Base de Datos

P. UNIVERSIDAD CATLICA DE VALPARASOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INFORMTICA

Programa de Aplicacin

Usuario A

Usuario B

Usuario N

Bodega

Insumo

Proveedor

Profesores:Jos Miguel Rubio L.

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ndice de Contenidos

Introduccin a las Bases de Datos

El Recurso Dato

Dato v/s Informacin

Historia de las Bases de Datos

Componentes de un ambiente de Base de Datos

Beneficios & Riesgos del uso de Base de Datos

Sistema de archivos v/s Bases de Datos

Bases de Datos y Desarrollo de Sistemas de Informacin

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ndice de Contenidos

Sistemas de Gestin de Base de Datos

ConceptosPrincipales funcionesVentajas de utilizar SGBDConsideraciones del uso de un SGB

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ndice de Contenidos

Modelamiento de una Base de DatosModelo Conceptual: Entidad Relacin

Asociaciones entre entidades, Cardinalidad de AsociacionesClaves candidatas y claves primarias, Atributos multivaluadosReglas del Negocio

Modelo Lgico: RelacionalModelo LgicoTransformacin de entidades y relacionesProceso de Normalizacin de RelacionesAnlisis de vistas

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ndice de Contenidos

Metodologa para el desarrollo de una BD

Identificacin y Formulacin de RequerimientosDiseo ConceptualDiseo LgicoDiseo Fsico

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Definir Diseo de la Base de Datos

Realidad Requisitos de Datos

Diseo Conceptual

Diseo Lgico

Diseo Fsico

Modelo Conceptual

Modelo Lgico

Modelo Fsico

Esquema Conceptual

Esquema Lgico

Esquema Fsico

Modelo Externo

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Diseo Lgico

El objetivo del Diseo Lgico es traducir el Diseo Conceptual (el que representa los requerimientos) en un Diseo Lgico que pueda ser implementado sobre un DBMS.

Existen varias representaciones para el modelo lgico de la BD, entre las que se encuentran:

Modelo JerrquicoReticularRelacionalModelo Orientado a Objeto

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Modelos Jerrquicos

Desarrollo de los modelos jerrquicos y del concepto de BD (1960-70):

Un ejemplo de bases de datos jerrquica es IMS de IBM desarrollado a finales de los 60.

Definicin de independencia, seguridad, etc.Definicin de lenguajes de Bases de Datos

(1975) Creacin y trabajos del comit SPARC/DB (ANSI)

Arquitectura de SGDB en tres niveles(hasta 1980) Desarrollo de los sistemas en red y jerrquicos avanzados

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Modelos Jerrquicos

En los modelos jerrquicos, los elementos tienen una relacin padre/hijo donde un hijo tiene un solo padre mientras que un padre puede tener varios hijos

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Modelos Jerrquicos

Este modelo representa un conjunto de asociaciones entre entidades, del tipo 1:1 y 1:M, es decir una jerarqua de entidades (o rbol).

En una jerarqua un padre (registro propietario, UNO) puede tener muchos hijos (registro subordinado, MUCHOS) pero un hijo slo puede tener un padre.

El rbol que se forma puede tener varios niveles, lo que significa que un hijo en un cierto nivel puede a su vez ser padre de otros hijos de nivel menor, pero en todos los niveles debe cumplirse que mientras cada padre puede tener varios hijos, cada hijo puede tener slo un padre.

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Modelos Jerrquicos

Todas las interrelaciones de los datos se basan en jerarquas. Los archivos se conectan entre smediante punteros fsicos (direccin fsica que indica donde puede encontrarse un registro sobre el disco) o campos aadidos a los registros individuales.

Por ejemplo si tenemos un archivo de facturas (FACTURA) y otro de lneas de factura (LINEA_F), el padre (registro propietario) sera los datos de la factura y los hijos (registros subordinados) las lneas de la factura.

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Modelos Jerrquicos

En organizaciones jerrquicas se hace difcil expresar las relaciones en la cuales un hijo se relaciona con varios padres.

Como contrapartida cuando las relaciones son jerrquicas, resulta fcil de implementar, modificar y mantener la base de datos.

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Modelos Jerrquicos

Ejemplo Distribuidora de Productos:CLIENTE

NombreDireccin

PRODUCTO

#ProductoDescripcinCantidad

ORDEN

#OrdenFecha

PROVEEDOR

#Proveedor, Ranking, Precio, Tpo-Entrega

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Modelos Jerrquicos

Una restriccin importante de este modelo es la existencia de un padre nico para cada entidad.

En el ejemplo anterior, las entidades ORDEN y PRODUCTO tienen una asociacin 1:M, siendo que un producto puede estar asociado con muchas rdenes, es decir, la asociacin real es M:N, pero stas no se pueden implementar en una jerarqua.

La restriccin anterior genera una alta redundancia dentro de este modelo, donde aparecen ocurrencias jerrquicas de la base de datos que corresponderan al modelo entregado en la figura anterior para la Distribuidora de Productos.

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Modelos Jerrquicos

Ejemplo Distribuidora de Productos:

Cliente A

Orden A.1 Orden A.2

Cliente B

Orden B.1

Producto X

Producto X

Producto Z

Producto Y

Prov. Q Prov. Q Prov. PProv. P Prov. Q Prov. Q Prov. R

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Modelos Jerrquicos

Este modelo presenta variados problemas al realizar mantencin a la base de datos.

Al ingresar un nuevo PRODUCTO, es necesario tener un CLIENTE y una ORDEN asociada; Al eliminar un PRODUCTO se eliminan todos los PROVEEDORES asociados, pudindose perder informacin relevante; Al modificar algn atributo, por ejemplo cambiar el Ranking de un PROVEEDOR es necesario hacerlo en todas las ocurrencias donde est el PROVEEDOR, lo cual es lento y puede producir inconsistencias si es que no se actualizan todas las ocurrencias.

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Modelos Jerrquicos

Las limitaciones al modelo radica en que no todas las interrelaciones se pueden representar en una estructura jerrquica.

Se intentan solucionar desarrollando los sistemas de base de datos en red.

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Modelos de Red

Este modelo representa a los datos como un conjunto (set) de tipos de registros y asociaciones entre ellos.

Se utiliza como estructura de datos un grafo, por lo que un tipo de registro puede tener numerosas asociaciones con otros tipos de registros, del tipo 1:1, 1:M y M:N.

Resulta ms flexible que el jerrquico.

Es una extensin del modelo jerrquico, en la que un hijo puede tener ms de un padre. Este modelo es menos restrictivo que el jerrquico y los sistemas de base de datos utilizan punteros fsicos tambin.

La desventaja es que en este tipo de modelo de datos su estructura comienza a tomar apariencia de tela de araa con apuntadores que salen en todas direcciones.

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Modelos de Red

A principios de los 70 se desarrollaron y se comercializaron varios SGBD en red y este modelo de datos se normaliz como el modelo CODASYL.

Ejemplos de bases de datos en red son ADABAS, TOTAL, IMAGE,...

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Modelos de Red

Ejemplo Distribuidora de Productos:CLIENTE

NombreDireccin

PRODUCTO

#ProductoDescripcinCantidad

ORDEN

#OrdenFecha

PROVEEDOR

#Proveedor, Ranking, Precio, Tpo-Entrega

LINEA-ORDEN

Cantidad

PROD-PROV

PrecioTpo-Entrega

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Modelos de Red

En este modelo es posible representar asociaciones M:N, para ello es necesario transformarlas en dos asociaciones 1:M unidas a travs de un tipo de registro de interseccin denominado NUB. Con esto se elimina la redundancia generada en el modelo jerrquico.

Los problemas de insertar, borrar y modificar la base de datos planteados en el modelo jerrquico, se simplifican enormemente.

Solo hay que tener cuidado al borrar registros que intervienen en asociaciones M:N, pues es posible que se creen inconsistencias si es que no se eliminan los registros NUB involucrados.

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Modelos Orientados a Objetos

Define una base de datos en trminos de objetos, propiedades y sus operaciones.

Los objetos con una misma estructura y comportamiento pertenecen a una misma clase, y las clases se organizan en jerarquas.

Los modelos relacionales han extendido sus modelos para incorporar conceptos orientados a objetos.

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Modelo de Datos Relacional

En 1970, Edgard F. Cood publica un artculo en el que argumenta que los datos deberan relacionarse mediante interrelaciones naturales, lgicas e inherentes a los datos, ms que mediante punteros fsicos.

Cood propone as, un modelo simple de datos en el que todos ellos se representaran en tablas constituidas por filas y columnas.

A estas tablas se les dio el nombre de relaciones y por eso se denomin al modelo relacional.

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Modelo de Datos Relacional

Cood tambin propuso dos lenguajes para manipular los datos en las tablas:

El lgebra relacionalEl clculo relacional.

La manipulacin lgica de los datos tambin hace factible la creacin de lenguajes de consulta ms accesibles para un usuario no especialista en programacin.

Actualmente los sistemas relacionales son un estndar en el mercado, especialmente en operaciones comerciales.

Ejemplos de sistemas de bases de datos relacionales son: INFORMIX, DB2, ORACLE, SYBASE, DBASE, FOXPRO, INGRES, MYSQL, MS SQL SERVER, ...

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Modelo de Datos Relacional: Principales Caractersticas

Resulta ms eficiente que el modelo jerrquico y de red.

La Base de Datos es representada como una coleccin de tablas (relaciones), las que se pueden almacenar individualmente en forma de archivo.

Cualquier lnea determinada de relacin se le llama tupla.

Cada columna de la relacin representa un dominio diferente.

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Modelo de Datos RelacionalEl modelo relacional es totalmente diferente a los modelos jerrquico y de red, no slo en su arquitectura sino que tambin en los siguientes puntos:

Independencia en la implementacin:No es necesario conocer como se representan fsicamente los datos (no se necesita trabajar con punteros, listas enlazadas, grafos, etc.)

Terminologa: El modelo relacional tiene su propia terminologa.

Claves lgicas como punteros:Usa claves primarias y forneas para representar las asociaciones entre dos archivos. No obstante, debido a la independencia en la implementacin la base de datos fsica puede usar punteros u otros mtodos, pero stos son transparentes para el usuario.

Teora de Normalizacin: Esta teora fue desarrollada en el contexto del modelo relacional, pero hoy en da sus propiedades han sido extendidas a otros modelos. Consiste en un conjunto de propiedades que deben cumplir los datos para lograr un diseo de base de datos libre de dependencias y con el mnimo de redundancia.

Lenguaje de programacin comprensivo: Existen lenguajes simples para accesar las bases de datos relacionales, son lenguajes que permiten manipular datos como grupos o archivos, en vez de un registro a la vez como los lenguajes procedurales tradicionales.

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Modelo de Datos Relacional: Resumen Histrico

Desarrollo del modelo relacional (1970-1990):(1970-78) Desarrollo del modelo terico

Definicin del modelo (Codd 1970-72)lgebra y Clculo relacionalPrimeros problemas de diseo

(1975- 1980) Desarrollo de los primeros SGBD relacionales

IBM (System R)SQL (1975)DB2, SQL/DS, OS/2, SQL/200 etc..Proyecto INGRES

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Modelo de Datos Relacional: Resumen Histrico

(1980-1990) Desarrollo de los grandes sistemas relacionalesSQL comercialDesarrollo de generadores de aplicacionesSistemas distribuidosEstructuras cliente/servidor (lenguajes visuales)Modelo relacional orientado a objetos

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Modelo de Datos Relacional: Resumen Histrico

Nuevos modelos de representacin de informacin (1980-1990):Algunos problemas en el modelo relacional

La semntica de los items complejos se recoge malConexin de los datos existentes en la base de datos con informacin inteligente

Representacin unificada de reglas y datosBases de conocimientoSistemas Inteligentes de Informacin

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Modelo de Datos Relacional: Resumen Histrico

Nuevos modelos de representacin de informacin (1980-1990):Algunos problemas en el modelo relacional

Existencia de bancos de datos con informacin no estructurada:

Bases de datos documentalesSistemas de recuperacin de informacin

Los nuevos problemas (1990-2000): Nuevas Aplicaciones1.- Tratamiento de grandes volmenes de datos de imgenes2.- Bases de datos para sistemas de ayuda al diseo3.- La obtencin de informacin elaborada4.- Bases de datos que soporten informacin compleja.

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Modelo de Datos Relacional: Resumen Histrico

Nuevos Desafos:1.- Tecnologa de bases de datos multimedia2.- Problemas de bases de datos heterogneas3.- Gestin de consultas expresadas de forma imprecisa4.- Inicio de nuevas formas de acceder a la informacin (Minera de Datos)

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Modelo Relacional

Creado por Cood representa los datos en forma de tablas o relaciones, est basado en fundamentos matemticos lo que le da solidez a las operaciones que se realizan sobre las relaciones.

Comprende tres componente:Estructura de los datos: Los datos son organizados en relaciones.La Manipulacin de los datos: Lenguaje poderoso como SQL son usados para manipular los datos almacenados en las relaciones.La Integridad de los datos: Cuenta con facilidades que mantienen la integridad de los datos cuando estos son manipulados.

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Propiedades de las Relaciones

1. La interseccin de cada fila y columna es atmico lo que implica que no pueden existir grupos repetidos.

2. Las columnas deben tener el mismo dominio.

3. Cada fila es nica y esto se garantiza por la existencia de la clave primaria, la cual es nica para todas las ocurrencias.

4. Cada columna tiene un nombre distinto y el orden de las columnas no tiene importancia.

5. El orden de las filas es irrelevante.

6. Las relaciones deben ser bien estructuradas lo que significa que contiene redundancia mnima y se puede realizar insercin, modificacin y eliminacin sin generar errores o inconsistencias, tambin llamadas anomalas.

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Modelo Relacional

Se define una tupla como el conjunto de valores que componen una fila de una relacin.

Una tupla es equivalente a la ocurrencia de un registro dentro de un archivo. Una n-tupla, es una tupla compuesta de n dominios, siendo n el grado de la relacin.

Un dominio es el conjunto de valores posibles para una columna. La cardinalidad se define como el nmero de tuplas de una relacin.

Una base de datos relacional, est formada entonces por un conjunto de relaciones o tablas, las cuales estn asociadas entre s (relationship es el trmino usado en ingls para definir una asociacin o relacionamiento) a travs de columnas que tienen en comn.

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Modelo Relacional

Ejemplo de Relacional: Se trata de una relacin de grado tres y cardinalidad cuatro.

Relacin INSUMO

Para representar una relacin en una forma ms resumida se utiliza la siguiente notacin :

INSUMOS (CODIGO-INS, NOMBRE-INS, MARCA)

ParkerLpizI4

XeroxPapelI3

BICLpizI2

PhillipsAmpolletaI1

MARCANOMBRE-INSCODIGO-INS

DominiosNombre de la Relacin

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Modelo Relacional

Cada tupla est compuesta de uno o ms dominios.

Para entender mejor el concepto de dominio, analicemos el dominio MARCA de la relacin INSUMO, ste corresponde al conjunto de todas las marcas vlidas, incluidas aquellas que actualmente no aparecen como valores de datos en la relacin INSUMO.

Es importante diferenciar un dominio de una columna o atributo.

Un atributo representa el uso de un dominio dentro de una relacin.

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Modelo Relacional

Relacin Producto-Ensamblado

El producto P1 est formado por dos unidades del producto P10 y por una unidad del producto P20, el producto P5 por cuatro unidades de P10, etc. En este caso, hay tres atributos (PRODUCTO, COMPONENTE y CANTIDAD) y dos dominios (CODIGO-PRODUCTO y CANT)

6P20P9

5P40P8

3P38P8

1P30P8

4P10P5

1P20P1

2P10P1

CantidadComponenteProducto

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Modelo Relacional

Cada tupla en una relacin es nica, y debe ser posible definir una clave primaria o identificador que permita asegurar esta unicidad.

Por ejemplo, en la relacin INSUMO la clave primaria puede ser el atributo CODIGO-INS. Es posible que la clave primaria sea una combinacin de atributos.

El proceso de manipular una base de datos relacional es bastante ms simple que en los dos modelos anteriores. Al representarse los datos de una sola forma se requiere un solo operador para cada funcin bsica (leer, insertar, borrar y modificar).

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Modelo Relacional

Suponer un Sistema de Compras que maneja la informacin sobre la adquisicin de insumos de una empresa a diferentes proveedores, a travs de tres tablas.

Proveedor Insumo

Orden de Compra

QuillotaZamoraP3

ValparasoMartnezP2

ViaAlvarezP1

CiudadNombre-ProvCodigo-Prov

ParkerLpizI4

XeroxPapelI3

BicLpizI2

PhillipsAmpolletaI1

MarcaNombre-InsCodigo-Ins

200I2P3

400I2P2

300I1P2

400I3P1

200I2P1

300I1P1

CANTIDADCODIGO-INSCODIGO-PROV

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Modelo Relacional

Es posible hacer un paralelo entre la terminologa usada en el modelo relacional, con la utilizada en archivos tradicionales (pero dejando en claro que la teora relacional es mucho ms precisa en su definicin):

CampoDominio (Columna)

RegistroTupla (Fila)

ArchivoRelacin (Tabla)

Archivos TradicionalesModelo Relacional