Base de Datos 2009

1. Diseño de Bases de Datos 1.1. Análisis1.2. Modelo entidad / relación (E/R)1.3. Modelo relacional1.4. Lenguaje SQL y base de datos final

2. Diseño físico 3. Diseño conceptual 4. Diseño lógico5. Características de una base de datos6. Objetivos del Diseño de la Base de Datos7. Almacenar Solo La Información Necesaria.

7.1. Normalizar la Estructura de las Tablas7.2. Seleccionar el Tipo de Dato Adecuado7.3. Utilizar Índices Apropiadamente7.4. Usar Consultas REPLACE7.5. Usar Una Versión Reciente de SQL7.6. Usar Tablas Temporales

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INTRODUCCIÒN.

Hoy en día las empresas manejan una gran cantidad de datos. Cualquier empresa que se precie debe tener almacenados todos estos datos en una base de datos para poder realizarlos mediante una aplicación profesional; sin esta funcionalidad resultaría imposible tratar y manejar en su totalidad los datos que lleva a cabo la empresa y se perdería un tiempo y dinero.

Uno de los pasos cruciales en la construcción de una aplicación que maneje una base de datos, es sin duda, el diseño de la base de datos.

No importa la cantidad de registro que tengamos, es importante asegurarnos que nuestra base de datos está correctamente diseñada para que tenga eficiencia y que se pueda seguir utilizando por largo del tiempo.

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1. Diseño de Bases de Datos

El objetivo principal del diseño de bases de datos es generar tablas que modelan los registros en los que guardaremos nuestra información.

1. Análisis. 2. Diseño del modelo entidad / relación. 3. Diseño del modelo relacional. 4. Lenguaje SQL y base de datos final.

1.1. Análisis

Debemos comenzar estudiando a fondo el mundo real que deseamos representar en la aplicación y base de datos.A partir de este estudio, debemos crear el UD, que es simplemente la visión del mundo real bajo unos determinados objetivos.

1.2. Modelo entidad / relación (E/R)

El diseñador debe concebir la base de datos en un nivel superior, abstrayéndose de cualquier consideración técnica o de implementación en sistema, plataforma o aplicación.

Para ello puede contar con la ayuda de un modelo de datos como el E/R, presentado por Peter P. Chen. Con el podrá centrarse en la estructura lógica y abstracta de la información, siendo capaz de representar toda la semántica del mundo real por medio de entidades y relaciones.

1.3. Modelo relacional

El diseñador debe transformar el modelo E/R en el modelo relacional, teniendo muy en cuenta la teoría de la normalización. Esta es una operación de cierta complejidad.

El modelo relacional, presentado por el Dr. E.F.Codd, fue revolucionario puesto que consigue la independencia de las aplicaciones respecto a los datos.

Este modelo de datos esta basado en las teorías matemáticas de las relaciones, haciendo que los datos se estructuren lógicamente en forma de relaciones -tablas.

Presenta beneficios como:

Sencillez y uniformidad: Al tener como resultado una colección de tablas, y ser la tabla la estructura básica se da como resultado una gran uniformidad, junto con la sencillez de los lenguajes de usuario que pueden operar con ellas.

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Flexibilidad: Ofreciendo a los usuarios los datos de la forma mas adecuada a su aplicación.

Independencia del interfaz de usuario: El modo en el que se almacena los datos no influye en su manipulación lógica.

1.4. Lenguaje SQL y base de datos final

Ahora solamente tendremos que codificar en lenguaje SQL el modelo relacional expuesto anteriormente.

Para ello necesitaremos de:

LDD: Con el que (por ejemplo) codificar las sentencias para la creación de las distintas tablas de la base de datos.

LMD: Para codificar las instrucciones (que por ejemplo) se encargarán de realizar: consultas, adiciones, eliminaciones de registros.

2. Diseño físico

El diseño físico es el proceso de producir la descripción de la implementación de la base de datos en memoria secundaria: estructuras de almacenamiento y métodos de acceso que garanticen un acceso eficiente a los datos.

En general, el propósito del diseño físico es describir cómo se va a implementar físicamente el esquema lógico obtenido en la fase anterior. Concretamente, en el modelo relacional, esto consiste en:

Obtener un conjunto de relaciones (tablas) y las restricciones que se deben cumplir sobre ellas.

Determinar las estructuras de almacenamiento y los métodos de acceso que se van a utilizar para conseguir unas prestaciones óptimas.

Diseñar el modelo de seguridad del sistema.

3. Diseño conceptual

En esta etapa se debe construir un esquema de la información que se usa en la empresa, independientemente de cualquier consideración física. A este esquema se le denomina esquema conceptual. Al construir el esquema, los diseñadores descubren la semántica (significado) de los datos de la empresa: encuentran entidades, atributos y relaciones. El objetivo es comprender:

La perspectiva que cada usuario tiene de los datos. La naturaleza de los datos, independientemente de su representación física. El uso de los datos a través de las áreas de aplicación.

El esquema conceptual se puede utilizar para que el diseñador transmita a la empresa lo que ha entendido sobre la información que ésta maneja. Para ello, ambas partes deben estar

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familiarizadas con la notación utilizada en el esquema. La más popular es la notación del modelo entidad-relación, que se describirá en el capítulo dedicado al diseño conceptual.

4. Diseño lógico

El diseño lógico es el proceso de construir un esquema de la información que utiliza la empresa, basándose en un modelo de base de datos específico, independiente del SGBD concreto que se vaya a utilizar y de cualquier otra consideración física.

En esta etapa, se transforma el esquema conceptual en un esquema lógico que utilizará las estructuras de datos del modelo de base de datos en el que se basa el SGBD que se vaya a utilizar, como puede ser el modelo relacional, el modelo de red, el modelo jerárquico o el modelo orientado a objetos. Conforme se va desarrollando el esquema lógico, éste se va probando y validando con los requisitos de usuario.

La normalización es una técnica que se utiliza para comprobar la validez de los esquemas lógicos basados en el modelo relacional, ya que asegura que las relaciones (tablas) obtenidas no tienen datos redundantes. Esta técnica se presenta en el capítulo dedicado al diseño lógico de bases de datos.

5. Características de una base de datos

La velocidad de acceso, El tamaño de la información, El tipo de la información, Facilidad de acceso a la información, Facilidad para extraer la información requerida, El comportamiento del manejador de bases de datos con cada tipo de información.

6. Objetivos del Diseño de la Base de Datos

Entre las metas más importantes que se persiguen al diseñar un modelo de bases de datos, se encuentran las siguientes que pueden observarse en esta figura.

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7. Almacenar Solo La Información Necesaria

Frecuentemente podemos generar algunos datos sobre la marcha sin tener que almacenarlos en una tabla de una base de datos. En estos casos también tiene sentido hacer esto desde el punto de vista del desarrollo de la aplicación.

7.1. Normalizar la Estructura de las Tablas

Uno de los objetivos de una estructura de tabla normalizada es minimizar el número de celdas vacías.

El concepto relacional, significa que grupos parecidos de información son almacenados en distintas tablas que luego pueden ser "juntadas" (relacionadas) basándose en los datos que tengan en común.

Es necesario que al realizar la estructura de una base de datos, esta sea flexible. La flexibilidad está en el hecho que podemos agregar datos al sistema posteriormente sin tener que rescribir lo que ya tenemos.

La eficiencia se refiere al hecho de que no tenemos duplicación de datos, y tampoco tenemos grandes cantidades de "celdas vacías".

Podríamos decir que estos son los principales objetivos de la normalización:

Controlar la redundancia de la información. Evitar pérdidas de información. Capacidad para representar toda la información. Mantener la consistencia de los datos.

7.2. Seleccionar el Tipo de Dato Adecuado

Una vez identificadas todas las tablas y columnas que necesita la base de datos, debemos determinar el tipo de dato de cada campo.

Existen tres categorías principales que pueden aplicarse prácticamente a cualquier aplicación de bases de datos:

Texto Números Fecha y hora

Cada uno de éstos presenta sus propias variantes, por lo que la elección del tipo de dato correcto no sólo influye en el tipo de información que se puede almacenar en cada campo, sino que afecta al rendimiento global de la base de datos.

A continuación se dan algunos consejos que nos ayudarán a elegir un tipo de dato adecuado para nuestras tablas:

Identificar si una columna debe ser de tipo texto, numérico o de fecha.

Elegir el subtipo más apropiado para cada columna. Configurar la longitud máxima para las columnas de texto y numéricas, así como otros atributos.

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7.3. Utilizar Índices Apropiadamente

Los índices son un sistema especial que utilizan las bases de datos para mejorar su rendimiento global. Dado que los índices hacen que las consultas se ejecuten más rápido, podemos estar incitados a indexar todas las columnas de nuestras tablas.

Sin embargo, lo que tenemos que saber es que el usar índices tiene un precio. Cada vez que hacemos un INSERT, UPDATE, REPLACE, o DELETE sobre una tabla, SQL tiene que actualizar cualquier índice en la tabla para reflejar los cambios en los datos.

De manera simple, depende que tipo de consultas ejecutamos y que tan frecuentemente lo hacemos, aunque realmente depende de muchas otras cosas.

7.4. Usar Consultas REPLACE

Existen ocasiones en las que deseamos insertar un registro a menos de que éste ya se encuentre en la tabla. Si el registro ya existe, lo que quisiéramos hacer es una actualización de los datos.

7.5. Usar Una Versión Reciente de SQL

La recomendación es simple y concreta, siempre que esté en nuestras manos, debemos usar la versión más reciente de SQL que se encuentre disponible. Además de que las nuevas versiones frecuentemente incluyen muchas mejoras, cada vez son más estables y más rápidas. De esta manera, a la vez que sacamos provecho de las nuevas características incorporadas en SQL, veremos significativos incrementos en la eficiencia de nuestro servidor de bases de datos.

7.6. Usar Tablas Temporales.

Cuando estamos trabajando con tablas muy grandes, suele suceder que ocasionalmente necesitemos ejecutar algunas consultas sobre un pequeño subconjunto de una gran cantidad de datos. En vez de ejecutar estas consultas sobre la tabla completa y hacer que SQL encuentre cada vez los pocos registros que necesitamos, puede ser mucho más rápido seleccionar dichos registros en una tabla temporal y entonces ejecutar nuestras consultas sobre esta tabla.

Una tabla temporal existe mientras dure la conexión a SQL. Cuando se interrumpe la conexión SQL remueve automáticamente la tabla y libera el espacio que ésta usaba.

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Normalización

Normalizar es reconocer cualidades no deseadas en una tabla y la forma de corregirla.Características:

Cualidades no deseadas Evitar redundancia de información pero sin perderla

Existen dos formas para normalizar:

1. Enfoque intuitivo2. Metodología.- Dependencia funcional

Dependencia Funcional

La dependencia funcional se da cuando hay tablas

El atributo A es funcionalmente dependiente del atributo B, si el valor de A está determinado por el valor de B.

Para la tabla Ciudades, que tenia 2 campos, hemos creado el DIAGRAMA DE DEPENDENCIAS FUNCIONALESValor de Columna de Tabla CIUDAD (DETERMINA PK)

Valor de Columna de Tabla CIUDAD

Id_ciudad_edit nombre_ciudad_edit

B A

Para la tabla Editoriales, que tenia 4 campos, hemos creado el DIAGRAMA DE DEPENDENCIAS FUNCIONALESValor de Columna de Tabla EDITORIAL (DETERMINA PK)

Valor de Columna de Tabla EDITORIAL

Valor de Columna de Tabla EDITORIAL

Valor de Columna de Tabla EDITORIAL

Id_edit nombre_edit, direc_edit, id_ciudad_edit

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B A,B,C

Tabla: Ciudadesid_ciudad_edit ( PK) nombre_ciudad_edit

02 Cuenca04 Guayaquil07 Quito

MODELO CORREGIDO Y NORMALIZADO

*debe asignarse* debe publicar

Debe ser creado debe tener asignada

MODELO NO NORMALIZADO EN UNA UNICA Tabla: LIBROSid_libroPK

TituloNN

EdicionNN

tipo_libroNN

id_edit

nombre_edit

Direc_edit

id_ciud_edit

nomb_ciud_edit

001 A Primera Ciencia F 101 LNS M. Aux 02 Cuenca002 B Segund

aTerror 102 Don Bosco Xxx 04 Guayaquil

003 C Primera Drama 103 Norma Yyy 07 Quito004 Nach

o Lee 1

Quinta Enseñanza

101 LNS M. Aux 02 Cuenca

005 Nacho Lee 2

Segunda

Enseñanza

101 LNS M. Aux 02 Cuenca

09 Ambato

Se debe realizar un diagrama de Dependencias Funcionales (LO PRIMERO ES QUE DEBO HACER ES VERIFICAR QUE “CAMPOS SERIAN DETERMINANTES, SERIA PK”

id_libro titulo, edicion, tipo_libro, id_edit, nombre_edit, direc_edit, id_ciud_edit, nomb_ciud_edit

LUEGO INICIO EL Proceso de Normalización:

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LIBRO

id_libro PK

titulo

EDITORIAL

id_edit PK

CIUDAD_EDIT

id_ciudad_edit PK

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1FN 2FN 3FN 4FN

Problemas o Anomalías Dependencia Multivalorada(DMV)- Inserción- Actualización- Eliminación

Solución para el Proceso de Normalización:

Atributos Clave (PK)Atributos NO Clave (normales y los FK)Crear nuevas tablas y que sus columnas no clave dependan total y funcionalmente únicamente de su clave primaria.

(1FN ) Primera Forma Normal

Está en primera forma normal cuando los valores para los campos o columnas, en un registro o fila de una tabla, TIENEN UN SOLO VALOR.

Ejm:

Tabla: LIBROS se encuentra en 1FN

id_libro

titulo

edicion tipo_libro

id_edit

nombre_edit

Direc_edit

id_ciud_edit

nomb_ciud_edit

001 A Primera Ciencia F 101 LNS zzz 02 Quito002 B Segund

aTerror 102 Don Bosco xxx 04 Guayaquil

003 C Primera Drama 103 Norma yyy 07 Cuenca

Anomalías de inserción en 1FN. Algunas anomalías de inserción se deben a la dependencia funcional de algunos campos no clave en un subconjunto de atributos de la clave principal en lugar de toda la clave primaria. Anomalías en la eliminación en 1FN. Esto sucede cuando se desea borrar el valor de un campo, y al hacer esto no se puede borrar sólo ese valor sino que se debe borrar todo el registro, y es donde aparece esta anomalía debido a que se puede borrar información importante de una relación. Anomalías de actualización en 1FN. Cuando una relación sin normalizar se convierte en una relación 1FN, algunos datos se duplican. Tal duplicidad de datos almacenados causará problemas en las operaciones de actualización Y ADEMAS GENERARÁ INCONSISTENCIAS O ERRORES EN LOS DATOS.

(2FN )Segunda Forma Normal

Si esta en primera forma normal y cada atributo no clave depende totalmente de su clave principal.Ejm:

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Anomalías de relaciones en 2FNPuede presentar anomalías de almacenamiento si cualquiera de sus atributos no clave depende transitivamente de la clave primaria, es decir depende indirectamente de la clave primaria.Ejm:

Tabla: LIBROS, esta en 1FN, está en 2 FNid_libro titulo edicion tipo_libro id_edit001 A Primera Ciencia F 101002 B Segunda Terror 102003 C Primera Drama 103

Tabla: EDITORIALES, esta en 1FN, está en 2FN id_editPK

nombre_edit

Direc_edit

id_ciud_edit

nomb_ciud_edit

101 LNS zzz 02 Quito102 Don Bosco xxx 04 Guayaquil103 Norma yyy 07 Cuenca

Id_edit ----> nombre_edit, Direc_edit, id_ciud_edit, nomb_ciud_edit

(3FN) Tercera Forma Normal

Una relación es tercera forma normal si es 2FN y un atributo no clave YA NO ES funcionalmente dependiente de algún otro atributo no clave.

Ejm:

Tabla: LIBROS, esta en 1FN, 2FN y 3FNid_libro`PK

titulo

Id_edicion_libroFK

ID_tipo_libro FK

id_editFK

001 A 001 001 101002 B 002 002 102003 C 003 003 103

Tabla: TIPO_LIBROS, esta en 1FN, 2FN y 3FNid_TIPO_libroPK

tipo_libro

001 Ciencia

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F002 Terror003 Drama

Tabla: EDICION_LIBROS, esta en 1FN, 2FN y 3FNid_edicion_libro PK

edicion

001 Primera

002 Segunda

003 Primera

Tabla: EDITORIALES, está en 1FN, 2FN y 3FN

id_editPK

nombre_edit

Direc_edit

id_ciud_editFK

101 LNS zzz 02102 Don Bosco xxx 04103 Norma yyy 07

Tabla: CIUDADES, está en 1FN, 2FN y 3FNid_ciud_editPK

nomb_ciud_edit

02 Quito04 Guayaquil07 Cuenca

Anomalías debidas a dependencia de valores múltiples.

Generalmente un proceso de normalización termina cuando todas las relaciones pertenecen a tercera forma normal. Sin embargo, si una relación contiene dependencias de valores múltiples, es necesaria una normalización posterior. Dada una relación, el atributo A de esta relación se dice ser dependiente de multivaluados (DMV) del atributo B si un rango específico de valores del atributo A está determinado por un valor particular de B.

(4FN) Cuarta Forma Normal

Una relación es 4FN si es 3FN y no contiene dependencias multivaloradas.

La dependencia multivaluada se denota X Y, y se lee X multidetermina a Y.

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Conclusiones.

La normalización es una técnica que se utiliza para crear relaciones lógicas apropiadas entre tablas de una base de datos.

Ayuda a prevenir errores lógicos en la manipulación de datos. La normalización facilita también agregar nuevas columnas sin romper el esquema actual ni las relaciones.

Normalizar demasiado puede conducir a tener una base de datos ineficiente y hacer a su esquema demasiado complejo para trabajar.

La finalidad de este trabajo, es dar una inducción en el tema de Diseño de Bases de Datos, a personas ajenas al tema. De manera que por ello los temas se presentan de una manera sencilla y sin tanta terminología.

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Nos muestra la gran importancia que para cualquier entidad, ya sea una empresa grande o chica, para el gobierno, hasta para la vida cotidiana de una persona, tienen las bases de datos. Todo gira alrededor de ellas, todos los procesos del mundo están registrados en ellas, de ahí la importancia de llevar a cabo un diseño eficiente y libre de errores de las mismas.

Siempre que una persona escucha hablar de bases de datos y de toda la terminología que las acompaña piensa que es un tema excesivamente complicado, y no es así, todo tiene un porqué y lógica, es cosa de familiarizarse un poco con ellas (bases de datos).

Cuando se ven en realidad todas las ventajas que tienen, es más sencillo el proceso de aprendizaje, ya que siente que el aprender a manejarlas se verá recompensado.

Además de los sencillas que son, es muy fácil acceder a información, manuales y cursos relacionados a ellas, todo está a la mano, con la facilidad de poner este tema en un buscador de la red y aparecerán infinidad de temas, unos más complejos que otros, pero siempre uno que se adecue a las capacidades de aprendizaje de cada persona.

Recomendaciones.

El último paso del diseño de la base de datos es adoptar determinadas convenciones de nombres. Aunque SQL es muy flexible en cuanto a la forma de asignar nombre a las bases de datos, tablas y columnas, he aquí algunas reglas que es conveniente observar:

Utilizar caracteres alfanuméricos. Limitar los nombres a menos de 64 caracteres (es una restricción de SQL). Utilizar el guión bajo (_) para separar palabras. Utilizar palabras en minúsculas (esto es más una preferencia personal que una regla). Los nombres de las tablas deberían ir en plural y los nombres de las columnas en singular

(es igual una preferencia personal). Utilizar las letras ID en las columnas de clave primaria y foránea. En una tabla, colocar primero la clave primaria seguida de las claves foráneas. Los nombres de los campos deben ser descriptivos de su contenido. Los nombres de los campos deben ser unívocos entre tablas, excepción hecha de las claves.

Glosario

a) Base de Datos.- Cualquier conjunto de datos organizados para su almacenamiento en la memoria de un ordenador o computadora, diseñado para facilitar su mantenimiento y acceso de una forma estándar. Los datos suelen aparecer en forma de texto, números o gráficos. Hay cuatro modelos principales de bases de datos: el modelo jerárquico, el modelo en red, el modelo relacional (el más extendido hoy en día).

b) Base de Datos Relacional.- Tipo de base de datos o sistema de administración de bases de datos, que almacena información en tablas (filas y columnas de datos) y realiza búsquedas utilizando los datos de columnas especificadas de una tabla para encontrar datos adicionales en otra tabla.

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c) Datos Elementales.- Un dato elemental, tal como indica su nombre, es una pieza elemental de información. El primer paso en el diseño de una base de datos debe ser un análisis detallado y exhaustivo de los datos elementales requeridos.

d) Campos y Subcampos.- Los datos elementales pueden ser almacenados en campos o en subcampos. Un campo es identificado por un rótulo numérico que se define en la FDT de la base de datos. A diferencia de los campos, los subcampos no se identifican por medio de un rótulo, sino por un delimitador de subcampo.

e) Delimitador de Subcampo.- Un delimitador de subcampo es un código de dos caracteres que precede e identifica un subcampo de longitud variable dentro de un campo.

f) DBMS: Data Base Management System (SISTEMA DE MANEJO DE BASE DE DATOS).- Consiste de una base de datos y un conjunto de aplicaciones (programas) para tener acceso a ellos.

g) Modelo de Datos.- es un conjunto de herramientas conceptuales para describir los datos, las relaciones entre ellos, su semántica y sus limitantes.

Errores que se pueden encontrar en el diseño de una base de datos:

h) Redundancia.- Esta se presenta cuando se repiten innecesariamente datos en los archivos que conforman la base de datos.

i) Inconsistencia.- Ocurre cuando existe información contradictoria o incongruente en la base de datos.

j) Dificultad en el Acceso a los Datos.- Debido a que los sistemas de procesamiento de archivos generalmente se conforman en distintos tiempos o épocas y ocasionalmente por distintos programadores, el formato de la información no es uniforme y se requiere de establecer métodos de enlace y conversión para combinar datos contenidos en distintos archivos.

k) Aislamiento de los Datos.- Se refiere a la dificultad de extender las aplicaciones que permitan controlar a la base de datos, como pueden ser, nuevos reportes, utilerías y demás debido a la diferencia de formatos en los archivos almacenados.

l) Anomalías en el Acceso Concurrente.- Ocurre cuando el sistema es multiusuario y no se establecen los controles adecuados para sincronizar los procesos que afectan a la base de datos. Comúnmente se refiere a la poca o nula efectividad de los procedimientos de bloqueo.

m) Problemas de Seguridad.- Se presentan cuando no es posible establecer claves de acceso y resguardo en forma uniforme para todo el sistema, facilitando así el acceso a intrusos.

n) Problemas de Integridad.- Ocurre cuando no existe a través de todo el sistema procedimientos uniformes de validación para los datos.

Niveles de Diseño:

a) Nivel Físico.- Es aquel en el que se determinan las características de almacenamiento en el medio secundario. Los diseñadores de este nivel poseen un amplio dominio de cuestiones técnicas y de manejo de hardware.

b) Nivel Conceptual.- Es aquel en el que se definen las estructuras lógicas de almacenamiento y las relaciones que se darán entre ellas. Ejemplos comunes de este nivel son el diseño de los registros y las ligas que permitirán la conexión entre registros de un mismo archivo, de archivos distintos incluso, de ligas hacia archivos.

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c) Nivel de Edición.- Es aquel en el que se presenta al usuario final y que puede tener combinaciones o relaciones entre los datos que conforman a la base de datos global. Puede definirse como la forma en el que el usuario aprecia la información y sus relaciones.

Clasificación de Modelos de Datos:

a) Modelos Lógicos Basados en Objetos.- Son aquellos que nos permiten una definición clara y concisa de los esquemas conceptuales y de visión. Su característica principal es que permiten definir en forma detallada las limitantes de los datos.

b) Modelos Lógicos Basados en Registros.- Operan sobre niveles conceptual y de visión. Sus características principales son que permiten una descripción más amplia de la implantación, pero no son capaces de especificar con claridad las limitantes de los datos.

c) Modelos Físicos de Datos.- Describen los datos en el nivel más bajo y permiten identificar algunos detalles de implantación para el manejo del hardware de almacenamiento.

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