Tutorial de Bases de datos considerando su arquitectura.
BASE DE DATOS
Una base de datos es cualquier conjunto grande de datos estructurados almacenado dentro de una computadora. Los sistemas de gestión de bases de datos (DBMS) son paquetes de software para la gestión de las bases de datos; en particulr para almacenar manipular y recuperar datos en una computadora.
Cada base de datos se compone de una o más tablas que guarda un conjunto de datos. Cada tabla tiene una o más columnas y filas. Las columnas guardan una parte de la información sobre cada elemento que queramos guardar en la tabla, cada fila de la tabla conforma un registro.
- Independencia lógica y física de los datos.
- Redundancia mínima.
- Acceso concurrente por parte de múltiples usuarios.
- Integridad de los datos.
- Consultas complejas optimizadas.
- Seguridad de acceso y auditoria.
- Respaldo y recuperación.
- Acceso a través de lenguajes de programación estándar.
Distintos Niveles de un SBD (Sistema de Base de Datos)
Los SBD pueden ser estudiados desde 3 niveles distintos:
- Nivel Físico
- Es el nivel real de los datos almacenados. Es decir como se almacenan los datos, ya sea en registros, o como sea. Este nivel es usado por muy pocas personas que deben estar calificadas para ello. Este nivel lleva asociada una representación de los datos, que es lo que denominamos Esquema Físico.
- Nivel Conceptual.
- Es el correspondiente a una visión de la base de datos desde el punto de visto del mundo real. Es decir tratamos con la entidad u objeto representado, sin importarnos como está representado o almacenado. Este nivel lleva asociado el Esquema Físico.
- Nivel Visión.
- Son partes del esquema conceptual. Es aquel en el que se presenta al usuario final. Puede definirse como la forma en el que el usuario aprecia la información y sus relaciones. El nivel visión es el encargado de dividir el nivel Conceptual en partes. Un ejemplo sería el caso del empleado que no tiene porqué tener acceso al sueldo de sus compañeros o de sus superiores.
Los 3 niveles anteriores, componen lo que conocemos como Arquitectura de Base de Datos de 3 niveles.
Sistema de Manejo de Base de datos.
Definir DBMS. Este es el acrónimo de Data Base Management System o sea Sistema de Manejo de Base de datos.
Un DBMS consiste de una base de datos y un conjunto de aplicacionesn (programas) para tener acceso a ellos. Comúnmente, la base de datos contiene información interrelacionada y referente a una misma entidad o empresa.
El objetivo primordial de un DBMS es crear un ambiente en el que sea posible almacenar y recuperar información en forma eficiente y conveniente.
- La interacción con el manejador de archivos.
- Implantación de integridad, se encarga de verificar que durante las actualizaciones no se viole ninguna limitante de consistencia.
- Mejoramiento del nivel de seguridad que se encarga de restringir el acceso mediante una serie de password u otros medios de identificación y validación.
- Respaldo y recuperación.
- Control de concurrencia, supervisa los accesos en un ambiente multiusuario, determinando a que parte del código y de los datos pueden accesar los usuarios en un momento determinado.
Esquema de una base de datos
- Un lenguaje especial llamado Lenguaje de definición de datos; El DDL (Data Definition Language)
- Un lenguaje especial llamado Lenguaje de Manipulación de datos; El DML (Data Manipulation Language)
- Lenguaje de Consulta.
El resultado de la combinación de sentencias DDL es un conjunto de tablas las cuales se almacenan en un archivo especial llamado Diccionario de datos.
El DDL (Data Definition Language) o Lenguaje de Definición de Datos es aquel que permite describir un esquema de base de datos. Las definiciones resultantes conforman al DICCIONARIO DE DATOS que es un archivo que contiene metadatos que se consulta antes de leer o modificar datos reales en el sistema de base de datos. El resultado de la combinación de sentencias DDL es un conjunto de tablas.
El DML (Dat Manipulation Language) o Lenguaje de Manipulación de Datos nos sirve para manejar la información contenida en la base de datos. Este manejo consiste básicamente en la inserción, recuperación, eliminación y modificación de la información.
El DML aplicado a nivel físico será utilizado para realizar procesos que permitan un acceso más eficiente a la información; en el nivel de visión tendrá como finalidad mostrar al usuario destino los datos en una forma clara y sencilla.
Se define una consulta como una operación que solicita la recuperación de información. La parte del DML que se encarga de procesar esta recuperación se conoce como Lenguaje de Consulta.
Dentro de los lenguajes formales de consulta existe un sistema de DML conocido como Algebra Relacional. que permite especificar operaciones de consulta a través de pasos intermedios de generación de tablas utilizando formatos especiales. En el álgebra relacional no son válidos los operadores lógicos.
Existen dos clasificaciones de procesos en algebra relacional; en cada uno de ellos se toma una o dos tablas como entrada y se obtiene una tabla de salida. Estas clasificaciones son:
Operadores tradicionales
Unión, Intersección, Diferencia, Producto Cartesiano
Operadores especiales
Select, Project, Join, Divide
En los Lenguajes comerciales de consulta existen diversos paquetes y/o lenguajes mediante los cuales se puede construir un modelo relacional. El lenguaje que se considera estándar para este tipo de aplicaciones es el SQL (Structured Query Language), Lenguaje de Consulta Estructurado que proporciona formatos y sintaxis para la manipulación y definición de los datos.
Administrador de la base de datos.
El Administrador de la base de datos es quien tiene el control centralizado de la base de datos. Se persigue con esto reducir el número de personas que tengan acceso a los detalles técnicos y de diseño para la operación del DBMS
- Definición del esquema
- Definición de estructuras de almacenamiento y métodos de acceso
- Modificación de esquema y organización
- Concesión de autorizaciones de acceso.
- Especificación de las limitantes de integridad.
Modelos de Datos
Un modelo de datos es un conjunto de herramientas conceptuales para describir los datos, las relaciones entre ellos, su semántica y sus limitantes.
Un modelo de datos es una serie de conceptos que puede utilizarse para describir un conjunto de datos y operaciones para manipular los mismos. Cuando un modelo de datos describe un conjunto de conceptos de una realidad determinada, se llama modelo conceptual de datos. Hay dos tipos de modelos de datos: modelos conceptuales, usados en el diseño de bases de datos, y modelos lógicos, apoyados por los sistemas de gestión de bases de datos (DBMS), que como ya se mencionó, son grandes paquetes de software que crean, modifican y mantienen bases de datos.
En el diseño de bases de datos se usa primero los modelos conceptuales para lograr una descripción de alto nivel de la realidad; después se transforma el esquema conceptual en un esquema lógico.
Existen multitud de Modelos de Datos, algunos de estos modelos son los Modelos Lógicos basados en registros. los cuales 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. Son ejemplo de este tipo de modelos:
- Modelo Relacional de Datos.- Los datos y las relaciones se representan mediante tablas, cada una con diferentes columnas y nombres únicos.
- Modelo de Red.- Los datos se representan mediante nombres de registros y las relaciones mediante conjunto de ligas.
- Modelo Jerárquico.- Es semejante al modelo de red, pero con una estructura arbolada.
- Expresividad. En general, la disponibilidad de una amplia gama de conceptos hace posible una representación más extensa de la realidad; por este motivo, los modelos más ricos en conceptos son también muy expresivos.
- Simplicidad. Un modelo conceptual debe ser simple, para que sea fácil de entender por los diseñadores y usuarios de la aplicación de bases de datos.
- Minimalidad. Esta propiedad se consigue si cada concepto tiene un significado diferente al de los demás. Es decir, cuando un concepto no puede expresarse mediante otro u otros conceptos.
- Formalidad. La formalidad requiere que todos los conceptos del modelo tengan una interpretación única, precisa y bien definida.
Los modelos conceptuales deben ser buenas herramientas para representar la realidad y deben poseer las siguientes cualidades:
El modelo Entidad - Relación (E - R) es el modelo de datos más ampliamente usado para el diseño conceptual de bases de datos. El modelo fue introducido por Peter Chen en 1976. Los elementos básicos del modelo E-R son entidades, interrelaciones, atributos y atributos compuestos.
Las Entidades representan clases de objetos de la realidad como son: Persona, Empleado, Hombre, Mujer y Ciudad. Estos ejemplos de entidades para desarrollar una base de datos.
Las Relaciones o Interrelaciones representan agregaciones de dos o más entidades, es decir las conectan. Cada relación tiene un significado específico por lo que se hace necesario seleccionar nombres significativos para cada Relación.
Los atributos representan las propiedades básicas de las entidades o relaciones. La información completa es mostrada por los atributos.
Los atributos compuestos son grupos de atributos que tienen afinidad en cuanto a su significado o a su uso. Por ejemplo el atributo Dirección es un atributo compuesto ya que contiene otros atributos que pueden definir en forma completa el atributo Dirección y estos son: Calle, Colonia, Código Postal , Ciudad, Estado, País.
En la segunda parte de estos apuntes abordaremos el Modelo E - R.
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