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BASES DE DATOS I Ing. Rosa Navarrete, MSc. 11 Contenido „ Concepto de Bases de datos „ Evolución de archivos a sistemas de BD „ Propósito y ventajas del uso de sistemas de BD „ Elementos de una Base de datos „ Abstracción de datos „ Clasificación de los sistemas de BD „ Según su contenido „ Según su...

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BASE DE DATOS Franklin Arias

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CONCEPT OS CONCEPT OS DE BASES DE DAT OS Y DE SIST EMAS DE BASES DE DAT OS CONCE… Diego Omar Flores Cast ro En est a unidad aprenderás a manejar el sist ema de base de dat os Ant onio Orellana Fundament os de base de dat os Jonat han De Jesus Avalos Zamora

I ng. Rosa Navarrete, MSc.

BASES DE DATOS I

11

Contenido „ „ „ „ „ „

Concepto de Bases de datos Evolución de archivos a sistemas de BD Prop ósito y ventajas del uso de sistemas de BD Elementos de una Base de datos Abstracción de datos Clasificación de los sistemas de BD „ „

„

„

Según su contenido Según su almacenamiento Modelo de administración de datos

Sistemas de Gestión de bases de datos (SGBDDBMS) 2

Concepto

„

„

La Federación I nternacional de Documentación (FI D) define las bases de datos como: “Conjunto de datos homogéneos, ordenados de una forma estructurada que se presenta en forma legible por ordenador y se

refiere a una materia determinada, organización o problema”. ANSI SQL 93: “Conjunto de datos consistente y usualmente persistente, organizado en un modo sistem ático específico que permita acceder a su contenido de forma pertinente, f ácil y r ápida. ” 3

De archivos a bases de datos … „ „

„

„

Como en un archivo de datos, una base de datos presenta información directamente al usuario. Al trabajar con archivos de datos, las aplicaciones se tienen que escribir para la estructura específica de cada archivo de datos (ej. un archivo de excel). En contraste, las bases de datos contienen un catálogo que las aplicaciones pueden utilizar para determinar la organización de los datos. Las aplicaciones de bases de datos genéricas pueden utilizar el cat álogo para presentar din ámicamente a los usuarios datos de distintas bases de datos, sin tener que depender de formatos de datos 4 específicos.

Propósito „

„

El propósito de una BD es almacenar información de un entorno específico, referente a un determinado tema, en un medio de almacenamiento magnético – óptico, de forma segura, que se encuentra a disposición de un ordenador (computador o dispositivo de procesamiento electr ónico de datos), para permitir su acceso en cualquier momento y en el menor tiempo posible. En el entorno de aplicaciones o sistemas inform áticos, las BD almacenan los datos para que sean procesados y traducidos a información contextualizada. El usuario ejecuta una aplicación que tiene acceso a los datos de la base de datos y los 5 presenta al usuario en un formato inteligible.

Ventajas de las BD „ „ „

„ „

Globalización de la información: recurso corporativo al servicio de toda la organización Elimina la redundancia y minimiza costes Elimina la inconsistencia de datos, donde diversas copias de los mismos no concuerdan entre si Permite un f ácil acceso a los datos I ndependencia de datos (separación entre programas de aplicación y datos) 6

Ventajas de las BD „

„

„ „

Elimina problemas de seguridad (vulnerabilidad a cambios no autorizados o pérdida de datos). Elimina anomalias de acceso concurrente debido al uso simult áneo por parte de multiples usuarios. Elimina problemas de integridad con el uso de restricciones para los datos. Traduce las reglas de negocio al manejo de los datos contextualizados.

7

Elementos de una base de datos En una base de datos se tienen 4 elementos: 1. Datos.- Deben cumplir 2 condiciones: „ Deben ser integrados, es decir, recogen toda la información (tratando de eliminar redundancia). „ Deben ser compartidos a nivel de aplicación. 2. Hardw are.- El hardware se refiere a los volúmenes de almacenamiento secundario. Típicamente los discos es donde reside f ísicamente la base de datos. 3. Softw are.- El SGBD (Sistema gestor de bases de datos) (Data Base Management System, DBMS), es el encargado de gestionar la base de datos, (administrar su contenido, garantizar consistencia, persistencia, estabilidad, disponibilidad); esto es, debe ofrecer facilidades para la inserción, borrado y modificación de la información, adicionalmente presentar á una interfaz abstracta al usuario.

8

Elementos de una base de datos 4. Usuarios. „ Programadores de aplicaciones.- diseñar y

„

„

programar las aplicaciones necesarias para la utilización de la bases de datos, realizando las peticiones pertinentes al SGBD. Usuario final.- trabaja sobre los datos almacenados en la base de datos. Hay usuarios finales avanzados que por medio del lenguaje de interrogación SQL pueden acceder a los datos. Administrador de base de datos.- Diseñar, modificar la estructura de la base de datos. Gestionar asignación de almacenamiento, respaldos y recuperación de la BD. 9

Abstracción de datos „ „

La estructura de una BD presenta tres niveles de abstracción:

NI VEL DEL USUARI O ( visión del usuario)

Esquema externo Describe la BD en los t érminos que interesa a cada usuario „ „ „

Datos y relaciones que necesite Restricciones de uso (que puede hacer el usuario) Aplicaciones (tantas visiones como perfiles de usuarios) 10

Abstracción de datos

„

NI VEL LÓGI CO-GLOBAL ( visión de la organización)

Esquema conceptual Describe la estructura de toda la BD para la organización „

Como se ha definido la estructura de la BD. (Todos los datos, sus relaciones, consideraciones del modelo)

„

Restricciones de integridad y confidencialidad

„

Una sola visión corporativa 11

Abstracción de datos

„

NI VEL FÍSI CO ( estructura física de la BD)

Esquema interno Describe la estructura f ísica del almacenamiento de la BD „

Estrategia de almacenamiento

„

Algoritmos de indexación

„

Compresión de datos

„

Caminos de acceso

„

Una sola visión (no lo percibe el usuario) 12

Abstracción de datos .. „

Las abstracciones permiten que: „

„

„

La información solicitada por el usuario en t érminos del esquema externo sea Correctamente extraída de la BD en t érminos del esquema conceptual y Recuperada del almacenamiento f ísico en t érminos del esquema interno.

13

Abstracción de datos en una entidad bancaria NIVEL DE USUARIO

NIVEL LÓGICO GLOBAL

Aplicación de cuentas corporativas

Aplicación de cuentas personales

Aplicación de Préstamos

Modelo Modelode dedatos datos De Préstamos De Préstamos

Modelo Modelode deDatos Datosde de de decuentas cuentas

DBMS

NIVEL FISICO

BASES DE DATOS

14

Clasificación de las bases de datos ¾ Según el contenido „ „

„ „

Bases de datos bibliográficas Solo contienen un surrogante (representante) de la fuente primaria, que permite localizarla. Un registro t ípico de una base de datos bibliogr áfica contiene información sobre el autor, fecha de publicación, editorial, t ítulo, edición, de una determinada publicación, etc. Puede contener un resumen o extracto de la publicación original.

Bases de datos de texto completo o documentales Almacenan las fuentes primarias, como por ejemplo, todo el contenido de todas las ediciones de una colección de revistas cient íficas. 15

Tipos de bases de datos „

Bases multimediales ( imágenes, audio, video) Un ejemplo son las bases de datos geogr áficas; las bases de datos para reconocimiento de patrones faciales.

„

Bases de datos o "bibliotecas" de información biológica Son bases de datos que almacenan diferentes tipos de información proveniente de las ciencias de la vida o m édicas. Un ejemplo son las bases de datos para identificación de genotipos (ADN).

„ „

Directorios Un ejemplo son las guías telef ónicas en formato electr ónico. Bases de datos empresariales. Mantienen información para el soporte del manejo empresarial. Son soportes transaccionales o de toma de decisiones.

16

¾ Según su almacenamiento „

„

Bases de datos centralizadas „

Datos almacenados en repositorios localizados en un único servidor o un cluster de servidores

Bases de datos distribuidas „ „

„ „

Se almacenan en m ás de un lugar f ísico Poseen una base de datos central duplicada en todos los puntos remotos donde los datos se referencian con mas frecuencia Posee una Base de datos con un índice central. Base de Datos distribuida para localizar un registro lo busca en los procesadores remotos y lo transmite al lugar que es requerido.

17

Tipos de bases de datos ¾ Según su modelo de administración de datos. „ El modelo de datos es un grupo de herramientas conceptuales para describir datos, sus relaciones, su sem ántica y sus limitantes. „ Los modelos de datos son abstracciones que permiten la implementación de un sistema eficiente de BD; por lo general se refieren a algoritmos y conceptos matem áticos. Un modelo de datos consiste de dos elementos: „ Una notación matem ática para expresar los datos „ Operaciones en los datos para expresar consultas

18

Modelo de administración de datos.

„

Se han propuesto varios modelos de datos diferentes, los cuales pueden dividirse en tres grupos: „

Modelo lógico basado en objetos

„

Modelo lógico basado en registros

„

Modelos f ísicos de datos

19

Modelo de administración de datos… „

Modelo lógico basado en objetos

„

Estos modelos se utilizan para describir los datos en los niveles conceptuales y de vistas. Se caracterizan por el hecho de que perciben una estructura bastante flexible y hacen posible especificar claramente las restricciones de los datos. Algunos de estos modelos son:

„

„ „ „ „

Modelo Modelo Modelo Modelo

Entidad – Relación orientado a objetos Sem ántico de Datos I nfológico

20

Modelo de administración de datos…

„ „

Modelos lógico basados en registros Los modelos lógicos basados en registros se utilizan para especificar tanto la estructura lógica general de la base de datos como una descripción en un nivel m ás alto de la implementación. Los modelos de esta división m ás ampliamente aceptados son: „ Modelo jer árquico „

Modelo de red

„

Modelo relacional

„

Modelo multidimensional 21

Modelo de administración de datos…

„ „ „

„

Modelo físico de datos Los modelos f ísicos de datos sirven para describir los datos en el nivel m ás bajo. A diferencia de los modelos lógicos son muy pocos los utilizados. Los m ás conocidos son: „

Modelo unificador

„

Modelo de cuadros

Los modelos f ísicos de datos capturan aspectos de la implantación de los sistemas de base de datos. 22

Modelo de administración de datos… „ „

„

„

Modelo jerárquico Almacenan su información en una estructura jer árquica; los datos se organizan en una forma similar a un árbol (visto al revés), en donde un nodo padre de información puede tener varios hijos. El nodo que no tiene padres es llamado raíz, y a los nodos que no tienen hijos se los conoce como hojas. Una de las principales limitaciones de este modelo es su incapacidad de representar eficientemente la redundancia de datos. Son modelos que ya no tienen aceptación. Ejemplos de Gestores de BD Jer árquicas: Adabas, Focus. 23

Modelo de administración de datos… „ „

„

Modelo de red Modelo ligeramente distinto del jer árquico; su diferencia fundamental es la modificación del concepto de nodo: la relación jer árquica no es estrictamente obligatoria, se permite que un mismo nodo tenga varios padres, de manera que pueden establecerse relaciones entre nodos hermanos. La estructura en forma de árbol se convierte en una estructura en forma de grafo dirigido. Han sido reemplazados por modelos multidimensionales

24

Modelo de administración de datos… „ „

„ „ „

Modelo orientado a objetos Tecnología reciente, clave para el soporte de aplicaciones multimediales orientadas a la web y con lenguajes de desarrollo orientados a objetos. Usa los conceptos de objetos, encapsulamiento, herencia La capacidad de encapsulamiento permite manejar de mejor forma los datos complejos La herencia permite crear nuevos objetos con propiedades similares

25

Modelo de administración de datos… „ „

„ „

„

Modelo relacional Se basa en una percepción del mundo real que consiste en un conjunto de objetos básicos llamados entidades y relaciones entre estos objetos EL objetivo es describir el sistema en t érminos de entidades y las relaciones entre entidades Considera que todos los datos de la base de datos est án almacenados en forma de tablas simples y tablas de relaciones entre ellas Este modelo puede enlazar elementos de varias tablas para dar información a usuarios

26

Sistema de gestión de base de datos

„

Data Base Management System (DBMS)

„

Sistema de Gestión de Bases de datos (SGBD)

„ „

Software desarrollado a partir de programas y archivos interrelacionados. El sistema de base de datos se divide en m ódulos que tratan cada una de las responsabilidades del sistema global.

27

Sistema de gestión de base de datos

„

El DBMS (Data Base Management System), es el responsable de mantener la estructura de la base de datos, lo que incluye: „

„

„

El mantenimiento de las relaciones entre los datos de la base de datos. La garant ía de que los datos est én correctamente almacenados y de que no se infrinjan las reglas que definen las relaciones entre los datos. La recuperación de todos los datos hasta un punto coherente en caso de fallos del sistema.

28

Usuarios inexpertos

Interfaces de aplicación

Programador de Aplicaciones

Programadores de aplicación

Usuarios expertos

Administrador de la base de datos

Consulta interactiva

Esquema de la BD

Procesador de consultas SQL

Lenguaje de Definicion de Datos DDL

Lenguaje de Manipulación de datos DML

Programas de aplicación

ESTRUCTURA DEL SISTEMA GLOBAL

Gestor de archivos

DBMS

Archivos físicos de datos Diccionario de datos

29

30

Estructura del sistema global „

Gestor de Archivos:asigna espacio en disco para las estructuras almacenadas

„ „

„

Gestor de base de datos: Proporciona la interfaz entre los datos de la base de datos y los programas Procesador de consultas: Traduce las sentencias del Lenguaje de consulta para que entienda la base de datos Lenguaje de Manipulacion de datos (DML): permite a los usuarios emplear sentencias para recuperar, insertar, suprimir y modificar los datos de la base de datos. 31

Estructura del sistema global „

Lenguaje de de definicion de datos (DDL): define el

esquema de la base de datos asi como la estructura de almacenamiento y definicion de tipo de datos. Ademas requiere varias estructuras de datos para la implementacion fisica como: „ Archivos f ísicos para los datos y para el log de transacciones. „ Diccionario de datos:Contiene toda la descripcion de los objetos de una base de datos es decir son los metadatos es decir datos de los datos „ I ndices:Proporcionan acceso rapido a determinados datos. 32

Sistema de gestión de base de datos

„ „

Un DBMS debe garantizar:

I ntegridad, debe asegurar que la información que se almacena en la BD es exacta y que no es posible que se corrompa por el uso o a lo largo del tiempo.

„

Disponibilidad, la BD debe estar disponible para almacenar, modificar o recuperar información, en cualquier momento 33

Sistema de gestión de base de datos

„

„

Concurrencia , la BD debe permitir el acceso simult áneo a la información que contiene, a muchos usuarios. Escalabilidad, la BD debe permitir almacenar grandes cantidades de información y facilitar el acceso a los datos a gran velocidad, aunque aumente la información almacenada, el n úmero de usuarios o la actividad de los mismos. 34

Sistema de gestión de base de datos

„

Seguridad, que incluye aspectos como: asegurar la confidencialidad de la información, controlar los privilegios de acceso a los datos por parte de los usuarios, garantizar la recuperación de la información en caso de accidentes o desastres, naturales o provocados.

35

Tipos de DBMS

„

Se puede clasificar a los DBMS, por el tipo de soporte de hardware que requieren o la finalidad que tienen: „

„

Los destinados a ordenadores personales o incluso agendas electr ónicas u organizadores personales (PDA, Portable Digital Assistant). Los destinados a soporte empresarial, que requieren grandes servidores. 36

Tipos de DBMS „

También pueden clasificarse por su estructura: „

Relacional (RDBMS)

„

De objetos (OODBMS)

„

Objeto-relacionales (ORDBMS)

37

Aplicaciones de las bases de datos

„ „

A partir de los ’80, se diferencian dos tipos de aplicaciones para las BD: OLTP (On Line Transaction Processing), aplicación en la cual el sistema debe responder en línea (inmediato) a las peticiones del usuario. Cada petición se conoce como transacción (ejemplos: facturación, inventario, cajeros de puntos de venta, etc). 38

Aplicaciones de las bases de datos

„

„

OLAP (On Line Analytical Processing), aplicación que permite el an álisis de la información almacenada en una BD. (ejemplos: análisis de tendencias de venta, presupuestos, pron ósticos de clima, etc.) Dentro de esto caben las aplicaciones de explotación de miner ía de datos: Data Mining, Data Warehouse, que soportan lo que se denomina Business I ntelligence 39...