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Bases de datos

Modulo I. Introducción a los sistemas de BD. 1

1

Introducción a los sistemas de bases de datos

IntroducciIntroduccióón a los sistemas n a los sistemas de bases de datosde bases de datos

Bases de Datos

Universidad de ExtremaduraEscuela PolitécnicaDepartamento de InformáticaÁrea de Lenguajes y Sistemas Informáticos

Módulo IMódulo I

Miryam Salas Sánchez

BD

2

Programa de BDPrograma de BD

IV. Sistemas de bases de datos

III. Diseño de BD relacionales

II. Diseño conceptual de BD

I. Introducción a los sistemas de bases de datos

Módulos generales

Presentación

Módulo I

Bases de datos


BD

3

MMóódulo I. Objetivosdulo I. Objetivos

Proporcionar una visión global de la naturaleza y las ventajas de los sistemas de bases de datos, incidiendo especialmente en la independencia lógica y física de datos

Presentar las funciones de los SGBD, su estructura y funcionamiento y la arquitectura de tres niveles

Identificar los distintos tipos de usuarios según su forma de interactuar con el sistema

Introducir las herramientas conceptuales para el modelado de datos y presentar una clasificación de los modelos de datos más utilizados

Conocer las distintas fases de modelado en el diseño de bases de datos y su situación en el ciclo de vida de una aplicación

BD

4

MMóódulo I. Temariodulo I. Temario

IV

IIIII

I

Módulo

El futuro de las bases de datos10El entorno de los sistemas de BD9Construcción de aplicaciones con BD8Diseño lógico de BD relacionales7Lenguajes relacionales6El modelo relacional5El modelo entidad/relación4Modelos de datos3Sistemas gestores de BD2Conceptos fundamentales de BD1PresentaciónTemario teóricoNº

Módulo I

Bases de datos


BD

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MMóódulo I. Bibliografdulo I. Bibliografííaa

BÁSICA:

“Fundamentos de Sistemas de Bases de Datos”. Elmasri, R. y Navathe, S. B. Addison-Wesley, 2002 (Tercera Edición).

“Fundamentos y modelos de bases de datos”. De Miguel, A. y Piattini, M. Ed. Ra-Ma, 1999.

COMPLEMENTARIA:

“Introducción a los sistemas de bases de datos”. C. J. Date. Addison-Wesley Iberoamericana. 1998.

“Fundamentos de Bases de Datos”. A. Silberschatz, H. F. Korthy S. Sudarshan. Mc Graw-Hill, 1998 (Cuarta Edición).

Módulo I

6

Conceptos fundamentales de bases de datos

Conceptos fundamentales Conceptos fundamentales de bases de datosde bases de datos



Módulo I. Tema 1Módulo I. Tema 1

Bases de datos


BD

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Tema 1. Conceptos fundamentales de BDTema 1. Conceptos fundamentales de BD

1. Introducción. De los ficheros tradicionales a las bases de datos

2. Bases de datos, sistemas de bases de datos, sistema gestor de bases de datos

3. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de bases de datos

4. Independencia lógica y física de datos

Módulo I. Tema 1

BD

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IntroducciIntroduccióónn

• Las bases de datos son imprescindibles hoy en día

• Cada día interactuamos sin saberlo con sistemas de bases de datos– Matriculación

– Consultas en biblioteca

– Operaciones bancarias

– Reservas de tren, hotel, avión

– Compras por internet ...

Módulo I. Tema 1

Bases de datos


BD

9


Módulo I. Tema 1

DE LOS FICHEROS TRADICIONALES A LAS BD

Datos integrados como constantes en

los programas

Aparición de ficheros como colección de datos homogénea

Sistemas de gestión de ficheros

integrados en los SO

Ficheros asociados a los programas

Diferenciación entre estructura lógica y física

Todavía gran dependencia entre datos y programas y de ambos con respecto a la máquina

En las aplicaciones existe una gran cantidad de ficheros con información duplicada, redundante y no integrada

BD

10


Módulo I. Tema 1

PROFESOR ALUMNOSDESPACHOS PROFESOR

CENTROSCENTROS NOMINASNOMINAS

CATEGORIAS

SECRETARIASECRETARIA

PROFESOR

PROFESORDESPACHOS CATEGORIAS ALUMNOS

CENTROSCENTROS NOMINASNOMINAS SECRETARIASECRETARIA

Sistema centralizado

Necesidad de compartición de datos y control centralizado de los datos

Bases de datos


BD

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• Necesidad de diferenciación entre la representación de los datos orientada hacia el problema (estructura lógica) y la representación de los datos orientada hacia la máquina (estructura física)

• Necesidad de las organizaciones de tener datos fiables y correctos y de disponer de una representación de los mismos

• Nuevos requerimientos de concurrencia, seguridad, fiabilidad, mayor rendimiento, etc

SISTEMAS GESTORES DE BASES DE DATOS

Modelos de datosAños 60-70

Módulo I. Tema 1

BD

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1. Introducción. De los ficheros tradicionales a las bases de datos

2. Bases de datos, sistemas de bases de datos,sistema gestor de bases de datos

3. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de bases de datos

4. Independencia lógica y física de datos

Tema 1. Conceptos fundamentales de BDTema 1. Conceptos fundamentales de BD

Módulo I. Tema 1

Bases de datos


BD

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BD, SGBD y SBDBD, SGBD y SBD

• ¿Qué es una base de datos (BD)?

Colección de datos relacionadosRepresentan aspectos de parte del mundo real (minimundo o universo de discurso)

Cada dato almacenado tiene un significado concreto

La información almacenada sirve para un propósito específico

Módulo I. Tema 1

BD

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• ¿Qué es un sistema gestor de bases de datos (SGBD)?

Software que permite a los usuarios crear, mantener y acceder a una base de datos.

Software que proporciona el interfaz entre los datos almacenados en la base de datos y las operaciones realizadas por los usuarios y los programas de aplicación.

Módulo I. Tema 1

Bases de datos


BD

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• ¿Qué es un sistema de bases de datos(SBD)?

La base de datos + el software que gestiona los datos

La base de datos junto con los detalles que permiten interpretar los datos almacenados

• Objetivo de un SBDProporcionar a la organización medios para la gestión y el control centralizado de los datos

Módulo I. Tema 1

BD

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Queries/Programas de aplicación

Software para procesarQueries/Programas de aplicación

Software para acceso a los datos almacenados

Definición de la DatosBase de datos Almacenados

(Catálogo)

S.G.B.D.

SISTEMA DEBASE DE DATOS

Usuarios /Programadores

Módulo I. Tema 1

Bases de datos


BD

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Ventajas de los sistemas de BDVentajas de los sistemas de BD

• Su naturaleza autodescriptiva (diccionario)

• Independencia entre programas y datos

• Soporte de múltiples vistas de usuario

• Control de redundancias y eliminación de inconsistencias

• Compartición de datos y procesamiento de transacciones multiusuario

• Se garantiza la seguridad de los datos

• Se garantiza la integridad de los datosMódulo I. Tema 1

BD

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Otras ventajasOtras ventajas

• Potencial para imponer normas o estándares

• Menor tiempo de creación de aplicaciones

• Flexibilidad

• Disponibilidad de información actualizada

• Optimización de recursos

Módulo I. Tema 1

Bases de datos


BD

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Inconvenientes de los SBDInconvenientes de los SBD

Hablando de grandes sistemas de BD:– Instalación costosa (hw y sw)– Necesidad de personal especializado– Implantación larga y difícil– Falta de rentabilidad a corto plazo– Consumo de recursos para realizar funciones

Módulo I. Tema 1

En algunos casos puede no ser rentable usar un SGBD

BD

20

Inconvenientes de los SBDInconvenientes de los SBD

Módulo I. Tema 1

A pesar de las ventajas, ¿cuándo puede no interesar el uso de un SGBD?– Si la BD y las aplicaciones que la usarán son

simples, bien definidas y no se espera que cambien

– Si tenemos unos requerimientos en coste y en tiempo de respuesta que no se satisfacen con un SGBD, en parte por los recursos que consume

– Si no se necesita acceso concurrente a los datos

Bases de datos


BD

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Independencia de datosIndependencia de datos

Los cambios en los procesos no obligan a modificar el diseño de la base de datos

Los cambios en la base de datos (lógicos o físicos) no obligan a alterar los programas– Independencia física: puede modificarse la forma de

almacenamiento y acceso a los datos sin que afecte a las aplicaciones que los usan

– Independencia Lógica: puede modificarse la estructura de los datos sin que ello afecte a las aplicaciones que los usan

Módulo I. Tema 1

Separación entre programas de aplicación y datos almacenados

BD

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Independencia de datosIndependencia de datos

¿Cómo se consigue la independencia?

ABSTRACIÓN DE DATOSHay que realizar en sucesivas fases el camino que va desde la percepción que la organización y los usuarios tienen de los datos que hay que almacenar, hasta el almacenamiento puramente físico de los mismos

Módulo I. Tema 1

En los SI tradicionales se usan dos niveles distintos para representar los datos: lógico (vista del usuario) y físico

Los sistemas de bases de datos proponen un nuevo nivel intermedio de abstracción: el conceptual ( o lógico global)

Bases de datos


BD

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AbstracciAbstraccióón de datosn de datos

Módulo I. Tema 1

NIVEL EXTERNO

NIVEL CONCEPTUAL

ESQUEMA INTERNO

ESQUEMA CONCEPTUAL

VISTAEXTERNA

VISTAEXTERNA

...

NIVEL INTERNO

Usuarios finales

BD almacenada

Estructura lógica de usuario

Estructuralógica global

Estructura física

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Sistemas gestores de bases de datos

Sistemas gestores de Sistemas gestores de bases de datosbases de datos




Bases de datos


BD

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Tema 2. Sistemas gestores de BDTema 2. Sistemas gestores de BD

1. Introducción

2. Facilidades ofrecidas por un SGBD

3. Tipos de usuarios de un SGBD

4. Estructura general y funcionamiento de un SGBD

5. La arquitectura de tres niveles

Módulo I. Tema 2

BD

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Módulo I. Tema 2

• Definición: especificación de los tipos de datos, estructuras y restricciones para los datos que se van a almacenar en la BD

• Construcción: el proceso de almacenar los datos concretos sobre algún medio de almacenamiento controlado por el SGBD

• Manipulación: incluye funciones tales como consultar la base de datos, actualizarla y generar informes a partir de los datos

SGBD: sistema software de propósito general que facilita los procesos de definición, construcción y manipulación de los datos de la BD garantizando su seguridad

Bases de datos


BD

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Facilidades ofrecidas por un SGBDFacilidades ofrecidas por un SGBD

Módulo I. Tema 2

• Proporciona el interfaz entre los datos almacenados y los programas de aplicación o las consultas hechas al sistema, facilitando– Lenguaje de definición de datos (LDD)– Lenguaje de manipulación de datos (LMD)

• Realiza el control de la seguridad e integridad

• Fiabilidad ante fallos hw y sw y proporciona medios para llevar a cabo copias de seguridad y recuperación

• Garantiza la consistencia de los datos compartidos por múltiples usuarios mediante el control de concurrencia

• Almacenamiento seguro y eficiente de los datos interactuando con el gestor de ficheros del SO

BD

28

Tipos de usuarios de un SGBDTipos de usuarios de un SGBD• Usuarios informáticos

– Administradores

– Diseñadores– Analistas y programadores

• Usuarios finales– Simples (usuarios de aplicaciones)– Ocasionales– Avanzados o especializados

• Otros (Constructores de SGBD, constructores de herramientas, operadores...)

Módulo I. Tema 2

Se ocupa de la gestión y control centralizado del SBD, incluyendo datos y programas y en especial de la confidencialidad, disponibilidad e integridad de los datos

Bases de datos


BD

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Estructura y funcionamiento de un SGBDEstructura y funcionamiento de un SGBD

SENTENCIAS DDL

COMANDOS PRIVILEGIADOS

CONSULTASINTERACTIVAS

PROGRAMAS APLICACIÓN

Precompilador

Sentencias LMD

CompiladorLMD

Compilador Consultas CÓDIGO

TRANSACCIONES COMPILADO Compilador

DDL

Compilador del lenguaje

Procesador de BD en tiempo de ejecución

Catálogo/

Diccionario

BASE DE DATOS ALMACENADA

Subsistemas de control de concurrencia, respaldo y

recuperación Gestor de datos

almacenados

Administrador Diseñador Usuario final

especializado

ProgramadoresAplicaciones

Usuario final simple

Ejecución

Ejecución

Ejecución

Módulo I. Tema 2

BD

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Estructura y funcionamiento de un SGBDEstructura y funcionamiento de un SGBD

Módulo I. Tema 2

- Carga

- Copia de seguridad

- Reorganizaciones de ficheros

- Creación de esquemas

- Control de rendimiento

- Ficheros de datos e índices

- Catálogo o diccionario

- Ficheros de control

- Ficheros de log (diario)

UTILIDADES DE AYUDA AL ABDESTRUCTURAS DE DATOS NECESARIAS

• Otras herramientas relacionadas con SGBD– Herramientas CASE de diseño de BD

– Entornos de desarrollo de aplicaciones

– Programa de control de comunicaciones

Bases de datos


BD

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La arquitectura de tres nivelesLa arquitectura de tres niveles

• También arquitectura de tres esquemas o arquitectura ANSI/SPARC

• Objetivo: separar las aplicaciones del usuario y la base de datos física

• Niveles incluidos– Externo (incluye varios esquemas* externos)

– Conceptual (con un esquema* conceptual asociado)

– Interno (con un esquema* interno asociado)

* Los esquemas no son más que descripciones de los datosMódulo I. Tema 2

BD

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NIVEL EXTERNO

NIVEL CONCEPTUAL

ESQUEMA INTERNO

ESQUEMA CONCEPTUAL

VISTAEXTERNA

VISTAEXTERNA

...

NIVEL INTERNO

Usuarios finales

BD almacenada

correspondenciaexterno/conceptual

correspondenciaconceptual/interno

Módulo I. Tema 2

Bases de datos


BD

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• El esquema interno describe la estructura física de almacenamiento de la BD (detalles de almacenamiento y caminos de acceso)

• El esquema conceptual describe qué datos deben almacenarse, las relaciones entre ellos y sus restricciones. Es independiente de la máquina y de la visión de cada usuario particular

• El esquema externo describe cada visión particular que tiene un usuario de la BD. Habrátantos esquemas externos como visiones diferentes haya.


Módulo I. Tema 2

BD

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NIVEL EXTERNO

NIVEL CONCEPTUAL

ESQUEMA INTERNO

ESQUEMA CONCEPTUAL

VISTAEXTERNA

VISTAEXTERNA

...

NIVEL INTERNO

Usuarios finales

BD almacenada


INDEPENDENCIA FÍSICA

INDEPENDENCIALÓGICA

Módulo I. Tema 2

Bases de datos


BD

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Objetivo de la arquitectura de tres niveles

Conseguir que el esquema conceptual sea una descripción estable de los datos de la organización e independiente de las vistas y de la forma de almacenamiento de los datos.


Módulo I. Tema 2

BD

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PROFESOR

Cargo Salario DespachoDepartamentoNombreNSSDNI

PROFESOR

SalarioNombreNSSDNI

PROFESOR

Cargo DespachoDepartamentoNombreDNI

Visión NÓMINAS Visión CENTRO

Nivel conceptual

Nivel interno

-Especificación de cada tipo de dato en el almacenamiento físico-Métodos de acceso: índice hashing sobre DNI, índice hashing sobre NSS, índice arbóreo sobre Nombre- Especificación sobre la asignación de espacio de almacenamiento

Nivel externo

Módulo I. Tema 2

Bases de datos


37

Modelos de datosModelos de datosModelos de datos




BD

38

Tema 3. Modelos de datosTema 3. Modelos de datos

1. Introducción

2. Definición de modelo de datos

3. Clasificación de los modelos de datos

4. Los modelos de datos en el diseño de bases de datos

Módulo I. Tema 3

Bases de datos


BD

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• Hay que distinguir entre– la descripción de la base de datos

– la base de datos propiamente dicha

Módulo I. Tema 3

MinimundoMinimundo ESQUEMAABSTRACCIÓN

MODELO DE DATOS

Instrumento que se aplica a los datos del mundo real para obtener el esquema

BD

40

DefiniciDefinicióón de modelo de datosn de modelo de datos

Conjunto de herramientas conceptuales útiles para describir los datos, las relaciones entre ellos, la semántica asociada a los datos y las operaciones que pueden hacerse sobre ellos

Módulo I. Tema 3

ObjetosAsociaciones entre objetosPropiedades o características de los objetosDominios sobre los que se definen las propiedades

Restricciones semánticas

Operaciones básicas

ESTÁTICA

DINÁMICA

Bases de datos


BD

41


PROFESOR


DESPACHO

Capacidad max.PabellónNº

Objetos: DESPACHO, PROFESOR

Asociación: Un profesor tiene asignado un despachoPropiedades del objeto DESPACHO: nº, pabellón y capacidad máx.

Dominio de la propiedad capacidad máx.: numérico entre 1 y 4

Ejemplos de operaciones:- añadir un nuevo profesor, borrar un profesor, actualizar su salario, consultar a qué departamento pertenece- añadir las propiedades fecha de nacimiento y estado civil al objeto PROFESOR

EJEMPLO

Módulo I. Tema 3

BD

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Restricciones semánticas o de integridadciertas reglas que deben cumplir los elementos que queremos representar del mundo realSEMÁNTICASignificado de los datos, todo lo que conocemos sobre ellos

INTEGRIDADCorrección de los datos y su consistencia respecto al mundo real del cual proceden

Ejemplos de restricciones semánticas: - un NSS no se puede repetir para dos DNI distintos- el despacho que tiene asignado un profesor debe existir en DESPACHO- un despacho de capacidad máxima n no puede estar asignado a más de n profesores a la vez

Módulo I. Tema 3

Bases de datos


BD

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ClasificaciClasificacióón de los modelos de datosn de los modelos de datos

• De alto nivel o lógicosSe usan para la construcción de los esquemas externos y conceptual

Conceptuales o de diseño

Convencionales o de representación

• De bajo nivel o físicosSe usan para la construcción del esquema interno o físico

Módulo I. Tema 3

BD

44

ClasificaciClasificacióón de los modelos de datosn de los modelos de datos

- Implementados en SGBD comerciales- Dependen del SGBD- Más próximos al ordenador- Más enfocados a la implementación- Interfaz informático/sistema- Nivel de mediación entre el nivel externo e interno

-No suelen estar implementados en SGBD- Independientes del SGBD- Mayor nivel de abstracción- Mayor capacidad semántica- Interfaz usuario/informático- Más enfocados al diseño de alto nivel (modelado conceptuaL)

CONVENCIONALES o DE REPRESENTACIÓN

CONCEPTUALES o DE DISEÑO

¡¡Ambos tipos se usan para el diseño del esquema conceptual pero en dos aproximaciones diferentes!!

Módulo I. Tema 3

Bases de datos


BD

45

MD conceptuales o de diseMD conceptuales o de diseññoo• No nos aportan información sobre qué tipos de

estructuras se utilizarán para almacenar los datos, qué tipos de operaciones pueden realizarse sobre los mismos, etc.

• Estos modelos no pueden implementarse directamente en los sistemas comerciales conocidos, deben transformarse previamente en un modelo de representación.

• Ejemplo

modelo E/R

Otros: modelo binario, modelo semántico de datos, modelo infológico

DESPACHO PROFESORasignado a

1:NNºpabellóncapacidad

DNINSS

nombre departamento...

Módulo I. Tema 3

BD

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MD convencionales o de representaciMD convencionales o de representacióónn

• Pueden implementarse en sistemas comerciales ya que aportan las estructuras necesarias para almacenar los datos y proporcionan tipos de operaciones y forma de llevarlas a cabo

• Diferentes modelos llevan asociados diferentes lenguajes para la definición de las estructuras de datos y la manipulación de los mismos

• Ejemplo : Modelo Relacional

PROFESOR


DESPACHO

Capacidad max.PabellónNº

Otros:modelo jerárquico,modelo en red

Módulo I. Tema 3

Bases de datos


BD

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- Relacional: Oracle, DB2, Ingres, Informix, PostgreSQL para grandes sistemas y ACCESS, DBASE IV, etc para sistemas pequeños

- Orientado a objetos: ObjectStore, O2- Jerárquico: IMS, MARK IV y SYSTEM 2000- En red: DMS 1100, IDS II, DBMS 10, TOTAL

MD convencionales o de representaciMD convencionales o de representacióónn

SGBD comerciales según el modelo:

Los modelos orientados a objeto se consideran modelos de datos de representación pero mucho más próximos a los modelos conceptuales o de diseño

La mayoría de los SGBD actuales son relacionales extendidos (es decir, incluyen funcionalidades de orientación a objetos)

BD

48

Los MD en el diseLos MD en el diseñño de BDo de BDMinimundo

REQUERIMIENTOS

Funcionales Datos

ANÁLISIS FUNCIONAL DISEÑO CONCEPTUAL

DISEÑO LÓGICO

DISEÑO DE PROGRAMAS DE APLICACIÓN

DISEÑO FÍSICO

IMPLEMENTACIÓNPROGRAMAS

Dependiente del S.G.B.D

Independiente del S.G.B.D

Programas de aplicación

Esquema conceptual modelo E/R

Especificación de procesos

Esquema conceptual (lógico) adaptado al S.G.B.D.

Esquema interno

Módulo I. Tema 3

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