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UNIDAD 1.- SISTEMAS GESTORES DE BASES DE DATOS
TEMA 1.1.- OBJETIVO DE LAS BASES DE DATOS
Un sistema gestor de bases de datos (SGBD) consiste en una colección de datos interrelacionados y un conjunto de programas para acceder a dichos datos. La colección de datos, normalmente denominada base de datos, contiene información relevante para una empresa. El objetivo principal de un SGBD es proporcionar una forma de almacenar y recuperar la información de una base de datos de manera que sea tanto práctica como eficiente.
Los sistemas de bases de datos se diseñan para gestionar grandes cantidades de información. La gestión de los datos implica tanto la definición de estructuras para almacenar la información como la provisión de mecanismos para la manipulación de la información. Además, los sistemas de bases de datos deben proporcionar la fiabilidad de la información almacenada, a pesar de las caídas del sistema o los intentos de acceso sin autorización. Si los datos van a ser compartidos entre diversos usuarios, el sistema debe evitar posibles resultados anómalos.
Dado que la información es tan importante en la mayoría de las organizaciones, los científicos informáticos han desarrollado un amplio conjunto de conceptos y técnicas para la gestión de los datos.
- Independencia lógica y física de los datos.
Se refiere a la capacidad de modificar una definición de esquema en un nivel de la arquitectura sin que esta modificación afecte al nivel inmediatamente superior. El conjunto de datos contenidos en la base debe ser única y estar integrada por los mismos datos.
- Redundancia mínima.
Debe ser controlada, de forma que no exista duplicidad innecesarias, y que las redundancias físicas, convenientes muchas veces a fin de responder a objetivos de eficiencia, sean tratadas por el mismo sistema, de modo que no puedan producirse inconsistencias. Se trata de usar la base de datos como repositorio común de datos para distintas aplicaciones. Un dato se actualizará lógicamente por el usuario en forma única, y el sistema se preocupará de cambiar físicamente todos aquellos campos en los que el dato estuviese repetido en caso de existir redundancia física (redundancia controlada).
- Acceso concurrente por parte de múltiples usuarios
Las bases de datos pretenden servir al conjunto de la organización, manejando los datos como otro recurso. Por lo tanto, las bases de datos han de atender a múltiples usuarios y a diferentes
aplicaciones. En contraposición a los sistemas de ficheros, en donde cada fichero atiende a determinada aplicación.
- Distribución espacial de los datos.
Los datos pueden encontrarse en otra habitación, otro edificio e incluso otro país, el usuario no tiene por qué preocuparse de la localización espacial de los datos a los que accede.
- Integridad de los datos.
Se refiere a las medidas de seguridad que impiden que se introduzcan datos erróneos. Esto puede suceder tanto por motivos físicos (defectos de hardware, actualización incompleta debido a causas externas), como de operación (introducción de datos incoherentes).
- Consultas complejas optimizadas.
Permite la rápida y ejecución de las mismas.
- Seguridad de acceso y auditoría.
Se refiere al derecho de acceso a los datos contenidos en la base por parte de personas y organismos.
El sistema de auditoría mantiene el control de acceso a la base, con el objeto de saber qué o quién realizó una determinada modificación y en qué momento. Por ejemplo un profesor quiere cambiar una calificación por alguna omisión, el sistema de la base le permitirá hacer el cambio pero quedara el registro del día y el motivo del cambio, esto lo checan los jefes de academia y observan si el profesor le ayuda al alumno o realizan su trabajo adecuadamente.
- Respaldo y recuperación.
Se refiere a la capacidad de un sistema de base de datos de recuperar su estado en un momento previo a la pérdida de datos.
- Acceso a través de lenguajes de programación estándar.
Se refiere a la posibilidad ya mencionada de acceder a los datos de una base mediante lenguajes de programación ajenos al sistema de base de datos. en pocas palabras son los programas o software con los que se mandaran llamar y diseñar los datos que aparecerán en la pantalla.
TEMA 1.2.- AREAS DE APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE BASES DE DATOS
■ Cuando hace planes para viajar, puede ingresar al sistema de reservaciones de una aerolínea en la que se usa una base de datos para rastrear los vuelos programados y las reservaciones de pasajeros. Dado que muchos viajeros pueden solicitar reservaciones de manera simultánea, el sistema debe ser capaz de manejar peticiones rápidamente, resolver conflictos y aceptar solicitudes hasta que se alcance el número máximo de asientos. Muchas cadenas hoteleras y compañías de renta de autos también tienen sistemas centralizados de reservaciones para aceptar reservaciones en cualquiera de sus ubicaciones, con el uso de un sistema de base de datos integrada.
■ Si visita al médico, es posible que sus registros médicos y datos de facturación se conserven en una base de datos. Cuando le extienden una receta, probablemente el farmacéutico usará una base de datos para registrar información acerca de la prescripción, comprobar las interacciones con los medicamentos que use en la actualidad e imprimir la etiqueta y la receta. Tanto el médico como el farmacéutico pueden usar sus bases de datos para hacer cobranzas a terceras partes, que automáticamente verifican la cobertura y extienden las cobranzas del seguro para los gastos cubiertos, mientras que usted sólo paga el deducible. A todos los proveedores de salud en Estados Unidos se les requiere proteger la privacidad durante estas transacciones, en concordancia con la legislación de privacidad de la Ley de Transportabilidad de Responsabilidad en Seguros de Salud (HIPAA, por sus siglas en inglés).
■ Sus registros laborales se pueden mantener en una base de datos que almacena información básica como nombre, dirección, identificación de empleado, labores a desarrollar y evaluaciones de desempeño. La nómina probablemente se produce con el uso de una base de datos que almacena información acerca de cada periodo de pago y datos acerca de pago bruto anual, deducciones de impuestos e impuestos retenidos, entre otras cosas. Su recibo de pago refleja estos datos cada día de pago.
■ Sus registros escolares tal vez se conservan en una base de datos que se actualiza cada periodo al registrar su inscripción, conclusión y calificación para cada clase.
■ Para hacer investigación, puede usar una base de datos bibliográfica en la que ingrese palabras clave que describan el tema de interés. Puede obtener resultados que contengan hipertexto, lo que le permite recuperar resúmenes o artículos de interés completos en su área de interés.
Como demuestra este breve panorama de actividades, las bases de datos se usan para satisfacer las necesidades de información de muchas organizaciones e individuos en una variedad de áreas. Sin embargo, una base de datos deficientemente diseñada fracasa para proporcionar la información requerida u ofrece información no actualizada, falsa o contradictoria con la finalidad de maximizar sus beneficios potenciales, es importante comprender los fundamentos teóricos, estructura interna, diseño y gestión de las bases de datos.
TEMA 1.3.- MODELOS DE DATOS
Un modelo de datos es una colección de herramientas que usualmente incluyen un tipo de diagrama y vocabulario especializado para describir la estructura de la base de datos. Un modelo de datos proporciona una descripción de la estructura de la base de datos, incluidos los datos, las relaciones dentro de los datos, las restricciones sobre los datos y a veces semántica o significados de los datos. Esta estructura se llama intensión de la base de datos y es relativamente permanente. Se describe en el esquema de la base de datos.
El esquema puede cambiar ocasionalmente si surgen nuevas necesidades de datos, un proceso llamado evolución del esquema. Los datos almacenados en la base de datos en un momento dado se llaman extensión de la base de datos, instancia de la base de datos o estado de la base de datos.
La extensión cambia siempre que se agregan, borran o actualizan registros. La extensión siempre debe ser un estado válido, lo cual significa que debe satisfacer todas las restricciones especificadas en el esquema. La intensión de la base de datos es en realidad una estructura de datos abstracta compleja que formalmente define todas las extensiones posibles.
Los modelos de datos en esta sección describen métodos de representación. Existe mucho desacuerdo acerca de qué constituye un modelo de datos, y esto se refleja en las docenas de modelos propuestos y metodologías que se encuentran en la literatura.
TEMA 1.4.- ARQUITECTURA DEL SISTEMA GESTOR DE BASES DE DATOS
Los sistemas de gestión base de datos relacional soportan la arquitectura estándar en tres niveles, os niveles forman una arquitectura de tres niveles en capas y se describen mediante tres esquemas, que son descripciones escritas de sus estructuras. El propósito de la arquitectura de tres niveles es separar el modelo del usuario de la estructura física de la base de datos. Existen muchas razones por las que es deseable esta separación:
1.5.- NIVELES DE ABSTRACCIÓN
Una base de datos es en esencia una colección de archivos relacionados entre sí, de la cual los usuarios pueden extraer información sin considerar las fronteras de los archivos.
Un objetivo importante de un sistema de base de datos es proporcionar a los usuarios una visión abstracta de los datos, es decir, el sistema esconde ciertos detalles de cómo se almacenan y mantienen los datos. Sin embargo para que el sistema sea manejable, los datos se deben extraer eficientemente.
Existen diferentes niveles de abstracción para simplificar la interacción de los usuarios con el sistema; Interno, conceptual y externo, específicamente el de almacenamiento físico, el del usuario y el del programador.
Nivel físico.
Es la representación del nivel más bajo de abstracción, en éste se describe en detalle la forma en como de almacenan los datos en los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, mediante señaladores o índices para el acceso aleatorio a los datos).
Nivel conceptual.
El siguiente nivel más alto de abstracción, describe que datos son almacenados realmente en la base de datos y las relaciones que existen entre los mismos, describe la base de datos completa en
términos de su estructura de diseño. El nivel conceptual de abstracción lo usan los administradores de bases de datos, quienes deben decidir qué información se va a guardar en la base de datos.
Consta de las siguientes definiciones:
Definición de los datos: Se describen el tipo de datos y la longitud de campo todos los elementos direccionables en la base. Los elementos por definir incluyen artículos elementales (atributos), totales de datos y registros conceptuales (entidades).
Relaciones entre datos: Se definen las relaciones entre datos para enlazar tipos de registros relacionados para el procesamiento de archivos múltiples.
En el nivel conceptual la base de datos aparece como una colección de registros lógicos, sin descriptores de almacenamiento. En realidad los archivos conceptuales no existen físicamente. La transformación de registros conceptuales a registros físicos para el almacenamiento se lleva a cabo por el sistema y es transparente al usuario.
Nivel de visión.
Nivel más alto de abstracción, es lo que el usuario final puede visualizar del sistema terminado, describe sólo una parte de la base de datos al usuario acreditado para verla. El sistema puede proporcionar muchas visiones para la misma base de datos.
La interrelación entre estos tres niveles de abstracción se ilustra en la siguiente figura.
Nivel de visión
1.6.- TIPOS DE USUARIOS
Vista 1 (^) Vista 1 Vista n
Nivel lógico
Nivel físico
sofisticada y restringen su acceso a operaciones realizadas por los programas. Los programas mismos pueden realizar operaciones de actualización o recuperación. Un grupo todavía más grande de usuarios secundarios puede usar la información en la base de datos sin interactuar directamente con ella, al recibir salida que usan en sus labores.
Por ejemplo, en una oficina de admisión en una universidad, los empleados pueden ser usuarios aficionados, mientras que el encargado de admisión puede ser un usuario casual. Los empleados realizan simples tareas repetitivas como imprimir transcripciones estudiantiles. Pueden ingresar el nombre de la transacción, TRANSCRIPCIÓN, o elegir una opción como IMPRIMIR TRANSCRIPCIÓN de un menú. El programa TRANSCRIBIR pediría al empleado la ID del estudiante u otra información de identificación, y completaría su tarea sin mayores instrucciones del empleado. El encargado de admisión usa el lenguaje de consulta para plantear preguntas específicas como “¿cuántos estudiantes están registrados en seis o más clases este semestre?” Si no hay un programa preescrito en el DBMS para responder esta pregunta, el encargado escribe enunciados en el lenguaje de consulta de dicha base de datos particular. Los estudiantes que reciben transcripciones impresas, y los profesores que reciben listas de nombres para la clase, son usuarios secundarios.
■ Programadores de aplicaciones
Este grupo incluye a los programadores que escriben aplicaciones batch, o interactivas, para otros usuarios. Sus programas de aplicación se pueden escribir en una variedad de lenguajes de programación huéspedes como Java, C, C++, C#, Visual BASIC, RPG o COBOL. Cada programa que accede a la base de datos contiene enunciados que solicitan al sistema de gestión de la base de datos realizar actualizaciones o recuperaciones en la base de datos. Algunos usuarios finales sofisticados que tienen tanto el conocimiento del lenguaje de programación, como el permiso para hacerlo, son capaces de escribir aplicaciones para su propio uso.
■ Administrador de la base de datos
El administrador de la base de datos es el individuo o grupo responsable del diseño, creación de la estructura y mantenimiento de la base de datos. En muchos casos, la base de datos la diseña un especialista, y el ABD toma la responsabilidad una vez que el diseño está completo. El diseñador de la base de datos comienza el proceso de diseño al entrevistar a los usuarios para determinar sus necesidades de datos. Examina el sistema actual, analiza la organización y sus necesidades de información, y desarrolla un modelo tentativo para la base de datos. El modelo se refina y mejora conforme el diseñador, al consultar a los usuarios, está más al tanto de sus necesidades de datos y aprende más acerca del funcionamiento de la organización. Cuando se desarrolla un diseño satisfactorio, el ABD lo implementa. Una vez más, se consulta a los usuarios para determinar si el sistema operativo es adecuado. El diseño, refinamiento y rediseño del sistema son esfuerzos de equipo, con el diseñador, el ABD y los usuarios trabajando en conjunto para desarrollar la mejor
fuente de datos para toda la organización. El ABD interactúa con la base de datos operativa como un “superusuario”, quien controla y accede a la información acerca de la estructura y el uso de la base de datos en sí, en oposición a los usuarios finales, quienes acceden a los datos dentro de la base de datos.
1.7.- TIPOS DE LENGUAJES
Hay dos tipos de lenguajes de manejo de datos: los procedurales y los no procedurales.
Estos dos tipos se distinguen por el modo en que acceden a los datos:
- Lenguajes Procedurales: Manipulan la base de datos registro a registro, especifica qué operaciones se deben realizar para obtener los datos deseados.
- Lenguajes No Procedurales: Operan sobre conjuntos de registros, especifica qué datos deben obtenerse sin decir cómo hacerlo. El lenguaje no procedural más utilizado es el SQL (Structured Query Language) que, de hecho, es un estándar y es el lenguaje de los SGBD relacionales.
El SGBD incorpora como herramienta fundamental dos lenguajes, para la definición y la manipulación de los datos. El lenguaje de definición de datos (DDL, Data Definition Language) provee de los medios necesarios para definir los datos con precisión, especificando las distintas estructuras. Acorde con el modelo de arquitectura de tres niveles, habrá un lenguaje de definición de la estructura lógica global, otro para la definición de la estructura interna, y un tercero para la definición de las estructuras externas.
El lenguaje de manipulación de datos (DML, Data Manipulation/ Management Language), que es el encargado de facilitar a los usuarios el acceso y manipulación de los datos. Pueden diferenciarse en procedimentales (aquellos que requieren qué datos se necesitan y cómo obtenerlos) y no procedimentales (que datos se necesitan, sin especificar como obtenerlos), y se encargan de la recuperación de los datos almacenados, de la inserción y supresión de datos en la base de datos, y de la modificación de los existentes.
1.8.- TOPICOS SELECTOS DE BASES DE DATOS
1.8.1 Definición de base de datos
Una base de datos es una colección de archivos relacionados que permite el manejo de la información de alguna compañía. Cada uno de dichos archivos puede ser visto como una colección de registros y cada registro está compuesto de una colección de campos.
Cada uno de los campos de cada registro permite llevar información de algún atributo de una entidad del mundo real.
• MEMO
- GENERAL (Puede contener objetos audio, vídeo, imágenes,...)
1.8.3 Enfoques para bases de datos
Existen 3 enfoques principales para el manejo de BASES DE DATOS:
• ENFOQUE RELACIONAL
• ENFOQUE JERARQUICO
• ENFOQUE DE REDES
Enfoque Relacional
El enfoque relacional ''ve'' a los datos como un conjunto de TABLAS (ARCHIVOS). Donde cada tabla consta de un conjunto de RENGLONES (REGISTROS) y cada RENGLON constando de un conjunto de COLUMNAS (CAMPOS). La RELACION entre las TABLAS (ARCHIVOS) se establece solo por nombres de atributos comunes.
EJEMPLO
Se tiene una EMPRESA que se necesita tener la información de las PARTES que utiliza, los PROVEEDORES de la empresa y el detalle de QUE PARTES SUMINISTRA UN PROVEEDOR. Se sabe que un proveedor puede suministrar 0 ó más partes y que una parte puede ser suministrada por 0 ó más proveedores. Nuestra base de datos podría ser vista como lo ilustra la figura:
Modelo Relacional de la Base de Datos de Partes-Proveedores y Pedidos
Enfoque Jerárquico
Permite ''ver'' una base de datos como compuesta de un CONJUNTO DE RELACIONES PADRE-HIJO, Por ejemplo, la base de datos anterior se vería como en la siguiente figura:
Modelo Jerárquico de Bases de Datos de Partes, Proveedores y Pedidos
En donde se modela claramente las partes que suministra un proveedor, pero no sería posible representar partes que no sean suministradas (NO PUEDE HABER HIJOS SIN PADRE).
Además no es fácil saber quién suministra una determinada parte, por lo que se podría modelar la misma base de datos de la siguiente como se ilustra en la figura 1.3.
