Maestría en Bioinformática Bases de Datos y Sistemas de Información Diseño Lógico Ing. Alfonso Vicente, PMP alfonso.vicente@logos.com.uy

Agenda Diseño lógico Modelo Relacional Las 12 reglas de Codd Esquema e instancia Más sobre la “C” en ACID Conceptos Herramientas

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Agenda Diseño lógico Modelo Relacional Las 12 reglas de Codd Esquema e instancia Más sobre la “C” en ACID Conceptos Herramientas

Conceptos Diseño Lógico Es el proceso de definir el esquema lógico de una base de datos, normalmente después de haber definido el esquema conceptual Más cercano a la implementación que el modelo conceptual Aún de alto nivel, sirve para comunicar el diseño y como guía para la implementación Hay herramientas, como brModelo, que nos ayudan a generar el esquema lógico semi-automáticamente, a partir del modelo conceptual

Conceptos Modelo Relacional Propuesto por Edgar Codd en 1970 (A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks), es: Un lenguaje para realizar el diseño lógico (MER  MR) Un modelo de datos basado en la lógica de predicados y la matemática Una forma de “ver” el diseño de una base de datos relacional (MR  BD) Aplican las extensiones vistas de lógica y matemática

Conceptos Modelo Relacional En la academia: Dados conjuntos A1, A2, …, An, una relación R n-aria es un conjunto de n-tuplas tales que R IN (A1 × A2 × … × An) C = {42881163, 43378842} N = {'Juan', 'Ana', 'Pedro'} A = {'Pérez', 'Gómez'} T = {099555333, 094111222} r(P) = { (42881163, 'Juan', 'Gómez', 099555333), (43378842, 'Ana', 'Gómez', 094111222) } P es una relación, o más formalmente una “variable de relación”, y r(P) es una instancia de relación

Conceptos Modelo Relacional En la industria, la relación se puede ver como una tabla (RELACIÓN = TABLA) PERSONAS Las nombraremos en plural Relacional viene de relación entendida de esta forma, no confundir con relación como “asociación entre entidades” en el MER Cedula Nombre Apellido Telefono 42881163 Juan Gómez 099555333 43378842 Ana 094111222

Conceptos Modelo Relacional SQL propone términos alternativos a los del Modelo Relacional, y tal vez más intuitivos Utilizaremos indistintamente los términos Lenguaje formal Lenguaje coloquial / SQL Relación Tabla Tupla Fila Atributo Columna Dominio Tipo

Conceptos Modelo Relacional En una relación (tabla): Cada fila representa una n-tupla de R (fila = tupla) Las filas no están ordenadas Todas las filas son distintas Las columnas sí tienen orden El significado de cada columna es transmitido nombrándola con el correspondiente dominio (e.g. cedula, nombre, apellido, telefono) TELEFONO es el conjunto de todos los posibles teléfonos, o sea un dominio o un tipo de datos

Conceptos Modelo Relacional Superclave Dado R(A1, A2, …, AN), se dice que X IN {A1, A2, …, AN} es superclave en una relación R, si no pueden existir dos tuplas en r(R) con valores iguales en cada columna de X PERSONAS(CEDULA, CREDENCIAL, NOMBRE, APELLIDO) PROYECTOS(NUM_PROYECTO, NOM_PROYECTO) ASIGNACIONES(CEDULA, NUM_PROYECTO, CARGO) ¿Qué superclaves pueden tener las relaciones? ¿El conjunto de todas las columnas, es una superclave?

Conceptos Modelo Relacional Clave (o clave candidata) Es una superclave minimal, en el sentido que no contiene propiamente a una superclave PERSONAS(CEDULA, CREDENCIAL, NOMBRE, APELLIDO) PROYECTOS(NUM_PROYECTO, NOM_PROYECTO) ASIGNACIONES(CEDULA, NUM_PROYECTO, CARGO) ¿Qué claves candidatas pueden tener las relaciones? Cada relación debe tener al menos una clave candidata

Conceptos Modelo Relacional Clave primaria Es una clave candidata (debía haber al menos una) que elegimos para tratarla especialmente En la relación PERSONAS: Claves candidatas: {CEDULA} y {CREDENCIAL} Clave primaria: {CEDULA} Su elección es arbitraria (por ahora) Las claves primarias no deben admitir valores NULL

Conceptos Modelo Relacional Clave foránea Es una combinación de atributos en una relación cuyos valores deben coincidir con los valores de una clave candidata de otra relación En la relación ASIGNACIONES: ASIGNACIONES(CEDULA) referencia a PERSONAS(CEDULA) Esto se conoce como integridad referencial: “Si B referencia a A, A debe existir”

Conceptos Modelo Relacional Clave foránea Las podemos definir durante el diseño lógico El RDBMS se encargará de que siempre se cumpla la integridad referencial

Conceptos Las 12 reglas de Codd R1: Regla de la información Toda la información se debe representar en tablas R2: Regla de la garantía de acceso Todo valor escalar debería ser accesible a través del nombre de la tabla, el nombre de la columna y la clave primaria de la fila... ...por esto debía existir al menos una clave candidata

Conceptos Las 12 reglas de Codd R3: Tratamiento sistemático de los valores NULL Un RDBMS debe tener soporte para valores NULL (desconocidos o que no apliquen), deben ser independientes del tipo y deben implementarse de una forma diferente a cualquier valor válido de cualquier tipo R4: Catálogo en línea basado en el Modelo Relacional Una base de datos debe describirse a sí misma mediante un catálogo basado en el Modelo Relacional, accesible para los usuarios autorizados

Conceptos Las 12 reglas de Codd R5: Lenguaje de datos completo Un RDBMS debe tener un lenguaje relacional (como SQL) que soporte DDL, DML, seguridad y restricciones de integridad, y transacciones (commit, rollback). R6: Actualización de vistas Todas las vistas que sean teóricamente actualizables deben ser actualizables en la práctica (se demostró que esta regla no es decidible: Why Codd's Rule No. 6 Must be Reformulated)

Conceptos Las 12 reglas de Codd R7: INSERT, UPDATE y DELETE de alto nivel Un RDBMS debe soportar operaciones INSERT, UPDATE y DELETE de alto nivel (de conjuntos) para cualquier conjunto recuperable de datos R8: Independencia de la representación física Los usuarios y aplicaciones son inmunes a los cambios realizados en la representación física o métodos de acceso a los datos.

Conceptos Las 12 reglas de Codd R9: Independencia de las modificaciones lógicas Los usuarios y aplicaciones son inmunes a los cambios en la estructura lógica de la base (agregado de una relación, agregado de un atributo a una relación, modificación del orden de los atributos de una relación). R10: Independencia de las restricciones de integridad Las restricciones de integridad se deben almacenar en el catálogo, y su modificación no debe afectar a las aplicaciones existentes.

Conceptos Las 12 reglas de Codd R11: Independencia distribuida Las aplicaciones deben seguir funcionando bien cuando: (a) se introduce una versión distribuida del DBMS y (b) los datos distribuidos existentes son redistribuidos. R12: No subversión No debe haber otra forma de modificar la base que a través de un lenguaje de múltiples tuplas como SQL (si la base provee cursores no deben poder usarse para evitar la integridad o seguridad).

Conceptos Las 12 reglas de Codd … son 13 ! R0: Un RDBMS sólo debe utilizar las capacidades relacionales para gestionar la base de datos En la práctica, no todas las reglas se respetan Oracle no respeta el tratamiento sistemático de los valores NULL Todos los RDBMSs soportan parcialmente la actualización de vistas, y debido a ello, la independencia de las actualizaciones lógicas (e.g. sustituir una tabla por dos más una vista UNION ALL)

Conceptos Esquema e instancia El esquema de la base es el conjunto de las variables de relación, es decir, la definición de las tablas, incluyendo sus restricciones (tipo de datos, NOT NULL, PRIMARY KEY, UNIQUE KEY, FOREIGN KEY, CHECK) No debería cambiar muy a menudo, sólo si cambian los requerimientos

Conceptos Esquema e instancia En un RDBMS, el esquema se define mediante un lenguaje llamado DDL (Data Definition Language) Estudiantes (cedula, nombre, apellido, fec_nac) Estudiantes ( cedula: número, nombre: texto(20), apellido: texto(20), fec_nac: fecha) CREATE TABLE ESTUDIANTES( CEDULA NUMBER NOT NULL PRIMARY KEY, NOMBRE VARCHAR(20) NOT NULL, APELLIDO VARCHAR(20) NOT NULL, FEC_NAC DATE);

Conceptos Esquema e instancia La instancia de la base es el conjunto de las relaciones, es decir, los valores de las variables de relación La instancia cambia todo el tiempo ( INSCRIPCIONES )

Conceptos Esquema e instancia En un RDBMS, la instancia se modifica mediante un lenguaje llamado DML (Data Manipulation Language) Altas / inserciones INSERT INTO ESTUDIANTES ... Bajas / eliminaciones DELETE FROM ESTUDIANTES ... Modificaciones UPDATE ESTUDIANTES ...

Conceptos Más sobre la “C” en ACID Uno de los trabajos de un RDBMS es soportar transacciones ACID, ahora podemos profundizar un poco más en la “C” (Consistency) Mediante el DDL se definen restricciones de integridad El RDBMS debe asegurar que la instancia, en todo momento, tenga un estado consistente, es decir, que cumpla con las restricciones... especialmente cuando se ejecutan operaciones de DML ¿Qué puede pasar durante una operación DML?

Conceptos Más sobre la “C” en ACID INSERT Imagine que se quiere insertar una nueva tupla en INSCRIPCIONES con un valor de CEDULA que no existe en la columna CEDULA de ESTUDIANTES; si se permite esta inserción se viola la restricción de Integridad Referencial. En ESTUDIANTES se debe impedir que se inserte una CEDULA repetida, NULL o que no sea un número.

Conceptos Más sobre la “C” en ACID UPDATE Piense en las consecuencias de modificar el valor de CEDULA de una tupla en la relación ESTUDIANTES o en la relación INSCRIPCIONES. ¿Y qué sucede si descubrimos que una cédula está mal? DELETE ¿Qué pasa si se elimina una tupla de ESTUDIANTES cuyo valor de CEDULA está en INSCRIPCIONES?

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Conceptos Herramientas gratuitas Hay muchas herramientas gratuitas que permiten realizar diseño lógico: Oracle SQL Developer Data Modeler http://www.oracle.com/technetwork/developer-tools/datamodeler/overview/index.html MySQL Workbench http://dev.mysql.com/downloads/workbench Open ModelSphere http://www.modelsphere.org/download_open_modelsphere_m.html

Conceptos Herramientas gratuitas brModelo: Permite realizar el diseño lógico desde cero Permite realizar el diseño conceptual y generar el diseño lógico de forma semi-automática Reverse Snowflake Joins: http://snowflakejoins.com/revj Permite visualizar consultas SQL en un formato de diseño lógico (lo veremos más adelante)