Análisis en Sistemas de Bases de Datos MC Beatriz Beltrán Martínez Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Introducción al desarrollo Cuando se diseñan bases de datos para sistemas de información, se vuelve complejo, ya que el sistema debe satisfacer los requerimientos de varios usuarios. Tales Bases de Datos se usan ampliamente en distintas organizaciones. Las industrias de servicios dependen totalmente de que sus Bases de Datos funcionen a la perfección, estos sistemas suelen recibir el nombre de sistemas de procesamiento de transacciones. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Introducción al desarrollo El término Desarrollo de Bases de Datos, se utiliza para describir el proceso de diseño y ejecución de bases de datos. El objetivo principal en el diseño de bases de datos es crear modelos de bases de datos completos normalizados, no redundantes, conceptuales, lógicos y físicos totalmente integrados. La fase de ejecución se incluye estructuras de almacenamiento, carga de datos, entre otros. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Introducción al desarrollo Un sistema de información incluye todos los recursos dentro de la organización que participan en la recolección, administración, uso y diseminación de la información. Así pues el Sistema de Base de Datos es solo una parte de un sistema de información mucho mayor dentro de una organización. El ciclo de vida de un sistema de información a menudo se le llama macro ciclo de vida. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase I. Recolección y Análisis de Requerimientos Antes de empezar el diseño formal se deben conocer las expectativas de los usuarios y los usos que se piensan dar a la base de datos con mucho detalle. Para lograr la recolección y análisis de requerimiento se realizan ciertas actividades. Las actividades que se llevan a cabo son: Identificación de las principales áreas de aplicación y grupos de usuarios que utilizaran la base de datos. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase I Estudio y análisis de la documentación existente relativa a las aplicaciones. Se repasan manuales de política formas, informes y diagramas de organización para ver si influyen en esta fase. Análisis de los tipos de transacciones y de sus frecuencias, así como del flujo de información dentro del sistema. Se especifican los datos de entrada y salida de las transacciones. Recolección de respuestas escritas a grupos de preguntas hechas a los posibles usuario de la Base de Datos. Estas preguntas se refieren a las prioridades de los usuarios y a la importancia que le dan a las aplicaciones. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II. Diseño Conceptual de la Base de Datos Esta fase se compone a la vez de otras dos: FASE 2a: Diseño del esquema conceptual. Examina los requerimientos de datos resultantes de la fase 1 y produce un esquema de bases de datos conceptual. FASE 2b: Diseño de transacciones. Examina las aplicaciones de base de datos analizadas en la fase 1 y produce especificaciones de alto nivel para estas transacciones. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Fase 2a: Diseño del esquema conceptual. El esquema conceptual que resulta de esta fase suele estar contenido en un modelo de datos de alto nivel independiente del DBMS. La importancia de un esquema conceptual no puede sobreestimarse por algunas razones: FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II La meta del diseño del esquema conceptual es un entendimiento completo de la estructura, el significado, los vínculos y las restricciones de la Base de Datos. El esquema conceptual es muy valioso como una descripción estable del contenido de la base de datos. Un buen entendimiento del esquema conceptual es decisivo para los usuarios de la Base de Datos y los diseñadores de aplicaciones. La descripción gramatical del esquema conceptual puede servir como un excelente vinculo de comunicación entre los usuarios, diseñadores y analistas de la BD. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II En esta fase del diseño es importante usar un modelo de datos semántico o conceptual que tenga las características: Expresividad Sencillez Minimalidad Representación diagramática Formalidad FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Hay dos enfoques para diseñar el esquema conceptual: Enfoque centralizado de diseño del esquema, los requerimientos de las diferentes aplicaciones y grupos de usuarios, se combinaran en uno solo. La suposición en la que se basa este enfoque es que una autoridad centralizada del DBA se encarga de decidir como combinar los requerimientos, y de diseñar el esquema conceptual para toda la base de datos. Enfoque de integración de vistas, no se combinan los requerimientos; mas bien se diseña un esquema o vista para cada grupo de usuarios o aplicación con base en solo sus requerimientos. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Se enumeran cuatro estrategias para el diseño de esquemas: Estrategia descendente: Se parte de un esquema que contiene abstracciones de alto nivel y luego se aplican refinaciones descendentes sucesivas. Estrategia ascendente: Se parte de un esquema que contiene abstracciones básicas y luego se combinan o se les añaden otras abstracciones. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Estrategia de adentro hacia fuera: Este es un caso especial de estrategia ascendente él la que la atención se concentra en un conjunto central de conceptos que no son los más evidentes. Estrategia mixta: En esta estrategia los requerimientos son dividirán según una estrategia descendente y se diseñará una parte del esquema para cada partición de acuerdo con una estrategia ascendente. Por último, se combinaran las diferentes partes del esquema. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II La integración de esquemas se puede dividir en las siguientes subtareas: Identificación de correspondencia y conflictos entre los esquemas. Durante este proceso es posible que se descubra varios tipos de conflictos: Conflictos de nombres estos son de dos tipos: sinónimos y homónimos. Conflictos de tipos: El mismo concepto puede representarse en dos esquemas mediante elementos de modelado diferentes. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Conflictos de dominio. Un atributo puede tener diferentes dominios en dos esquemas. Conflictos entre restricciones. Dos esquemas pueden imponer diferentes restricciones. Modificación de las vistas para ajustarlas entre si. Algunos esquemas se modifican de modo que se ajusten mejor a otros esquemas. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Combinación de vistas. El esquema global se crea combinando los esquemas individuales. Los conceptos que se corresponden se representan solo una vez en el esquema global, y se especifican las transformaciones de las vistas al esquema global. Reestructuración. Como último paso opcional, el esquema global podría analizarse y reestructurarse para eliminar cualquier redundancia o una complejidad innecesaria. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Fase 2b: Diseño de transacciones. El propósito de esta fase que se realiza en paralelo con la fase anterior es diseñar las características de las transacciones conocidas de la base de datos con independencia de DBMS. Una parte importante del diseño de BD es especificar las características funcionales de estas transacciones en una etapa temprana del proceso de diseño. El esquema incluirá toda la información requerida por dichas transacciones. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase II Una técnica común para especificar transacciones en un nivel conceptual es identificar su comportamiento de entrada/salida y funcional. Las transacciones pueden agruparse en tres categorías: Transacciones de obtención: Sirven para obtener datos los cuales son exhibidos en una pantalla o producen un informe. Transacciones de actualización: Sirven para introducir datos nuevos o para modificar datos ya existentes en una Base de Datos. Transacciones mixtas: Se usan en aplicaciones más complejas que obtienen y actualizan datos. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase III. Elección de un DBMS Esta elección depende de varios factores, algunos de ellos técnicos, otros económicos y otros más relativos a las políticas de organización. Al escoger un DBMS debemos considerar los siguientes costos. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase III Costos de adquisición del software. Costo de mantenimiento del sistema. Costos de adquisición de hardware. Costo de creación y conversión de la base de datos. Costo del personal. Costo de capacitación. Costo de operación. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase III Entre los beneficios del DBMS están: Facilidad de uso, mayor disponibilidad de datos, rápido acceso, reducción del costo de creación de aplicaciones, menor redundancia de datos, mejor control y seguridad. Con base en un análisis de costo-beneficios se tiene que decidir cuando cambiar a un DBMS y depende de: La complejidad de los datos. Compartimiento entre aplicaciones. Evolución o crecimiento de los datos. Frecuencia de solicitudes de datos. Volumen de datos y necesidad de control. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase III Por último hay varios factores económicos y de organización que influyen en la elección de un DBMS: Estructura de los datos. Familiaridad del personal con el sistema. Disponibilidad de servicios del proveedor. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase IV. Transformación al Modelo de Base de Datos (Diseño Lógico) Consiste en crear un esquema conceptual y esquemas externos en el modelo de datos de DBMS elegido La transformación puede establecerse en dos etapas: Transformación independiente del sistema. Adaptación de los esquemas a un DBMS especifico. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase V. Diseño Físico de la Base de Datos Es el proceso de elegir estructuras de almacenamiento y caminos de acceso especifico para que los archivos tengan un buen rendimiento con las diversas aplicaciones de la Base de Datos. Una vez seleccionado un DBMS especifico, el proceso de diseño físico se reduce a elegir las estructuras más apropiadas para los archivos de la Base de Datos entre las opciones ese DBMS. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase V A menudo se utilizan los siguientes criterios para guiar la elección del diseño físico: Tiempo de respuesta: Es el tiempo que transcurre entre la introducción de una transacción para ser ejecutada y la obtención de una respuesta. El tiempo de respuesta también depende de otros factores como son la carga del sistema, la planificación de tareas del sistema operativo o los retrasos de comunicación. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase V Aprovechamiento del espacio: Este se refiere a la cantidad de espacio de almacenamiento que ocupan los archivos de la Base de Datos y su estructura de acceso. Productividad de transacciones: Este es el número promedio de transacciones que el sistema de Base de Datos puede procesar por minuto; la productividad de transacciones debe medirse en las condiciones pico del sistema. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase VI. Implementación del Sistema de la Base De Datos Una vez complementados los diseños lógico y físico se puede implementar el sistema de Base de Datos. En esta etapa los programadores de aplicaciones deben implementar las transacciones de la Base de Datos. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Fase VI Se examinan las especificaciones conceptuales de las transacciones, y se escribe y se prueba el código de programa correspondiente con órdenes de DML incorporadas. Una vez que las transacciones estén listas y los datos se hayan almacenado en la base de datos, la fase de diseño e implementación habrá terminado Finalmente, se iniciará la fase de operación del sistema. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

MC Beatriz Beltrán Martínez Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Diseño Conceptual MC Beatriz Beltrán Martínez Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Modelo Conceptual El modelo de datos entidad – relación (E-R) está basado en una percepción del mundo real consistente en objetos básicos: Entidades Relaciones Se desarrolló para facilitar el diseño de bases de datos permitiendo la especificación de un esquema de una empresa que representa la estructura completa. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Entidades Una entidad es un objeto que existe y se distingue de otros objetos de acuerdo a sus características llamadas atributos. Las entidades pueden ser concretas como una persona o abstractas como una fecha. Un conjunto de entidades es un grupo de entidades del mismo tipo. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Entidades Los conjuntos de entidades no son necesariamente disjuntos. Una entidad se representa mediante un conjunto de atributos. Los atributos describen propiedades que posee cada miembro de un conjunto de entidades. La designación de un atributo para un conjunto de identidades expresa que en la base de datos se va a guardar información similar. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Atributos Cada entidad puede tener su propio valor para cada atributo. Para cada atributo hay un conjunto de valores permitidos, llamados el dominio o conjunto de valores de ese atributo. Como un conjunto de entidades puede tener diferentes atributos, cada entidad se puede describir como el conjunto de pares (atributo, valor) para cada atributo que tenga la entidad. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Atributos Un atributo se puede caracterizar por: Atributos simples: Que no se dividen en subpartes. Atributos compuestos: Que se pueden dividir en otros atributos. El uso de estos atributos proporciona un modelo más claro y agrupa atributos relacionados. Atributos monovalorados: Tienen un valor solo para una entidad concreta. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Atributos Atributos multivalorados: Tienen un conjunto de valores para una entidad específica. Para este tipo de atributos se pueden dar límites para dar un mínimo y un máximo del atributo. Atributos derivados: El valor se puede obtener de otros atributos o entidades relacionadas. Un atributo toma el valor nulo cuando una entidad no tiene un valor para un atributo. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Valores Nulos El valor nulo también puede indicar: “No aplicable”, es decir no existe. Valor desconocido, no se sabe si existe o no. Valor perdido, existe pero no se conoce. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Relaciones Una relación es una asociación entre diferentes entidades. Un conjunto de relaciones es un conjunto de relaciones del mismo tipo. Formalmente es una relación matemática con n>=2 de conjuntos de identidades. Si E1, E2, ..., En son conjunto de entidades, entonces un conjunto de relaciones R es un subconjunto de: {(e1, e2, ..., en) | e1  E1, ..., en  En} donde (e1, e2, ..., en) es una relación. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Ejemplo Relaciones Entidad Entidad 32002 Sánchez 12 sur Puebla 01928 Gómez Norte 10 Orizaba 67789 López 15 poniente 55555 Morales Narvarte México DF 24466 Pérez Oriente 15 96396 Marín 20 norte Monterrey 33557 Fernández 44 oriente Cuernavaca P17 1000 P23 2000 P15 1500 P14 P19 500 P11 900 P16 1300 FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Relaciones La asociación entre conjuntos de entidades se conoce como participación; es decir, los conjuntos de entidades E1, E2, ..., En participan en el conjunto de relaciones R. Un ejemplar de relación es un esquema E–R representa que existe una asociación entre las entidades denominadas en la empresa que se modela. La función que desempeña una entidad en una relación se llama papel. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Tipos de relaciones Cuando un conjunto de entidades de una relación participa en una relación más de una vez con diferentes papeles se le conoce como conjunto de relaciones recursivas. Una relación también puede tener atributos descriptivos, los cuales describen a las entidades. Una relación binaria, es aquella en la que se tienen dos conjuntos de relaciones. El número de conjunto de entidades que participan en un conjunto de relaciones se le conoce como grado. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Cardinalidad Correspondencia de cardinalidad, expresa el número de entidades a las que otra entidad puede estar asociada vía un conjunto de relaciones. La correspondencia de cardinalidades es más útil describiendo conjunto de relaciones binarias. Para un conjunto de relaciones binarias R entre los conjuntos de entidades A y B, la correspondencia de cardinalidades debe ser: FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Cardinalidad Uno a uno: Una entidad en A se asocia con a la sumo una entidad de B, y una entidad en B se asocia con a lo sumo una entidad en A. a1 a3 a2 a4 b1 b3 b2 b4 FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Cardinalidad Uno a varios: Una entidad A se asocia con cualquier número de entidades en B (ninguna o varias). Una entidad B, en cambio, se puede asociar con a lo sumo una entidad en A. a1 a3 a2 b1 b3 b2 b4 FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Cardinalidad Varios a uno: Una entidad A se asocia con a los sumo asocia con una entidad en B. Una entidad B, en cambio, se puede asociar con cualquier número de entidades (ninguna o varias) en A. a1 a3 a2 a4 b1 b2 b3 FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Cardinalidad Varios a varios: una entidad A se asocia con cualquier número de entidades (ninguna o varias) en B, y una entidad A se asocia con cualquier número de entidades (ninguna o varias) en B. a1 a3 a2 a4 b1 b3 b2 b4 FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Participación La participación de un conjunto de entidades E en un conjunto de relaciones R es total si cada entidad de E participa al menos en una relación en R. Si sólo algunas entidades en E participan en relaciones en R, la participación del conjunto de entidades E en la relación R es parcial. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Superclave Una clave permite identificar un conjunto de atributos suficiente para distinguir las entidades entre sí. Una superclave es un conjunto de uno o más atributos que tomados colectivamente, permiten identificar de forma única una entidad en el conjunto de identidades. Existen superclaves minimales, a las que se les llama claves candidatas. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Superclave La clave primaria, denota una clave candidata que es elegida como elemento principal para identificar la entidad. Una clave, es una propiedad del conjunto de entidades más que de las entidades individuales. La designación de una clave denota una restricción. La clave primaria debe elegirse de tal forma que su valor no cambie o raramente cambie. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Diagrama E – R La estructura lógica de una base de datos se puede expresar gráficamente mediante un diagrama E – R. Los diagramas son simples y claros. Los componentes son: Rectángulos: conjuntos de entidades. Elipses: atributos. Rombos: relaciones. Líneas: que unen conjuntos. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Diagrama E – R Elipses dobles: atributos multivalorados. Elipses discontinuas: atributos derivados. Líneas dobles: participación total de una entidad en un conjunto de relaciones. Rectángulos dobles: conjunto de entidades débiles. La clave primaria se subraya. Para distinguir los tipo se tiene: Línea dirigida: Denota uno. Línea no dirigida: Denota varios. FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Diagrama E – R cliente préstamo Uno a varios cliente préstamo prestatario cliente préstamo Uno a varios prestatario cliente préstamo Varios a varios prestatario cliente préstamo Uno a uno FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Diagrama E – R cliente préstamo Uno a varios cliente préstamo prestatario cliente préstamo Uno a varios prestatario cliente préstamo Varios a varios prestatario cliente préstamo Uno a uno FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Diagrama E – R Se pueden tener atributos unidos a un conjunto de relaciones. Fecha_ac Nombre Dirección Num_prestamo Id_cliente saldo prestatario cliente préstamo FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez

Diagrama E – R Atributos compuestos, multivalorados y derivados. Ap_pat Ap_mat Num_ca Nompila Calle Nom_ca Nombre Dirección Num_ext Id_cliente Num_int Fec_nac cliente CP Edad Tel FCC - BUAP Otoño 2014 MC. Beatriz Beltrán Martínez