Bases de datos Conceptos, diseño y utilización

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1 Bases de datos Conceptos, diseño y utilización
Departament d’Informàtica Universitat de València

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Índice Introducción Sistemas de información y BDs Diseño de bases de datos: Diseño conceptual Diseño lógico Utilización de las BD Consultas a BD

3 Introducción al diseño de BBDD
Parte I Introducción al diseño de BBDD

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Introducción Un sistema de información (SI): es un conjunto de elementos que funcionan conjuntamente con el objetivo de recoger, tratar, manipular y aportar la información necesaria para el desarrollo de las actividades de una empresa u organización. Se dice que un SI está informatizado: si está soportado por un ordenador. Es el que nos concierne en este curso. La información que necesita para su funcionamiento es uno de los pilares de cualquier organizacón Tárea básicas es el tratamiento de dicha información que, tiene como objetivo proporcionar la información correcta en el momento y lugar adecuado a las personas autorizadas con un coste mínimo

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Introducción Uno de los elementos principales de un SI es la base de datos (BD). Las BD son ejemplos típicos de grandes sistemas de software con tres características importantes: Hay una gran cantidad de datos que deben ser almacenados en memoria externa y que deben ser organizados de forma que los datos elementales puedan ser recuperados y actualizados fácil y eficientemente. Los datos guardan entre sí interrelaciones. La información incluye restricciones estáticas y dinámicas, como los valores permitidos o las posibles evoluciones. Los datos deben ser compartidos entre diferentes usuarios y el sistema debe mantener la integridad de la información. Vamos a estudiar una metodología para el diseño de BDs. Antes veamos que es una metodología.

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Introducción Una Base de Datos es un conjunto de datos integrados con información de un sistema objeto, con redundancia controlada y con una estructura que trata de reflejar la del sistema objeto y facilitar la organización, recuperación y elaboración de información La BD la forman los datos y su descripción Un SGBD es un software específico que permite a los usuarios crear, mantener y manipular la BD En este capítulo vamos a estudiar una metodología para diseñar BDS, uno de los elementos fundamentales de los SI. Y conviene antes de comenzar con ello, definir lo que es una metodología y los elementos en los que se apoya.

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Etapa 2: Diseño de BDs 2.1. Diseño conceptual: esta actividad tiene como objetivo obtener una representación de la realidad que capture las propiedades estáticas y dinámicas de la misma necesarias para satisfacer los requisitos recogidos en la actividad anterior. Se combinan los requisitos de los distintos grupos de usuarios para construir una descripción única de toda la información en la BD. Se desarrolla utilizando un modelo semántico y define: entidades en la BD relaciones entre ellas restricciones de integridad de la información. Utilizaremos el modelo entidad-relación. esta actividad tiene como objetivo obtener una representación de la realidad que capture las propiedades estáticas y dinámicas de la misma necesarias para satisfacer los requisitos recogidos en la actividad anterior. En este proceso se debe aprender y conceptualizar el mundo exterior transformándolo en un conjunto de ideas y definiciones que supongan una imagen fiel del comportamiento del mundo real. El resultado de este diseño es el esquema conceptual (representación de las propiedades estáticas) y un conjunto de esquemas de transacciones (representación de la parte dinámica). (Técnicas heurísticas). se combinan los requisitos de los distintos grupos de usuarios del sistema para contribuir a una descripción única y coherente de toda la información a almacenar en la BD. El esquema conceptual se desarrolla en un modelo semántico y define las entidades en la BD, las relaciones entre ellas, las restricciones de integridad de la información, los grupos de usuarios y las autorizaciones de acceso de cada uno de ellos.

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Etapa 2: Diseño de BDs 2.2. Diseño lógico: esta actividad tiene como objetivo la traducción del esquema conceptual en el modelo empleado por el SGBD dando lugar por una a un esquema lógico. Se construyen las tablas. Relaciones entre tablas. Reglas de integridad. Se crean usuarios y se administran los privilegios para acceder a la información. el modelo conceptual se transforma en el modelo empleado por el SGBD donde se implementará el sistema. El modelo que más se utiliza hoy por hoy es el modelo relacional Para BD relacionales, en esta etapa se construyen las tablas a partir de los elementos del esquema conceptual, incluyendo las relaciones entre entidades y las reglas de integridad. En esta etapa se crean los usuarios y se administran las autorizaciones para acceder a la información. El modelo E/R desarrollado en el paso anterior puede transformarse directamente en tablas, siguiendo una serie de reglas de transformación. La mayoría de modelos ofrece estas reglas para una transformación semiautomática del esquema conceptual de relaciones de la BD.

9 Diseño conceptual de BDs. Modelo entidad-relación
Parte II Diseño conceptual de BDs. Modelo entidad-relación

10 Modelo entidad-relación
Universitat de València Modelo entidad-relación Es un modelo semántico de datos El modelo E/R permite representar, utilizando los diagramas E/R, las estructuras que constituyen el contenido del SI y las restricciones que limitan las ocurrencias válidas de las mismas. Utiliza tres conceptos: Entidad Atributo Relación MODELO ENTIDAD-RELACIÓN El modelo ER permite representar, en lo que se llama diagrama ER, las estructuras que constituyen el contenido del sistema de información junto con restricciones de distintos tipos que limitan las ocurrencias válidas de las mismas. Para ello hace uso, fundamentalmente, de tres conceptos: entidad, atributo y relación. Además, para aumentar la capacidad expresiva del modelo también se contempla la definición de objetos compuestos mediante la agregación de entidades y la definición de objetos especializados (o generalizados). Todos estos conceptos se presentan a continuación con detalle.

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Modelo E/R: Entidad Definición: se define entidad como aquel objeto (real o abstracto) acerca del cual queremos almacenar información en la base de datos. Denominaremos a la estructura genérica en su sentido abstracto tipo de entidad, mientras que entidad será cada una de las ocurrencias o instancias de este tipo de entidad. clasificación Coche Persona proceso de abstracción

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Modelo E/R: entidad La representación gráfica de un tipo de entidad es un rectángulo etiquetado con el nombre del tipo de entidad: Tres reglas generales que debe cumplir cualquier entidad: Tiene que tener existencia propia Cada ocurrencia de un tipo debe poder distinguirse de las demás Todas las ocurrencias de un tipo de entidad deben tener los mismos tipos de características (atributos). libro autor

13 Modelo E/R: relaciones
Universitat de València Modelo E/R: relaciones Los objetos de un SI se asocian con otros, siendo también de interés modelar estas conexiones. Para ellos se utilizan los tipos de relaciones: llamaremos tipo de relación a la estructura genérica del conjunto de relaciones existentes entre dos o más tipos de entidad. El tipo de relación se representa mediante un rombo etiquetado con el nombre de la relación, unido mediante arcos a los tipos de entidad que asocia. Los objetos de un sistema de información se asocian unos con otros, siendo también de interés modelar estas conexiones; para ello se utilizarán los tipos de relaciones o por simplicidad relaciones. Con las relaciones se representan las posibles asociaciones existentes entre los objetos del sistema de información. Cada ocurrencia de una relación asocia una ocurrencia de cada uno de los objetos relacionados. En el modelo ER una relación se representa con un rombo nominado unido por un arco a cada una de las entidades que representan a los objetos asociados. Según el número de entidades asociadas, se habla de relaciones binarias, ternarias, etc. Si una entidad participa más de una vez en una relación se dice que ésta es reflexiva.

14 Modelo E/R: relaciones
Universitat de València Modelo E/R: relaciones Ejemplos de relaciones: Relación binaria escrito libro autor Relación ternaria docencia profesor asignatura Relación reflexiva grupo jefe de empleado

15 Modelo E/R: relaciones
Universitat de València Modelo E/R: relaciones Una relación se define por su nombre y por su grado. El nombre es el identificador que se le da a la propia relación, y el grado equivale al número de tipos de entidad a los que asocia o relaciona. Relación de grado 1 o reflexiva. Relación de grado 2 o binaria. Relación de grado 3 o ternaria. El tipo de correspondencia es el número máximo de ocurrencias de cada tipo de entidad que pueden intervenir en una ocurrencia del tipo de relación que se está tratando. Gráficamente, esto se representa con alguna de estas etiquetas textuales: 1:1, 1:N, N:M.

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Ejemplo relaciones Ejemplo de tipo de correspondencia: es_escrito escribe escrito libro autor n:m es_publicado publica publicado libro editorial n:1

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Modelo E/R: atributos Los atributos permiten representar: las propiedades de los objetos (entidades) las propiedades de las asociaciones entre ellos. La representación gráfica de un atributo consiste en una elipse con el nombre del atributo en su interior. Entre todos los atributos de un tipo de entidad debemos elegir uno o varios que identifiquen unívocamente (clave primaria) cada entidad. Estos atributos se representarán de la misma forma, pero con el nombre del atributo subrayado. nombre Los atributos permiten representar las propiedades de los objetos del sistema de información así como de las asociaciones entre ellos. En el modelo ER los atributos se representan con elipses nominadas unidas por un arco a la entidad o relación a la que describen. nombre

18 Modelo E/R: restricciones
Universitat de València Modelo E/R: restricciones El modelo E/R permite la inclusión de algunas restricciones que limitan el conjunto de ocurrencias válidas. Se pueden definir sobre: Entidades Restricción de identificación. Restricción de unicidad. Relaciones Restricción de participación.

19 Restricciones sobre entidades
Universitat de València Restricciones sobre entidades Restricción de identificación: Exige que cada ocurrencia de un tipo entidad se identifique unívocamente de forma que se pueda diferenciar del resto de ocurrencias (clave principal). empleado Nemp

20 Restricciones sobre entidades
Universitat de València Restricciones sobre entidades Restricción de unicidad: Indica que las distintas ocurrencias de una entidad deben tomar valores distintos (o nulos) para el atributo (o conjunto de atributos) donde se define esta restricción. (No se pueden repetir) Representación: subrayando los atributos con una linea discontinua. En caso de que haya varios conjuntos de atributos con esta restricción se añade un subíndice en la línea. empleado NSS1 DNI2

21 Restricciones sobre relaciones
Universitat de València Restricciones sobre relaciones Restricción de participación: Especifica si la existencia de una entidad depende de que esté relacionada con otra entidad a través del tipo de relación. La restricción de participación total se le conoce como dependencia de existencia (se puede representar con una doble línea) e implica la existencia de integridad referencial

22 Ejemplo de notación DIRECTOR HA_ RODADO PELICULA ACTOR 1 personaje M
Universitat de València Ejemplo de notación Ejemplos de notación: DIRECTOR PELICULA HA_ RODADO 1 N PELICULA personaje film M ACTUA_EN N ACTOR Un director lo es si ha rodado alguna película (sin codirecciones) Un actor lo es si ha actuado en alguna película Pueden haber películas sin actores

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Ejercicios (I) El dueño de un concesionario de coches desea tener registrada y poder procesar la información de los coches disponibles y de las ventas que se realicen. Desea poder conocer tanto los datos del cliente, como los del coche, y todos los datos referentes a la venta, y poder realizar diferentes consultas y explotaciones de la información al respecto. Analizar y representar el SI mediante el modelo E/R.

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Ejercicios (II) Representar mediante el modelo E/R : La plantilla de una empresa, con los datos de sus empleados y de los departamentos a los que pertenecen, indicando además quién es el jefe de cada departamento. Si la empresa trabaja por proyectos, incluir también la información de los proyectos, quién dirige y quién trabaja en cada proyecto. El sistema de reservas de un conjunto de casas rurales, donde hay propietarios que poseen casas que se alquilan a clientes.

25 Diseño de BDs. Diseño lógico
Parte III Diseño de BDs. Diseño lógico

26 Introducción al diseño lógico
Universitat de València Introducción al diseño lógico El diseño lógico consiste en una transformación de modelos. El modelo conceptual se convierte al modelo de la base de datos para el que se está diseñando, en nuestro caso modelo relacional El modelo relacional es una forma de representar los datos (mediante tablas) que se ocupa de tres aspectos de los datos: su estructura, su integridad y su manipulación. Una base de datos relacional estará compuesta por una o más tablas (“relaciones”)

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El modelo relacional Una tabla (o relación) guarda una colección de información conteniendo registros (o filas) referidos a entidades de un mismo tipo Un registro (fila o tupla) es un dato compuesto de otros más simples que contiene la información de una entidad. Un campo (o atributo) es el contenedor de cada uno de los datos más simples que constituyen un registro.

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El modelo relacional El tipo de información que un campo puede contener viene determinado por el tipo de tipo de dato (dominio), que puede ser: texto (de longitud fija o variable) numérico (entero, entero largo, con decimales) fechas, horas Todos los registros de una misma tabla tienen la misma estructura de campos (obviamente con diferentes contenidos)

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El modelo relacional El modelo relacional incluye dos reglas de integridad, que se aplican a cualquier BD, basadas en el concepto de clave: Clave primaria: regla de integridad de las entidades. Clave ajena: regla de integridad referencial.

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El modelo relacional Clave primaria. Es un identificador único para la tabla, esto es, una columna o conjunto de columnas de forma que nunca existen dos filas en la misma tabla con el mismo valor en esa columna o conjunto de columnas.

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El modelo relacional Clave ajena. Una clave ajena es un atributo (o un compuesto de atributos) de una relación R1 cuyos valores deben concordar con los de la clave primaria de alguna fila de la relación R2 (donde R1 y R2 no son necesariamente distintas).

32 Principios básicos del diseño lógico
Universitat de València Principios básicos del diseño lógico El paso de un esquema en el modelo E/R al relacional está basado en los tres principios siguientes: Todo tipo de entidad se convierte en una relación. Todo tipo de relación N:M se transforma en una relación. Todo tipo de relación 1:N se traduce en el fenómeno de propagación de clave, aunque también se puede crear una nueva relación.

33 Transformación de entidades
Universitat de València Transformación de entidades Se crea una relación para cada tipo de entidad presente en el esquema E/R. Se incluyen todos los atributos que caracterizan las entidades, indicando para cada uno el dominio (tipo de datos que puede contener). De los atributos compuestos se incluyen sólo sus componentes finales. Se indica la clave primaria Se “marcan” los campos “únicos” a1 a2 n A a31 a3 a0 a32 A(a0:dom_a0, a1:dom_a1, a2:dom_a2, a31:dom_a31, a32:dom_a32) Clave Primaria: a0 Único: a1

34 Transformación de relaciones
Universitat de València Transformación de relaciones Relaciones N:M. Se transforman en una relación que tendrá como clave primaria la concatenación de los atributos principales de cada una de las entidades que relaciona. Estos atributos deben tener restricción de clave ajena respecto a cada una de las tablas donde ese atributo es clave primaria. Habrá que considerar lo que ocurre en los casos en los que se borre o modifique la clave primaria referenciada.

35 Transformación de las relaciones
Universitat de València Transformación de las relaciones Relaciones binarias 1:n, con restricción de participación (integridad referencial). Las dos entidades dan lugar a dos relaciones y la relación R se representa con una clave ajena en la relación de lado de la n. a0 b0 b1 a1 1:n A R B A(a0:dom_a0,a1:dom_a1,…) Clave Primaria: {a0} B(b0:dom_b0,b1:dom_b1…..a0:dom_a0) Clave Primaria:{b0} Clave ajena:{a0} de B con A

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Ejercicios Realizar el diseño lógico correspondiente a cada uno de los diseños conceptuales realizados Concesionario Organización de la plantilla y los proyectos Casas rurales

37 Utilización de Bases de Datos

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Utilización de SGBD Una vez diseñado el Sistema de Información, se emplea un Sistema de Gestión de Bases de Datos para implementarlo y gestionarlo. Labor propia de la Ingeniería Informática La inmensa mayoría de usuarios de una BD no la usan directamente, sino que acceden, introducen o modifican datos a través de aplicaciones que limitan las posibilidades y ocultan los detalles.

39 Utilización de SGBD personal
Universitat de València Utilización de SGBD personal En un SGBD personal podemos crear y gestionar una BD de manera simplificada. Un SGBD como Access permite crear tablas y realizar consultas mediante un interfaz facilitado.

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SGBD personal: Tablas Diseñador/Administrador Crear/Modificar el diseño de una tabla Establecer/Modificar las reglas de integridad Insertar/Modificar el contenido de una tabla Usuario de consulta Ver las tablas existentes Ver el contenido de las tablas Ver el diseño de las tablas: campos y tipos Ver las relaciones entre tablas

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SGBD: Consultas Una consulta de selección muestra registros completos de una tabla o ciertos campos especificados de los registros de una tabla que cumplan determinados criterios, pudiendo indicar una ordenación de los mismos. También se pueden mostrar datos calculados a partir de otros, y dar un nombre al campo calculado El SW permite almacenar las consultas realizadas (las “preguntas”, no los resultados) Existen también consultas de inserción, actualización y borrado (que exceden este módulo)

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SGBD: Consultas En una consulta de selección se puede “unir” tablas para mostrar filas con campos de diferentes tablas, debiendo establecer una relación de coincidencia entre campos de diferentes tablas Las “uniones” se pueden establecer también entre una tabla y una consulta almacenada Las consultas con agregación permiten agrupar los datos de determinado campo (o de varios) según determinadas operaciones suma, promedio, mínimo, máximo, cuenta, … Cualquier consulta puede combinar todo lo anterior criterios, orden, cálculos, uniones, agregaciones

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SGBD: Informes Los resultados de las consultas se pueden mostrar en pantalla o exportar para su uso en otras aplicaciones. El SW también permite generar una gran variedad de Informes para su presentación “impresa” el SW proporciona un asistente para informes (de uso recomendable), que permite diseñar el formato de presentación del resultado de las consultas almacenadas qué campos mostrar y cómo ordenarlos si se quiere, cómo agrupar los resultados en bloques cómo distribuir los datos en la hoja y con qué aspecto

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