Um esquema do banco de dados define como os dados são organizados dentro de um banco de dados relacional. Isso inclui restrições lógicas, como nomes de tabelas, campos, tipos de dados e relacionamentos entre essas entidades. Esquemas geralmente usam representações visuais para comunicar a arquitetura do banco de dados, tornando-se a base para a disciplina de gestão de dados de uma organização. Este processo de design de esquema do banco de dados também é conhecido como  modelagem de dados.

Esses modelos de dados atendem a diversas funções, como usuários do banco de dados, administradores do banco de dados e programadores. Por exemplo, pode ajudar os administradores de bancos de dados a gerenciar os processos de padronização para evitar a ocorrência de dados duplicados. De outra forma, ele pode permitir que analistas naveguem por essas estruturas de dados para gerar relatórios ou outras análises de negócios de alto valor. Esses diagramas atuam como documentação valiosa dentro do sistema de gerenciamento do banco de dados (DBMS), assegurando a alinhamento entre vários stakeholders.

Esquema de banco de dados vs. instância do banco de dados

Um esquema do banco de dados é considerado o "blueprint" de um banco de dados que descreve como os dados podem se relacionar com outras tabelas ou outros modelos de dados. No entanto, o esquema não contém dados.

Uma amostra de dados de um banco de dados de um ponto no tempo é conhecido como uma instância de banco de dados. Ele contém todas as propriedades que o esquema descreve como valores de dados. Como as instâncias de banco de dados são apenas uma captura instantânea de um determinado momento, é provável que elas mudem com o passar to tempo, diferentemente de esquemas de bancos de dados.

Embora o termo esquema seja amplamente usado, ele geralmente se refere a três tipos diferentes de esquema, um esquema do banco de dados, um esquema do banco banco de dados lógico e um esquema do banco de dados físico.

• Esquemas conceituais oferecem uma visão geral do que o sistema conterá, como ele será organizado e quais regras de negócios estarão envolvidas. Modelos conceituais são geralmente criados como parte do processo de coleta de requisitos iniciais do projeto.

• Esquemas lógicos de bancos de dados são menos abstratos se comparados a esquemas conceituais. Eles definem claramente os objetos do esquema com informações, como nomes de tabelas, nomes de campo, relacionamentos de entidades e restrições de integridade, ou seja, quaisquer regras que regem o banco de dados. No entanto, geralmente não incluem nenhum requisito técnico.

• Os esquemas do banco de dados oferecem as informações técnicas que faltam no tipo de esquema lógico de banco de dados, além de informações contextuais, como nomes de tabelas, nomes de campo, relacionamentos de entidades, entre outros. Desse modo, inclui também a sintaxe que será usada para criar essas estruturas de dados dentro do armazenamento em disco.

Esquema em estrela vs. esquema em floco de neve

Nos esquemas lógicos e físicos, as tabelas de banco de dados terão uma chave primária ou uma chave estrangeira, que atuam como identificadores exclusivos para diferentes entradas em uma tabela. Essas chaves são usadas em instruções SQL para mesclar as tabelas, criando uma visualização unificada de informações. Os diagramas de esquema são particularmente úteis para mostrar esses relacionamentos entre as tabelas e permitir aos analistas entender as chaves que devem mesclar. Existem mais dois tipos de esquemas no contexto de sistemas de gestão de banco de dados relacional (RDBMS). Estes são conhecido como esquema em estrela e esquema em floco de neve.

Enquanto os esquemas conceitual, lógico e físico contêm diferentes níveis de informações sobre bancos de dados em seus diagramas, os esquemas em estrela e em floco de neve representam os relacionamentos entre entidades de maneira diferente. Mais especificamente, um esquema em estrela é um tipo de esquema banco de dados relacional que é composto por uma única tabela de fatos central que é cercada por tabelas de dimensão. Esse tende a ser um esquema mais simples em comparação com o esquema em floco de neve.

Um esquema em floco de neve consiste em uma tabela de fatos que é conectada a muitas tabelas de dimensão, que podem ser conectadas a outras tabelas de dimensão por meio de um relacionamento muitos-para-um. Este esquema tem a vantagem de conter baixo níveis de redundância de dados, mas não é tão eficaz quando se trata de desempenho de consultas.

Como o nome indica, um esquema em estrela tende a parecer uma estrela, considerando que um esquema em floco de neve tende a se parecer com um floco de neve.

À medida que o big data continua a crescer, os objetos e esquemas de banco de dados tornam-se essenciais para assegurar a eficiência das operações diárias da empresa. Se os modelos relacionais forem mal organizados e mal documentados, será mais difícil mantê-los, trazendo problemas para seus usuários e para a empresa.

Os principais benefícios de esquemas de banco de dados são:

• Acesso e segurança:  o design do esquema de banco de dados ajuda a organizar os dados em entidades separadas, facilitando o compartilhamento de um esquema único em outro banco de dados. Os administradores também podem controlar o acesso através de permissões de banco de dados, incluindo outra camada de segurança para mais dados proprietários. Por exemplo, um único esquema pode conter informações pessoalmente identificáveis (PII), que devem ser criptografados para manter a privacidade e a segurança.

• Organização e comunicação:  a documentação dos esquemas de banco de dados permite maior organização e melhor comunicação entre os stakeholders internos. Ao oferecer uma fonte única e comum de informações, permite que os usuários entendam as restrições lógicas e os métodos de agregação entre as tabelas.  

• Integridade:  essa organização e comunicação também ajuda a assegurar a validade dos dados. Por exemplo, pode ajudar os administradores a gerenciar os processos de padronização para evitar a ocorrência de dados duplicados. Ajuda também no monitoramento da conformidade das restrições no design de banco de dados do esquema, permitindo a adesão às propriedades ACID (atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade).