O que é esquema de banco de dados? Um guia abrangente

O que é uma Database Esquema?

Um esquema de banco de dados, ou esquema de banco de dados, é um design abstrato que representa como seus dados são armazenados em um banco de dados. Os esquemas de banco de dados podem ser representados visualmente usando diagramas de esquema, como o mostrado abaixo:

Um diagrama de esquema de banco de dados descreve visualmente o seguinte:

• A estrutura e organização dos seus dados
• Diferentes elementos do banco de dados — como tabelas, funções, nomes de campos e tipos de dados — e seus relacionamentos

Os esquemas de banco de dados estão no centro de todo banco de dados escalonável e de alto desempenho. Eles são o modelo que define como um banco de dados armazena e organiza os dados, os relacionamentos de seus componentes e sua resposta às consultas.

Esquemas de banco de dados são vitais para o modelagem de dados processo. Eles fornecem uma estrutura de como os elementos de um banco de dados se relacionam entre si e funcionam juntos.

Esquemas de banco de dados bem projetados ajudam você a manter integridade de dados e melhorar a eficácia do seu banco de dados. Vamos explorar como eles funcionam, seus tipos e benefícios e como você pode construí-los corretamente.

DatabasE Esquema vs.. Database Instância

Algumas diferenças importantes distinguem um esquema de banco de dados e um instância de banco de dados entre si, que são os seguintes:

Um esquema de banco de dados é o modelo que descreve a organização, a estrutura e os relacionamentos dos elementos dentro do banco de dados. Por outro lado, uma instância de banco de dados é uma amostra retirada de um banco de dados em um determinado momento.

Em segundo lugar, um esquema de banco de dados é uma estrutura e não contém nenhum dado. Por outro lado, uma instância de banco de dados é um instantâneo de todo o banco de dados e de seu conteúdo.

Por último, um esquema de banco de dados não muda frequentemente ao longo do tempo, mas uma instância de banco de dados pode variar dependendo do momento em que uma equipe de dados a obtém.

Types of Database Esquemas

Tem tipos diferentes de esquemas no contexto de databasé:

1. Esquema Conceitual

Um esquema conceitual fornece uma visão de alto nível das entidades, atributos e relacionamentos essenciais dentro de um sistema de banco de dados. Em vez de se aprofundar em detalhes específicos sobre entidades como tabelas, colunas e visualizações, os esquemas conceituais abstraem detalhes específicos de implementação e concentram-se no significado comercial dos dados.

Um esquema conceitual ajuda você a entender a estrutura subjacente dos seus dados. Ele permite identificar discrepâncias ou problemas antes que eles afetem aplicativos de dados, análises ou insights.

2. Esquema Lógico 

Um esquema lógico fornece detalhes básicos sobre os dados. Ao contrário de um esquema conceitual, um esquema lógico também descreve objetos específicos, como tabelas e colunas, e não se limita a conceitos abstratos.

Os esquemas lógicos ajudam a garantir que seus dados sejam organizados e armazenados de forma eficaz. Como esses esquemas detalham os relacionamentos entre entidades, eles são ainda mais úteis que os esquemas conceituais para identificar problemas.

3. Esquema Físico 

Um esquema físico é o mais elaborado de todos os três esquemas, fornecendo a descrição mais detalhada dos dados e seus objetos — como tabelas, colunas, visualizações e índices.

Ao contrário de um esquema lógico, um esquema físico oferece informações técnicas e contextuais. Ele descreve a mídia de armazenamento usada por cada tabela em um banco de dados e quaisquer restrições associadas, permitindo que os desenvolvedores escolham a mídia de armazenamento apropriada para cada tabela.

Para que são usados ​​os esquemas de banco de dados? 

Os esquemas de banco de dados servem a vários propósitos, alguns dos quais incluem:

1. Desenvolvimento de Aplicações

Esquemas de banco de dados são os modelos de dados com os quais os aplicativos interagem. Os aplicativos podem consultar e manipular dados de forma estruturada usando esquemas.

Para desenvolvedores, os esquemas servem como documentação que descreve a estrutura do banco de dados. A disponibilidade de informações detalhadas permite que os desenvolvedores entendam como devem interagir com o banco de dados, escrever consultas e aderir às práticas recomendadas.

2. Backups e recuperação

Os esquemas de banco de dados ajudam a manter a consistência e a confiabilidade dos backups de dados. Sua estrutura clara e bem definida simplifica a restauração de dados e aumenta a precisão dos backups.

Da mesma forma, os esquemas de banco de dados também auxiliam na recuperação de desastres. Ao lidar com dados corrompidos ou perdidos, um esquema bem projetado pode ajudar a restaurar um banco de dados à sua condição original e manter a integridade dos dados.

3. Análise de dados e relatórios

A análise de dados e a geração de relatórios tornam-se mais fáceis graças ao formato estruturado fornecido pelos esquemas de banco de dados. Em armazenamento de dados, os esquemas ajudam a definir a estrutura de datamarts e armazéns e ajuda em consultas e agregações complexas que são necessárias para tarefas de business intelligence.

O que é design de esquema de banco de dados? 

O design do esquema de banco de dados é a criação de um esboço ou plano que define como os dados serão armazenados, acessados ​​e gerenciados em um banco de dados. Envolve a especificação de tabelas, seus campos, tipos de dados, relacionamentos, restrições e outras características que determinam como os dados serão armazenados, acessados ​​e usados ​​no banco de dados.

Um diagrama de esquema de banco de dados pode ser visual ou lógico, e estes são os designs de esquema de banco de dados usados ​​com mais frequência:

Modelo Relacional

• Um modelo relacional também organiza os dados em linhas e colunas em tabelas como um modelo plano. Entretanto, você pode mostrar relacionamentos entre entidades em um modelo relacional.
• Como exemplo, considere uma tabela contendo registros de alunos. Cada linha pode representar um aluno individual e cada coluna pode incluir um atributo, conforme mostrado abaixo:

Modelo Hierárquico 

• Um esquema de banco de dados seguindo um modelo hierárquico terá estruturas semelhantes a árvores, com nós filhos anexados aos nós pais.
• Tal modelo ajuda a armazenar dados aninhados, ou seja, uma estrutura de dados com uma ou mais estruturas de tipos idênticos ou variados.
• Por exemplo, um conjunto de dados que liste famílias em uma vizinhança pode ter os nomes dos pais no nó pai e os nomes dos filhos nos nós filhos. Uma entrada em tal conjunto de dados poderia ser assim:

Modelo plano 

• Um modelo plano organiza os dados de forma mais simples, normalmente em uma matriz única ou bidimensional.
• Este modelo funciona melhor para dados simples que não possuem relacionamentos complexos e podem ser organizados em tabela.
• Uma planilha é um excelente exemplo de modelo plano, pois organiza os dados simplesmente em linhas e colunas. Como outro exemplo, dados simples (números de 1 a 100) organizados em tabela terão a seguinte aparência:

Esquema Star 

• A esquema de banco de dados estrela classifica os dados em 'dimensões' e 'fatos'.
• Uma tabela de dimensões conterá dados descritivos, enquanto uma tabela de fatos terá um valor numérico, conforme mostrado abaixo:

Aqui,

• A tabela de fatos “Vendas” contém medidas numéricas, como valores de vendas e chaves estrangeiras para tabelas de dimensões relacionadas.
• As Tabelas de Dimensões contêm atributos descritivos relacionados às medidas.
  • “Dimensão de data” contém informações sobre datas.
  • “Dimensão do Produto” contém informações sobre produtos
  • “Dimensão do Cliente” inclui informações sobre clientes
• As tabelas de fatos e dimensões são unidas por meio de relacionamentos de chave estrangeira.

Esquema de Floco de Neve

• Em um esquema floco de neve, cada tabela normalmente representa um atributo unidimensional.
• Um esquema de banco de dados em floco de neve fornece uma representação lógica dos dados.
• As tabelas de dimensões são normalizadas/divididas em diversas tabelas relacionadas, cada uma contendo um subconjunto de atributos.
• Os relacionamentos entre tabelas de dimensões formam uma hierarquia, com uma tabela separada representando cada nível da hierarquia.

Observe que o esquema floco de neve tem uma abordagem mais normalizada do que o esquema estrela. Essa abordagem pode economizar espaço de armazenamento e melhorar a integridade dos dados, mas resulta em consultas comparativamente mais complexas.

Neste exemplo:

• A tabela de fatos “Vendas” está hierarquicamente conectada a tabelas de múltiplas dimensões – Dimensão de Data, Dimensão de Produto e Dimensão de Cliente.
• Cada tabela de dimensão pode ser ainda mais normalizada, o que criará uma estrutura semelhante a um floco de neve com ramificações conectadas a tabelas adicionais, conforme visto abaixo:

Nesta estrutura,

• A tabela de fatos “Vendas” está no centro do esquema.
• Cada Tabela de Dimensão se conecta ao Fato usando suas respectivas chaves estrangeiras.

Este é um exemplo relativamente simples de esquema em floco de neve. À medida que mais tabelas se ramificam das dimensões, a complexidade do esquema aumentará proporcionalmente.

Modelo de rede

• O esquema do banco de dados de rede organiza os dados em conjuntos e relacionamentos, o que facilita a interconectividade complexa entre os dados e diferentes pontos de dados.
• Essa estrutura é ideal se você deseja modelar relacionamentos muitos para muitos.
• Esse esquema se alinha estreitamente com casos de uso do mundo real, onde você pode encontrar vários relacionamentos entre diversas entidades, como pode ser visto no exemplo abaixo:

Entre as entidades neste cenário:

• O conjunto Funcionários contém registros de funcionários, cada um com EmployeeID e EmployeeName exclusivos.
• O conjunto Departamentos contém registros de departamento, cada um com um DepartmentID e DepartmentName exclusivos.
• O conjunto Projetos contém registros de projeto, com um ProjectID e um ProjectName exclusivos atribuídos a cada um.

Do mesmo modo,

• A tabela Works_In descreve relacionamentos muitos-para-muitos entre funcionários e departamentos e mostra em quais departamentos os funcionários trabalham.
• A tabela Gerencia apresenta relacionamentos muitos-para-muitos entre projetos e departamentos e mostra quais projetos são gerenciados por qual departamento.

Benefícios dos esquemas de banco de dados

Um esquema de banco de dados oferece vários benefícios:

1. Garantindo a integridade dos dados

Ao projetar um esquema de banco de dados, você pode configurar chaves primárias e estrangeiras e outras restrições para definir relacionamentos entre tabelas e garantir claramente a integridade referencial. Por exemplo, em um banco de dados relacional, a chave primária de uma tabela fará referência à chave estrangeira de outra tabela, mantendo os dados relacionados consistentes entre as tabelas.

As chaves primárias também garantem que cada registro em uma tabela seja identificável de forma exclusiva, minimizando a duplicação de dados.

Da mesma forma, as restrições de verificação mantêm os valores dos dados em conformidade com as condições especificadas, evitando a entrada incorreta de dados. Quando aplicadas a campos obrigatórios, as restrições podem ajudar a garantir a integridade dos dados, obrigando o fornecimento de dados essenciais.

Com essas chaves e restrições, um esquema de banco de dados especifica o tipo de dados permitido em cada coluna (por exemplo, se é um número inteiro, uma string ou algum outro tipo de dados) e seu formato esperado (por exemplo, formato de data, número de casas decimais, etc. .).

Essas regras minimizam as chances de erros à medida que os dados são inseridos nas tabelas relevantes, mantendo assim a integridade dos dados e dando ao banco de dados uma estrutura consistente.

2. Recuperação de dados mais rápida

Esquemas bem projetados definem relacionamentos entre tabelas de banco de dados, otimizando consultas e melhorando o desempenho de algumas maneiras diferentes:

• A configuração de chaves estrangeiras ajuda um banco de dados a determinar como uma tabela está relacionada a outra. O banco de dados então usa chaves estrangeiras para procurar e combinar valores críticos, em vez de verificar tabelas inteiras.
• O otimizador de consulta de banco de dados pode usar os relacionamentos definidos no esquema para criar planos de execução mais eficientes. O otimizador também usa relacionamentos bem definidos para determinar os métodos corretos de recuperação de dados, como a ordem das junções de tabelas e quais índices ele deve usar.
• Os relacionamentos são usados ​​para configurar visualizações que podem pré-calcular e armazenar os resultados de junções elaboradas. Este processo cria conjuntos de dados prontos para uso, minimiza a necessidade de computação repetitiva e acelera as operações de leitura.

3. Aumentando a Segurança

Ao projetar um esquema de banco de dados, você pode incorporar permissões e níveis de acesso para diversas funções ou usuários. Esta ideia limita o acesso a dados confidenciais apenas a usuários autorizados. Também reduz o risco de violações e uso indevido.

4. Oferecendo escalabilidade

A escalabilidade é uma das marcas de um esquema projetado corretamente. Os esquemas de banco de dados são criados tendo em mente a escalabilidade para acomodar requisitos de dados em expansão e aumentos no volume de dados.

Você pode introduzir novos relacionamentos, tabelas e colunas no esquema sem interromper a funcionalidade.

5. Simplificando atualizações

Um design claro do esquema do banco de dados simplifica as atualizações de dados e outros processos de gerenciamento de banco de dados, como modificações de esquema, backups, otimização de desempenho e verificações de integridade de dados. Você pode determinar rapidamente quais colunas ou tabelas atualizar ou modificar, mantendo o processo em conformidade com suas regras de integridade de dados.

6. Interoperabilidade aprimorada

Um esquema padronizado facilita a interoperabilidade entre vários aplicativos e sistemas em uma organização.

Suave e sem complicações integração de dados entre sistemas díspares é crucial, especialmente para empresas orientadas por dados. A interoperabilidade aprimorada garante que todos trabalhem com a versão mais atualizada dos dados necessários.

Melhores Práticas

Seguir essas práticas recomendadas garante que Vocêr databasO esquema funciona como pretendido: 

1. Entenda seus requisitos

Comece descrevendo seus requisitos e objetivos. Isso pode variar dependendo do seu modelo de negócios, dos aplicativos do banco de dados e dos dados que ele armazenará e gerenciará.

Esclarecer objetivos e aplicações antecipadamente permite que você crie um esquema que se alinhe aos seus requisitos. Também permite que engenheiros, analistas e outras partes interessadas técnicas trabalhem com dados com confiança.

2. Siga as convenções de nomenclatura adequadas

Suas convenções de nomenclatura podem afetar o desempenho e a qualidade das consultas ao banco de dados, e aqui estão algumas dicas para manter em mente:

• Mantenha os nomes das colunas e tabelas concisos, pois nomes mais longos consomem mais espaço em disco. Nomes mais simples e diretos funcionam melhor - por exemplo, 'StockItems' em vez de 'ItemsinStock'.
• Evite incluir aspas, espaços, hífens ou outros caracteres especiais. Isso pode complicar o processo de consulta ou levar a erros e comunicação inválida.
• Ao nomear colunas, especifique os tipos de dados e certifique-se de que o tipo de dados escolhido suporta todo o intervalo de valores do conjunto de dados correspondente.
• Verificação ortográfica e revisão ao especificar nomes de campos. Se não forem corrigidos, erros de digitação e erros nos nomes dos campos podem causar erros no futuro.

3. Euimplementar medidas de controle de acesso e autenticação

Você pode reduzir violações e abusos de dados implementando medidas de segurança e proteção de dados. O controle de acesso é uma técnica confiável, mas considere também incorporar o seguinte ao esquema do seu banco de dados:

• Diferentes tipos de autenticações.
• Obrigação de registro para novos usuários (ou seja, nenhum 'usuário convidado').
• Técnicas de criptografia ou hashing como proteção adicional para colunas que contêm informações confidenciais.

4. Manter a documentação

Desenvolvedores, programadores e analistas de banco de dados são os principais usuários do seu banco de dados. No entanto, você pode querer compartilhar dados com outras partes interessadas da empresa, incluindo pessoal não técnico. Manter a documentação adequada do design do esquema do banco de dados permite fazer isso facilmente.

5. Normalização de equilíbrio com otimização de consulta

As operações diárias do banco de dados — especialmente aquelas relacionadas a transações — envolvem atualizações, inserções e exclusões. Com o tempo, isso pode resultar em dados inconsistentes ou redundantes, criando inconsistências e discrepâncias. Por exemplo, se o seu banco de dados tiver o mesmo registro em dois locais, apenas um registro poderá ser atualizado, mas o outro não. A normalização evita isso definindo entidades para que não haja registros duplicados no seu banco de dados.

No entanto, você precisa encontrar um equilíbrio entre normalizar e otimizar o desempenho da consulta. A normalização excessiva envolve muitas tabelas e junções, resultando em esquemas complexos e afetando o desempenho da consulta.

6. Configure chaves primárias exclusivas

Configure uma chave primária exclusiva para cada tabela do seu banco de dados para servir como identificador de linhas. Os analistas usam essa chave primária para avaliar o modelo de dados e os relacionamentos das tabelas entre si.

A chave primária também minimiza instâncias de linhas duplicadas, aumentando a integridade dos dados e mitigando possíveis erros de aplicação.

7. Garanta flexibilidade

O design do esquema do seu banco de dados deve ser flexível o suficiente para acomodar alterações futuras. Priorizar a flexibilidade garante que, à medida que seus requisitos de dados evoluem, o design do esquema do seu banco de dados possa acompanhá-los.

Database Design de esquema usando SQL 

O design de banco de dados por meio de SQL envolve a estruturação manual dos relacionamentos e tabelas em um banco de dados usando certos princípios e etapas. Vejamos um serviço de entrega de compras on-line como exemplo para projetar um esquema de banco de dados simples:

1. Identificando os requisitos

Antes de projetar o esquema, você precisa estabelecer os requisitos. Neste cenário, o serviço de entrega de compras online precisará principalmente armazenar informações sobre produtos, categorias, clientes e pedidos. Secundariamente, será necessário rastrear os pedidos dos clientes.

2. Diagrama Entidade-Relacionamento

Um diagrama entidade-relacionamento (ERD) simples para este negócio terá a seguinte aparência: 

3. Normalização

O ERD aqui já está relativamente normalizado. Nos casos em que não é assim, o processo de normalização divide tabelas maiores em tabelas menores para garantir que cada tabela represente uma única entidade lógica e armazene dados de forma eficiente e sem redundância.

4. Definindo as tabelas

Em seguida, você vai precisa definir as tabelas usando SQL: 

5. Definindo Colunas e Tipos de Dados

Se as colunas ainda não estiverem definidas e os tipos de dados apropriados para cada tabela não forem especificados, primeiro você precisará entender a natureza dos dados que armazenará em cada coluna. Em segundo lugar, você escolherá o tipo de dados mais adequado para representá-los e, ao mesmo tempo, garantir a integridade dos dados.

6. Definindo Chaves Primárias e Estrangeiras

Cada tabela deve ter bem definida chaves primárias e estrangeiras para ajudá-lo a identificar registros de maneira exclusiva e estabelecer relacionamentos entre as tabelas, respectivamente.

7. Adicionando restrições

Você pode adicionar restrições adicionais neste estágio, se necessário, como valores padrão ou restrições exclusivas. Essas restrições garantem qualidade de dadosintegridade e consistência e aplicar regras e requisitos de negócios.

8. Criação de índices

Você pode criar índices nas colunas usadas com frequência em operações de pesquisa, dependendo dos padrões de consulta.

Observe que as etapas acima criam um esquema de negócios hipotético básico. A complexidade do esquema e a dificuldade de projetá-lo manualmente aumentarão à medida que seu negócio se expandir e seus requisitos se tornarem mais variados.

Por que você deveria Opte para uma alternativa automatizada

Criar manualmente um esquema de banco de dados pode ser uma tarefa longa e complicada — mas Astera simplifica consideravelmente. Você pode automatizar totalmente a criação e execução de scripts DDL/Diff ou ter Astera crie-o para você para que possa executá-lo manualmente.

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Conclusão

Um esquema de banco de dados bem projetado está a apenas alguns cliques de distância. Aproveite o design de esquema de banco de dados mais rápido e confiável em um ambiente sem código. Entre em contato com nossa equipe hoje para entender melhor.