1. 1

CAPITULO I

CONCEPTOS DE SISTEMAS DE BASES DE DATOS

1.1 Conceptos bsicos

Base de Datos (BD): Conjunto de datos relacionados, cuyo

acceso es a travs de un SABD.

Dato: Es un hecho conocido, que puede ser registrado, y que

tiene un significado implcito.

Una base de datos tiene dos propiedades importantes:

Integrada: Los archivos de datos que la componen han

sido organizados lgicamente para reducir la redundancia

y facilitar el acceso a los datos

Compartida: Todos los usuarios calificados tienen acceso

a los mismos datos

Componen la base de datos:

Esquema: Es la descripcin de la base de datos

(metadatos)

Instancia de la base de datos: Son los datos almacenados

en la base de datos, en un instante particular en el tiempo

1. 2

Ejemplo de esquema de una base de datos

METADATO

1. 3

Ejemplo de instancia de una base de datos

1. 4

Sistemas de administracin de bases de datos (SABD): Es

un ambiente de programacin orientado al manejo de

grandes volmenes de datos con propiedad de persistencia.

Es un conjunto de programas que permiten a los usuarios

crear y mantener una base de datos. Ejemplo: Oracle.

Sistemas de base de datos (SBD): SBD = BD + SABD

B.D. S.A.B.D.

Ej. Oracle

SBD

Sistema de base de datos

SABD = SGBD = DBMS

1. 5

Definicin de los

datos almacenados

(Metadatos)

Datos

Almacenados

en la Base de

Datos

Software para accesar los

datos almacenados

Software para procesar

Consultas/Programas

Software

DBMS

Programas de Aplicaciones

/Consultas

SISTEMA DE

BASE DE

DATOS

Usuarios/Programadores

Un ambiente de sistema de bases de datos simplificado

instancia esquema

1. 6

1.2 Sistemas de procesamiento de archivos

Necesidades de procesamiento de datos de departamentos individuales

en la organizacin

Se desarrollan nuevos programas, normalmente uno a la vez, para

aplicaciones individuales, tales como remuneraciones, control de

inventarios, etc.

No hay un plan general que facilite el crecimiento de las aplicaciones

Cada nueva aplicacin es tpicamente diseada con su propio conjunto

de archivos de datos. Muchos de los datos en estos nuevos archivos ya

se encuentran presentes en archivos ya existentes para otras

aplicaciones

Cada programa de aplicacin posee sus propios archivos de datos, y

la lgica del programa es dependiente de los formatos y descripcin

de los datos.

Sus desventajas principales son:

a) Redundancia incontrolada: Cada aplicacin tiene sus propios archivos

b) Datos inconsistentes: Producto de la redundancia se puede producir

inconsistencia en los datos

c) Inflexibilidad: Si hay nuevos requerimientos, implica mucho trabajo

d) Comparticin de datos es limitada: cada aplicacin tiene sus propios

datos y normalmente no se comparten

e) No hay tendencia a estndares

f) Baja productividad de los programadores: Cada definicin de datos

deba codificarse en el programa

1. 7

g) Costo excesivo de mantencin de programas: Cualquier cambio en el

archivo implica cambios en el programa

Existen paquetes de software que ayudan a evitar (o a

minimizar) algunas de las desventajas mencionadas

anteriormente.

Estos paquetes de software incluyen:

Mtodos de acceso por claves secundarias

Administradores de archivos

Paquetes para emisin de reportes

Procesamiento de consultas en lnea

Sistemas de procesamiento de transacciones

Diccionarios de datos

Lenguaje de programacin de alto nivel.

Permanecen las dificultades principales de los sistemas de

procesamiento de archivos:

Redundancia de datos

Baja comparticin de datos

Carencia de estndares

Baja productividad

1. 8

Ambiente de Archivo

Para cada nueva aplica-

cin un programador o

analista debe crear un

nuevo archivo. Una

instalacin grande tiene

cientos o miles de tales

archivos, lo que genera

mucha redundancia de

datos.

Un archivo puede ser

usado por muchas

aplicaciones. Cuando

cambia una aplicacin

(programa de aplicacin

3) y su archivo tiene que

ser reestructurado, todos

los programas que usan

este archivo tienen que ser

cambiados.

Aparentemente un cambio

trivial en un ambiente de

archivos, provoca una

reaccin en cadena de

otros cambios que

deberan hacerse.

Sistemas basados en archivos

1. 9

Con los sistemas

administradores

de bases de datos,

los usuarios

desconocen la

estructura real de

los datos almace-

nados.

Sistemas administradores de bases de datos

Los lenguajes de

alto nivel de ba-

ses de datos agili-

zan el proceso de

desarrollo de a-

plicaciones y ali-

vian las tareas de

mantenimiento.

1. 10

Ejemplo de SABD Oracle

Arquitectura de ORACLE

1. 11

Versiones estndares de SQL: SQL1 ANSI 1986

SQL2 (SQL-92) ANSI 1992

SQL3 Incluye conceptos de Orientacin

al Objeto

SQL: Lenguaje para la construccin de

aplicaciones en ORACLE.

1. 12

Otra herramienta de Oracle: SQL Developer

Herramientas de ORACLE

1. 13

SQL*PLUS es una herramienta de Oracle (programa) que

tiene propiedades de formateo, no siendo su objetivo

principal. Para los reportes hay otras herramientas, por

ejemplo SQL*Report Writer

SQL *PLUS de ORACLE, una de las herramientas ms

simples para interactuar con la base de datos

1. 14

1.3 Ventajas/Desventajas del uso del SABD frente al

Enfoque de archivos

Ventajas

1. Los datos se comparten (la informacin es un recurso de la

organizacin)

2. Control de la redundancia de la informacin

3. Control de la consistencia en la informacin

4. Se mejoran los estndares con respecto a los datos

5. Mejora la seguridad de los datos (control de accesos)

6. Mejora la integridad de los datos (restricciones de

integridad). Por ejemplo, un jefe no puede ganar menos

que sus subordinados

7. Permite balancear requerimientos en conflicto

8. Mejora el tiempo de desarrollo de nuevas aplicaciones

9. Mejora la accesibilidad a los datos (query languages)

10. Economa de escala (producto de la asignacin

centralizada de los recursos)

11. Mejor control de acceso concurrente a los datos

12. Se dispone de procedimientos de respaldo (Back Up)

y recuperacin (cadas del sistema y fallas del hardware)

1. 15

Desventajas

1. Alto costo de un DBMS

2. Mayor costo de hardware

3. Mayor costo de programacin

4. Costo de conversin es alto

5. Procesamiento ms lento de algunas aplicaciones

6. Se incrementa la vulnerabilidad (los recursos son

centralizados)

7. Mayor dificultad en la recuperacin (se debe determinar

qu transacciones fueron completadas, cules no, etc)

1.4 Funciones crticas en un SABD

a) Soporte para atender mltiples usuarios en forma

concurrente (compartir los datos)

b) Seguridad de los datos almacenados en la base de datos:

Autorizacin (Control de accesos)

c) Recuperacin de cadas del sistema

d) Eficiencia en el acceso a los datos

e) Integridad de los datos

1. 16

1.5 Arquitectura de 3 esquemas para un SABD: Niveles

de abstraccin

Arquitectura ANSI/SPARC, 1978.

Permite describir los datos.

Tiene como objetivo separar al usuario de las

aplicaciones, de la base de datos fsica.

ANSI/SPARC: STANDARS

PLANNING

AND

REQUEREMENTS COMMITEE OF THE

AMERICAN

NATIONAL

STANDARS

INSTITUTE

Cules son los datos?

Cmo se almacenan?

Arquitectura de 3 esquemas

Cuarto nivel: Organizacin fsica de los

datos

1. 17

Niveles (o vistas) de los datos (Niveles de abstraccin)

La mayora de los SABD permiten que la base de datos

de la organizacin sea vista en tres niveles de

abstraccin.

Estos tres niveles son:

Modelo conceptual

Modelo interno

Mltiples modelos externos (views)

Es posible definir un cuarto nivel: Organizacin fsica de

los datos

Cada usuario de una base de datos normalmente requiere de

una vista diferente de los datos

1. 18

Vistas Externas

(Subschemas)

Modelo Conceptual

(Schema)

Organizacin Fsica

de los datos

(cuarto nivel)

Modelo ANSI / SPARC

Modelo Interno

1. 19

Modelo Conceptual (Vista Conceptual)

Define el mundo real en un nivel abstracto.

Esta vista incluye todas las entidades representadas en la

base de datos, las relaciones entre estas entidades y otras

caractersticas tales como restricciones de seguridad,

controles de auditora y procedimientos de validacin.

NO contiene detalles de implementacin

Se asume un cierto modelo de datos, por ejemplo: red,

relacional, jerarquico.

Se especifica por medio de un DDL (Data Definition

Language)

Schema: Definicin de datos descripcin de datos.

Modelo Externo (Views)

Cada vista del usuario es un subconjunto del modelo

conceptual, definido y formateado de acuerdo a las

necesidades del usuario.

1. 20

Modelo Interno

Es una definicin de la implementacin fsica de la

base de datos a travs del DBMS.

Define la base de datos como una coleccin de

registros lgicos, llamados registros internos o

almacenados.

Describe los mtodos por los cuales estos registros

estn interrelacionados, por ejemplo, punteros o

ndices.

Tiene que ver con: Estrategias de buffering, estructura

de archivos, estructura de acceso, codificacin de

atributos, factores de bloqueo, etc.

1. 21

Organizacin fsica de los datos

Descripcin de los dispositivos fsicos que son usados

El agrupamiento de registros en bloques

Tcnicas de direccionamiento y detalles similares.

Tiene que ver con:

Interaccion con el sistema operativo y el hardware, cpu -

discos - memoria principal - terminales - canales red.

El SABD provee los mecanismos para transformar de un

nivel de abstraccin a otro, intentando mantener una

relativa independencia entre un nivel y otro.

1. 22

Resumen del Modelo ANSI/SPARC:

Esquema Externo

Esquema Conceptual

Esquema Interno

El esquema externo representa las visiones de los usuarios

(como la realidad es vista).

El esquema conceptual representa la abstraccin de como

la realidad es.

El esquema interno se refiere a como esa realidad es

representada en un computador.

1. 23

Ejemplo:

Modelo Conceptual o Schema

Empleado (nombre, direccin, telfono, depto, sueldo)

Esquema Externo

Subschema1: E1 (nombre, direccin, telfono)

Subschema2: E2 (nombre, depto, sueldo)

Esquema Interno

Archivo Empleados

Nombre : char [20]

Direccin : char [40]

Telfono : char [10]

Depto : char [15]

Sueldo : REAL

Archivo ndices por nombre

Archivo ndices por depto

1. 24

Indepencencia entre datos y programas

Independencia fsica

Es posible hacer cambios en la base de datos fsica sin alterar

los programas, nivel interno (por ejemplo, para mejorar el

acceso a registros individuales cambiar la organizacin de un

archivo de secuencial indexado a directo).

Permite que el DBA afine la base de datos fsica, dejando

que los programas de aplicacin corran como si ningn

cambio se hubiese efectuado.

Independencia lgica

Es posible modificar la base de datos conceptual sin

modificar los subschemas, por ejemplo, aumentar los

atributos, una tabla se separa en dos para mejorar el

rendimiento de ciertas consultas, agregar otro tipo de

entidades a la base de datos.

Permite que la base de datos cambie y evoluciones sin

afectar las vistas o programas de los usuarios.

1. 25

1.6 Lenguaje de base de datos en un SABD relacional

Considera dos aspectos:

DDL: Lenguaje de definicin de ddatos

DML: Lenguaje de manipulacin de datos

DML: Data Manipulation Language.

Lenguaje en el cual se especifican las operaciones de

consulta o actualizacin de la base de datos.

Ejemplo de Consulta o Query: Listar todos los clientes de

la II regin que hayan comprado ms de $100.000 durante el

ltimo ao.

Usualmente, hay dos formas de accesar la base de datos:

a) Lenguaje de base de datos autocontenido (Self-

Contained Database Language)

SQL

b) Lenguaje de base de datos inserto (Embedded

Database Language) en un Lenguaje Husped

(anfitrin)

Ejemplo: C + SQL

1. 26

SQL (STRUCTURED QUERY LANGUAGE)

a) Lenguaje de Definicion de Datos (DDL): Permite

definir o eliminar objetos de la base de datos tales como

tablas o vistas.

Ejemplo: Alter, Create, Drop, Grant, Rename, Revoke

b) Lenguaje de Manipulacion de Datos (DML): Permite

consultar y actualizar los datos existentes en la base de

datos.

Ejemplo: Select, Insert, Delete, Update

c) Lenguaje de Control de Datos (DCL): Permite controlar

los cambios a los datos y a la base de datos.

Ejemplo: Commit, Rollback, Savepoint (Transaccin)

d) Lenguaje inserto (Embedded Language) (Cursor)

Lenguaje de Base de Datos + Lenguaje de Programacin

SQL

SQLJ

DDL: Data Definition Language

DML: Data Manipulation Language

DCL: Data Control Language

JAVA

El resultado de una

consulta es una tabla,

que para acesarla fila

por fila se utiliza un

cursor (como leer un

archivo

convencional)

1. 27

1.6 Componentes de un DBMS (Ambiente operacional

de un DBMS)

Usuario 1

Usuario 2

Usuarios

DBMS

Base

datos

Diccionario

de datos

Programador

Aplicaciones

Administrador

B.D.

D

B

A Interface 3

Interface 2

Interface 1

Ambiente operacional de un DBMS

Casuales

Ingenuos

Escribe el cdigo para

procesar los requerimientos

de datos por parte de los

usuarios

Persona a

cargo de la

mantencin

del sistema

El DBA monitorea la

performance del DBMS.

Inicia cambios si es

necesario

El DBA:

Controla todas las definiciones de datos y establece estndares para

todos los programadores de

aplicaciones que accesan la BD.

Capacita a los programadores

El DBA:

define derechos de los usuarios y responsabilidades.

Mediador entre conflictos que pueden surgir.

Capacita a los usuarios

1. 28

El ambiente operacional de un DBMS es un sistema

integrado de hardware, software y personas que es diseado

para facilitar el almacenamiento, recuperacin y control del

recurso informacin.

Arquitectura de un S.A.B.D

Administrador de la BD

(Database Management)

Tablas de

Autorizacin

Tablas de

Acceso

frecuente

Administrador de

archivos

B D

Programa o Query

Procesador

de Consultas

Responsable de procesar

las instrucciones DML y

optimizar las consultas

Responsable de

transformar los

comandos del nivel

conceptual al nivel

fsico

Puede ser el del

sistema operativo o

uno especialmente

desarrollado

Tablas de

descripcin

del Esquema

Compilador de

DDL

Esquema

1. 29

execution execution

D

STORED DATABASE

E

C

B

A

execution

Application

programmers

APPLICATION

PROGRAMS

Parametric users

(ingenuos)

Casual

users DBA staff

DDL

STATEMENTS

PRIVILEGED

COMMANDS

INTERACTIVE

QUERY

Precompiler

Host languaje

compiler

DML

STATEMENTS

COMPILED

(CANNED)

TRANSACTIONS DDL

Compiler System

Catalog

Data

Dictionary

Query

Compiler

DML

Compiler

Run-time

Database

Processor

Stored

Data

Manager

Concurrency Control/

Backup/Recovery Subsystems

Componentes de un DBMS

Las lneas punteadas muestran los accesos que estn bajo el

control del administrador de datos almacenados (STORED

DATA MANAGER).

1. 30

Estructura del sistema

Programas de

aplicaciones

Llamadas al

sistema Consulta Esquema de la

base de datos

Usuarios

Ingenuos

Programadores de

aplicaciones

Usuarios

casuales

Administrador de

base de datos

Usuarios

Precompilador de

lenguaje de

manejo de datos

Procesador

de consulta

Precompilador

de lenguaje de

definicin de

datos

Cdigos objeto

de los programas

de aplicaciones Manejador

de base de

datos

Manejador de

archivos

Sistemas de

manejo de base

de datos

Archivos

de datos

Diccionario

de datos Almacenamien

to en disco

Usan lenguaje husped

Traduce las proposiciones en lenguaje de consulta a instrucciones de bajo nivel que puede entender el manejador de la BD. Intenta optimizar la consulta

Convierte las proposiciones en DDL en un conjunto de tablas que contienen metadatos. Tales tablas se almacenan despus en el D.D.

Constituye la interfaz entre los datos de bajo nivel almacenados en la B.D. y los programas de aplicaciones y las consultas que se hacen al sistema

Convierte las proposiciones en DML incrustadas en un programa de aplicacin en llamadas normales a procedimientos en el lenguaje husped. Debe interactuar con el procesador de consultas para generar el cdigo apropiado

Encargado de asignar espacio en el disco y de las Estructuras de Datos que se van a emplear para representar la informacin almacenada en el disco

1. 31

Informacin estadstica: incluye informacin acerca de los

datos almacenados en la base de datos. Esta informacin la

utiliza el selector de estrategias.

Estructura del sistema

Traduce las proposiciones de un lenguaje de consulta a uno de bajo nivel

Procura transformar la solicitud del usuario en una forma equivalente pero ms eficiente, encontrando as una estrategia adecuada para ejecutar la consulta

(Log) bitcora

manejador de recuperaciones

controlador de concurrencia

tabla de candado

buffer (memoria principal)

almacenamiento

en disco

Estructura del sistema

Informacin estadstica

ndices

datos del

usuario

datos del

sistema

Se encarga de transferir la informacin entre el disco y la Memoria principal

El optimizador de consulta ve que estrategia usar de acuerdo a la informacin estadstica. Por ejemplo, cantidad de filas, etc.

usuario

analizador sintctico de consultas

selector de estrategias

transaccin del usuario

manejador de buffer

manejador de archivos

1. 32

Base de

datos fsica

Base de datos ORACLE

Control Files

Redo Log

Files

Database

Files

Procesos necesarios de trasfondo:

Check point

Data base writer

Log writer

System minitor

Etc.

Configuracin de servidor

dedicado: Por cada proceso

usuario, un proceso servidor

Duplicado

por si acaso

Contiene la estructura fsica de la BD:

Nombres y ubicaciones de los archivos de datos y archivos redo

logic

Timestamp de la creacin de la BD

1. 33

Administracin del almacenamiento de la base de datos

Tablespace:

Concepto de Oracle

Estructura lgica de la BD, porque a nivel

de sistema operativo

se trabaja con

bloques

Se tienen varios

tablespace

1. 34

1.8 Usuarios del S.A.B.D.

Administrador

B.D. Usuarios

finales

Programadores

Usuario

ingenuo

Usuario

Casual

(SQL)

S.A.B.D.

B.D

Usuarios del S.A.B.D.

1. 35

Administrador de base de datos (DBA, DataBase

Administrator)

Entre otras, sus funciones son:

Definicin del esquema.

Definicin de la estructura de almacenamiento y del

mtodo de acceso.

Modificacin del esquema y de la organizacin fsica.

Concesin de autorizaciones para el acceso a los datos.

Especificacin de las limitantes de integridad.

1. 36

1.9 Desarrollo histrico de los SABD

Decada de los 60s

Predominio de los sistemas basados en modelos jerrquico

y de red.

No existan lenguajes de consulta declarativos.

Normalmente, el DML era combinado con un lenguaje

husped, tpicamente COBOL.

Decada de los 70s

Predominio de los sistemas relacionales.

Lenguajes de consulta de tipo declarativo.

DML con lenguaje husped, pero tambin sistemas

autocontenidos.

Maduracin de la tecnologa relacional.

1. 37

Decada de los 80s

Contina predominio del modelo relacional.

Emergen estndares (SQL):

SQL 86

SQL 92

SQL 3

SQL: 1999

Aparicin de los OODBMS (Object Oriented).

Aparecen los KBMS (Knowledge Based).

Decada de los 90s

Maduracin de los OODBMS.

Maduracin de los KBMS.

Aparecen los ORDBMS.

Bases de datos universales.

SABDR

SABDOR

1. 38

En la actualidad, 1998, existe un importante surgimiento de

las bases de datos OBJETO RELACIONAL.

Dnde se encuentra el modelo relacional hoy?

(GARTNER GROUP 1991)

OR

SQL PL/SQL OR Java XML

Oracle 7

Oracle 8

Oracle 9

Oracle 10, 11

Oracle 7 8 9 10 11

1. 39

SBDR COMERCIALES

SQL / DS

DB2

INFORMIX

ORACLE

POSGRESQL

SYBASE

NONSTOP / SQL

INGRES

RDB

UNIFY

MYSQL

SBDR comerciales, para Computadores personales

RIM

RBASE 5000

PARADOX

OS / 2 DATABASE MANAGER

DBASE IV

XBD

WATCOM SQL

SQL SERVER

ACCESS

Oracle Express

Business Intelligence:

OLAP

Data Warehousing

Data Mining