Fondamenti di Informatica I CDL in Ingegneria Elettronica - A.A. 2006-2007 CDL in Ingegneria Elettronica - A.A. 2006-2007 14. Archivi e basi di dati Ing

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14. Archivi e basi di dati14. Archivi e basi di dati

Ing. Simona Colucci

Sistemi Sistemi InformativiInformativiDEE - Politecnico di BariDEE - Politecnico di Bari


• Memoria di tipo persistente– Un dato è persistente se è mantenuto integralmente quando il

calcolatore viene spento oppure si verifica un errore

• Obiettivi nell’uso della memoria di massa:– Memorizzare in modo compatto grandi quantità di dati– Accesso efficiente e selettivo ai dati

• Possiamo classificare i dispositivi di memoria di massa in:– Dispositivi ad accesso sequenziale (nastri)– Dispositivi ad accesso diretto (dischi)

• Basati su tecnologia magnetica: l’informazione è memorizzata come stato di magnetizzazione(positivo o negativo) delle particelle ferrose presenti sulla pellicola magnetica, indotto da un campo elettrico

• La tecnologia ottica è sempre più diffusa (per i dischi): lo spazio necessario per lo stato magnetico viene ulteriormente ridotto grazie al laser, che porta maggiore precisione e quindi maggiore capacità

Memorie di massaMemorie di massa



Nastri (1)Nastri (1)

• Accesso sequenziale • Sul nastro magnetico sono

incise delle piste orizzontali, parallele fra loro

• I dati vengono registrati serialmente su ogni traccia

• Il nastro scorre al di sopra della testina di lettura/scrittura che genera campi magnetici per scrivere e ne rimuove per leggere

• Ai dati sono aggiunti alcuni bit di controllo per consentire il rilevamento di errori (es. bit di parità)

Bit 12345678

Bit di parità



Nastri (2)Nastri (2)

• I dati sono organizzati sul nastro in zone contigue, dette record

• Sono previste zone prive di dati tra i record (inter-record gap) e all’inizio(che consente l’accelerazione necessaria per portare i dati sulla testina ad una certa velocità)

• Parametri principali:– Densità di memorizzazione: è misurata in bit per inch (bpi) – Capacità di memorizzazione = densità lunghezza (in pollici)– Velocità di movimento del nastro

• Alcuni nastri hanno le tracce poste diagonalmente e sono letti da testine rotanti (scansione elicoidale)

• I nastri sono attualmente impiegati solo per il backup ( e l’eventuale restore)



Dischi (1)Dischi (1)

• Accesso diretto • Disk-pack: un certo numero di

piatti coperti da uno strato magnetico

• Ciascun piatto ha una serie di cerchi concentrici (tracce) su entrambi i lati

• Le tracce sono suddivise in spicchi di ugual grandezza (settori)

• Le testine di lettura/scrittura si spostano (tutte insieme) radialmente tra le varie tracce




• L’inizio e la fine dei settori sono marcati con sequenze particolari di bit (formattazione)

• Blocco di ingresso/uscita: gruppo di dati che vengono letti o scritti con un’unica operazione di ingresso/uscita

• Ciascun blocco è individuato dalla terna:(num. superficie, num. traccia, num. settore)

• Una zona di memoria (il buffer) contiene i dati prima che vengano scritti su disco o dopo essere stati letti da disco




• Accesso ai dati:– Spostamento della testina verso la traccia richiesta (tempo

di seek)– Attesa del passaggio del settore richiesto (tempo di

latenza)• Mediamente, pari a metà del tempo di rotazione

– Trasferimento dei dati da/verso il buffer (tempo di trasferimento)

Quindi: ti/u = tseek + tlat + ttrasf

• Cilindro: l’insieme delle tracce, appartenenti a tutte le superfici, poste alla stessa distanza dal centro: i dati di uno stesso file vengono messi sullo stesso cilindro per evitare il seek



Altre memoria di massaAltre memoria di massa

• Floppy disk: magnetico• Dischi ottici

– CD-ROM– CD-R/RW– DVD

• Chiavi USB: memorie a stato solido Flash EPROM



Organizzazione degli archiviOrganizzazione degli archivi

• Le informazioni vengono organizzate in memoria in record logici

• Blocchi di ingresso/uscita e record logici:– In un medesimo blocco di ingresso/uscita può trovare posto

un certo numero di record logici– Esistono record logici così grandi da occupare più blocchi di

ingresso/uscita• L’accesso ad un record logico comporta il trasferimento di

uno o più blocchi di ingresso/uscita• Coefficiente di riempimento di un file:

numero di byte allocati a record logici nel file

numero di byte dei blocchi fisici allocati al file



Basi di datiBasi di dati

• Base di dati (o database): insieme i dati, raccolti in base a precise regole, e organizzati in strutture piuttosto rigide

• DBMS: sistema software che organizza e gestisce basi di dati– Opera al di sopra del sistema operativo– Offre linguaggi specifici per l’organizzazione e la

gestione dei dati– Offre meccanismi efficienti per l’accesso ai dati



Basi di dati e archivi separati (1)Basi di dati e archivi separati (1)

Dati gestiti basandosi sui file• Più applicazioni accedono ai file• Problemi:

– Inconsistenza e ridondanza dei dati– Riservatezza dei dati– Integrità dei dati– Concorrenza

Progr. 1 Progr. 2 Progr. 3

File

File modificati



Basi di dati e archivi separati (2)Basi di dati e archivi separati (2)

Dati gestiti da un DBMS• Vantaggi:

– I dati hanno una sola rappresentazione– L’accesso alla base di dati viene disciplinato dal DBMS– Alcuni vincoli di integrità possono essere definiti e verificati in modo

automatico

Progr. 1 Progr. 2 Progr. 3

DBMS

Base di dati



Modelli per la gestione dei datiModelli per la gestione dei dati

• Modello dei dati:collezione di costruttori di tipo utilizzabili da un DBMS– Gerarchico: basato su strutture ad albero– Reticolare: basato su strutture a grafo– Relazionale: basato sul concetto di insieme e sulla

strutturazione dei dati tramite tabelle– Ad oggetti: estende alle basi di dati alcune caratteristiche

dei linguaggi di programmazione orientati agli oggetti

• Schema di una base di dati: descrizione dei dati di uno specifico contesto applicativo– Definita tramite un attività detta database design – Istanza (od occorrenza) di una base di dati: valore assunto

dalla base di dati in un particolare istante di tempo



Categorie di linguaggiCategorie di linguaggi

• Linguaggi forniti da un DBMS– Data Definition Language (DDL):

• Utilizzato per definire lo schema della base di dati• Lo schema viene salvato nel dizionario dei dati

– Data Manipulation Language (DML):• Per formulare interrogazioni (o query) sulla base di dati• Per modificare il contenuto della base di dati

• Nel seguito vedremo il linguaggio SQL (che supporta entrambi questi aspetti)



Livelli di astrazioneLivelli di astrazione

• Livelli di astrazione:– Fisico: descrive la base

di dati come un insieme di record in memoria di massa

– Logico: descrive la struttura di ciascun dato e i collegamenti tra dati diversi

– Esterno: presenta i dati così come vengono visti da un particolare utente o da una classe di utenti

• Livelli di indipendenza:– Fisica: ridefinire il livello

fisico senza modificare il livello logico

– Logica: definire nuovi schemi esterni senza modificare la struttura logica

Descrizione esterna 1

Descrizione esterna 2

Descrizione esterna n

Descrizione logica

Descrizione interna

Utente 1 Utente 2 Utente 3 Utente 4 Utente n

Archivi



TransazioniTransazioni

• Transazioni: robuste esecuzioni di programma che non lasciano mai la base di dati in uno stato inconsistente

• Proprietà “acide” delle transazioni:– Atomicità: vi sono solo due possibili terminazioni

• Successo: tutte le attività della transazione sono andate a buon fine, la base di dati è aggiornata (commit)

• Fallimento: qualche attività della transazione non va a buon fine, la transazione fallisce tutta, la base di dati non viene modificata (rollback)

– Consistenza: i vincoli di integrità dei dati non sono mai violati – Isolamento: transazioni concorrenti sono isolate le une dalle altre– Durabilità: una volta completata con successo, l’effetto della

transazione sulla base di dati è permanente



Utenti di una base di datiUtenti di una base di dati

• Data Base Administrator (DBA):– Definizione degli schemi esterni, logico e fisico– Definizione dei vincoli di integrità e dei requisiti di riservatezza– Per questi compiti, il DBA utilizza il DDL

• Terminalista:– Interagisce con un’applicazione che a sua volta si interfaccerà

con la base di dati• Programmatore:

– Scrive le applicazioni e le rende disponibili agli utenti– Utilizza il DML per interfacciare applicazione e base di dati

• Utente occasionale:– Formula query non previste dalle applicazioni, usando il DML



Base di dati relazionaleBase di dati relazionale

• Relazione, una tabella caratterizzata da:– Un numero fisso di colonne (dette attributi); ciascuna colonna

assume valori estratti da uno stesso dominio– Un numero variabile di righe (dette tuple)– Grado di una relazione: il numero di colonne– Cardinalità di una relazione: il numero di righe– Schema di una relazione: il nome della relazione seguito dai nomi

dei suoi attributi; a ciascun attributo è associato un dominio– Istanza di una relazione: insieme delle tuple presenti nella base

di dati in un determinato istante (quindi, varia nel tempo)

• Base di dati relazionale, un insieme di relazioni:– Schema di una base di dati: l’elenco delle relazioni– Istanza di una base di dati: insieme delle istanze delle relazioni



Esempio: schema base di datiEsempio: schema base di dati

Relation CONTO-CORRENTE

(NUMERO-CC: integer,

NOME: char (20),

INDIRIZZO: char (20),

SALDO: decimal (14, 2)).

Relation MOVIMENTO

(NUMERO-CC: integer,

DATA-MOV: date,

NUMERO-MOV: integer,

IMPORTO: decimal (14, 2),

CAUSALE: char (1)).



Esempio: istanza base di datiEsempio: istanza base di dati

NUMERO-CC NOME INDIRIZZO SALDO

1 Rossi v. Anemoni 5 3,678.00

2 Bianchi v. Bolla 64 664.00

3 Brunelli v. Po 41 6,777.50

4 Grandi v. Romolo 3 3,400.00

NUMERO-CC DATA-MOV NUMERO-MOV IMPORTO CAUSALE

1 14-01-03 1 +200.00 V

1 14-01-03 2 -500.00 P

1 27-01-03 1 +2,700.00 S

4 27-01-03 1 +1,850.40 S

3 25-01-03 1 -650.00 A

CONTO-CORRENTE

MOVIMENTO



Restrizione e chiaveRestrizione e chiave

• Restrizione: di una tupla t sugli attributi A di R, indicata con t[A], è data dalla lista dei valori assunti da t sugli attributi A di R

• Chiave di una relazione R: un sottoinsieme K degli attributi di R, tale che valgano:– Unicità: in una qualunque istanza di R, non possono esistere due

tuple distinte di R la cui restrizione su K sia uguale– Minimalità: non è possibile sottrarre a K un attributo senza che la

condizione di unicità cessi di valere

• Ogni relazione deve avere almeno una chiave– Se la relazione ha più chiavi, una di esse sarà la chiave primaria

CONTO-CORRENTE (NUMERO-CC; NOME, INDIRIZZO, SALDO)

MOVIMENTO (NUMERO-CC, DATA-MOV, NUMERO-MOV, IMPORTO, CAUSALE)



Il linguaggio SQLIl linguaggio SQL

• E’ presente in tutti i DBMS relazionali• Standard ANSI e ISO• Mette a disposizione sia un DDL, sia un DML• DDL: permette di creare lo schema della base di darti

– CREATE TABLE: crea una relazione a livello logico– CREATE INDEX: crea indici per una certa relazione; gli indici

permettono di accedere ai dati con maggiore efficienza– DROP TABLE: cancella una relazione– DROP INDEX: cancella un indice

• DML: permette di scrivere le query– Basato sull’algebra relazionale– Operatori: selezione, proiezione, join, unione e differenza



Il linguaggio SQL: Il linguaggio SQL: selectselect

• L’istruzione che permette di formulare le query• Sintassi:

SELECT nomi di attributi

FROM nomi di relazioniWHERE condizioni di ricerca sui dati

• Le tre clausole individuano rispettivamente:– gli attributi da includere nel risultato;– le relazioni da cui estrarre i dati;– la condizione di ricerca. Questa condizione può essere assai

complessa e coinvolgere nel suo interno altri blocchi SQL



Le applicazioniLe applicazioni

• SQL non è adatto agli utenti finali delle basi di dati• Si realizzano applicazioni che permettono un’interazione

semplice e schematica• L’informazione scambiata con l’utente durante l’esecuzione di

un’applicazione è mostrata in una maschera (o form)• Esistono strumenti software per la gestione delle maschere che

permettono al programmatore di:– Definire le maschere– Associare ogni maschera l’operazione da eseguire sulla base di dati

• L’utente finale interagisce con le maschere e non vede né l’SQL, né lo schema della base di dati



Maschere: definizioneMaschere: definizione



Maschere: usoMaschere: uso



Rapporti (o Rapporti (o reportreport))

• Ulteriore modo per estrarre informazioni dalla base di dati• Caratteristiche tipiche:

– Destinati alla stampa o ad essere visualizzati in pagine Web– Contengono grandi quantità di dati– Generati periodicamente, senza interazioni con l’utente

• Esistono strumenti software per la definizione dei rapporti (generatori di report)



Altri linguaggiAltri linguaggi

• Linguaggi di quarta generazione• Consentono di realizzare applicazioni specificandole a un alto

livello• Il progettista usa tali linguaggi interagendo con loro tramite

interfacce a menu e maschere

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