ISTITUTO TECNICO COMMERCIALE INDIRIZZO PROGRAMMATORI

APPUNTI DI

BASI DI DATI

Classe V

1

“E' meglio accendere una piccola candela che

maledire l'oscurità”

(Confucio)

2

INDICE

PREFAZIONE.....................................................................................................................................….....................5

1. Gli archivi....................................................................................................................…........................................6

1.1. Definizione di archivio............................................................................................................... .................................6

1.2. Definizione di record.....................................................……………….......................................................................8

1.3. Sistema informativo o sistema informatico?.................................................................................................................9

1.4. Operazioni sugli archivi................................................................................................................................................9

1.5. La memorizzazione degli archivi..................................................................................................................................9

1.6. Supporti di memorizzazione degli archivi..................................................................................................................11

1.7. Gli archivi e il file system...........................................................................................................................................15

1.8. Organizzazione degli archivi......................................................................................................................................17

1.8.1. Apertura e chiusura di un file...................................................................................................................................17

1.8.2. Organizzazione ad accesso sequenziale...................................................................................................................18

1.8.3. Organizzazione ad accesso diretto...........................................................................................................................19

1.8.4. Organizzazione sequenziale ad indici......................................................................................................................21

2. Il progetto informatico...........................................................................................…........................................25

2.1. Le fasi della progettazione.......................................................................................................... ...............................25

2.1.1 Analisi del problema ..................................................……………….....................................................................26

2.1.2. Progettazione...........................................................................................................................................................26

2.1.3. Realizzazione...........................................................................................................................................................27

2.1.4. Documentazione, Prove e Formazione ...................................................................................................................27

2.1.5. Produzione...............................................................................................................................................................27

3. I database (basi di dati)............................................................................................…......................................28

3.1. I limiti degli archivi tradizionali…............................................................................................... .............................28

3.2. Il DBMS........................................................................……………….....................................................................30

4. Il modello concettuale............................................................................................….........................................31

4.1. La progettazione concettuale e il modello Entità-Relazione (E/R).......................................................................... ..31

4.2. Attributi........................................................................……………….......................................................................32

4.3. Ancora sulla chiave primaria.................................………………..............................................................................33

4.4. Associazioni..........................................................………………..............................................................................33

4.4. I vincoli di integrità..............................................………………..............................................................................37

3

5. Il modello logico: il modello relazionale........................................................….........................................38

5.1. Introduzione............................................................................................................................................................ ..38

5.2. Regole di derivazione del modello logico:le entità......……………….......................................................................39

5.3. Regole di derivazione del modello logico:le associazioni.......……….......................................................................41

5.4. Rappresentazione degli attributi composti..............………………............................................................................47

5.5. Rappresentazione degli attributi multivalore................…………..............................................................................48

5.6. Rappresentazione dei vincoli di integrità..............................……..............................................................................49

5.7. Da cosa deriva il termine “modello relazionale”?..................……............................................................................52

5.8. Operatori relazionali..................…….........................................................................................................................54

5.8.1. Operazione di selezione..........…….........................................................................................................................54

5.8.2. Operazione di proiezione........…….........................................................................................................................55

5.8.3. Selezione e proiezione.............................................................................................................................................56

5.8.4. Operazione di unione, intersezione e differenza......................................................................................................57

5.8.5. Operazione di join (giunzione)...............…….........................................................................................................59

5.9. La normalizzazione...............……..............................................................................................................................63

5.9.1. La prima forma normale (1FN)...............…….........................................................................................................??

5.9.2. La seconda forma normale (2FN)..........……..........................................................................................................??

5.9.3. La terza forma normale (3FN)...............……..........................................................................................................??

4

PREFAZIONEQuesti appunti ricalcano parte delle lezioni svolte a scuola. Essi non costituiscono

documentazione sostitutiva del libro di testo né delle lezioni tenute in classe ma sono

da intendersi semplicemente come documento integrante del libro. Nella lettura del

libro di testo, lo studente può trovare difficoltà nell'interpretare i contenuti e questo

può accadere per svariati motivi, come l'uso di un linguaggio troppo aulico o di

esempi poco significativi. Ho quindi pensato di scrivere questi appunti in modo che

lo studente possa trovare in essi un supporto integrativo a quanto esposto nel libro di

testo. Buon studio a tutti, con l'augurio che esso non sia solo un puro apprendimento

ma anche l'occasione di crescita professionale e di potenziamento di competenze

relazionali.

R. Apisa

5

1. Gli archivi

1.1. Definizione di archivio

Il concetto di archivio non nasce con l'informatica ma è abbastanza radicato nel

tempo. Esso è connesso alla necessità di memorizzare in qualche modo

l'informazione. Pensiamo ai papiri egiziani o alle tavolette di cera che usavano gli

antichi romani. Immaginiamo ora di voler trascrivere nella nostra agenda i nomi dei

nostri amici. Avremo una struttura del tipo:

Cognome Nome Indirizzo TelefonoRossi Mario Via Nazionale 45,

Roma062323233

Verdi Renato Via Leopardi 67, Napoli

081343443

Gialli Daniela Via Tuscolana 345, Roma

063434343

Bruno Anna Piazza Re 34, Milano 023354545Fig. 1.1

Come si può notare, ogni riga rappresenta una informazione relativa ad un amico.

Quindi si può affermare che un archivio è una raccolta di informazioni. Ma dire

questo non basta perché queste informazioni devono soddisfare determinati requisiti.

Vediamo quali. Immaginiamo di apportare alcune modifiche alle informazioni di Fig.

1.1

Cognome Nome Numero notizie PilRossi Mario 6 2

Verdi Renato 0 4

Gialli Daniela 4 3

Bruno Anna 3 5Fig 1.2

6

Prendiamo in esame la prima riga: quale informazione ci fornisce? Abbiamo un nome

e cognome che ci identifica una persona ma il numero di notizie della terza colonna o

il valore del pil non sono associabili direttamente alla persona. Quindi abbiamo delle

informazioni che non sono tra loro omogenee, nel senso che esse non hanno un nesso

logico tra di loro. In definitiva, non si riesce con esse a individuare una entità ben

precisa. Col termine entità vogliamo designare un oggetto come una persona, un

animale, una fattura, un conto corrente, uno studente, un cliente, un immobile, un

detenuto...e così via.

Dunque una prima proprietà che un archivio deve soddisfare è che le informazioni

che esso contiene abbiano un nesso logico, riconducano cioè a precisi oggetti

(entità). Inoltre l'informazione deve essere reperibile, altrimenti non serve a nulla

memorizzarla. Per essere reperibile, l'informazione deve essere memorizzata su un

supporto duraturo, come quello cartaceo o quello magnetico dei computers. Non

sembrano altrettanto valide le epigrafi incise su pietra calcarea duemila anni fa e

conservate fino ad oggi? Una volta reperita, l'informazione deve essere facilmente

consultabile. Immaginiamo di organizzare l'informazione di fig. 1.1 in questo modo:

la lista dei nomi a pagina 2 dell'agenda, quella dei cognomi a pagina 10, quella degli

indirizzi a pagina 20 e quella dei telefoni a pagina 45. In tal caso, anche se reperibile,

l'informazione diventa di difficile consultazione. In definitiva, un archivio è tale se le

informazioni soddisfano i seguenti requisiti:

• Esiste un nesso logico tra esse, ovvero riconducano a precisi oggetti (entità)

• Le informazioni sono reperibili nel tempo

• Le informazioni sono di facile consultazione

7

1.2. Definizione di record

Abbiamo detto che l'informazione deve essere di facile consultazione. Un modo per

ottenere questo è strutturarla in record. Consideriamo l'archivio di figura 1.3

Cognome Nome Indirizzo TelefonoRossi Mario Via Nazionale 45,

Roma062323233

Verdi Renato Via Leopardi 67, Napoli

081343443

Gialli Daniela Via Tuscolana 345, Roma

063434343

Bruno Anna Piazza Re 34, Milano 023354545Fig. 1.3

Ciascuna delle righe della tabella rappresenta un record. Notiamo che ogni record è

formato da unità elementari di informazione (le celle della tabella) dette campi

(fields).

Quindi più campi concorrono a formare un record, per cui si può dire che il record è

una informazione strutturata che descrive un certo oggetto. Nel nostro caso, per

descrivere l'agenda degli amici, abbiamo usato il record formato dai campi

“cognome”, “nome”, “indirizzo” e “telefono”.

Se volessimo descrivere un'automobile potremmo usare un record formato dai campi:

“numero_telaio”,“marca”, “tipo”, “alimentazione”,”anno_immatricolazione”.

L'elenco dei campi viene anche detto tracciato record.

In figura 1.4 è riportata la rappresentazione grafica di un generico record:

Campo 1 Campo 2 Campo 3 ------------------ Campo n-1 Campo nFig. 1.4

8

1.3. Sistema informativo o sistema informatico?

Spesso, parlando di archivi, si parla di sistema informativo e di sistema informatico

trattandoli come dei sinonimi. In realtà, tra essi c'è una sottile differenza. Per sistema

informativo si intende un archivio non elettronico: la classica agenda cartacea, la

vecchia anagrafe con le informazioni presenti nei registri sono esempi di sistemi

informativi. I sistemi informatici (o automatici) sono invece gli archivi memorizzati

in modo che essi siano trattabili in modo elettronico. Quindi l'agenda elettronica e gli

archivi informatizzati del comune sono sistemi informatici.

1.4. Operazioni sugli archivi

Riprendiamo l'esempio fatto sopra sull'archivio degli amici. Quali operazioni

possiamo fare su di esso? Anzitutto, per poter popolare l'archivio, dobbiamo inserire

in esso i record relativi (operazione di inserimento). Poi, se con un amico abbiamo

perso i contatti, possiamo pensare di cancellarlo rimuovendo il record relativo

(operazione di cancellazione). Se un amico ha cambiato indirizzo o il numero di

telefono o entrambi, possiamo pensare di aggiornare il record relativo (operazione di

aggiornamento o modifica). Le operazioni di inserimento, modifica e cancellazione

si chiamano operazioni di manipolazione perché esse producono un cambiamento

dell'archivio. Esiste infine un'ultima operazione che, in fondo, è la ragione per cui ci

sforziamo di realizzare gli archivi. Si tratta dell'operazione di interrogazione. Se mi

serve conoscere le informazioni su uno o più amici, vado ad estrapolare le

informazioni dall'archivio.

1.5. La memorizzazione degli archivi

Gli archivi elettronici sono memorizzati nel computer in svariati supporti di

memorizzazione. Tali archivi vengono memorizzati sotto forma di file (in inglese la

9

parola file vuol dire archivio), anche se il termine “file” designa qualsiasi

informazione che può essere registrata su supporto magnetico (es: immagini, testo) e

quindi non necessariamente. Un archivio è sempre implementato mediante uno o più

file, ma un file non sempre è un archivio. Spesso nel gergo informatico, viene usato

il termine “archivio” come sinonimo di “file”, ma tra i due termini c’è una differenza

sostanziale.

Ad esempio, i dati anagrafici degli studenti, una rubrica telefonica sono archivi di

dati e possono essere memorizzati su un disco come file di dati. Un programma

scritto in linguaggio di programmazione, un documento scritto con Word, un foglio

di Excel, pur essendo memorizzati come file, non costituiscono un archivio, in

quanto i dati contenuti non sono memorizzati secondo una precisa organizzazione,

come avviene invece negli esempi che abbiamo fatto in precedenza.

Nella maggior parte dei casi, gli archivi sono formati da un insieme di record

omogenei, nel senso che tutti i record di un archivio hanno lo stesso tracciato.

Abbiamo visto prima come su un archivio si possano effettuare operazioni di

manipolazione e di interrogazione. Questo vuol dire che l'informazione viene sia

letta dall'archivio che scritta nell'archivio. Quando l'informazione viene letta, essa

transita dal supporto di memorizzazione verso la memoria centrale (operazione di

input), quando invece viene manipolata essa transita dalla memoria centrale verso il

supporto di memorizzazione (operazione di output).

Fig 1.5

10

Memoria centraleRAM

Output

InputArchivio

Blocco

Blocco

Finora abbiamo parlato di record come l'insieme delle informazioni relative all'entità

logica, definito a seconda delle esigenze dell'applicazione. Questa definizione

coincide con quella di record logico, ossia la descrizione di come il progettista

dell'archivio vuole suddividere il gruppo di informazioni che caratterizzano l'oggetto

osservato. Il record logico ha una lunghezza in byte pari alla somma della

dimensione dei suoi campi.

Durante le operazioni di input/output, gli spostamenti riguardano uno o più record

logici. Questa “massa” di informazione che si sposta viene detta blocco (o record

fisico)

Il record fisico (o blocco) rappresenta quindi l'insieme dei byte che possono essere

letti o scritti in memoria di massa con una singola operazione di lettura o scrittura.

Un blocco può contenere più record logici.

Quindi le operazioni di lettura/scrittura su un file riguardano blocchi, ossia gruppi di

record logici: in questo modo diminuisce il numero di accessi alla periferica (perché

ogni volta che si accede alla periferica vengono letti o scritti più record alla volta),

che sono operazioni più lente rispetto agli accessi ai dati contenuti nella memoria

centrale.

1.6. Supporti di memorizzazione degli archivi

I supporti di memorizzazione degli archivi si chiamano memorie di massa o anche

memorie ausiliarie, per indicare il fatto che esse sono memorie permanenti, ovvero

garantiscono la permanenza delle registrazioni nel tempo, mentre la memoria

centrale (RAM) è volatile. Di seguito sono indicati i principali supporti:

• Hard disk (dischi magnetici). I dischi rigidi sono i dispositivi di memoria più

usati; la loro capacità va dai pochi megabytes a diversi gigabyte. La tecnologia

11

degli hard-disk va ogni giorno perfezionandosi e la qualità degli stessi

aumenta sempre più di pari passo con la velocità e la dimensione. Un disco

rigido (o Hard Disk) è formato da un determinato numero di piatti che ruotano

attorno ad un perno centrale. Ogni piatto è composto da due superfici, la

superiore e l’inferiore. In un hard disk a 10 piatti avremo 18 superfici

disponibili in quanto quelle alle due estremità non vengono utilizzate. Ogni

piatto viene diviso a sua volta in n tracce che rappresentano dei cerchi

concentrici sulla superficie del piatto e in settori rappresentati dagli spicchi

del piatto (vedi figura 1.6 e figura 1.7 e 1.8). Lo spostamento della testina di

lettura e scrittura si chiama operazione di seek, mentre il tempo impiegato per

effettuare l’operazione è denominato tempo di seek. Gli Hard Disk attuali

hanno una testina autonoma per ogni superficie. Questo sistema riduce al

minimo il tempo di seek.

Fig 1.6 – Hard Disk

12

Fig 1.7 – Raffigurazione di tracce e settori

Fig 1.8 – Organizzazione dei dischi

13

• Nastri magnetici. Sono supporti simili alle vecchie cassette audio. Pertanto,

sono costituiti da una lunga striscia di materiale plastico, ricoperta da

materiale ferromagnetico (Fig 1.9). I nastri magnetici sono un supporto

ampiamente utilizzato per eseguire le copie di backup dei dati presenti nei

dischi fissi dei computers. Per esempio, l'istituto nazionale di statistica

memorizza su simili supporti le elaborazioni statistiche non attuali per poi

eventualmente recuperarle in seguito. L'operazione di salvataggio dell'archivio

da un supporto all'altro è detta operazione di backup, mentre quella inversa di

recupero dei dati da una copia precedente si chiama restore.

Fig. 1.9

• Floppy Disk. Sono concettualmente simili agli hard disk ma con una capacità

di memorizzazione nettamente inferiore (1,4 Mb). Oggi sono ormai in disuso e

sostituiti dalle più capienti pen drive.

• Dischi ottici. Si tratta di dispositivi di memorizzazione basati sulla tecnologia

di lettura e scrittura ottica, ovvero con l'uso del raggio laser.

• CD- ROM (Compact disc – Read Only Memory), dischi ottici di sola

lettura

• CD- R (Compact disc – Recordable), dischi ottici registrabili che

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superano la limitazione dei CD-ROM caratterizzati dal fatto di essere di

sola lettura.

• CD-RW (Rewritable), consentono di effettuare registrazioni e anche

modifiche e cancellazioni successive

• DVD (Digital Versatile Disc), progettati per trattare le informazioni

multimediali (suono e video) in alta qualità di riproduzione.

1.7. Gli archivi e il file system

Il sistema operativo (Windows, Linux, etc) è il software di base che gestisce il

funzionamento della macchina. La parte del sistema operativo che gestisce la

memorizzazione dei dati sui dischi e sui vari supporti di memoria di massa prende il

nome di file system.

Esistono diversi tipi di file system (a seconda dei vari sistemi operativi), ma

comunque tutti organizzano il contenuto dei dischi in Files e Cartelle (o Directory o

Folder), seguendo una metafora ripresa dall’archivistica.

Abbiamo già detto che un file può essere un archivio di dati, un programma

eseguibile, un insieme di dati numerici, un documento di testo, un’immagine, un

documento sonoro, un filmato, una pagina web, un’animazione, o qualunque altra

cosa.

Sui dischi di un PC possono trovarsi fino a molte decine di migliaia di file e se non ci

fosse nessun criterio di ordinamento sarebbe molto complicato riuscire a rintracciare

ogni volta il file che ci interessa, per questo motivo il file system permette di creare

dei "contenitori", detti cartelle, che permettono di raccogliere i file in gruppi

logicamente omogenei. A loro volta le cartelle possono contenere altre sottocartelle e

così via, in un gioco di scatole cinesi.

15

Nelle interfacce (GUI) messe a disposizione dal sistema

operativo, i file e le cartelle vengono rappresentati con

dei simboli grafici detti icone. Le cartelle sono quasi

sempre rappresentate con l'immagine di una cartellina

d'archivio , mentre i file hanno le icone più varie, a

seconda del tipo.

Ogni file e ogni cartella deve possedere un nome che lo

distingua dagli altri. Molti sistemi operativi (fra cui

Windows) includono nel nome una sigla aggiuntiva detta

estensione che caratterizza il tipo di file. L'estensione

viene separata con un punto dal resto del nome, così ad

esempio in Windows i file che terminano con .exe sono programmi eseguibili, .txt

sono file di testo semplice, .doc .xls .mdb .ppt sono documenti rispettivamente di

Word, Excel, Access, PowerPoint, .htm e .html sono pagine Web, .wav .mp3 sono file

audio, .jpg .gif .bmp .png sono immagini, .mov .avi .mpg sono filmati, e così via. Di

solito non si usano estensioni con i nomi delle cartelle (ma sarebbe comunque

possibile).

Due oggetti con lo stesso nome (estensione compresa) non possono trovarsi

all'interno di una stessa cartella, ma possono invece esistere in due cartelle diverse

(anche se contenute una nell'altra).

Per quanto riguarda l'hard disk (su cui si trova il sistema operativo), la maggior parte

dei file e delle cartelle che vi si trovano viene creata e gestita direttamente dalle

applicazioni senza l’intervento diretto dell’utente (si tratta di file di sistema, di

configurazione o di dati). Questi documenti, che servono per il corretto

funzionamento dei programmi e del sistema operativo, non devono essere mai

alterati dall’utente se non vuole correre il rischio di bloccare la macchina. Un utente

inesperto deve agire solo sulle cartelle e sui file che lui stesso ha espressamente

inserito nell'hard disk, perché l'alterazione dei file di sistema è un'operazione che

16

rischia di compromettere seriamente il funzionamento della macchina.

È comunque opportuno che l'utente organizzi correttamente il proprio lavoro,

evitando di salvare i documenti dove capita ma creando invece una struttura ordinata

di cartelle e sottocartelle, in modo da rintracciare velocemente i propri file ed evitare

cancellazioni accidentali o sprechi di spazio su disco.

Ogni disco contiene la tabella dei descrittori dei file che è l’indice di tutti i files,

generato e aggiornato automaticamente dal sistema operativo. L’indice

memorizza per ogni file il nome, la posizione fisica nel disco, le dimensioni in byte,

la data di creazione o modifica, la cartella in cui è contenuto e altre informazioni (a

seconda del file system). Il sistema operativo fornisce poi all’utente tutti i programmi

per visualizzare l’indice dei dischi e per organizzarne il contenuto, spostando,

copiando o cancellando i file, cambiandone il nome, creando nuove cartelle, ecc.

Alcuni sistemi operativi pongono infine restrizioni e protezioni sui file, impedendo

(o perlomeno ostacolando) modifiche di files “delicati” (come i file di sistema) o

anche impedendo la visualizzazione di file che contengono informazioni riservate o

personali.

1.8. Organizzazioni degli archivi

Sappiamo che un archivio deve essere organizzato in modo tale che l'informazione

sia facilmente accessibile. Vediamo in questo paragrafo quali sono le principali

organizzazioni degli archivi nell'uso più comune dell'informatica tradizionale. Però è

prima necessario capire il concetto di apertura e chiusura degli archivi (dei file).

1.8.1. Apertura e chiusura di un file

Per poter svolgere le funzioni di interrogazione e di manipolazione su un archivio, è

necessario essere in grado di accedere al file che lo rappresenta. Per apertura di un

17

archivio si intende quell'operazione che stabilisce un collegamento tra la memoria

centrale e il file residente sulla memoria di massa. L'apertura di un file è necessaria

prima di effettuare qualsiasi operazione di lettura e scrittura su un file. La chiusura

del file interrompe il collegamento tra la memoria centrale e il file e dopo tale

chiusura viene aggiornata la tabella dei descrittori del file.

1.8.2. Organizzazione ad accesso sequenziale

In un archivio sequenziale tutti i record sono organizzati e reperiti sequenzialmente,

uno di seguito all'altro. In memorizzazione i record vengono aggiunti alla fine

dell'archivio, dopo l'ultimo record. In lettura si parte sempre dal primo record e, dopo

ogni lettura, si passa automaticamente al successivo. Questo significa che se si vuol

leggere l'n-esimo record occorre sempre leggere tutti i record che lo precedono.

L'archivio termina con EOF (End Of File) che è uno speciale marcatore di fine file

(Fig.1.10). Questo significa che la lettura dei record termina quando viene raggiunto

l' EOF, che deve essere controllato prima di leggere il record allo scopo di verificare

se si è già arrivati alla fine dell'archivio.

L'archivio può essere aperto in

input/read, ovvero per lettura, partendo

dall'inizio. In output/write, ovvero per

scrittura, partendo dall'inizio: se

l'archivio non esiste lo crea mentre, se

esiste, cancella i record che c'erano in

precedenza e inizia a scrivere i nuovi

dall'inizio. In append i record vengono

aggiunti a partire dalla fine dell'archivio.

Fig. 1.10

Nell'organizzazione sequenziale, se si è raggiunto il record i-esimo, non è possibile

ritornare al record precedente ((i-1)-esimo) ma bisogna chiudere il file (close),

18

riaprirlo (open) e rileggerlo fino al record (i-1)-esimo. Infine osserviamo anche che,

se un archivio è memorizzato su nastro, l'unica organizzazione possibile è quella

sequenziale. Invece su disco, oltre all'organizzazione sequenziale, possiamo averne

di altri tipi.

Quando conviene avere l'organizzazione sequenziale? Anzitutto dobbiamo avere un

archivio non troppo grande, con pochi record, visto che siamo costretti a scorrerli

in modo sequenziale. Poi conviene anche nel caso in cui i record devono essere letti

tutti quanti. Pensiamo al caso di file di configurazione, calcolo della media dei

valori di un campo, etc.

1.8.3. Organizzazione ad accesso diretto

In un archivio ad accesso diretto è possibile accedere ai record, sia per scriverli che

per leggerli, direttamente, semplicemente specificando qual'è la loro posizione

rispetto all'inizio dell'archivio stesso. L'apertura dell'archivio è unica: non occorre

specificare se in input, in output o in append (Fig. 1.11)

Fig 1.11

In questo tipo di organizzazione tutti i record devono avere la stessa lunghezza

mentre nell'organizzazione sequenziale possono avere anche lunghezza variabile. Per

variare uno o più campi del record basta leggere il record, modificare i valori e

riscriverlo. La cancellazione è di tipo logico, nel senso che basta memorizzare sopra

19

il record da cancellare un record vuoto. Con questa organizzazione non si ha l' EOF,

come nel sequenziale, e si possono avere record vuoti.

Un'altra considerazione che possiamo fare è che il tracciato record deve contenere

un campo che funge da identificatore univoco del record (chiave primaria) e che

tale identificatore coincide con la posizione del record. Immaginiamo di

memorizzare nell'archivio le informazioni che riguardano i giocatori di una squadra.

Il tracciato record può essere del tipo.

Numero maglia Nominativo Età Ruolo Stipendio annuale

Il campo “Numero maglia” è un numero progressivo che identifica la posizione del

record. Il giocatore con la maglia numero 1 si trova al primo record, quello con la

maglia numero 2 al secondo record e così via. (Fig. 1.12)

Numero maglia Nominativo Età Ruolo Stipendio annuale

1 Mario Rossi 23 Portiere 1000

2 Renato Verdi 26 Terzino 1200

3 Gino Gialli 27 Attaccante 1300

4 Sandro Viola 30 Ala destra 1200

Fig. 1.12

Per accedere al giocatore con maglia 3 bisogna accedere al terzo record. Se

supponiamo che ogni record abbia lunghezza 100, allora bisogna portarsi alla

posizione immediatamente successiva a quella dei primi due record, cioè alla

posizione (100 x 2) +1. In generale, se indichiamo con LR la lunghezza di ogni

record, il record N-esimo si trova alla posizione (LR x (N-1)) +1. Un altro esempio

di archivi con accesso diretto è l'archivio anagrafico degli studenti di una scuola.

Infatti il campo matricola è un numero assegnato al momento dell'iscrizione alla

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scuola e ottenuto aggiungendo uno all'ultimo numero di matricola assegnato.

Un archivio ad accesso diretto è detto anche archivio random (o casuale) volendo

mettere in evidenza la contrapposizione all'organizzazione sequenziale, cioè il fatto

che l'utente può accedere al record che interessa senza esaminare per forza tutti quelli

che lo precedono. E' ovvio che un archivio ad accesso diretto permette anche un

accesso sequenziale. Basta scandire con un ciclo ad uno ad uno i vari record.

1.8.4. Organizzazione sequenziale ad indici

Abbiamo visto che nell'organizzazione ad accesso diretto il “trucco” sta nel fatto che

la chiave primaria coincide con la posizione del record nell'archivio. Spesso non è

possibile fare tale associazione in quanto la chiave primaria è una variabile

alfanumerica. Per esempio, la matricola del dipendente di un'azienda, il codice di un

articolo, il codice del cliente sono tutte chiavi alfanumeriche. In tal caso è necessario

un meccanismo che consenta di recuperare la posizione del record nell'archivio a

partire dalla chiave alfanumerica. Il principio adottato è quello dell'indice analitico

dei libri. Se prestiamo attenzione, notiamo che l'indice analitico è composto da una

sequenza ordinata di parole chiave ove, a fianco di ciascuna di esse, sono indicate le

pagine del libro che fanno riferimento a tale parola. Negli archivi sequenziali con

indici abbiamo un meccanismo analogo in quanto, a fianco dell'archivio vero e

proprio, abbiamo un indice (o dizionario) ove sono memorizzate le varie chiavi. A

fianco di ogni chiave è indicata la posizione del record che fa riferimento ad essa

(Fig. 1.13) . Dalla figura si nota che nel dizionario le chiavi sono ordinate e a

ciascuna è associata la relativa posizione del record nell'archivio. Poiché le chiavi

sono ordinate, esse possono essere reperite facilmente con una ricerca binaria (o

dicotomica) anziché sequenziale. Il dizionario viene mantenuto logicamente ordinato

quando si inserisce un nuovo record, quando si cancella un record nonché quando si

modifica il valore di una chiave.

21

Fig. 1.13

A questo punto tocca chiarire cosa è la ricerca binaria o dicotomica che si voglia

dire. Consideriamo allora un insieme di numeri ordinato, come mostrato in figura

1.14.

3 7 13 16 20 59 68 73 93 102 114 121 209 240 270Fig. 1.14

Supponiamo di voler cercare il numero 102. L'idea è quella di confrontare

l'elemento cercato con l'elemento centrale della lista, ossia con 73. Il numero 102 non

sta nella posizione centrale però, siccome la lista è ordinata in ordine crescente, si

può dire che l'elemento cercato, se esiste, si trova alla destra dell'elemento centrale.

Dunque si scartano tutti gli elementi che stanno a sinistra di 73 e si ripete la ricerca

su quelli che stanno alla sua destra. Il nuovo elemento centrale è 121. Siccome 102 è

più piccolo di 121, allora si scartano tutti gli elementi a destra di 121 e si fa la ricerca

sugli elementi dal numero 93 al numero 114. Il nuovo elemento centrale è 102 che

coincide proprio con l'elemento che stavamo cercando.

22

La figura a fianco mostra una ricerca dicotomica sulla

chiave F di un dizionario in cui le chiavi sono ordinate in

ordine alfabetico crescente. Con soli 3 step di ricerca la

chiave viene rintracciata e così pure la posizione 6 del

record corrispondente.

Fig. 1.15Se si vuole generalizzare l'algoritmo di ricerca binaria, possiamo identificare i

seguenti passi:

• Si accede alla metà dell'archivio e si confronta la chiave cercata con quella

trovata.

• Se la chiave trovata è quella cercata, la ricerca è finita.

• Se la chiave trovata è maggiore di quella cercata, allora si elimina

logicamente la parte a destra della chiave trovata e si applica la ricerca alla

sua parte sinistra.

• Se la chiave trovata è minore di quella cercata, allora si elimina logicamente

la parte a sinistra della chiave trovata e si applica la ricerca alla sua parte

destra.

• La ricerca termina quando si trova ciò che si cerca oppure quando l'archivio è

ridotto a zero record (nel qual caso si può affermare che ciò che si cerca non

viene trovato)

Quando la ricerca viene effettuata su un numero piccolissimo di elementi, il

vantaggio rispetto alla ricerca sequenziale non è evidente. Lo diventa man mano che

aumenta il numero di elementi, come si può evincere dalla figura 1.16. L'unico scotto

23

da pagare è dato dal fatto che l'archivio deve essere mantenuto ordinato sulla chiave

di ricerca.

Fig. 1.16

24

2. Il progetto informatico

2.1. Le fasi della progettazione

Un progetto, non importa se informatico o meno, può essere visto come l'insieme

delle operazioni che si svolgono per realizzare un prodotto, come una casa, un

software, un impianto elettrico. Un progetto informatico, come qualsiasi progetto,

nasce da un'esigenza. Per esempio, uno studio commerciale può richiedere un

software per gestire la contabilità, un negozio di abbigliamento può richiedere di

sviluppare un sito web dove mostrare l'elenco delle offerte in corso. In un progetto

informatico, si possono identificare le fasi indicate in Fig. 2.1.

Fig. 2.1

25

Analisi del problema

Analisi dei dati Analisi delle funzioni

Progettazione

Progettazione dati Progettazione funzioni

Realizzazione

Documentazione Prove Formazione

Produzione (Rilascio)

2.1.1. Analisi del problema

L'analisi del problema serve a studiare quali esigenze si sta cercando di soddisfare.

Di solito si tratta delle esigenze del cliente che commissiona il prodotto. Durante

questa fase non sono richieste tanto competenze tecniche quanto di capacità

relazionali e interpretative. Infatti non sempre l'utente ha ben chiaro ciò di cui ha

bisogno: spesso si limita ad esporre una generica richiesta ed è compito dell'analista

quello di sviscerarla nel migliore dei modi. Inoltre bisogna tener presente lo stato

dell'arte, ovvero la presenza di determinate situazioni da cui partire. Per esempio,

nel caso di un impianto elettrico, si potrebbe essere in presenza di un edificio storico

ove ci potrebbero essere problemi nell'effettuare opere murarie. Nel caso di un

progetto informatico, potremmo avere già dei programmi e archivi preesistenti con

cui il nuovo prodotto dovrebbe colloquiare. La fase di analisi è quella in cui si deve

stabilire quali sono i dati con cui operare e in che modo essi vanno manipolati,

ovvero come interagire con essi. I dati e le funzioni (che servono a manipolare i dati)

vengono descritti in modo formale (o astratto), ossia in modo totalmente svincolato

da come saranno poi effettivamente implementati. Più precisamente, per i dati non si

specifica come essi saranno archiviati mentre per i programmi non si parla di

linguaggi di programmazione né tanto meno di specifiche tecnologie.

2.1.2. Progettazione

In questa fase vengono descritti come archiviare i dati e le specifiche del software

per interagire con essi. Quindi si decide la modalità di archiviazione dei dati e si

disegna anche il diagramma di flusso del programma che interagirà con la base di

dati.

26

2.1.3. Realizzazione

In questa fase vengono realizzati gli archivi e i moduli software a corredo. Quindi si

realizza il database e si sviluppa il software che si interfaccia ad esso.

2.1.4. Documentazione, Prove e Formazione

Dopo la fase di realizzazione, è opportuno produrre la documentazione a corredo

del progetto. Ci sono tre tipi di documentazione:

• Manuale utente, diretto a chi usa il prodotto realizzato.

• Manuale online, una versione del manuale utente accessibile direttamente dal

contesto applicativo.

• Manuale operativo, ossia la documentazione tecnica degli archivi e dei

programmi. Tale documentazione è rivolta ai progettisti e agli sviluppatori.

Le prove consistono nel verificare eventuali errori, specialmente nel sorgente dei

programmi che costituiscono i moduli software. La formazione consiste

nell'erogazione di corsi di formazione agli utenti finali volti ad erudire gli stessi

sull'utilizzo del prodotto.

2.1.5. Produzione

La produzione, o rilascio, del progetto consiste nel mettere in esercizio il prodotto

presso l'utente. Ovviamente, questa fase prevede un periodo di controllo del buon

funzionamento del sistema.

27

3. I database (basi di dati)

3.1. I limiti degli archivi tradizionali

Immaginiamo che una banca abbia due filiali e che nella banca centrale ci sia

l'archivio dei conti correnti, mentre nelle filiali ci siano gli archivi dei movimenti

fatti su tali conti correnti. La situazione è descritta nella figura 3.1:

Fig. 3.1

Ora rappresentiamo sotto forma tabellare l'archivio usato dalla banca centrale e che

contiene i record relativi ai conti correnti (Fig 3.2)

NUMCONTO INTESTATARIO INDIRIZZO CODFIL DESCRFIL1 Mario Rossi Via Roma 1 FIL1 Filiale uno

2 Gianni Verdi Via Napoli 34 FIL1 Filiale uno

3 Sonia Marrone Via Latina 39 FIL1 Filiale uno

4 Maria Neri Via Viterbo 7 FIL2 Filiale due

5 Renato Grigi Via Rieti 9 FIL2 Filiale due

Fig 3.2

28

Banca centrale

Filiale 1 Filiale 2

ArchivioConti correnti

ArchivioMovimenti

Conti correnti

Ora invece consideriamo la rappresentazione tabellare dell'archivio della Filiale 1,

contenenti i movimenti dei conti correnti della filiale 1 (Fig 3.3)

NUMCONTO NOMINATIVO INDIRIZZO DATA IMPORTO CAUSALE1 Mario Rossi Via Roma 1 25/10/10 700 Euro Bonifico

1 Mario Rossi Via Roma 1 26/10/10 300 Euro Prelievo

2 Gianni Verdi Via Napoli 34 25/10/10 340 PrelievoFig 3.3

Vogliamo calcolare il saldo del conto identificato con 1. Osservando i due archivi,

possiamo constatare i seguenti problemi:

• Ci sono delle ridondanze in quanto nel primo archivio la descrizione della

filiale viene ripetuta più volte, mentre nel secondo vengono ripetuti il nome e

l'indirizzo del correntista. IL fatto che gli stessi dati appaiano in due archivi

diversi è una situazione pericolosa: cosa succede se si cambia l'indirizzo di

Mario Rossi nell'archivio della banca centrale e non in quello della filiale 1? In

tal caso, l'indirizzo di Mario Rossi nell'archivio della filiale risulta errato.

Pertanto, esso risulta corretto in un archivio e errato in un altro e questa è una

situazione di incongruenza dei dati. L'incongruenza comporta anche

l'inconsistenza dei dati, ossia il fatto che essi risultano inaffidabili, perché non

si sa in modo certo quale dei diversi valori sia quello corretto.

• Se due programmi accedono contemporaneamente ad un record e lo

modificano, solo l'ultima operazione di modifica sarà registrata, col risultato

che un'operazione di scrittura andrà persa. Questo è un problema di

concorrenza.

Per far fronte a tutti questi problemi sono stati creati i database, detti anche basi di

dati. Dunque i database sono archivi di dati organizzati in modo integrato e gestiti

sulle memorie di massa dei computer attraverso appositi software. I prodotti software

che servono alla gestione dei database vengono detti Database Management

System (DBMS). Grazie ai DBMS siamo in grado di costruire archivi e interagire

29

con essi ad un livello elevato di astrazione, ossia senza avere bisogno di usare

linguaggi di programmazione per accedere direttamente ai file dell'archivio.

3.2. Il DBMS

Abbiamo visto che il DBMS è l'insieme dei programmi che servono a gestire gli

archivi di dati, detti database o basi di dati. Esso deve svolgere determinate funzioni,

tra cui:

• Permettere le operazioni di manipolazione e di interrogazione della base di

dati in modo efficiente.

• Garantire la consistenza dei dati, ovvero il fatto che non devono esistere due

possibili valori per lo stesso campo.

• Garantire la sicurezza dei dati, ovvero il fatto che solo certi utenti possono

svolgere determinati tipi di operazione. Per esempio, fare in modo che certi

utenti possono solo interrogare i dati mentre altri possono anche manipolarli.

• Dare il supporto alle transazioni. Per transazione si intende un insieme di

operazioni effettuate su una base di dati che possono terminare con successo

oppure no. Nel caso di successo, le modifiche sulla base di dati devono

risultare permanenti, altrimenti non deve rimanere traccia della transazione e

la base di dati deve ritornare nello stato precedente alla transazione stessa. Un

esempio di transazione è dato dall'operazione di prelievo del danaro allo

sportello bancomat.

30

4. Il modello concettuale

4.1. La progettazione concettuale e il modello Entità-Relazione (E/R)

La progettazione concettuale rappresenta il primo passo che bisogna fare per

progettare un database, ossia un archivio strutturato di dati. Essa fornisce una

rappresentazione del tutto teorica della realtà che vogliamo memorizzare a

prescindere da come poi andiamo a rappresentare i dati. Il modello concettuale

fornisce quindi una descrizione della realtà che vogliamo archiviare ma non mi dice

nulla su come i dati vengono poi effettivamente rappresentati. Si potrebbe dire che è

una vera e propria progettazione con “carta e penna”. Il modello concettuale che noi

prendiamo in considerazione è il modello Entità-Relazione (in breve E/R). La realtà

di interesse viene studiata e vengono ricavate le cosiddette entità, che sono gli

elementi rilevanti che descrivono la realtà che vogliamo rappresentare. Una entità

rappresenta sempre un insieme di oggetti, aventi tutti le stesse caratteristiche. Per

esempio, una entità può essere l'oggetto Persona ed è descritta, per esempio, da

cognome, nome, indirizzo e telefono. L'entità Persona la posso pensare come

l'insieme di tutte le persone ognuna delle quali è descritta da cognome, nome,

indirizzo e telefono. Una entità si rappresenta graficamente col simbolo del

rettangolo, mentre le proprietà che la descrivono sono rappresentate da pallini

collegati al rettangolo tramite linee, come mostrato in figura 4.1

Fig. 4.1

Le proprietà di una entità vengono chiamate attributi. Uno degli attributi deve avere

la funzione di chiave primaria ed è riconoscibile in quanto sottolineato. In figura

4.1, il CodiceFiscale rappresenta la chiave primaria per l'entità Persona.

Abbiamo detto che una entità rappresenta un insieme di elementi. Ogni singolo

31

elemento si chiama istanza dell'entità. Nel caso dell'entità Persona un'istanza

potrebbe essere il seguente elemento:

{MRS2382388343, Mario, Rossi, Rovigo, 12/07/1986, Operaio} oppure

{ANNVRD34343K, Anna, Verdi, Lucca, 08/02/1967, Insegnante}

4.2. Attributi

Le proprietà dell'entità sono dette attributi. Un attributo possiede le seguenti

caratteristiche:

• Ha un nome

• Ha un tipo di valori che può assumere (numerico, stringa, data, booleano)

• Ha una dimensione, che indica la quantità massima di caratteri o di cifre

inseribili

• Ha un valore. L'insieme dei possibili valori che un attributo può assumere si

chiama dominio dell'attributo.

Un attributo può essere opzionale oppure obbligatorio. Si dice opzionale quando

esso può accettare valori nulli (esempio il telefono di una persona) mentre si dice

obbligatorio quando non sono consentiti valori nulli (esempio il cognome di una

persona). Un attributo può essere semplice o aggregato. E' semplice quando è

composto da una sola proprietà (esempio il cognome). E' aggregato (o composto)

quando può essere scomposto in più attributi. Per esempio, l'attributo indirizzo può

essere considerato un attributo aggregato in quanto scomponibile nei seguenti

attributi: NomeVia, NumeroCivico, Cap, Città.

32

4.3. Ancora sulla chiave primaria

Per discriminare le varie istanze di una entità c'è bisogno di un attributo che funga da

chiave primaria, ossia esso è tale che il suo valore è diverso per ogni istanza. Ossia

non ci possono essere due istanze con lo stesso valore dell'attributo che funge da

chiave primaria. Nell'esempio della figura 4.1, possiamo dire che tutte le istanze di

Persona hanno un valore diverso per l'attributo CodiceFiscale. Cerchiamo ora di dare

una definiziaone più precisa di chiave primaria. In realtà, si definisce chiave

candidata o superchiave, l'insieme di attributi che consentono di distinguere

un'istanza da un'altra. La chiave primaria(Primary Key) non è altro che la chiave

candidata col minor numero di attributi. Per esempio, una chiave candidata per

l'entità Persona potrebbe essere l'insieme dei seguenti attributi: Cognome, Nome e

DataNascita. Ma si sceglie CodiceFiscale perché è la chiave candidata col minor

numero di attributi.

4.4. Associazioni

Considerate due o più entità, un'associazione è un legame logico che si può stabilire

tra esse. Mentre un'istanza rappresenta una classe di oggetti, un'associazione

rappresenta una classe di fatti. Per esempio, tra l'entità Persona e Automobile esiste

l'associazione “possiede” la quale rappresenta appunto il fatto che “una persona

possiede una o più automobile e, viceversa, un'automobile è posseduta da una

persona”. Graficamente, per rappresentare un'associazione tra due entità si usa un

rombo posto a metà tra le due entità, come in Fig. 4.2. Notiamo che l'associazione

“possiede” ha due attributi che sono la DataAcquisto e il Notaio. Essi non sono

attributi né dell'entità Persona né dell'entità Automobile ma caratterizzano

l'associazione “possiede”. Quindi un'associazione può possedere degli attributi,

così come li posseggono le entità.

33

Fig. 4.2

Un'associazione tra due entità X e Y, detta anche associazione diretta, possiede

sempre la sua inversa, ossia l'associazione tra Y e X. Nel caso della Fig. 4.2

l'associazione “possiede” è l'associazione diretta tra Persona e Automobile.

L'associazione inversa tra Automobile e Persona è “èPossedutaDa”, in quanto ogni

automobile è posseduta da una persona.

Date due entità, tra di esse può non esistere alcuna associazione, può esistere una

sola associazione oppure possono esistere diverse associazioni. Per esempio, tra

l'entità Persona e l'entità Comune possiamo individuare tre possibili associazioni,

come descritto in Fig. 4.3

Fig. 4.3

Le tre associazioni rappresentano rispettivamente i seguenti fatti:

• il comune dove le persone lavorano

• il comune dove le persone sono nate

• il comune dove le persone risiedono

34

Un'associazione tra due entità X e Y può essere di due tipi: totale e parziale. Si dice

totale quando il legame tra le entità deve essere sempre presente, ossia ad ogni

elemento di X deve corrispondere almeno un elemento di Y.

Si dice parziale quando il legame tra le entità potrebbe non essere sempre presente,

ossia esiste almeno un elemento di X a cui non corrisponde nessun elemento di Y.

Dal punto di vista grafico, l'associazione parziale si rappresenta con la linea

tratteggiata mentre quella totale con la linea continua. Facciamo degli esempi.

L'associazione “possiede” tra le entità Persona e ContoCorrente è parziale in quanto

può benissimo esistere una persona che non ha alcun conto corrente. Invece,

l'associazione inversa “èPossedutoDa” tra ContoCorrente e Persona è totale in

quanto ogni conto corrente ha una persona che l'ha stipulato. Non esiste un conto

corrente a cui non sia associata alcuna persona. Dal punto di vista grafico, la

situazione è rappresentata come in figura 4.4

Fig. 4.4

Data un'associazione tra le entità X e Y, la molteplicità di tale associazione indica

quante istanze dell'entità Y possono trovarsi in relazione con un'istanza di X. Per

esempio, l'associazione descritta in Fig. 4.2 ha molteplicità N in quanto ogni persona

può possedere più automobili. L'associazione inversa “èPossedutaDa” tra

Automobile e Persona ha invece molteplicità 1 in quanto ogni automobile è

posseduta da una sola persona.

La cardinalità di un'associazione tra le entità X e Y descrive parallelamente la

molteplicità dell'associazione diretta e quella della sua inversa.

Per questo motivo, le associazioni tra due entità X e Y possono essere di tre tipi:

35

Associazione 1:1 (uno a uno), quando ad ogni istanza di X corrisponde una sola

istanza di Y e viceversa. Un esempio è l'associazione dirige tra le entità

DirigenteScolastico e Scuola (Fig. 4.5).

Fig 4.5

Associazione 1:N (uno a molti), quando ad ogni istanza di X possono corrispondere

più istanze di Y e, ad ogni istanza di Y, deve corrispondere una sola istanza di X. Un

esempio è l'associazione haInOrganico tra le entità Scuola e PersonaleSegreteria

(Fig. 4.6).

Fig 4.6

Associazione N:N (molti a molti), quando ad ogni istanza di X possono

corrispondere più istanze di Y e, ad ogni istanza di Y, possono corrispondere più

istanze di X. Un esempio è l'associazione insegna tra le entità Professore e Classe

(Fig. 4.7).

Fig 4.7

36

4.5. I vincoli di integrità

Sono delle restrizioni imposte sulle entità e sulle associazioni tra di esse. Si

distinguono in vincoli espliciti e vincoli impliciti. I vincoli impliciti, come indica

l'aggettivo stesso, sono quelli che dipendono direttamente dalla natura dell'entità e

dell'associazione. Rispetto all'entità abbiamo il vincolo di chiave primaria, dato dal

fatto che non possono esiste due istanze dell'entità con lo stesso valore della chiave

primaria. Rispetto all'associazione abbiamo il vincolo di integrità referenziale. Vuol

dire che se esiste un'associazione totale tra tra due entità X e Y, non deve esistere un

elemento di X che non sia associato ad alcun elemento di Y e viceversa. Dal punto di

vista grafico, sappiamo che un vincolo di chiave primaria si rappresenta col carattere

di sottolineato, mentre un vincolo di integrità referenziale si rappresenta con la linea

continua delle associazioni per mettere in evidenza la totalità dell'associazione.

I vincoli espliciti sono vincoli di solito posti sugli attributi dell'entità. Per esempio,

l'attributo Eta dell'entità Persona potrebbe avere il vincolo che esso abbia un valore

maggiore di zero e minore di 120. Usando una simbologia matematica, potremmo

scrivere:

V1: (0 < Persona.Eta < 120)

37

5. Il modello logico: il modello relazionale

5.1. Introduzione

Abbiamo visto che il modello concettuale è una rappresentazione astratta della realtà,

ossia esso descrive i dati e le associazioni tra di essi ma non si fa alcun riferimento a

come i dati vengano poi rappresentati. Il modello logico è il successivo passo che

bisogna compiere nella nostra modellazione della realtà. Con il modello logico si

indica come i dati vengono tra loro organizzati dal punto di vista logico, dal punto di

vista organizzativo. Vedremo che esso viene derivato dal modello concettuale

applicando alcuni semplici regole.

Va precisato che il modello concettuale rappresenta un patrimonio importante per le

aziende, in quanto descrive i dati esistenti in azienda: il suo valore informativo può

essere utilizzato sia in ambito informatico che gestionale e diventa un supporto per i

diversi ruoli aziendali. A questo punto è chiaro che il modello logico ha lo scopo di

dotare i dati di una struttura che deve facilitare:

• le operazioni di manipolazione, ossia inserimento, modifica e cancellazione.

• le operazioni di interrogazione

Il modello logico, che fornisce una versione strutturata dei dati, viene rappresentato

fisicamente in un database. Si parla allora di modello fisico. Quindi il modello fisico

rappresenta l'implementazione del modello logico sulle effettive memorie di massa.

La figura 5.1 rappresenta le diverse fasi di rappresentazione di una realtà di interesse.

Il modello logico che prenderemo in considerazione è quello relazionale, ideato da

Edward Codd nel 1970 e detto così perché basato sulla rappresentazione dei dati

mediante tabelle (ma per noi non è una novità!). Infatti le tabelle prendono anche il

nome di relazioni ed in seguito ne spiegheremo anche il motivo. Nel passato (anni

60-70) erano in voga altri altri due tipi di modelli logici: il modello gerarchico e

quello reticolare. Oggi essi sono caduti in disuso a favore del modello relazionale

38

che è molto più vicino al modo in cui noi pensiamo alla realtà. I modelli gerarchico e

reticolare presentavano problemi di ridondanza dei dati e problemi di stretta

dipendenza tra i programmi e i dati, ossia non era possibile modificare la base dati

senza modificare i programmi che le utilizzano.

Fig. 5.1

5.2. Regole di derivazione del modello logico: le entità

Abbiamo già detto che il modello logico relazionale viene ricavato dal modello

concettuale attraverso delle semplici regole. In questo paragrafo le analizzeremo in

dettaglio. Partiamo dall'entità Persona descritta dalla figura 5.2.

39

Fig. 5.2

Regola 1: Ogni entità diventa una tabella, ossia un archivio.

Regola 2: Gli attributi dell'entità diventano le colonne della tabella, ossia i campi

dei vari record che formano l'archivio.

PersoneCodiceFiscale Nome Cognome ComuneNascita DataNascita ProfessionePAO3827289 Paolo Rossi Roma 11/10/67 Operaio

MAR923298 Maria Verdi Firenze 04/02/78 Insegnante

ALF8343847 Alfredo Gialli Latina 08/05/59 Agente commercio

Fig. 5.3

Regola 3: Le colonne della tabella ereditano le stesse caratteristiche degli attributi

dell'entità che esse rappresentano.

Per esempio, se nell'entità Persona la data di nascita non può essere anteriore al

01/01/1900, anche nella tabella Persone il campo DataNascita deve soddisfare questo

requisito.

Regola 4: La chiave primaria dell'entità diventa la chiave primaria della tabella

corrispondente nel modello logico.

Per esempio, la chiave primaria dell'entità Persona è CodiceFiscale ed essa diventa la

chiave primaria della tabella corrispondente nel modello logico, come si può

evincere dalla figura 5.3.

Per rappresentare una tabella, oltre alla notazione tabellare della figura 5.3, possiamo

indicare il nome della tabella e, tra parentesi tonde, elencare le sue colonne. Per

esempio:

Persone(CodiceFiscale, Nome, Cognome, ComuneNascita, DataNascita, Professione)

40

Da notare che la chiave primaria è stata rappresentata col carattere della

sottolineatura, allo stesso modo in cui si faceva nel modello concettuale! Inoltre, il

nome delle tabelle è di solito posto al plurale, mentre il nome delle entità del modello

concettuale è posto al singolare.

Possiamo anche usare una notazione simile alla precedente in cui però, oltre a

specificare i nomi delle colonne, specifichiamo anche il tipo di dato della colonna:

Persone(CodiceFiscale:String(16), Cognome:Stringa(30), Nome:Stringa(30), Eta:Intero, Sposato:Booleano)

La figura 5.4 mostra un altro esempio di come trasformare una entità del modello

concettuale in una tabella del modello logico.

Fig. 5.4

Le colonne della tabella sono dette anche attributi o campi della tabella. Le righe

della tabella sono dette invece anche tuple o records. Il numero di colonne si dice

grado della tabella, mentre il numero di righe viene detto cardinalità della tabella.

5.3. Regole di derivazione del modello logico: le associazioni

Ora ci rimane da vedere come trasformare le associazioni del modello concettuale

nel modello logico. Iniziamo col considerare l'associazione uno a molti (1:N) tra due

entità, per esempio l'associazione “frequenta” tra Scuola e Studente mostrata nella

figura 5.5.

41

Fig. 5.5

Notiamo che sono state derivate le due tabelle Studente e Scuole e che nella tabella

Studente è stato aggiunto l'attributo CodScuola che rappresenta la chiave primaria

dell'altra tabella, ossia la chiave primaria della tabella Scuola. Allora, possiamo

dedurre la seguente regola:

Regola 5: Data un'associazione uno a molti tra due entità, si derivano le tabelle

corrispondenti e nella tabella “a molti” viene aggiunta una colonna che è la chiave

primaria della tabella “a uno”.

ScuoleCodScuola NomeScuola IndirizzoAA1 Istituto Aniene Via Giuseppe Galati, Roma

AA2 Istituto Armellini Largo Placido Riccardi, Roma

AA3 Liceo Astarita Viale Parioli, Roma

StudentiMatricola Cognome Nome CodScuola1 Rossi Mario AA1

2 Verdi Anna AA2

3 Marrone Gennaro AA3

4 Viola Simona AA1

5 Azzurro Stefano AA3

6 Gialli Domiziana AA2

42

Fig 5.6

Leggendo la tabella Studenti, ci accorgiamo che gli allievi Rossi e Viola frequentano

l'Istituto “Aniene”, gli allievi Verdi e Gialli frequentano l'Istituto “Armellini”, mentre

gli allievi Marrone e Azzurro frequentano il Liceo “Astarita”.

Il nuovo campo che viene aggiunto alla tabella “a molti” prende il nome di chiave

esterna. Infatti è la chiave primaria della tabella “a uno” che è in associazione con

essa. Notiamo che la chiave esterna non necessita del carattere di sottolineatura.

Ora prendiamo in esame un'associazione uno a uno, per esempio l'associazione

“dirige” tra dirigente scolastico e scuola descritta in figura 5.7

Fig. 5.7

L'associazione uno a uno è un caso particolare di associazione molti a molti. Per tale

motivo, il mapping può essere eseguito usando le stesse regole. In tal caso, in una

delle due tabelle si può aggiungere come chiave esterna la chiave primaria dell'altra

tabella. Si può avere una situazione di questo tipo:

DirigentiScolastici(MatricolaDirigente, Cognome, Nome, Indirizzo)

Scuole(CodiceScuola, Denominazione, Indirizzo, MatricolaDirigente)

in cui MatricolaDirigente è chiave esterna

oppure:

DirigentiScolastici(MatricolaDirigente, Cognome, Nome, Indirizzo,

CodiceScuola)

43

Scuole(CodiceScuola, Denominazione, Indirizzo)

in cui CodiceScuola è chiave esterna.

ScuoleCodScuola NomeScuola IndirizzoAA1 Istituto Aniene Via Giuseppe Galati, Roma

AA2 Istituto Armellini Largo Placido Riccardi, Roma

AA3 Liceo Astarita Viale Parioli, Roma

DirigentiScolasticiMatricola Cognome Nome CodScuola1 Rossi Mario AA1

2 Verdi Anna AA2

3 Marrone Gennaro AA3Fig 5.8

Esaminando la tabella DIRIGENTISCOLATICI, ci si accorge che Rossi dirige l'istituto “Aniene”, Verdi l'Istituto “Armellini” e Marrone il Liceo “Astarita”.

Regola 6: Data un'associazione uno a uno tra due entità, si derivano le tabelle

corrispondenti e in una delle due tabelle viene aggiunta una colonna che è la chiave

primaria dell'altra tabella.

Consideriamo ora l'associazione molti a molti “insegna” tra docente e classe (Fig

5.9)

Fig. 5.9

44

Docente ClasseInsegnaN N

Codice Nome

Qualifica Materia

Sigla

NumeroAlunni Aula

NumeroOre

Tale associazione esprime il fatto che un docente può insegnare in più di una classe e

in una classe possono insegnare più docenti. Per rappresentare questa associazione

nel modello relazionale si usano tre tabelle. Le prime due sono rappresentate dalle

entità coinvolte e quindi sono:

Docenti(Codice, Nome, Qualifica, Materia)

Classi(Sigla, NumeroAlunni, Aula)

Infine viene introdotta una terza tabella, che chiameremo Insegna, la quale contiene

come chiavi primarie le chiavi primarie delle due tabelle coinvolte. Inoltre tale

tabella può contenere anche gli eventuali attributi dell'associazione. Avremo quindi:

Insegna(CodiceDocente, SiglaClasse, NumeroOre)

Possiamo quindi enunciare la seguente regola:

Regola 7: Data un'associazione molti a molti tra due entità, si derivano le tabelle

corrispondenti e si aggiunge una terza tabella che contiene le chiavi delle tabelle

coinvolte nell'associazione. In tale terza tabella possono confluire anche gli

eventuali attributi dell'associazione.

Ma a cosa serve questa terza tabella? Serve semplicemente a trasformare

un'associazione molti a molti in due associazioni uno a molti. Vediamo perché.

Introducendo la tabella Insegna, è come se noi avessimo considerato le seguenti

associazioni:

Ossia l'associazione molti a molti tra Docente e Classe è stata sdoppiata in due

associazioni uno a molti: l'associazione tra Docente e Insegna e l'associazione tra

Classe e Insegna. Diamo un'occhiata alla rappresentazione tabellare di tale relazione

molti a molti (Fig. 5.10)

45

Docente Classe1:N N:1

Insegna

CodiceDocenteSiglaClasseNumero Ore

DocentiCodice Nome Qualifica Materia1 Paolo Rossi Insegnante Informatica

2 Michele Verdi ITP Informatica

3 Anna Marrone Supplente Italiano

4 Giovanna Viola Insegnante Matematica

5 Daniela Neri Insegnante Filosofia

ClassiSigla NumeroAlunni AulaIA 20 23

IB 17 10

VB 25 3

InsegnaCodiceDocente SiglaClasse NumeroOre1 IA 4

1 VB 2

2 IB 1

3 VB 4

4 IA 3

4 IB 2

5 IA 5

5 IB 4

5 VB 3Fig. 5.10

Un record di Insegna rappresenta un'associazione tra Docente e Classe. Infatti, dalla

tabella INSEGNA si evince, ad esempio, che Paolo Rossi insegna nelle classi IA e

VB, che Michele Verdi insegna solo in IB, mentre Daniela Neri insegna nelle classi

IA, IB e VB. Sempre da tale tabella si evince anche che in IA insegnano i docenti

Paolo Rossi, Giovanna Viola e Daniela Neri. In VB insegnano Paolo Rossi, Anna

Marrone e Daniela Neri.

46

Facciamo ora un altro esempio, prendendo in considerazione l'associazione molti a

molti tra film e persone, descritta nella figura 5.11. Tale associazione esprime il fatto

che una persona può partecipare a più di un film e un film può annoverare più

persone nel suo cast.

Notiamo che abbiamo scomposto l'associazione in tre tabelle. Due di queste tabelle

sono derivate direttamente dalle entità coinvolte: si tratta delle tabelle Film e

Persona, con le loro rispettive chiavi primarie. E fin qui nulla di nuovo rispetto a

quello che già sappiamo. La novità è che è stata introdotta una terza tabella (Cast) in

cui sono state messe come chiavi esterne le chiavi primarie delle due entità coinvolte

nell'associazione (Film e Persona) la cui combinazione formerà la chiave primaria di

Cast. La nuova tabella introdotta eredita dall'�associazione anche i suoi eventuali

attributi, nel nostro caso l'attributo Ruolo.

Fig. 5.11

47

5.4. Rappresentazione degli attributi composti

Si rappresenta un unico attributo, ignorando la struttura, ossia si perde visione delle

componenti:

Studente(Matr, Cogn, Nome, Indirizzo)

oppure si rappresentano tanti attributi quante sono le componenti: si perde la visione dell’attributo come insieme di componenti:Studente(Matr, Cogn, Nome, Città,Via, Nro, CAP)

5.5. Rappresentazione degli attributi multivalore

Una entità può possedere un attributo multivalore, ossia che può assumere più di un

valore. Per esempio l'entità Film potrebbe avere l'attributo Attore di tipo multivalore

in quanto in un film recitano più attori. Come facciamo allora a rappresentare un

siffatto attributo nel modello relazionale? Si rappresenta tramite un'associazione uno

a molti (1:N) nel modo seguente: si toglie l'attributo dall'entità a cui appartiene

(Film) e si crea una nuova tabella con due attributi: una chiave esterna che garantisce

la corrispondenza con la chiave primaria di Film e un attributo che corrisponde

all'attributo multiplo che si sta per trasformare (Fig 5.12 e Fig. 5.13)

Fig. 5.12

Notiamo che la chiave primaria della nuova relazione Attori è composta da tutti i

suoi attributi.

48

Fig. 5.13

Un altro esempio che si può fare è considerare l'entità Persona con un attributo

Hobby che è anch'esso multivalore. Allora possiamo creare un'altra relazione che

chiameremo Hobby, in questo modo:

Persona(CodiceFiscale, Cognome, Nome, Citta)

Hobby(CodiceFiscale, Hobby)

5.6. Rappresentazione dei vincoli di integrità

Al paragrafo 4.5 abbiamo parlato dei vincoli di integrità come delle restrizioni

imposte sulle entità e sulle associazioni tra di esse. Abbiamo parlato dei vincoli

espliciti e vincoli impliciti. Ora vediamo di mettere in evidenza gli stessi concetti

traslati nel modello relazionale.

Iniziamo dai vincoli impliciti. Per quanto riguarda il vincolo di chiave primaria,

possiamo dire che in una tabella non ci possono essere due righe (due record) che

hanno lo stesso valore della chiave primaria.

49

StudentiMatricola Nominativo Eta2345 Mario Rossi 15

7628 Pietro Verdi 16

7628 Rosaria Gialli 14Fig. 5.14

Nella figura 5.14 si può osservare che non è soddisfatto il vincolo di chiave primaria

in quanto ci sono due studenti con chiave primaria 7628. Per quanto riguarda il

vincolo di integrità referenziale, consideriamo l'associazione “Rileva” tra Vigili e

Infrazioni. Essa è tradotta nel modello logico dalle tabelle della figura 5.15.

Fig. 5.15

Il vincolo di integrità referenziale vuol dire che per ogni valore non nullo della

chiave esterna, esiste un valore corrispondente della chiave primaria nella tabella

associata. Dalla figura 5.15 si vede che tale vincolo è soddisfatto. Quindi, comunque

si sceglie un'infrazione, si riesce a risalire al vigile che l'ha rilevata. Si può anche

vedere che il vigile Gino Mori (con matricola 7543) non ha rilevato nessuna

infrazione.

50

La figura 5.16 è invece un esempio in cui il vincolo di integrità referenziale non è

soddisfatto. Infatti, al valore 2468 della chiave esterna nella tabella Infrazioni non

corrisponde alcun valore della chiave primaria nella tabella Vigili. Il che vuol dire

che, data un'infrazione, non si riesce a risalire al vigile che l'ha rilevata!

Fig. 5.16

Passiamo ora ai vincoli espliciti. Sappiamo che, nel modello concettuale, essi sono

vincoli di solito posti sugli attributi dell'entità. Nel modello logico relazionale

diventano i vincoli posti sugli attributi della tabella che rappresenta l'entità. Nulla di

più semplice. Il vincolo può coinvolgere un solo attributo o più attributi. Vediamo un

esempio per fare maggiore chiarezza. Consideriamo la tabella Dipendenti descritta

dalla figura 5.17

DipendentiMatricola StipendioLordo Trattenute DataAssunzione DataNascita1 1500 300 01/10/1999 07/02/1979

2 1700 400 10/05/2010 18/09/1981Fig. 5.17

Un vincolo su un solo attributo può essere StipendioLordo > 0 oppure Trattenute > 0

51

mentre un vincolo che coinvolge due attributi è DataAssunzione > DataNascita.

Possiamo esprimere i precedenti vincoli con la seguente notazione:

V1(DIPENDENTI): StipendioLordo > 0

V2(DIPENDENTI): Trattenute > 0

V3(DIPENDENTI): DataAssunzione > DataNascita

5.7. Da cosa deriva il termine “modello relazionale”?

Abbiamo già detto che il modello relazionale si basa sulla rappresentazione dei dati

tramite tabelle e che ogni tabella è detta anche relazione. Già, ma perché una tabella

è detta relazione? Per capirlo, consideriamo la tabella di figura 5.18:

PersoneNominativo EtaMario Rossi 18

Giuseppe Galli 45Fig. 5.18

Osserviamo che tutti i valori di una colonna possono essere rappresentati da un

insieme di valori. La colonna Nominativo è individuata da un insieme di stringhe che

rappresentano nominativi, mentre la colonna Eta è individuata da un insieme di

numeri che rappresentano delle età. Usando la notazione degli insiemi possiamo

scrivere:

Nominativi = {“Mario Rossi”, “Giuseppe Galli”}

Eta = {18, 15}

Adesso proviamo a costruire delle coppie di elementi, in modo tale che il primo

elemento appartenga al primo insieme, mentre il secondo appartenga al secondo

insieme. Allora otterremo l'insieme seguente:

{(“Mario Rossi”, 18), (“Mario Rossi”, 45), (“Giuseppe Galli”, 18), (“Giuseppe

52

Galli”, 45)}. Questo insieme lo chiamiamo prodotto cartesiano tra gli insiemi

Nominativi e Eta. In matematica, tale prodotto cartesiano si indica col simbolo x.

Quindi:

A x B = {(“Mario Rossi”, 18), (“Mario Rossi”, 45), (“Giuseppe Galli”, 18),

(“Giuseppe Galli”, 45)}

Dalla teoria degli insiemi noi sappiamo che, dato un insieme, un suo sottoinsieme si

costruisce considerando alcuni elementi di quell'insieme. In particolare, se considero

tutti gli elementi, il sottoinsieme coincide con l'insieme stesso.

Allora, noi possiamo considerare anche un sottoinsieme del prodotto cartesiano. In

matematica, un sottoinsieme del prodotto cartesiano viene detto relazione.

Indichiamo , per esempio, con R questo sottoinsieme. Usando il simbolismo

matematico, diremo che

R A x B

Come sottoinsieme, possiamo scegliere, ad esempio:

R = {(“Mario Rossi”, 18), (“Giuseppe Galli”, 45)}

Proviamo a dare uno sguardo all'insieme R (la relazione) e alla tabella 5.18. Non

sembra che siano la stessa cosa? Quindi si può affermare che una tabella è una

relazione, ossia è un sottoinsieme del prodotto cartesiano tra gli insiemi individuati

dalle colonne della tabella. Questo è il motivo per cui il modello logico basato su

tabelle si chiama modello relazionale!

Immaginiamo che ci venga posta la seguente domanda: Come mai il modello logico

basato su tabelle è detto relazionale? La risposta l'abbiamo data sopra. Molti,

erroneamente, pensano che il termine “modello relazionale” dipenda dalle relazioni

tra le entità del modello concettuale. Niente di più falso: il termine “relazione” nel

modello concettuale significa una cosa, nel modello logico un'altra. Infatti, le

relazioni tra le entità esprimono un legame logico, un'associazione tra le entità. Nel

53

modello logico relazionale, il termine relazione sta ad indicare un concetto

matematico ben preciso, ossia un sottoinsieme del prodotto cartesiano tra insiemi.

Quindi attenzione a non fare confusione!

5.8. Gli operatori relazionali

Abbiamo detto che una tabella è una relazione. Allora, a partire da una tabella, noi

possiamo fare su di essa delle operazioni in modo tale da produrre una nuova tabella.

Che è come dire che, a partire da una relazione, tramite delle operazioni, possiamo

ottenere una nuova relazione. Gli operatori che applichiamo ad una tabella (o a più

tabelle) per ottenere una tabella risultante si chiamano operatori relazionali.

5.8.1. Operazione di selezione

Supponiamo di avere la relazione Impiegati seguente (fig. 5.19):

ImpiegatiMatricola Cognome Filiale Stipendio7309 Rossi Roma 55

5998 Neri Milano 64

9553 Milano Milano 44

5698 Neri Napoli 64Fig. 5.19

L'operazione di selezione consiste nel selezionare soltanto alcune righe della tabella

che soddisfano una determinata condizione. Per esempio, potremmo aver bisogno di

estrarre solo i dipendenti che guadagnano più di 50. In tal caso otteniamo:

ImpiegatiMatricola Cognome Filiale Stipendio7309 Rossi Roma 55

5998 Neri Milano 64

5698 Neri Napoli 64

54

Si scrive SELStipendio > 50 (Impiegati)

Notiamo che la tabella ottenuta ha lo sesso grado della tabella di partenza, mentre la

cardinalità è più piccola. In una selezione possiamo avere come risultato una tabella

con la stessa cardinalità di quella di partenza ma, solitamente, essa è minore.

Facciamo altri esempi:

• Impiegati che guadagnano più di 50 e lavorano a Milano

ImpiegatiMatricola Cognome Filiale Stipendio5998 Neri Milano 64

SELStipendio >50 AND Filiale=”Milano” (Impiegati)

• Impiegati che hanno lo stesso cognome della filiale presso cui lavorano

ImpiegatiMatricola Cognome Filiale Stipendio9553 Milano Milano 44

SELCognome = Filiale (Impiegati)

5.8.2. Operazione di proiezione

Consiste nel produrre una tabella che è ridotta nel numero di colonne rispetto alla

tabella di partenza. Vuol dire che si selezionano soltanto alcuni attributi della tabella.

Di conseguenza, si ottiene come risultato una tabella che ha un grado inferiore

rispetto a quella di partenza ma ha la stessa cardinalità. Vediamo degli esempi.

Supponiamo di voler recuperare la matricola e il cognome di tutti gli impiegati.

Otteniamo la tabella seguente:

55

ImpiegatiMatricola Cognome7309 Rossi

5998 Neri

9553 Milano

5698 Neri

Per indicare la proiezione scriveremo:

PROJ Matricola, Cognome (Impiegati)

Consideriamo ora la seguente tabella:

ImpiegatiCognome FilialeRossi Roma

Neri Milano

Milano Milano

Neri Napoli

E' evidente che essa rappresenta la proiezione della tabella Impiegati sulle colonne

Cognome e Filiale. In simboli:

PROJ Cognome, Filiale (Impiegati)

La tabella ottenuta da un'operazione di proiezione potrebbe contenere due o più

righe uguali. In tal caso, bisogna richiedere che ne venga conservata una sola perché

non è possibile avere righe uguali tra loro.

5.8.3. Selezione e proiezione

E' possibile combinare tra loro gli operatori di selezione e di proiezione e questo ci

consente di estrapolare delle informazioni interessanti da una relazione. Per esempio,

vogliamo conoscere la matricola e il cognome degli impiegati che guadagnano più di

50.

56

In simboli : PROJ Matricola, Cognome (SEL Stipendio > 50 (Impiegati))

Abbiamo dapprima selezionato tutte le righe per cui lo Stipendio > 50 e poi abbiamo

fatto la proiezione sulle colonne matricole e cognome. Otteniamo la seguente tabella:

ImpiegatiMatricola Cognome7309 Rossi

5998 Neri

5698 Neri

5.8.4. Operazione di unione, intersezione e differenza

Sono operazioni tipiche degli insiemi e si possono applicare a due tabelle che hanno

una struttura omogenea, ossia lo stesso numero di colonne, dello stesso tipo e nello

stesso ordine. Consideriamo le tabelle Laureati e Quadri della figura 5.20:

Fig. 5.20

57

Notiamo anzitutto la struttura omogenea. La terza tabella rappresenta l'unione tra le

tabelle Laureati e Quadri. Essa è ottenuta unendo le righe di entrambe le tabelle con

la condizione che le righe che si ripetono hanno un'unica occorrenza. Per esempio, il

laureato con matricola 9824 viene rappresentato una sola volta nella tabella

risultante. In conclusione, l'unione tra due tabelle omogenee è una tabella che ha le

righe della prima e della seconda tabella con la condizione di rappresentare una sola

volta le righe che si ripetono.

La figura 5.21 rappresenta l'operazione di intersezione tra Laureati e Quadri:

Fig. 5.21

L'intersezione consiste nel considerare tutte quelle righe che appartengono ad

entrambe le tabelle. Quindi, l'intersezione tra due tabelle è una tabella le cui righe

sono quelle comuni alle due tabelle.

La figura 5.22 mostra l'operazione di differenza tra le tabelle Laureati e Quadri. La

differenza tra due tabelle consiste in una tabelle fatta da tutte quelle righe della prima

tabella che non sono contenute nella seconda tabella. Nel nostro esempio,

rappresenta tutti quei laureati che non svolgono la funzione di quadro.

58

Fig. 5.22

5.8.5. Operazione di join (giunzione)

Ci siamo resi conto che le operazioni di selezione e di proiezione consentono di

estrapolare informazioni relative ad una sola tabella. Se vogliamo estrarre

informazioni tra più tabelle tra loro correlate, abbiamo bisogno di un nuovo

operatore che è detto operatore di join. Consideriamo allora le tabelle a una

associazione uno a molti. Possiamo scrivere:

Persone(CodiceFiscale, Cognome, Nome)

Automobili(Targa, Marca, Modello, CodFisc)

Immaginiamo di avere la situazione mostrata in figura 5.23.

59

PersoneCodiceFiscale Cognome Nome1 Rossi Mario

2 Verdi Giacomo

3 Marrone Anna

AutomobiliTarga Marca Modello CodFiscRM1234 Fiat Panda 1300 1

RM1876 Fiat Punto 1900 1

VT1234 Opel Astra 1700 CDTI 2

RI5454 Opel Zafira 1700 TDI 2

BA4348 Citroen C3 3Fig. 5.23

Immaginiamo di voler estrapolare le informazioni sulle automobili e sui proprietari.

In tal caso, mediante l'operatore di natural join, siamo in grado di mettere assieme le

righe della prima tabella con le righe della seconda con la condizione che queste

righe abbiano lo stesso valore per l'attributo comune, ossia il codice fiscale.

Otteniamo:

CodiceFiscale Cognome Nome Targa Marca Modello1 Rossi Mario RM1234 Fiat Panda 1300

1 Rossi Mario RM1876 Fiat Punto 1900

2 Verdi Giacomo VT1234 Opel Astra 1700 CDTI

2 Verdi Giacomo RI5454 Opel Zafira 1700 TDI

3 Marrone Anna BA4348 Citroen C3

Quindi, a partire da due tabelle, il risultato del natural join è quello di produrre una

nuova tabella così formata:

60

• Le colonne sono date dalle colonne della proma tabella e da quelle della

seconda, senza duplicazioni.

• Le righe della prima sono concatenate a quelle della seconda, secondo i valori

uguali dell'attributo comune.

Il natural join viene detto anche inner join o equi-join.

Ora consideriamo la seguente tabella Automobili di figura 5.24 :

AutomobiliTarga Marca Modello CodFiscRM1234 Fiat Panda 1300 1

RM1876 Fiat Punto 1900 1

VT1234 Opel Astra 1700 CDTI 2

RI5454 Opel Zafira 1700 TDI 2

BA4348 Citroen C3Fig. 5.24

Possiamo notare che in essa l'ultimo record non fa riferimento ad alcun proprietario perché il valore del codice fiscale è assente.

Se proviamo a fare il natural join otteniamo:

CodiceFiscale Cognome Nome Targa Marca Modello1 Rossi Mario RM1234 Fiat Panda 1300

1 Rossi Mario RM1876 Fiat Punto 1900

2 Verdi Giacomo VT1234 Opel Astra 1700 CDTI

2 Verdi Giacomo RI5454 Opel Zafira 1700 TDI

La riga relativa alla Citroen C3 con targa BA4348 è stata ignorata in quanto essa non

fa riferimento ad alcuna persona. Così come non compaiono le informazioni di Anna

Marrone.

Siccome il natural join esclude tutti quei record per cui non c'è corrispondenza con

l'attributo comune, sono stati creati gli operatori di outer join che sopperiscono a tale

61

problema. Essi danno la possibilità di visualizzare anche le righe per cui non c'è

corrispondenza di valore con l'attributo comune. Riconsideriamo la tabella di figura

5.24. Se vogliamo ottenere tutte le informazioni sulle automobili dobbiamo fare un

right outer join tra Persone e Automobili. Otteniamo:

CodiceFiscale Cognome Nome Targa Marca Modello1 Rossi Mario RM1234 Fiat Panda 1300

1 Rossi Mario RM1876 Fiat Punto 1900

2 Verdi Giacomo VT1234 Opel Astra 1700 CDTI

2 Verdi Giacomo RI5454 Opel Zafira 1700 TDI

BA4348 Citroen C3

Notiamo che sono comparse le informazioni sulla Citroen C3.

Dunque, il right outer join include nel risultato tutti i record della tabella specificata

più a destra che l'inner join escluderebbe per mancanza di corrispondenze con la

tabella di sinistra.

In maniera, il left outer join include nel risultato tutti i record della tabella

specificata più a sinistra che l'inner join escluderebbe per mancanza di

corrispondenze con la tabella di destra.

Applicando il left outer join alla tabelle Persone e Automobili otteniamo:

CodiceFiscale Cognome Nome Targa Marca Modello1 Rossi Mario RM1234 Fiat Panda 1300

1 Rossi Mario RM1876 Fiat Punto 1900

2 Verdi Giacomo VT1234 Opel Astra 1700 CDTI

2 Verdi Giacomo RI5454 Opel Zafira 1700 TDI

3 Marrone Anna

Notiamo che è comparso il record con CodiceFiscale=3.

62

5.9. La normalizzazione

Quando trasformiamo il modello concettuale in modello relazionale, occorre stare

attenti al fatto che le relazioni (tabelle) soddisfino determinate condizioni, altrimenti

si possono avere problemi nelle operazioni di manipolazione delle tabelle. Con il

termine di normalizzazione si intende quel processo formale che porta a trasformare

le tabelle di modo che a ogni tabella corrisponda un singolo oggetto della realtà,

siano evitate situazioni di inconsistenza dei dati e anomalie nelle operazioni di

manipolazione dei dati.

Per esempio, consideriamo la tabella della figura 5.25 che mostra le informazioni sui

clienti e sui prodotti da essi acquistati.

CodCliente Citta CodArticolo Descrizione NumPezziRossi Roma Art1 Matita colorata 10

Rossi Roma Art2 Penna biro 20

Rossi Roma Art7 Penna stilografica 54

Neri Lecce Art5 Gomma 62

Verdi Milano Art1 Matita colorata 1

Verdi Milano Art2 Penna biro 25Fig. 5.25

Si possono osservare le seguenti anomalie:

• Anomalia in inserimento: per inserire un nuovo cliente è necessario inserire

contestualmente un nuovo articolo ordinato. Allo stesso modo, non è possibile

inserire un nuovo articolo senza specificare un acquirente (ciò perché la chiave

primaria della tabella è CodCliente, CodArticolo e non può essere mai nulla)

• Anomalia in cancellazione: se si cancella una tupla relativa ad un acquisto si

rischia di cancellare anche i dati relativi al cliente. Ad esempio, cancellando la

tupla (Rossi, Art1), non si cancellano i dati del cliente che continuano a

rimanere grazie alle tuple (Rossi, Art2) e (Rossi, Art7). Se, invece, si cancella

la tupla (Neri, Art5) perdiamo anche i dati del cliente.

63

• Anomalia in aggiornamento: se occorre variare l'indirizzo di un cliente,

occorrerà farlo in tutte le tuple in cui esso compare.

Il processo di normalizzazione è detto così perché lo stato delle tabelle si trova in un

certa forma, detta forma normale. Esistono diversi tipi di forme normali: prima forma

normale (1FN), seconda forma normale (2FN), terza forma normale (3FN), forma

normale di Boyce_Codd (BCNF), quarta forma normale (4FN) e quinta forma

normale (5FN). Prenderemo in considerazione le prime tre forme normali, lasciando

la trattazione delle altre forme ad eventuali studi universitari.

5.9.1. La prima forma normale (1FN)

Una tabella è in prima forma normale (1FN) quando possiede la chiave primaria e

ogni campo ha un valore semplice, ossia non deve essere composto né multiplo. Per

tale ragione, la prima forma normale è detta anche forma atomica. Vediamo alcuni

esempi. In figura 5.26 abbiamo una relazione Persone in cui il campo Indirizzo è di

tipo composto. Quindi per normalizzare la relazione, se ne costruisce una nuova (fig.

5.27) in cui il campo Indirizzo viene scomposto in campi più semplici: Indirizzo,

Numero, Città.

CodPersona Cognome Nome Indirizzo1 Neri Antonio Via Unità d'Italia 34,

Lecce

2 Verde Marco Via Piave 6/B, Ancona

3 Bianco Piero Piazza Dante 9, MilanoFig. 5.26

CodPersona Cognome Nome Indirizzo Numero Città1 Neri Antonio Via Unità

d'Italia34 Lecce

2 Verde Marco Via Piave, 6/B Ancona

3 Bianco Piero Piazza Dante 9 MilanoFig. 5.27

64

Un altro caso di attributo non semplice è dato dall'attributo multiplo, ossia

quell'attributo che può assumere un insieme di valori. Per esempio, per una persona

l'attributo NumeriDiTelefono può essere multiplo perché una persona può avere più

recapiti telefonici. (fig 5.28). Per realizzare una relazione in 1FN, si costruiscono due

relazioni, una simile a quella d'origine, ma senza l'attributo multiplo, e un'altra

contenente la chiave primaria della prima relazione e un attributo semplice che

contiene ogni singolo valore per i numeri di telefono.(fig 5.29)

CodPersona Cognome Nome NumeroDiTelefono1 Neri Antonio 02/324328525 02/89346874 348/4324324

2 Bianco Marco 06/90596590 335/94054946

3 Testo Piero 06/90596889 380/39676654Fig. 5.28

CodPersona Cognome Nome1 Neri Antonio

2 Bianco Marco

3 Testo Piero

CodPersona NumeroDiTelefono1 02/324328525

1 02/89346874

1 348/4324324

2 06/90596590

2 335/94054946

3 06/90596889

3 380/39676654

Fig 5.29

5.9.2. La seconda forma normale (2FN)

La seconda forma normale riguarda il caso di relazioni con chiavi composte, ossia

formate da più attributi. Una relazione è in seconda forma normale (2FN) quando è

in prima forma normale e tutti i suoi attributi non chiave dipendono dall'intera

chiave, ossia non esistono attributi che dipendono soltanto da una parte della chiave.

65

Quindi, si può affermare che la 2FN serve a eliminare la dipendenza parziale degli

attributi dalla chiave primaria. Consideriamo, ad esempio il problema dell'inventario

delle merci che si trovano in alcuni magazzini dislocati in località diverse. Le

informazioni essenziali possono essere rappresentate con la seguente relazione:

Merci (Codice, Magazzino, Quantità, LocalitàMagazzino)

La chiave primaria è composta, formata dagli attributi Codice e Magazzino in quanto

il solo codice non identifica la merce che si può trovare in diversi magazzini.

Osserviamo che l'attributo LocalitàMagazzino dipende solo da una parte della

chiave, ossia dalla parte Magazzino, mentre Quantità dipende dall'intera chiave

primaria. In termini simbolici, possiamo scrivere:

Codice, Magazzino → Quantità (si dice che Quantità dipende funzionalmente da

Codice e da Magazzino)

Magazzino → LocalitàMagazzino (si dice che LocalitàMagazzino dipende

funzionalmente da Magazzino)

Quindi la relazione non è in seconda forma normale. La soluzione consiste nel

costruire una nuova relazione, togliendo dalla relazione di partenza l'attributo che

dipende solo parzialmente dalla chiave primaria. Si ottiene quindi:

Merci (Codice, Magazzino, Quantità)

Depositi (Magazzino, LocalitàMagazzino)

Facciamo un altro esempio: supponiamo di avere una tabella Ordini fatta in questo

modo:

Ordini (CodOrdine, CodProdotto, CodCliente, DataOrdine, Quantità, PrezzoUnit,

Descrizione)

In forma tabellare:

66

CodOrdine CodProdotto CodCliente DataOrdine Quantità PrezzoUnit Descrizione1 A023 C1 15/12/2004 25 50,25 Cintura

1 A789 C1 15/12/2004 120 25,8 PortachiaviA

1 A976 C1 15/12/2004 100 22,14 PortachiaviB

2 G324 C24 15/12/2004 45 30,25 Portapatente

3 A023 C56 29/12/2004 120 50,25 Cintura

Ora andiamo a studiare le dipendenze funzionali.

Osserviamo che CodCliente e DataOrdine dipendono funzionalmente solo da

CodOrdine, quindi:

CodOrdine → CodCliente, DataOrdine

Poi PrezzoUnit e Descrizione dipendono solo dal prodotto (CodProdotto) e non

dall'ordine, quindi:

CodProdotto → PrezzoUnit, Descrizione

Poi Quantità è l'unico attributo che dipende sia dall'ordine che dal prodotto, quindi:

CodOrdine, CodProdotto → Quantità

Ciascuna di queste dipendenze funzionali deve essere tradotta in una corrispondente

tabella:

Ordini (CodOrdine, DataOrdine, CodCliente)

Prodotti (CodProdotto, PrezzoUnit, Descrizione)

ProdottiOrdinati (CodOrdine, CodProdotto, Quantita)

5.9.3. La terza forma normale (3FN)

Una relazione è in terza forma normale (3FN) quando è in seconda forma normale e

tutti gli attributi non-chiave dipendono direttamente dalla chiave, ossia non esistono

attributi non chiave che dipendono da altri attributi non-chiave. Per esempio,

67

supponiamo di voler applicare degli sconti in base alla quantità ordinata di un crto

prodotto. Potremmo pensare allora di modificare la tabella ProdottiOrdinati del

precedente paragrafo nel modo seguente:

ProdottiOrdinati (CodOrdine, CodProdotto, Quantita, PercSconto)

Esempio:

CodOrdine CodProdotto Quantità PercSconto1 A023 25 1,2

1 A789 120 2

1 A976 100 1,8

2 G324 45 0,5

3 A023 120 2

Possiamo osservare che ci sono delle anomalie:

• Anomalia in inserimento: Non è possibile inserire la percentuale di sconto

relativa ad una quantità se non si inserisce l'ordine (questo perché la chiave

primaria della relazione è CodOrdine, CodProdotto e non può mai essere

nulla).

• Anomalia in cancellazione: se, per esempio, si cancella la prima tupla, si

perde l'informazione che per 25 pezzi si ha uno sconto del 1,2%

• Anomalia in aggiornamento: se varia la percentuale di sconto per una certa

quantità occorre aggiornare tutte le tuple interessate.

La percentuale di sconto non dipende dall'articolo ordinato ma solo dalla quantità

ordinata. In simboli:

Quantità → PercSconto

Siamo quindi di fronte al caso in cui un attributo non-chiave (PercSconto) dipende

da un altro attributo non-chiave (Quantità). Lo schema deve pertanto essere

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trasformato nel modo seguente:

ProdottiOrdinati (CodOrdine, CodProdotto, Quantita)

Sconti (Quantità, PercSconto)

In conclusione, per normalizzare si procede nel seguente modo:

• Nello schema originario rimane la chiave primaria e tutti gli attributi non

chiave che dipendono direttamente da essa.

• Si crea un nuovo schema di relazione per ogni attributo da cui dipendono altri

attributi non chiave

69