono presentate le risorse che ´e possibili richiedere (o concedere), insieme
ai privilegi che possono essere esercitati su di esse.
I comandi per concedere e revocare i privilegi. Il comando grant. Il comando revoke.

5 Metodologie e modelli per il progettto

In questa parte del corso verranno trattati gli argomenti relativi alla progettazione di una base di dati. In particolare si far´a riferimento alle fasi di progettazione: la progettazione concettuale, la progettazione logica ela progettazione fisica.

5.1 Introduzione alla progettazione
In questa sezioni si analizza nel complesso il ciclo di vita di un sistema informativo, nel quale una base di dati pu´o essere inserita. Fasi dello sviluppo di un sistema informativo: studio di fattibilità, raccolta ed analisi dei requisiti, progettazione, implementazione, validazione e collaudo, funzionamento.
Metodologie di progettazione e basi di dati. La progettazione concettuale. La progettazione
logica. La progettazione fisica. Le specifiche sui dati e sulle operazioni.
Il modello Entità-Relazione. I costrutti principali del modello: entit´a e relazioni. Costruzioni di
schemi con i costrutti di base. Altri costrutti: la cardinalità delle relazioni, cardinalità degli attributi,
gli identificatori delle entità, le generalizzazioni.

5.2 La progettazione concettuale.
In questa sezione viene introdotta la progettazione concettuale come costruzione di uno schema
Entità-Relazione. Vengono analizzate le diverse fasi della progettazione, l’analisi dei requisiti e la
progettazione vera e propria facendo riferimento alle principali strategie per la progettazione e ai
requisiti di bontà di uno schema.
La raccolta e l’analisi dei requisiti. Viene presentata una introduzione al tema facendo riferimento
ai requisiti di un’applicazione, e alle regole per la loro specifica.
Criteri generali di rappresentazione. Vengono introdotte le ”regole concettuali” del modello E-R.
Le strategie di progetto. La strategia top-down e le primitive di trasformazione top-down. La
strategia bottom-up e le primitive di trasformazione bottom-up. La strategia inside-out. La strategia
mista.
Qualità di uno schema concettuale. La correttezza, la completezza, la leggibilità e la minimalità come parametri di qualit´a per uno schema concettuale.

5.3 La progettazione logica.
In questa parte del corso viene affrontato il tema della progettazione logica. Si distinguono le due fasi
per la progettazione logica di una base di dati: la ristrutturazione dello schema concettuale (E-R) e la traduzione verso il modello logico (relazionale).
Analisi delle prestazioni sugli schemi E-R. Vengono introdotti degli indici di prestazione per l’ottimizzazione di uno schema E-R.
Ristrutturazione di schemi E-R. Vengono discussi alcuni elementi per la ristrutturazione degli schemi E-R: analisi delle ridondanze, eliminazione delle generalizazioni, ppartizionamento/accorpamento di entità o associazioni, scelta degli identificatori primari.
Traduzione verso il modello relazionale. Vengono introdotte le tecniche per la creazione di
uno schema relazionale equivalente allo schema E-R, specificando il tipo di operazioni da compiere
nell’operazione di traduzione dallo schema concettuale a quello logico.

5.4 La normalizzazione
In questa sezione viene affrontato il tema della normalizzazione di una base di dati. Vengono presentate le forme normali come strumento di verifica della bont´a di uno schema logico e concettuale e poi le operazioni di normalizzazione per le basi di dati che non le verificano.
Ridondanze e anomalie. Vengono discussi i casi di ridondanza dei dati e di anomalia di cancellazione, di inserimento e di aggiornamento.
Dipendenze funzionali. Dipendenze banali e non banali fra gli attributi.
Forma normale di Boyce e Codd. Definizione di forma normale di Boyce e Codd. Normalizzazione
attraverso le decomposizioni. Decomposizioni senza perdita. La conservazione delle dipendenze funzionali nella decomposizione. Qualità delle decomposizioni.
La terza forma normale. Definizione in terza forma normale e decomposizione delle relazioni.