Bases de Datos Introducción -...

BASES DE DATOSBASES DE DATOSIntroducciónIntroducción

PorPorIng. Elizabeth León GuzmánIng. Elizabeth León Guzmán

Profesora Profesora Ingeniería de SistemasIngeniería de Sistemas

Grupo de Investigación MIDASGrupo de Investigación MIDAS

Introducción a Bases de Datos

Contenido Datos, información, bases de datos Historia de los datos DBMS Arquitectura de un Sistema de Bases de

Datos


IntroducciónDatoDato¿Qué es un dato?


IntroducciónDatoDato¿Qué es un dato?

Hecho individual acerca de algo de interés para alguien: númerico, alfanúmerico, etc.


Introducción

InformaciónInformación¿Qué es información?


InformaciónInformación¿Qué es información?

- Un dato no constituye información.- Procesamiento de los datos nos

proporciona información (relación entre los datos)

Introducción

Edad Nombre


Introducción ¿Qué es una base de datos?


Bases de DatosDefinición

Una colección de datos relacionados, y una descripción de estos datos, diseñados para cumplir con las necesidades de información de una organización.

(Connolly & Begg)


Bases de Datos

metadatos

Datos

BD


Bases de DatosOperaciones sobre los datos

Procesamiento Almacenamiento Recuperación Actualización Intercambio

Organizaciones realizan operaciones sobre sus datosdatos provenientes de su actividad


Métodos primitivos para almacenamiento y manejo de datos

Interés en datos por lo menos en los últimos 12.000 años [1]


Historia de los datos Año 3000 A.C: Fichas de

arcilla antiguas para llevar el registro de las mercancías en tránsito (certificaban el contenido del embarque)

Neolítico: cortes y muescas en palos de madera o nudos en cuerdas

Tabillas de arcilla: pictogramas, símbolos que describían venta de tierras y transacciones de pan, cerveza, ovejas, ganado y prendas de vestir


Historia de los datos Surgimiento de ciudades:

Trueque Uso de moneda para comerciar bienes y

servicios

Promovió la actividad de llevar un registro: recuento de los datos para saber cuanto ha producido una persona y cuanto de esa producción puede destinarse al trueque o a la venta


Historia de los datos Con el tiempo, diferentes clases de datos

fueron registrados: Calendario, datos de censos, inspecciones,

sondeos, registros de propiedad de la tierra, registros de matrimonios, registros de contribuciones a la iglesia y árboles genealógicos, etc

Seguimiento a inventarios, embarques, pagos de salarios, etc.


Historia de los datos

Interés comercial: sociedades temporales (entre mercaderes, capitanes de barcos, etc) -> llevar registros más complejos -> contabilidad por partida doble


Historia de los datos La contabilidad por partida doble se

origino en centros comerciales de Italia (siglo XIV) Mercader de Génova (año 1340) Obra: Summa de Arithmetica, Geometrica

1494 Uso de primera máquina impresora


Dispositivos de cálculo Siglo XVII ->interés en dispositivos que pudieran

procesar datos “automáticamente”

Blaise Pascal produce una máquina sumadora (1640) que fue la precursora del odómetro automotriz mecánico de ahora

Tarjetas perforadoras: Joseph Marie Jacquard (1805) inventó dispositivo que automáticamente reproducía diseños durante el proceso de entramado de textiles. Guardaba patrones de diseño en tipo grafico, en forma de agujero en tarjetas perforadas-> idea brillante para futuros dispositivos de almacenamiento


Historia de los datos Problemas en almacenamiento y

recuperación de datos Censo de 1880 en Estados Unidos se

demoro 7 años de trabajo manual Finales siglo XIX se dio inicio a la era del

procesamiento de la información La solución fue dada por Hollerith:

almacenamiento en tarjetas perforadas e invento maquinaria para manipularlas (electromecánica)


Historia de los datos El censo en 1890 se completó en un mes

y la tabulación de los datos duro 2 años. En 1896 Hollerith fundó Tabulating

Machine Company para producir y comercializar sus dispositivos, con el tiempo esta compañía llego a ser IBM.

Inicios siglo 20, James Powers desarrolló dispositivos para alimentar tarjetas en el equipo e imprimir resultados de manera automática


Historia de los datos En 1911 fundó la Powers Tabulating Machine

Company, que llego a ser Unisys corporation. En la decada de 1950 fueron introducidos los

primeros computadores electrónicos. Medios nuevos para almacenar datos:

Cinta de papel perforada Cinta magnética Disco magnético Tambores magnéticos Unidades de disco Discos compactos DVD


Tipos de Datos

Cuantificables ( numéricos ) Cualitativos ( categóricos: nominales,

ordinales )

Ejemplos


Abstraer un MinimundoEjemplo: Sistema académicoEntes y sus propiedades (datos) Estudiante. (nombre, código, teléfono,

semestre, carrera) Profesor.(nombre, profesión,

investigación) Curso. (nombre, horario, salón)


Aplicaciones Ventas

Clientes, productos y compras Bancos

Clientes, cuentas, prestamos y transacciones bancarias Hospitales

Historias clínicas, citas, doctores, enfermeras y enfermedades Educación (colegios, universidades)

Estudiantes, matriculas, cursos y profesores Bibliotecas

Libros, autores, editoriales, prestamos Finanzas

Acciones, bonos, ventas y compras Transporte

Reservas, horarios, inventario . . .


Base de datos

Internet

Front EndAplicaciones

Back EndBases de datos

Almacenamiento


ArquitecturaCliente-servidor

Servidor: gestiona la base de datos

Cliente: permite enviar comandos al servidor

Servidor

Cliente 1

Cliente 2

Cliente n

.

.

.


Sistema de Base de Datos

Usuarios Programasde

Aplicación

DatoDatossSistema

AdministradorAdministrador de bases de datosDBMS (Database Management System) Metadato

s

Sist. Operativo

Proporcionar forma de almacenar y recuperar la

información de manera practica y eficiente


metadatos

Datos DBMSDBMSVista

Usuario Admon

Usuario Final

BD

Petición de datosUsuario Admon

Petición de datos

Petición de datos

Usuario Simple o Experto

Usuario Programadoro Desarrollador


Usuarios de Bases de datos

Diseñador: Establece el esquema de la BD

Programador: Construye la BD (implementación)

Desarrollador de aplicaciones: implementa las aplicaciones (Ej: web), “interfaces” entre los usuarios finales y la bd.

Administrador: Carga los datos, genera los accesos a los usuarios finales (permisos), etc.

Final: Los que usan los datos


Usuario Diseñador Diseña el modelo lógico de la BD Organización de los datos Usos típicos de los datos Como se almacenan los datos


Usuario Programador Implementa aplicaciones que se

comunican con la BD: Web Interfaces a otras aplicaciones


Usuario Administrador

Planificación de la base de datos Desarrollo de estándares (ej.: nombres), políticas y procedimientos Diseño lógico de la base de datos Acceso y control (usuarios y passwords) Mantenimiento Respaldo


Usuario Final Simple: usuario que usa la BD

Experto: usa y tiene privilegios en la BD


DBMS (Data Base Manager System)

Sistema de Administración de bases de Datos

“Conjunto de programas que maneja la estructura de la BD y controla el acceso a los datos guardados en ella”


DBMS Crea y organiza Establece y mantiene rutas de acceso Maneja los datos según las necesidades de

los usuarios Mantiene integridad y seguridad de los

datos Control de usuarios que acceden


DBMS Gran cantidad de personas quieren

acceder a la información: Empleados, clientes, etc.

DBMS deben proveer: Eficiencia: datos masivos (terabytes) Seguridad de los datos: datos

consistentes(hardware, poder, etc.) Privacidad de los datos Recuperación de los datos. Persistencia: datos

deben mantenersen, (Respaldo de los datos)


Eficiencia Grandes cantidades de usuarios y

generación de datos Multiusuario: manejo de la concurrencia. Que

para los usuarios sea transparente que otros usuarios acceden a la base de datos simultaneamente.

Miles de consultas por segundos


Seguridad de los datos Proteger los datos de destrucciones

maliciosas o cambios en los datos (robo, destrucción, intentos de falsificación)

Ejemplo: alguien que quiera incrementar el saldo de su cuenta bancaria

Datos deben ser consistentes a pesar de lo que pueda ocurrir


Privacidad de los datos Los empleados que consultan los datos de

las compañías se les asigna acceso solo a los datos que ellos requieren para su trabajo.

Ejemplo: los vendedores no deberían tener acceso a los datos de salario de los empleados de la compañía


Respaldo y recuperación de los datos Capacidad de recuperar los datos si estos

son perdidos o dañados, ya sean por:

fallas de hardware desastre natural


Mantenimiento de la exactitud de datos Datos almacenados varias veces Cuando una nueva aplicación aparece los

datos son nuevamente almacenados Redundancia de datos


Datos como Recurso Corporativo Los datos son un recurso difíciles de

manejar Cantidades inmensas de datos Es necesario utilizar software que permita

ayudar a manejar los datos Es necesario hardware cada vez mas

rápido a medida que el volumen de datos crece.

Especialistas en administración de datos son necesarios.


Datos como Recurso Corporativo Database Management Systems DBMS

(Sistema Gestor de Bases de Datos) Administradores de bases de datos Hardware mas rápido Facilidades para almacenar grandes

volumenes de datos.


Tipos de DBMSs Según el modelo de Datos

Relacional – Modelo de datos basado en tablas Red – Modelo de datos basado en grafos con

registros como nodos y relaciones entre registros como enlaces.

Jerarquico – Modelo de datos basado en arboles Orientado a Objetos – Modelo de datos basado en

el paradigma de la programacion orientada a objetos.

Distribuido – Compuesto de varios DBMSs independientes como nodos de un ared de comunicaciones.


Sistemas Administradores de Bases de Datos (DBMS) Tipos de DBMS Según modelo de datos

Sistemas administradores de datos relacionales Sistemas administradores de datos orientados a objetos Sistemas administradores de datos jerárquicos Sistemas administradores de datos en red

Según número de usuarios Monousuario Multiusuario

Según número de sitios Centralizado Distribuido

•1960•IBM, UNIVAC,

HoneyWell•Computadores

mainframe•Legacy systems (datos históricos)






•Viable en 1980•Preferido desde

entonces






•Util para ciertas aplicaciones


Aspectos de BD Ambiente centrado en los datos: recurso

corporativo importante. Compartir los datos con personas que los requieran dentro y fuera de la organización

Integración de datos y almacenarlos en forma no redundante

Ambiente que maneje aspectos como: seguridad, respaldo, recuperación y control de concurrencia de datos


Tipos de BD En número de usuarios

BD de escritorio: soporta solo un usuario al tiempo BD multiples: múltiples usuarios al mismo tiempo

BD de grupo de trabajo: menos de 50 usuarios BD empresarial: mas de 50 usuarios (cientos)

En ubicación de los datos

BD centralizada: todos los datos en un mismo lugar (el mismo servidor)

BD distribuida: datos distribuidos en varios servidores


Tipos de BD Modo de uso y “tiempo de captar la

información”

Base de datos operacional o transaccional: soporta operaciones diarias de una compañía. (transacciones de de venta, pagos servicios,etc.). Registradas con precisión y de inmediato.

Bodega de Datos: Guarda datos empleados para generar información que soporte toma de decisiones.


Tipos BD Estructuración de los datos

Datos No estructurados: datos en formato en el cual fueron recolectados. El formato no permite el procesamiento de la información

Documentos texto, contenidos de “e-mails”, memorandos


Datos estructurados: los datos son procesados para que la información tenga un formato.

Estudiante: nombre, codigo, edad, genero, semestre

Datos semiestructurados: datos que han sido procesados en alguna medida

Digitalizacion de facturas en imágenes Email: el remitente y el destino estan formateados, el

asunto y el contenido NO.


Tipos BD Bases de datos XML: soporta el

almacenamiento y admon de datos XML semiestructurados.

XMLXML: EXtensible Markup Language), Lenguaje de marcado extensible. Lenguaje especial que representa y manipula elementos de datos en formato textual.


Modelo de Datos Formalismo que define cual es la

estructura de los datos Entre un archivo Entre archivos

Alternativas Jerarquica Red Relacional Orientada a Objetos

La estructura es llamada schema (esquema) Un esquema tiene muchas instancias


Breve Historia de las Bases de datos

1960s: Inicios de 1960s: Charles Bachmann

desarrollo el primer DBMS (IDS) Modelo de red

1960s: Primer DBMS exitosamente comercial desarrollado por IBM (IMS)

Modelo Jerárquico donde la relación de los datos era en forma de árbol

1960s: Conference On DAta Systems Languages (CODASYL) modelo definido. Modelo de red mas estandarizado.



1970s: 1970: Ted Codd definió el modelo relacional

en el Laboratorio San Jose de IBM Comienzan dos proyectos

INGRES en la University of California, Berkeley Llega a ser comercial INGRES, seguido por

POSTGRES que fue incorporado en Informix System R en IBM San Jose Laboratory

Llego a ser DB2

1976: Peter Chen definió el modelo entidad relación (ER)



1980s Tecnología de bases de datos relacionales

es madura El SQL es estandarizado por la ISO (finales

de 1980s)


Breve Historia de las Bases de datos 1990s

Continua la expansión de la tecnología relacional y mejora su rendimiento.

Distribución es realidad Nuevos modelos de datos: orientado a objetos,

deductivo Tarde 1990s: el modelo OO es incorporado al

relacional DBMSs → Object-Relational DBMSs Nuevas áreas de aplicación: Data warehousing

y OLAP, Web e Internet, interés en texto y multimedia.


Ejemplo de instancias en modelo relacional

ENO ENOMBRE EPROFESION

E1 J. Diaz Ing. EléctricoE2 M. Nuñez Analista SistemasE3 A. Arias Ing. MecánicoE4 J. Martínez ProgradorE5 B. Casas Analista SistemasE6 L. Rondón Ing. EléctricoE7 R. Pardo Ing. MecánicoE8 J. Angarita Analista Sistemas

EMPLEADO

ENO PNO RESP

E1 P1 Administrador 12

DUR

E2 P1 Analista 24E2 P2 Analista 6E3 P3 Consultor 10E3 P4 Ingeniero 48E4 P2 Programador 18E5 P2 Administrador 24E6 P4 Administrador 48E7 P3 Ingeniero 36

E8 P3 Administrador 40

TRABAJA

E7 P5 Ingeniero 23PROYECTO

PRESUPUESTOPNO PNOMBRE

P1 Instrumentacion 150000

P3 CAD/CAM 250000P2 Desarrollo de BD 135000

P4 Mantenimiento 310000P5 CAD/CAM 500000


Lenguaje DDL - Lenguaje de Definición de

Datos: Permite definir los componentes del esquema. Lo usa el administrador.

DML – Lenguaje de Manipulación de Datos: Permite administrar las operaciones a realizar sobre los datos: consultar y/o modificar.


SQL - Structured Query Language

Lenguaje propio de los DBMS para interactuar con las bases de datos: Crear Definir Consultar Modificar Actualizar


Lenguaje de Consulta SQL es un lenguaje de programación para

bases de datos Algebra relacional es el lenguaje base para

queries que extraen datos

Embedded SQL es un lenguaje que combina programas SQL con otros lenguajes

4GL son programas de aplicación que extienden SQL

ODBC/JDBC/Dynamic SQL son protocolos estandars para acceder a sistemas de bases de datos desde maquinas remotas


Arquitectura General de un DBMS

Nivel Externo

Nivel Lógico o conceptual

Nivel Físico o interno


Nivel interno Estructura física de almacenamiento Todos los detalles de cómo el DBMS

utiliza el disco duro, la memoria, etc. El sistema debe ser rápido en

responder y eficiente en el uso de espacio


Nivel conceptual Estructura lógica de almacenamiento Diseño conceptual de la base de datos: Tablas, columnas, etc. El diseño debe reflejar conceptualmente el problema a modelar


Nivel externo Vistas sobre las tablas Requiere sólo acceso parcial a los datos Cada vista debe reflejar adecuadamente la

parte de los datos que interesa a cada uno


Esquema de la base de datos

Descripción de la estructura de la base de datos

Esquema Interno Esquema Conceptual Esquema Externo


Esquema interno

Descripción de la organización física de los datos: estructuras de datos en

disco y rutas de acceso.


Esquema Conceptual

Descripción de la estructura lógica de la

base de datos completa (ej.: a través de

diagramas entidad-relación). Se omiten los detalles del almacenamiento

físico.


Esquema externo

Descripción de la estructura lógica de una parte de la base de datos que es

de interés a un grupo particular.


Tarea de la BD

CoherenciaIndependencia entre los datos

Independencia Física y Lógica de los datos


Independencia Física

El esquema conceptual no es afectado por cambios al esquema

físico de datos.

Si el DBMS modifica su organización interna de archivos, no pasa nada con el esquema conceptual (sucede cuando hay un cambio de versión, o al migrar a otro DBMS)


Independencia Lógica Algunos elementos del esquema

externo no son afectados por cambios al esquema conceptual

Agregar más columnas no afecta las vistas Modificar columnas sólo afecta las vistas

que incluyen esas columnas


Referencias

[1] Guillenson. Administración de Bases de Datos. LIMUSA WILEY

[2] Coronel, Morris, Rob. Bases de Datos: Diseño, Implementación y Adminnistración. CENGAGE Learning

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