1. Introducción a las Bases de Datos



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BASE DE DATOS I

  • LSCA. Luis Alberto Lopez Camara
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1. Introducción a las Bases de Datos

  • ¿Qué es una Base de Datos?
  • “Una colección de datos lógicamente relacionados” (Elmasri/Navathe)
  • El sistema computacional que permite que un conjunto de datos pueda ser mantenido y que esté disponible cuando se requiera, se conoce como el Sistema de Bases de Datos.

Base de datos

  • Una base de datos es una colección de archivos relacionados con la finalidad de permitir el manejo de la información para su procesamiento. Cada uno de dichos archivos pueden ser vistos 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 alguna característica o atributo de alguna entidad del mundo real.

Sistema de Base de Datos

  • Un sistema de Base de Datos posee cuatro componentes principales: la información, el equipo, los programas y los usuarios
  • Programas de aplicación
  • Base de datos
  • Usuarios Finales

¿Por qué utilizar un Sistema de Base de Datos?

  • Un sistema de Base de Datos ofrece a la organización un control centralizado de su información.
  • Esto contrasta con un enfoque de archivos donde cada aplicación tiene sus propios datos (archivos), de modo que los datos están dispersos y difíciles de controlar

Ventajas del enfoque de Base de Datos

  • Disminución de redundancias de datos
  • Evitar inconsistencias de datos
  • Compartir datos
  • Mantener la integridad
  • Es posible definir y aplicar restricciones de seguridad
  • Independencia de datos.

Independencia de Datos

  • Se define como “la inmunidad de las aplicaciones ante cambios en la estructura de almacenamiento y en la técnica de acceso a los datos” (C. J. Date)
  • O sea, las aplicaciones no dependen de la estructura o técnica de acceso de los datos
  • Para lograr este objetivo se concibe un sistema de base de datos como una arquitectura de tres niveles.

Arquitectura de tres niveles

  • Nivel Interno: Más cercano al almacenamiento físico, o sea se ocupa de cómo se almacenan físicamente los datos.
  • Nivel Conceptual: Es el nivel intermedio entre los otros dos y presta una vista global o comunitaria de los datos.
  • Nivel Externo: Más cercano a los usuarios, se ocupa de cómo los usuarios perciben los datos (vistas individuales)

Arquitectura de 3 niveles

  • El Esquema Interno describe la estructura física de almacenamiento de la base de datos.
  • El Esquema Conceptual describe la estructura de toda la base de datos para una unidad de usuarios. Describe entidades, atributos, vínculos, restricciones, operaciones, etc.
  • Esquema externo o vista de usuario describe la parte de la base de datos que interesa a un grupo de usuarios oculta a ese grupo el resto.

Características de la arquitectura de tres niveles

  • El objetivo de la arquitectura de tres niveles es la separación entre las aplicaciones de usuario y la base de datos física.
  • Los tres esquemas (que corresponden a los tres niveles) son sólo una forma de descripción de los datos. Los únicos datos que existen están en el nivel físico.
  • Aunque algunos SGBD (Sistemas de Gestión de Base de Datos) se basan en la arquitectura de tres niveles no es fácil distinguir en ellos estos tres niveles.

Transformación de solicitudes entre esquemas

  • En un SGBD los usuarios hacen referencia sólo a su esquema externo de base de datos, por lo que al SGBD debe transformar una solicitud expresada en “esquema externo” a “esquema conceptual” y posteriormente a “esquema interno” que actuará sobre los datos almacenados.
  • El proceso de transformar solicitudes de un esquema a otro se conoce como correspondencia o mapping.

ARQUITECTURA DE TRES NIVELES (Ejemplo)

  • Listado de alumnos por Asignatura
  • Asignatura de un Alumno
  • Alumno
  • Cursa
  • Asignatura
  • Matricula
  • Nombre
  • Licenciatura
  • Semestre
  • Grupo
  • Matricula
  • CveMateria
  • CveMateria
  • NomMateria
  • Creditos

Modelos de Bases de Datos

  • Los sistemas de bases de datos pueden clasificarse de acuerdo a las estructuras de datos y a los operadores presentados al usuario.
  • Entre los sistemas más antiguos se encuentran los modelos de Red y Jerárquicos (pre-relacionales).
  • Uno de los modelos más importantes es el Modelo Relacional aparecido en los 70.
  • Posteriormente aparecen los llamados sistemas post-relacionales entre los se cuentan:
          • Sistemas Relacional Extendido
          • Sistemas Orientados a Objeto
          • Sistemas Deductivos, etc.

Modelo

  • Es una representación de la realidad que contiene las características generales de algo que se va a realizar. En base de datos, esta representación se elabora en forma gráfica.

Modelo de datos

  • Es una colección de herramientas conceptuales para describir los datos, las relaciones que existen entre ellos, semántica asociada a los datos y restricciones de consistencia.

Modelado de datos

  • Una de las herramientas que usan los diseñadores de las bases de datos para mostrar la relación lógica entre los datos la constituye el modelo de datos. El modelado de datos lo constituye un mapa o diagrama de entidades y sus relaciones.

Modelado de datos

  • Por lo general el modelado de datos incluye la comprensión de un problema de negocios específico y el análisis de los datos y la información necesarios para producir una solución. Cuando se realiza a nivel de toda la organización se denomina modelado de datos de la empresa.

Modelado de datos de la empresa

  • El modelado de datos de la empresa es un método que se inicia con la investigación de los datos generales y las necesidades de información, a nivel estratégico, de la organización; después lleva a cabo un análisis de las necesidades de datos e información más específicos para las diversas áreas y departamentos funcionales de la organización.

Proceso de diseño de una base de datos

  • Conjunto de etapas necesarias para pasar de una determinada realidad a la base de datos que la representa.
  • Los modelos de datos desempeñan un importante papel en el proceso de diseño de una base de datos al ofrecer facilidades de abstracción que ayudan a representar la realidad.

Objetivos de todo modelo de datos

  • Formalización: permite definir formalmente las estructuras permitidas y las restricciones; establece la base para la definición de un lenguaje de datos y facilita una apreciación más objetiva de la rigidez o flexibilidad de las estructuras de datos, ayudando a la comparación formal de distintos modelos de datos y a la evaluación de los DBMS.

Objetivos de todo modelo de datos

  • Diseño: es un elemento fundamental en el desarrollo de una metodología de diseño de bases de datos, en el cual se basan los otros componentes de la metodología (lenguajes, documentación y otras herramientas); permiten, además, prever el impacto de los cambios del mundo real en el sistema de información.

División de los modelos de datos

  • Modelos lógicos basados en objetos
    • Modelo Entidad - Relación
  • Modelos lógicos basados en registros
    • Modelo Relacional
    • Modelo de Red
    • Modelo Jerárquico
  • Modelos físicos de datos.
    • Modelo unificador
    • Memoria de elementos

Modelos lógicos basados en objetos (modelo entidad-relación)

  • Denominado por sus siglas como: E-R; Este modelo representa a la realidad a través de entidades, que son objetos que existen y que se distinguen de otros por sus características, por ejemplo: un alumno se distingue de otro por sus características particulares como lo es el nombre, o el numero de control asignado al entrar a una institución educativa, así mismo, un empleado, una materia, etc.

Tipos de entidades

  • Tangibles : Son todos aquellos objetos físicos que podemos ver, tocar o sentir.
  • Intangibles: Todos aquellos eventos u objetos conceptuales que no podemos ver, aun sabiendo que existen, por ejemplo: la entidad materia, sabemos que existe, sin embargo, no la podemos visualizar o tocar.

Modelos lógicos basados en registros

  • Se utilizan para describir datos en los niveles conceptual y físico. Estos modelos utilizan registros e instancias para representar la realidad, así como las relaciones que existen entre estos registros (ligas) o apuntadores.

Tipos de modelos de base de datos (lógicos basados en registros)

  • Definición: Son las diferentes alternativas de organización y estructuración de la información contenida en una base de datos. Existen fundamentalmente tres alternativas disponibles para diseñarlas:
    • Modelo red
    • Modelo jerárquico
    • Modelo relacional

Modelos físicos de datos

  • Se usan para describir a los datos en el nivel más bajo, aunque existen muy pocos modelos de este tipo, básicamente capturan aspectos de la implementación de los sistemas de base de datos.

Etapas en el diseño de una BD y tipos de modelos en los que se apoyan

  • Universidad, Biblioteca, Departamento de formación de una empresa, Hospital, Entidad bancaria, etc.
  • Visión del mundo real bajo unos determinados objetivos.
  • Modelos conceptuales (Modelo E/R, etc).
  • Modelos convencionales o de basede datos (Modelo relacional, red, jerárquico, etc.)
  • Modelos internos (registros internos o almacenados, punteros, llaves primarias y foraneas, agrupamientos, etc.)
  • Estructuras físicas (registros físicos, bytes, bits, campos, items, etc.)
  • Mundo real
  • Universo del discurso
  • Modelado conceptual
  • Modelado lógico
  • Modelado interno
  • (Estructuras de datos)
  • Almacenamiento físico

Entidades y atributos

  • Entidad: Tipos generalizados de personas, lugares o cosas (objetos), para los cuales se recopilan, almacenan y mantienen datos.
  • Atributo: característica de una entidad.

Entidades y atributos

      • En una UNIVERSIDAD, las entidades son: ALUMNOS, PROFESORES, SALONES, etc. En la entidad ALUMNO, los atributos o características importantes son: nombre, dirección, teléfono, carrera, matricula, etc.
      • Si hablamos de una INDUSTRIA, las entidades de interés son: DEPARTAMENTOS, EMPLEADOS, PRODUCTOS, etc. En la entidad DEPARTAMENTO, los atributos o características importantes son: nombre del departamento, nombre del director del departamento, función del departamento, etc.

Jerarquía de datos

  • Base de datos : Conjunto de archivos integrados y relacionados
  • Archivo : Grupo de de registros relacionados
  • Registro : Conjunto de campos relacionados
  • Campo : Grupo de caracteres

Jerarquía de datos

  • Archivo de personal
  • Archivo de departamento
  • Archivo de nómina
  • 000127 Carlos Vega Líder de proyectos
  • 000135 Felipe Rivera Programador
  • 000127 Carlos Vega Líder de proyectos 11/11/1991
  • Carlos
  • 1100 (Letra C en Binario).
  • Base de datos de recursos humanos
  • Archivo de personal
  • Registro
  • Campo del nombre
  • Caracteres (bytes)

Tablas

  • Un archivo de una base de datos también puede ser representado como una tabla en la que tenemos renglones y columnas, cada renglón correspondiendo a un registro del archivo y cada columna correspondiendo a un campo.

Ventajas de las bases de datos vs archivos convencionales

  • Independencia de datos - programas
  • Eliminación de información redundante
  • Integridad de los datos
  • Eliminación de información incongruente
  • Globalización de la información (Ente general)
  • Compartición de información

Independencia de datos - programas

  • En términos generales, se dice que una aplicación es independiente de los datos si es posible cambiar la estructura de almacenamiento o la estrategia de acceso, sin afectar de manera drástica los programas que lo trabajan.

Eliminación de información redundante

  • Uno de los puntos débiles del método tradicional del manejo de archivos, en cuanto a la administración de datos, es que gran parte de ellos, por ejemplo, el nombre y la dirección del cliente, se duplica en dos o más archivos. Esta duplicación de datos en archivos independientes se conoce como redundancia de datos.

Integridad de la información

  • El grado hasta el cual los datos en cualquier archivo individual son exactos. La eficiente operación de una empresa requiere de un alto grado de integridad de los datos. Un ejemplo del control de la integridad puede ser el no permitir eliminar a un cliente con movimientos pendientes de pago o saldo.

Eliminación de información incongruente

  • Consiste en proveer mecanismos de corrección de información incongruente o mejor aún, en no permitir que esta ocurra.

Globalización de la información

  • Una de las principales ventajas del manejo de la tecnología de bases de datos en una organización es que permite a los diferentes usuarios considerar la información como un recurso corporativo que carece de dueños específicos. La información es considerada como un ente general.

Compartición de información

  • Esta característica es consecuencia de la globalización de la información. En varios sistemas, diferentes usuarios pueden utilizar la misma entidad.

Sistema de administración de base de datos (DBMS)

  • Es el nivel de software que provee el acceso a la información a un alto nivel de abstracción. En lugar de manipular archivos, registros, índices, el programa de aplicación opera en términos de clientes, cuentas, saldos, etc.

DBMS

  • El DBMS es un conjunto de programas que se encargan de manejar la creación y todos los accesos a las bases de datos. Se compone de un lenguaje de definición de datos (DDL: Data Definition Language), de un lenguaje de manipulación de datos (DML: Data Manipulation Languaje), y de un lenguaje de consulta (SQL: Structured Query Language).

Lenguaje de definición de datos

  • Es utilizado para describir todas las estructuras de información y los programas que se usan para construir, actualizar e introducir la información que contiene una base de datos. Contiene un diccionario de datos que se utiliza para almacenar y crear las definiciones de los datos, incluyendo localización, forma en que se almacenan y algunas otras características.

Diccionario de Datos Se compone de: Atributo: Monto Tipo : Numérico Tamaño: 10:2 Descripción: Cantidad a cobrar Llave: : No Regla : Mayor de Cero

Lenguaje de manipulación de datos

  • Es utilizado para escribir programas que crean, actualizan y extraen información de las bases de datos. El DBMS de las bases de datos proporciona un lenguaje y herramientas al programador para escribir programas para registrar, extraer y procesar datos dando respuestas a las necesidades de las aplicaciones.

Lenguaje de consulta (SQL)

  • Es empleado por el usuario para extraer información de la base de datos. Este lenguaje permite al usuario hacer requisiciones de datos sin tener que escribir un programa, usando instrucciones como el Select, el Where y el Join.

Método de admón de base de datos

  • Datos de Nómina
  • Inventarios
  • Facturación
  • Otros datos
  • Sistema de Admón. de base de datos
  • Informes
  • Programa de nóminas
  • Programa de facturación
  • Programa de control de inventarios
  • Programa de soporte admvo.
  • Informes
  • Informes
  • Informes

Acceso a la base de datos

  • La secuencia conceptual de operaciones que ocurren para accesar cierta información que contiene una base de datos es la siguiente:
    • 1) El usuario solicita cierta información contenida en la base de datos.
    • 2) El DBMS intercepta este requerimiento y lo interpreta.
    • 3) El DBMS realiza las operaciones necesarias para accesar y/o actualizar la información solicitada.

Proceso para accesar información de bases de datos

  • Interfase con el usuario
  • Interfase con la base de datos
  • Base de datos
  • Usuarios
  • DB MS

Administrador de la base de datos

  • El DBA es la persona encargada de definir y controlar las bases de datos corportivas, además proporciona asesoría a los desarrolladores, usuarios y ejecutivos que la requieran.

Funciones del DBA

  • Apoyar y asesorar durante el proceso de adquisición del DBMS, tanto del paquete corporativo como los paquetes que servirán de herramienta para usuarios finales que deseen crear sus propias bases de datos.
  • Definir la información que contendrán las bases de datos corporativas.

Funciones del DBA

  • Mantener la relación y comunicación estrecha con los especialistas del DBMS, que suelen laborar con el proveedor que vendió el paquete que maneja las bases de datos.
  • Diseñar las estructuras de almacenamiento y estrategias de acceso a las bases de datos.

Funciones del DBA

  • Atender y servir como punto de enlace entre los usuarios de la organización, asegurando que las necesidades de información de los diferentes usuarios se encuentren contenidas en las bases de datos corporativas.
  • Definir estándares y procedimientos para respaldar y recuperar la información que contienen las bases de datos.

Funciones del DBA

  • Proporcionar asesoría técnica a analistas y programadores que se encuentran desarrollando aplicaciones que crean y/o accesan las bases de datos.

Arquitectura de un DBMS

  • La arquitectura consta de 3 niveles que son:
      • Nivel Interno. Es el más cercano al almacenamiento físico. Se refiere a la forma de almacenamiento de los datos.
      • Nivel Externo. Es el más cercano al usuario, se refiere a la forma en que el usuario final ''ve'' los datos.
      • Nivel Conceptual. Es un nivel de indirección entre los otros dos, se refiere a la forma en que los diseñadores de sistemas ven los datos. Trata de expresar como son los datos realmente.

Arquitectura del DBMS

Vistas del DBMS

  • Solo existe una vista interna.
  • Solo existe una vista conceptual.
  • Existen tantas vistas externas según se necesiten.
  • Entre una vista externa y la vista conceptual existe un mapeo EXTERNO / CONCEPTUAL.

Vistas del DBMS

  • Entre la vista conceptual y la vista interna existe un mapeo CONCEPTUAL / INTERNO.
  • El nivel interno se refiere a la forma en la que son almacenados / accesados físicamente los datos.

Globalización de la información

  • Una de las principales ventajas del manejo de la tecnología de bases de datos en una organización es que permite a los diferentes usuarios considerar la información como un recurso corporativo que carece de dueños específicos. La información es considerada como un ente general.

Actualidad

  • Hoy en día, hablar de base de datos es referirse a un activo de singular importancia en cualquier organización; por lo tanto, el objetivo de toda organización no es sólo tener una BD, sino una BD correctamente diseñada y administrada, de forma tal que brinde información correcta para la dinámica de la organización, en el tiempo adecuado y a la persona que la requiera.

Actualidad

  • Por otro lado, el proceso de conversión a una eficiente tecnología de BD requiere de una gran inversión para toda organización, tanto en el software de BD así como en las herramientas de desarrollo y por ende la capacitación del personal responsable de su aplicación y operatividad; es por esta razón, que este proceso debe ser planificado y administrado en forma cuidadosa.

Actualidad

  • Las bases de datos con que cuente una organización es un reflejo de la dinámica de ella. Por lo tanto, su vigencia depende de las necesidades de información que los usuarios requieran a través de los sistemas que interactúan con ellas.


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