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Este documento ofrece una introducción básica a las bases de datos, explicando su concepto, ventajas y el proceso de modelado. Además, se presentan conceptos relacionados como sistemas gestores de bases de datos, modelos de datos y esquemas conceptuales.
Tipo: Diapositivas
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Autor: Jorge Sánchez (www.jorgesanchez.net) año 2004 e-mail: mailto:[email protected]
Este trabajo está protegido bajo una licencia de Creative Commons del tipo Attribution-NonCommercial-ShareAlike. Para ver una copia de esta licencia visite: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/ o envíe una carta a: Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.
Todas las empresas requieren almacenar información. Desde siempre lo han hecho. La información puede ser de todo tipo. Cada elemento informativo (nombre, dirección, sueldo, etc.) es lo que se conoce como dato (en inglés data ). Las soluciones utilizadas por las empresas para almacenar los datos son diversas. Antes de la aparición de la informática se almacenaban en ficheros con cajones y carpetas y fichas. Tras la aparición de la informática estos datos se almacenan en archivos digitales dentro de las unidades de almacenamiento del ordenador (a veces en archivos binarios, o en hojas de cálculo, ...). Además las empresas requieren utilizar aplicaciones informáticas para realizar tareas propias de la empresa a fin de mecanizar a las mismas. Estas aplicaciones requieren manejar los datos de la empresa. En los inicios de la era informática, cada programa almacenaba y utilizaba sus propios datos de forma un tanto caótica. La ventaja de este sistema (la única ventaja), es que los procesos eran independientes por lo que la modificación de uno no afectaba al resto. Pero tiene grandes inconvenientes:
realizar esas modificaciones (ya que es difícil que esa modificación afecte a todos los datos)
Lógicamente la solución a este problema es hacer que todas las aplicaciones utilicen los mismos datos. Esto provoca que los datos deban estar mucho más protegidos y controlados. Además los datos forman una estructura física y funcional que es lo que se conoce como base de datos. De esta forma una base de datos es una serie de datos relacionados que forman una estructura lógica, es decir una estructura reconocible desde un programa informático. Esa estructura no sólo contiene los datos en sí, sino la forma en la que se relacionan. Las bases de datos empiezan a aparecer en los años 60 y triunfan en los años setenta y ochenta.
Un sistema de bases de datos sirve para integrar los datos. Lo componen los siguientes elementos:
unidades de almacenamiento masivo para este fin.
Diseño conceptual de bases de datos
bases de datos.
datos que sirven para describir lo que se almacena en la base de datos.
Usuarios finales. Aquellos que utilizan datos de la base de datos para su trabajo cotidiano que no tiene por qué tener que ver con la informática. Normalmente no utilizan la base de datos directamente, si no que utilizan aplicaciones creadas para ellos a fin de facilitar la manipulación de los datos. Estos usuarios sólo acceden a ciertos datos.
Desarrolladores. Analistas y programadores encargados de generar aplicaciones para los usuarios finales.
Administradores. También llamados DBA ( Data Base Administrator ), se encargan de gestionar las bases de datos.
Hay que tener en cuenta que las necesidades de los usuarios son muy diferentes en función del tipo de usuario que sean: a los finales les interesa la facilidad de uso, a los desarrolladores la potencia y flexibilidad de los lenguajes incorporados del sistema de bases de datos, a los administradores herramientas de gestión avanzada para la base de datos.
Las bases de datos están compuestas (como ya se han comentado), de datos y de metadatos. Los metadatos son datos (valga la redundancia) que sirven para especificar la estructura de la base de datos; por ejemplo qué tipo de datos se almacenan (si son texto o números o fechas ...), qué nombre se le da a cada dato (nombre, apellidos,...), cómo están agrupados, cómo se relacionan,.... De este modo se producen dos visiones de la base de datos:
datos. La estructura lógica sirve para que las aplicaciones puedan utilizar los elementos de la base de datos sin saber realmente cómo se están almacenando. Es una estructura que permite idealizar a la base de datos. Sus elementos son objetos, entidades, nodos, relaciones, enlaces,... que realmente no tienen presencia real en la física del sistema. Por ello para acceder a los datos tiene que haber una posibilidad de traducir la estructura lógica en la estructura física.
unidades de disco. La correspondencia entre la estructura lógica y la física se almacena en la base de datos (en los metadatos).
modificar los datos sin modificar el código de las aplicaciones.
Diseño conceptual de bases de datos
El éxito del DBMS reside en mantener la seguridad e integridad de los datos. Lógicamente tiene que proporcionar herramientas a los distintos usuarios. Entre las herramientas que proporciona están:
de la base de datos.
de almacenamiento.
modificar, suprimir o consultar datos.
condiciones de acceso e integridad. Además del control de vistas de usuarios y de la especificación de las características físicas de la base de datos. Para poder realizar todas estas operaciones se utiliza un lenguaje de definición de datos o DDL.
datos de la base de datos. El DBMS proporciona una lenguaje de manipulación de datos ( DML ) para realizar esta función.
comunicación con la base de datos. Además proporciona al DBA los procedimientos necesarios para realizar su labor.
Copyright-Copyleft: © Jorge Sánchez 2004
Los datos son responsabilidad del DBMS, por lo que cualquier acceso debe ser realizado por éste. Lógicamente el DBMS va a acabar comunicándose con el Sistema Operativo ya que el acceso a los ficheros de datos implica utilizar funciones del sistema operativo.
En la página siguiente se observa cómo se produce la interacción completa entre un proceso de usuario y un sistema gestor de bases de datos. Los pasos explicados del esquema son:
base de datos que se desea tratar
Accede al esquema lógico comprobando derechos de acceso y la traducción física
permiten acceder a los datos requeridos
almacenarán los datos según se vayan recibiendo
usuario.
advertencias a tener en cuenta. Esto se indica al área de comunicaciones del proceso de usuario. Si las indicaciones son satisfactorias, los datos de la ATU serán utilizables por el proceso de usuario.
Métodos de acceso (SO)
Ilustración 2, Esquema del acceso a los datos de un sistema gestor de base de datos
Copyright-Copyleft: © Jorge Sánchez 2004
Esquema Externo 1
Esquema Externo 2
Esquema Externo n
...
Esquema Conceptual Esquema Físico
Función de traducción de Externo a Conceptual
Función de traducción de Conceptual a Físico
Ilustración 4, Niveles ANSI/SPARC
Lógicamente es distinta en cada aplicación. Representan vistas concretas de la base de datos.
Representa la lógica de la base de datos.
(en los discos).
El esquema conceptual debe ser absolutamente independiente del físico. Esto significa:
esquema conceptual no debe verse afectado. En la práctica esto significa que aunque se añadan o cambien discos u otro hardware, o se modifique el sistema operativo u otros cambios relacionados con la física de la base de datos, el esquema conceptual permanece invariable.
esquema conceptual, la vista que poseen las aplicaciones (los esquemas externos) no serán afectados.
Diseño conceptual de bases de datos modelado de datos
Para conseguir estos esquemas se utilizan modelos de datos. El paso entre cada esquema se sigue con unas directrices concretas. Estas directrices permiten adaptar un esquema hacia otro. Los dos modelos fundamentales de datos son el conceptual y el lógico. Ambos son conceptuales en el sentido de que convierten parámetros del mundo real en abstracciones que permiten entender los datos sin tener en cuenta la física de los mismos.
depende de un tipo de SGBD en particular
informático y el sistema.
Algunos ejemplos de modelos conceptuales son:
Ejemplos de modelos lógicos son:
Fue ideado por Peter Chen en los años 1976 y 1977 a través de dos artículos. Se trata de un modelo que sirve para crear esquemas conceptuales de bases de datos. De hecho es prácticamente un estándar para crear esta tarea. Se le llama modelo E/R e incluso EI (Entidad / Interrelación). Sus siglas más populares son las E/R por que sirven para el inglés y el español. Inicialmente (en la propuesta de Chen) sólo se incluían los conceptos de entidad, relación y atributos. Después se añadieron otras propuestas (atributos compuestos, generalizaciones,...) que forman el llamado modelo entidad relación extendido (se conoce con las siglas ERE )
Se trata de cualquier objeto u elemento (real o abstracto) acerca del cual se pueda almacenar información en la base de datos. Ejemplos de entidades son Pedro, la factura número 32456, el coche matrícula 3452BCW. Una entidad no es un propiedad concreta sino un objeto que puede poseer múltiples propiedades (atributos).
Las entidades que poseen las mismas propiedades forman conjuntos de entidades. Ejemplos de conjuntos de entidades son los conjuntos: personas, facturas, coches,...
Ana
Pedro
José María Consuelo Jaime Lourdes
Conjunto de entidades
Entidades
Ilustración 6, Ejemplos de entidad y conjunto de entidad
En la actualidad se suele llamar entidad a lo que anteriormente se ha definido como conjunto de entidades. De este modo hablaríamos de la entidad PERSONAS. Mientras que cada persona en concreto sería una ocurrencia o un ejemplar de la entidad persona.
Copyright-Copyleft: © Jorge Sánchez 2004
Ana
Pedro
José María Consuelo Jaime Lourdes
PERSONAS
Fontanero Electricista
Peluquero Administrativo
TRABAJOS
Ilustración 9, ejemplo de relación
La representación gráfica de las entidades se realiza con un rombo al que se le unen líneas que se dirigen a las entidades, las relaciones tienen nombre (se suele usar un verbo). En el ejemplo anterior podría usarse como nombre de relación, trabajar:
PERSONAS (^) TRABAJAR TRABAJOS
CURSO (^) IMPARTIR AULA
DIA
Relación ternaria
PERSONA
ES PAREJA
Relación reflexiva
LOCALIDAD PROVINCIA
PERTENECE
ES CAPITAL
Relación doble
CURSO (^) IMPARTIR AULA
Relación binaria
Diseño conceptual de bases de datos
Indica el número de relaciones en las que una entidad puede aparecer. Se anota en términos de:
aparecerá cada ejemplar de la entidad (el valor que se anota es de cero o uno)
aparecer cada ejemplar de la entidad (puede ser uno o muchos)
En los esquemas entidad / relación la cardinalidad se puede indicar de muchas formas. Actualmente una de las más populares es esta:
Muchos
De cero a muchos
Uno
De uno a muchos
De cero a uno
Ejemplo:
JUGADOR JUEGA EQUIPO
ENTRENADOR
ENTRENA
En el ejemplo, cada equipo cuanta con varios jugadores. un jugador juega como mucho en un equipo y podría no jugar en ninguno. Cada entrenador entrena a un equipo (podría no entrenar a ninguno), el cual tiene un solo entrenador
