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Base de Dados
03 – Modelos de Base de Dados
Vitor Vaz da Silva
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Base de Dados - Índice
• Dados
• Sistema de Ficheiros
• Sistema de Base de Dados
• Modelos
BD – ISEL - Vitor Silva 2
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Dados
Constante
Valor fixo que não muda durante o processamento.
PI = 3.1416
Constante universal ou do programa
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 3
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Dados
Variável
Espaço em memória reservado para conter um valor que pode ser alterado durante o processamento a = a + 1 perímetro = 2 * PI * raio
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 4
a <- a +1
perímetro <- 2 * PI() * raio
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Dados Estrutura
Conjunto de variáveis que têm um
contexto comum
Struct – um elemento com diversas variáveis de tipos diferentes
Array – todos os elementos são do mesmo tipo
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 5
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Dados Estrutura - Struct
typedef struct Elemento{
int id;
char [12] utilizador;
Elemento [5] amigo;
}
Elemento e;
e.id=3;
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 6
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Dados Estrutura - Array
int [] numero;
float [][] medida;
Elemento [] individuo;
numero[3]=2;
medida[1][5]=0.23F;
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 7
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Dados Objecto
Estrutura ( dados )
Código ( métodos )
Elemento el = novoElemento();
el.putNumero(3);
int id = el.getNumero();
el.codigo=“154637”;
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 8
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Dados Ficheiro
Necessário definir o Formato do conteúdo para saber como escrever e ler – contexto Binário Texto Simples (UTF8, ASCII, …) Estruturado (ex: html, XML) Objectos
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 9
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Dados
• Constante
• Variável
• Estrutura
• Objecto
• Ficheiro
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 10
Sei onde estão os dados na
memória e para os aceder
é necessário métodos
para ler e ou escrever
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Dados
• Base de Dados
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 11
Sei onde estão os dados
para os aceder
digo o que quero
e o que fazer
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Dados
List <Elemento> lista = lerLista();
for (Elemento e : lista) e.escreve.amigo();
List <Elemento> amigo = bDados.ler.amigo();
for (Elemento e : amigo ) e.escreve.amigo();
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 12
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Dados lerLista();
por exemplo ler de um ficheiro
a escolha tem de ser feita pelo programador
bDados.ler.amigo();
resultado de uma pesquisa
o programador diz o que quer
SELECT nome, tlm FROM Amigo WHERE vive LIKE Lisboa;
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 13
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Dados
• Constante
• Variável
• Estrutura
• Objecto
• Ficheiro
• Base de Dados
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 14
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Base de Dados
IMPORTANTE – os 3 Ás
• Acrescentar
• Alterar
• Apagar
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 15
Tem de manter integridade
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Requisitos da Informação
Actualidade: O valor da informação
depende da sua actualidade, pois só com
base em informações actuais se podem
tomar decisões acertadas. Os sistemas
devem pois fornecer informação actual e
conter mecanismos de actualização
eficiente da informação.
BD - Acetatos – Pita 2009
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Requisitos da Informação
Correcção: Não chega a informação ser
actual, é necessário que esta seja
correcta.
Só com informação rigorosa se podem
tomar decisões correctas!
BD - Acetatos – Pita 2009
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Requisitos da Informação
Relevância: A informação deve ser
filtrada de modo a apresentar apenas
aquela que é relevante. Grandes
quantidades de informação tornam mais
lentas as tomadas de decisão.
BD - Acetatos – Pita 2009
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Requisitos da Informação
Disponibilidade: Se a informação não
está disponível quando é necessária,
torna-se inútil. Cada vez mais as tomadas
de decisão são quase instantâneas.
BD - Acetatos – Pita 2009
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Requisitos da Informação
Legibilidade: A informação deve ser
apresentada num formato que seja
legível e facilmente interpretada pelo
utilizador.
BD - Acetatos – Pita 2009
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Como guardar dados?
• Sistema de Ficheiros
• Base de Dados
BD – ISEL - Vitor Silva 21
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Sistema de Ficheiros
Prog A Prog B Prog C
Departamento de
Processamento de
Encomendas
Sistema de
Gestão
de Encom.
Fic
heir
o d
e
Clie
nte
s
Fic
heir
o d
e
Pro
du
tos
His
tóri
co
de
En
co
men
da
s
Prog A Prog B
Departamento de
Contabilidade
Sistema de
Facturação
Fic
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o d
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Clie
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s
Fic
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o d
e
Pro
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Fic
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o d
e
Fa
ctu
ração
Prog A Prog B
Departamento de
Tesouraria
Sistema de
Facturação
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ração
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BD - Acetatos – Pita 2009
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Problemas do Modelo baseado em ficheiros
• Forte dependência entre dados e programas
• Um programa precisa de ter a estrutura dos dados para os poder manipular;
BD - Acetatos – Pita 2009
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Problemas do Modelo baseado em ficheiros
• Duplicação de dados
• Neste modelo cada aplicação possui os seus próprios ficheiros. A partilha é difícil.
BD - Acetatos – Pita 2009
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Problemas do Modelo baseado em ficheiros
• A manutenção do sistema é complicada e exige muito esforço;
BD - Acetatos – Pita 2009
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Motivação para a utilização de um SGBD
.
Info. Funções
Negócio
Control
Modelo
de Negócio
Vistas
da Info
Sistema de Informação
Base de Dados
Dados da
Gestão de
Negócios
Dados da
Distribuição e
Logística
Dados das
Operações de
Produção
Dados da
Análise de
Mercado e
Suporte de
Produto
Dados de
Engenharia
Dados do
Planeamento
de Produção
Inventário
Trans-
portes
Análises
Previsões
Custos Inventário
Lista de
Materiais
Rela-
tórios IA
Bases de
Conhecimento
Folhas de
Cálculo
Programa
Texto
Geometria
Encami-
nhamen-
tos
Ordens
Especificações
de Qualidade BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de Base de Dados
• Flat files - 1960s - 1980s
• Hierarchical – 1970s - 1990s
• Network – 1970s - 1990s
• Relational – 1980s - present
• Object-oriented – 1990s - present
• Object-relational – 1990s - present
• Data warehousing – 1980s - present
• Web-enabled – 1990s - present
BD – ISEL - Vitor Silva 27
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Base de Dados • Modelos conceptuais de bases de dados
• 1ª Geração
Modelo Hierárquico
Modelo de Rede
2ª Geração
Modelo Relacional
3ª Geração
Modelo Relacional Estendido
Orientado por Objectos
BD – ISEL - Vitor Silva 28
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Base de Dados – 1ª Geração
Modelo Hierárquico
Cascata
Modelo de Rede
Listas ligadas de campos
Árvores
SI-1 – ISEL - Vitor Silva 29
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Modelos de um SGBD Modelo em Rede
FILME
ACTOR
ligação Registo
Associação
Barca ao Vento Naufrágio Sempre a Remar
Zé dos Anzois Maria do Mar
1 2 3 4 5
Registo
Informação
Registo
Informação
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Modelos de Um SGBD Modelo em Rede - Características
■ Uma estrutura de informação está
armazenada num registo
■ A referência (endereço) para essa
estrutura é utilizada na definição de
associações binárias
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de Um SGBD Modelo em Rede - Características
■As associações são concretizadas à custa
de registos que referenciam os elementos
que nela participam
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de Um SGBD Modelo em Rede - Características
■As ligações são relações binárias muitos
para um, de um registo do tipo associação
(member) para um registo de informação
(owner), isto é, cada registo do tipo membro
referencia um e apenas um registo do tipo
informação, enquanto que um registo de
informação pode ser referenciado por 0, 1 ou
muitos registos do tipo membro
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de Um SGBD Modelo em Rede - Características
■A remoção de um registo é difícil
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de um SGBD Modelo Hierárquico
FILME
ACTOR
Barca ao Vento Naufrágio Sempre a Remar
Zé dos Anzois Maria do Mar
Actor virtual
Filme virtual
Zé Zé Zé Maria Maria
Barca Naufrágio Remar Barca Naufrágio
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Modelos de um SGBD
Modelo Hierárquico - Características
■ É uma restrição do modelo em Rede onde
só existem ligações de pais para filhos;
■ É mais adequado para representar
informação que denota um carácter
hierárquico
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de um SGBD
Modelo Hierárquico - Características
■ É possível representar as mesmas
estruturas que se representam num modelo
em rede, à custa de registos virtuais que só
contêm apontadores para os registos de
informação;
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de um SGBD
Modelo Hierárquico - Características
■ A principal vantagem tem a ver com a
maior facilidade no acesso à informação
descendente de um dado nó;
BD - Acetatos – Pita 2009
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Base de Dados – 2ª Geração • Modelo Relacional
utiliza conceito de relação entre dados e possui um esquema. baseia-se na Teoria dos Conjuntos e na Álgebra Relacional. dados armazenados em tabelas = relações tabelas relacionadas entre si através de atributos comuns (chaves).
BD – ISEL - Vitor Silva 39
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Base de Dados – 2ª Geração • Modelo Relacional
Facilidade em interrogar a base de dados (SQL)
Independência física e lógica dos dados
Facilidade de desenvolvimento de aplicações
Suporte para base de dados distribuídas
BD – ISEL - Vitor Silva 40
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Modelos de um SGBD
Modelo Relacional
☺ Proposto por Codd em 1970;
☺ Tem um sólido fundamento Teórico:
Teoria de Conjuntos;
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de um SGBD Modelo Relacional
☺ Baseia-se na utilização de conceitos
tais como a noção matemática de
Relação;
☺ Representa a Base de Dados como
um conjunto de Relações e de restrições
sobre essas relações;
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelos de um SGBD
Modelo Relacional
☺ Define operações de manipulação de
relações;
☺ Modelo abstracto dos dados
independente do modelo físico
BD - Acetatos – Pita 2009
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Base de Dados – 3ª Geração
• Extensões ao Modelo Relacional
• Modelos Orientados por Objectos
SIG–Sistemas de Informação Geográfica
Aplicações médicas
Aplicações científicas
Sistemas CAD/CAM
Sistemas multimédia
BD – ISEL - Vitor Silva 44
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Base de Dados – 3ª Geração
• Características dos Novos Modelos
Tipos de dados complexos
Modelos de dados com semântica mais rica
Transacções de elevada duração
Manter a evolução dos “objectos” modelados
Representa formas mais elaboradas de conhecimento
BD – ISEL - Vitor Silva 45
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Sistema de Gestão de Informação
Um “bom” sistema de gestão de
informação deve:
Permitir um bom grau de independência da
informação
Reduzir a redundância da informação
armazenada
BD - Acetatos – Pita 2009
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Sistema de Gestão de Informação
Garantir a integridade da informação e
evitar a sua inconsistência
Facilitar a partilha de informação pelos
vários utilizadores
BD - Acetatos – Pita 2009
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Sistema de Gestão de Informação
Possibilitar uma forma uniforme de garantir
a segurança e a privacidade da informação
Facilitar a definição da estrutura da
informação e do seu manuseamento
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelo Entidade/Associação
• Tipo de modelação proposto por Peter Pin-Shan Chen (Chen) em 1976
• Desde então, muitas extensões e abordagens derivadas da mesma têm sido propostas
• O objectivo fundamental é a análise de um sistema procurando modelar o mundo real num conjunto de padrões pré-definidos.
BD - Acetatos – Pita 2009
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Modelo Entidade/Associação
• Após a modelação (e durante ela) obtêm-se um conjunto de “padrões” modelados de um modo conceptual.
• É um bom mecanismo de comunicação entre
vários intervenientes, que falam dialectos diferentes : Analistas, Programadores, Clientes...
BD - Acetatos – Pita 2009
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Entidades Entidade: Concretização da abstracção de um conjunto
de conceitos/objectos que partilham um conjunto de
características; Para cada carro é necessário conhecer
algumas características:
Atributo: Característica comum aos objectos ou
conceitos que a entidade representa
Carro
Características Comuns •Nº Portas
•Cilindrada
•Potencia
•Consumo
•... Atributos das
Entidades
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Entidades
Dependendo do contexto as entidades
podem ter diferentes atributos, só aqueles
que são relevantes para o problema em
análise.
Matrícula Cilindrada Cor Nº de Chassis Nº de Motor Proprietário Marca
Entidade Carro numa aplicação para o IMTT
Ano Matrícula Cilindrada Consumo Acel. dos 0 aos 100 Marca Modelo
Entidade Carro numa aplicação para uma revista Auto
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Associação
Por vezes, entre entidades existem
associações
Matrícula Cilindrada Cor Nº de Chassis Nº de Motor Proprietário Marca
Nome Nº BI Nº Contr. Morada Idade
CARRO
PROPRIETÁRIO
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54
A Arquitectura de 3 níveis ANSI/SPARC
Esquema
conceptual
Esquema
Externo
Esquema
Interno
...
Vista de
utilizador 1
(relatório)
Vista de
utilizador n
(nota encomenda)
BD1
Processamento
de encomendas
BD2
Serviço de clientes
...
Modelo de Dados
“empresarial”
EA não detalhado
EA detalhado
Esquema lógico 1
Esquema lógico 2
...
Esquemas lógicos
relacional
Esquema físico 1
Esquema físico 2
Esquemas físicos
BD específica
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Base de Dados - relacional
Dados + Relações
• Tabelas que estão ligadas a tabelas
• As tabelas contêm dados
• As ligações entre tabelas são as relações
• As ligações são feitas pelas chaves
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 55
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Base de Dados - relacional
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 56
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Base de Dados - relacional
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 57
C H A V E
RELAÇÃO OU
ASSOCIAÇÃO
ENTIDADE
A T R I B U T O S
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Base de Dados ex: Pluviosidade
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 58
idxLat lat
1 42.2
2 42.0
idxLatLonDia pluv
5110001825 0.015625
5120001825 0.03125
idxLon lon
1 -9.6
2 -9.4
RELAÇÃO OU
ASSOCIAÇÃO
Latitude Longitude
Chuva
Difícil chegar aos valores individuais; estão todos juntos!
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Base de Dados ex: Pluviosidade
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 59
idxLat lat
1 42.2
2 42.0
idxLat idxLn data pluv
5 11 1955/12/31 0.015625
5 12 1955/12/31 0.03125
idxLon lon
1 -9.6
2 -9.4
Latitude Longitude
Pluviosidade
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Base de Dados ex: Pluviosidade
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 60
Latitude
Longitude
*
*
1
1
Modelo Entidade – Associação (EA)
tem
tem
chuva data
lat
lon
Pluviosidade
Modelo de Chen
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Base de Dados ex: Pluviosidade
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 61
Latitude
lat Pluviosidade
chuva
data
Longitude
lon
Modelo Entidade – Associação (EA)
tem
tem
Modelo de pata de galo (crow’s foot)
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Base de Dados Conceitos do Modelo Relacional
• Tuple = Par Ordenado = Instância de valores para cada atributo
• Domínio = conjunto de valores possíveis de um atributo
• Entidade = qualquer objecto ou conceito
• Atributo = característica de uma entidade
• Grau da relação = nº de atributos de uma relação
• Cardinalidade da Relação = nº de tuplos
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 62
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Base de Dados Chaves
Candidata – atributo ou conjunto de atributos que identificam de forma única cada linha da tabela
A chave candidata pode ser:
Primária – só uma, escolhida entre as candidatas
Estrangeira (ou importada) – uma ou mais chaves,
atributo cujo valor coincide com a chave primária de outra tabela
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 63
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Base de Dados ex: Pluviosidade
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 64
idxLat lat
1 42.2
2 42.0
idxLatLon pluv
5110001825 0.015625
5120001825 0.03125
idxLon lon
1 -9.6
2 -9.4
Latitude Longitude
Chuva Identifique as chaves
Candidatas
Primárias
Estrangeiras
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Base de Dados ex: Pluviosidade
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 65
idxLat lat
1 42.2
2 42.0
idxLat idxLn data pluv
5 11 1955/12/31 0.015625
5 12 1955/12/31 0.03125
idxLon lon
1 -9.6
2 -9.4
Latitude Longitude
Pluviosidade
Identifique as chaves
Candidatas
Primárias
Estrangeiras
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Base de Dados Relação
(*) Uma Relação é um conjunto de Pares Ordenados
(+) Um Par Ordenado é um conjunto de valores de atributos
Tabela
(*) Uma Tabela é um conjunto de linhas
(+) Uma linha é um conjunto de colunas
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 66
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Base de Dados
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 67
Aplicação
(Programa)
Sistema de
Comunicações
SGBD
Base de
Dados
Interface
(Programa)
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Base de Dados
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 68
SGBD
Base de
Dados
SQLite
SQLite3.exe
SQL
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Base de Dados
SI-1 – ISEL - Vitor Vaz Silva 69
Aplicação
(JAVA) SGBD
Base de
Dados
SQLite
SQL
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Base de Dados
BD – ISEL - Vitor Silva 70
Aplicação
(JAVA)
Internet
SGBD
Base de
Dados
Interface
( php )
MySQL
SQL
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Base de Dados
Referências:
J.A. Hoffer;M.B. Prescott, “Modern Database Management”
Peter Rob, Carlos Coronel, “Database Systems: Design, Implementation and Management”
BD – ISEL - Vitor Silva 71