TEMA Fases de diseño de una BD Captación y análisis de requerimientos Diseño conceptual de la BD... 5

Transcripción

1 TEMA 5 DISEÑO DE UNA BASE DE DATOS 1. Fases de diseño de una BD Captación y análisis de requerimientos Diseño conceptual de la BD Diseño lógico Ejemplos de diseño lógico Diseño físico

2 Fases de diseño de una BD Realizar les fases de diseño de una BD sobre un ejemplo de BD bancaria, utilizando el modelo conceptual E-R y el modelo relacional. FASES: 1. Captación y análisis de requerimientos 2. Diseño conceptual de la BD 3. Diseño lógico 4. Diseño físico 2

3 1. Captación y análisis de requerimientos Especificaciones obtenidas a partir de entrevistas con los usuarios. Requisitos de datos: El banco está organizado por sucursales. Cada sucursal éstá en una única ciudad, identificada por un nombre único. El banco controla los activos de cada sucursal. Los clientes se identifican por DNI. El banco almacena el nombre, calle y ciudad de sus clientes. Clientes pueden tener cuentas y pueden solicitar préstamos. Cliente puede estar asociado con un empleado particular, como responsable del préstamo o como banquero personal. Los empleados se identifican por DNI. El banco almacena el nombre y teléfono del empleado, nombres de los subordinados que tiene y el DNI de su jefe, así como la fecha en que lo contrataron y el tiempo que lleva trabajando. 3

4 El banco tiene dos tipos de cuentas: corriente y de ahorro. Las cuentas pueden asociarse a más de un cliente, y un cliente puede tener más de una cuenta. Cada cuenta tiene un número único. Banco mantiene el saldo de la cuenta y la fecha de acceso más reciente. Cada cuenta de ahorro almacena un tipo de interés y cada cuenta corriente almacena su descubierto. Un préstamo se realiza en una sucursal particular y puede estar asociado a uno o más clientes. Un préstamo se identifica con un número único de préstamo. Banco mantiene el importe del préstamo y los pagos realizados. Por cada pago se guarda el número de pago, la fecha y el importe. Número de pago identifica un pago particular de un préstamo concreto. Número de pago de un préstamo no identifica de forma única el pago entre todos los pagos de préstamos realizados en el banco. En un banco real además se mantiene información sobre los movimientos de las cuentas corrientes y de ahorro (abonamientos y cargos), que para simplificar el modelo no se tiene en cuenta. 4

5 2. Diseño conceptual de la BD Se diseña un esquema E-R con las especificaciones anteriores, que consta de una colección de ENTIDADES y RELACIONES descritos en un DIAGRAMA E-R. ENTIDADES: CLIENTE(Nombre-Cliente,DNI,Calle-Cliente,Ciudad-Cliente) EMPLEADO(DNI-E, Nombre-Empleado, Número-Teléfono, Sueldo, Jefe, Nombre-Subordinado,Fecha-Inicio,Antigüedad) con Nombre-Subordinado: Atributo multivalorado. Antigüedad: Atributo derivado de Fecha-Inicio. CUENTA(Número-Cuenta,Saldo) con subgrupos CUENTA-AHORRO(Tipo-Interés) CUENTA-CORRIENTE(Descubierto) SUCURSAL(Nombre-Sucursal,Ciudad-Sucursal,Activos) PRÉSTAMO(Número-Préstamo,Importe) con entidad débil Préstamo-Pago(Número-Pago,Fecha-Pago, Importe-Pago) 5

6 INTERRELACIONES: PRESTATARIO: Interrelación n n entre CLIENTE y PRÉSTAMO Expresa que un cliente puede tener n préstamos y que un préstamo puede tener n clientes que lo hayan solicitado. PRÉSTAMO-SUCURSAL: Interrelación n 1 entre PRÉSTAMO y SUCURSAL Expresa que un préstamo está en una única sucursal, y que una sucursal puede tener n préstamos. IMPOSITOR(Fecha-Acceso): Interrelación n n entre CLIENTE y CUENTA Expresa que un cliente tiene n cuentas y una cuenta puede ser compartida por n clientes. BANQUERO-CONSEJERO(Tipo): Interrelación n 1 entre CLIENTE y EMPLEADO Expresa que un cliente puede tener un único consejero, mientras que un empleado puede aconsejar a n clientes. TRABAJA-PARA: Interrelación 1 n unaria entre EMPLEADO con papeles: JEFE: Un empleado tiene un único jefe. TRABAJADOR: Un empleado(jefe) puede tener n trabajadores. 6

7 DIAGRAMA E-R: 7

8 3. Diseño lógico Conversión del esquema E-R a un esquema relacional, basado en relaciones y atributos. Model E-R Model BD relacional Conceptos de diseño muy parecidos, permetiendo pasar fácimente de un modelo a otro. CONVERSIÓN DE UN ESQUEMA E-R A RELA- CIONES: Transformar diferentes elementos del modelo E-R a relaciones preservando el nombre de los elementos E-R. Passos: (a) Conversión de entidades fuertes (b) Conversión de entidades débiles (c) Conversión de interrelaciones (d) Conversión de atributos multivalorados (e) Conversión de especializaciones (y generalizaciones) (f) Conversión de agregaciones (g) Normalización de las relaciones (tema 6) 8

9 (a) Conversión de entidades fuertes Proposición: Sea E una entidad fuerte con atributos a 1, a 2,..., a n, con llave primaria CP (E) = a i... a j, con a i, a j E, la entidad E se representa mediante una relación E con cabecera y Clave Primaria {a 1, a 2,... a n } CP (Relación E) = CP (Entidad E) = = {a i... a j } Añadir una instanciación Insertar una tupla a la entidad a la relación 9

10 Ejemplo: Entidad PRÉSTAMO. se representa mediante la relación PRÉSTAMO 10

11 Ejemplo: Entidad CLIENTE. se representa mediante la relación CLIENTE 11

12 (b) Conversión de entidades débiles Proposició: Sea A una entidad débil con atributos a 1, a 2,... a n, con discriminante a i... a j (a i, a j A), que depende de la entidad fuerte B, con CP (B) = b 1, b 2,... b n, la entidad A se representa mediante la relación A con cabecera y clave primaria {a 1, a 2,... a n } {b 1, b 2,... b n } CP (Relación A) = {a i... a j } {b 1, b 2,... b n } 12

13 Ejemplo: Entidad PAGO(Número-Pago,Fecha-Pago, Importe-Pago) con CP (PRÉSTAMO) = Número-Préstamo se representa mediante la relación PAGO 13

14 (c) Conversión de interrelaciones Proposición: Sea R una interrelación con a 1, a 2,... a n la unión de las claves primarias de las entidades que participan en R, y b 1, b 2... b n los atributos descriptivos de la interrelación R, la interrelación R se representa mediante la relación R con cabecera clave primaria {a 1, a 2,... a n } {b 1, b 2... b n } CP (R) = {a 1, a 2,... a n } y por cada entidad E que participa en R se define una clave externa que referencia E como CE(R E) = {a i... a j } siendo {a i... a j } los atributos de la relación R que corresponden a la CP (E). 14

15 Ejemplo: Interrelación PRESTATARIO sin atributos entre las entidades CLIENTE y CUENTA, con CP (CLIENTE) = DNI y CP (PRÉSTAMO) = Número-Préstamo. Esta interrelación se representa mediante la relación PRESTATA- RIO CP (prestatario) = dni,numero-préstamo CE(prestatario cliente) = dni CE(prestatario préstamo) = numero-préstamo Esquema relacional: 15

16 Casos especiales: (c1) Redundancia de relaciones (c2) Combinación de relaciones 16

17 (c1) Redundancia de relaciones Interrelación sin atributos entre una entidad fuerte y una entidad débil crea relaciones redundantes. Proposición: Sea R una interrelación entre la entidad fuerte B y la entidad débil A. La interrelación R se convierte a las siguientes relaciones: Entidad fuerte B(b 1, b 2... b n ) con CP (B) = (b r,... b s ) relación B(b 1, b 2... b n ) con CP (B) = (b r... b s ) Entidad débil A(a 1, a 2... a m ) con discriminante DIS(A) = (a i... a j ) relación A(a 1, a 2... a m, b r... b s ) con CP (A) = (a i... a j, b r... b s ) Interrelació R relación R(a i... a j, b r... b s ) con CP (R) = (a i... a j, b r... b s ) CE(R B) = (a i... a j ) CE(R A) = (a i... a j, b r... b s ) Relación R REDUNDANTE EN CONSECUENCIA, La relación obtenida de una interrelación entre una entidad fuerte y una débil NO SE GENERA, pues es redundante. Únicamente se generan las relaciones que provienen de la entidad fuerte y débil. La CE(R B) se transmite a la relación A convertida en CE(A B) CE(A B) = (a i... a j ) 17

18 Ejemplo: Interrelación PRÉSTAMO-PAGO Entidad fuerte PRÉSTAMO con CP (PRÉSTAMO) = Número-Préstamo relación PRÉSTAMO(Número-Préstamo,Importe) con CP (PRÉSTAMO) = Número-Préstamo Entidad débil PAGO con discriminante DIS(PAGO) = Número-Pago relación PAGAMENT(Número-Préstamo, Número-Pago, Data-Pagament,Import-Pago) con CP (PAGO) = Número-Préstamo,Número-Pago Interrelación PRÉSTAMO-PAGO relación PRÉSTAMO-PAGO(Número-Préstamo,Número-Pago) con CP (PRÉSTAMO-PAGO) = Número-Préstamo,Número-Pago CE(PRÉSTAMO-PAGO PRÉSTAMO) = Número-Préstamo CE(PRÉSTAMO-PAGO PAGO) = = Número-Préstamo,Número-Pago Relación PRÉSTAMO-PAGO redundante respecto relación PAGO 18

19 Ejemplo: Interrelación PRÉSTAMO-PAGO relaciones 19

20 (c2) Combinación de interrelaciones Proposición: Dada una interrelación R de correspondencia n 1 entre dos entidades A y B, se definen tres relaciones R,A,B. Si la PARTICIPACIÓN de la entidad A en la interrelación R es TOTAL (toda instanciación de la entidad A está en la interrelación R), se pueden combinar las relaciones A y R para crear una única relación formada por la unión de los atributos de las dos relaciones. Ejemplo: Interrelación CUENTA-SUCURSAL, de n 1 entre las entidades CUENTA y SUCURSAL, Participación de CUENTA a CUENTA-SUCURSAL es TOTAL (un cuenta no puede existir sin estar asociada a una sucursal). Según la proposición anterior, Entidades CUENTA, SUCURSAL e interrelación CUENTA-SUCURSAL relaciones SUCURSAL(Nombre-Sucursal,Ciudad-Sucursal,Activos) COMPTE(Número-Cuenta,Saldo) CUENTA-SUCURSAL(Número-Compte,Nom-Sucursal) combinación SUCURSAL(Nombre-Sucursal,Ciudad-Sucursal,Activos) CUENTA(Número-Cuenta,Saldo,Nombre-Sucursal) 20

21 Ejemplo: Entidades CUENTA, SUCURSAL e interrelación COMPTE-SUCURSAL relaciones 21

22 (d) Conversión de atributos multivalorados Atributo simple de entidad Atributo simple de una relación. Atributo multivalorado de una entidad Relación. Proposición: Dado un atributo multivalorado m en una entidad o interrelación E, con CP (E) = a 1... a p, el atributo m se representa mediante la relación M con cabecera a 1... a p m clave primaria CP (M) = a 1,... a p m y clave externa CE(M E) = a 1... a p donde cada valor del atributo multivalorado m corresponde a una tupla de la relación M. Ejemplo: Atributo Nombre-Subordinado en la entidad EMPLEADO se convierte con una relación NOM-SUB(Nombre-Subordinado,DNI- E) con CP(NOM-SUB)=DNI-E, Nombre-Subordinado y CE(NOM-SUB EMPLEADO)=DNI-E. 22

23 (e) Conversión de especializaciones Dos métodos diferentes de conversión a relaciones, una de ellas por el caso concreto de una especialización disjunta y completa. Conversión de un único nivel de especialización. (e1) Caso general Proposición: Dada una entidad de alto nivel A con atributos a 1, a 2,..., a n y CP (A) = a i,... a j, donde a i, a j A, y un conjunto de entidades de bajo nivel B (1), B (2),... B (p) con atributos b (i) 1, b(i) 2,... b(i) m(i) para la entidad B(i), donde m(i) es el número de atributos de la entidad B (i), la entidad A se representa mediante la relación A con la cabecera {a 1, a 2,... a n } y con clave primaria CP (A) = {a i,... a j } Para cada entidad de bajo nivel B (i) se crea una relación B i con cabecera {a i... a j } {b (i) 1,... b(i) m(i) } clave primaria CP (B i) = {a i,... a j } y clave externa que referencia A como CE(B i A) = {a i,... a j } 23

24 Ejemplo: Entidad de alto nivel CUENTA con entidades de nivel bajo CUENTA-CORRIENTE y CUENTA-AHORRO. Se forman las relaciones siguientes: CUENTA(Número-Cuenta,Saldo) CUENTA-AHORRO(Número-Cuenta,Tipo-Interés) CUENTA-CORRENT(Número-Cuenta,Descubierto) con CP (CUENTA) = CP (CUENTA-AHORRO) = CP (CUENTA-CORRIENTE) = Número-Cuenta CE(COMPTE-AHORRO CUENTA) = Número-Compte CE(COMPTE-CORRIENTE CUENTA) = Número-Cuenta Esquema relacional: 24

25 (e2) Especialización disjunta y completa Proposición: Dada una entidad de alto nivel A con atributos a 1, a 2,..., a n y CP (A) = a i,... a j, on a i, a j A, y un conjunto de entidades de bajo nivel B (1), B (2),... B (p) con atributos b (i) 1, b(i) 2,... b(i) m(i) por la entidad B(i), donde m(i) es el número de atributos de la entidad B (i), y suponiendo una especialización disjunta y completa, para cada entidad de bajo nivel B (i) se crea una relación B i con cabecera y clave primaria {a 1... a n } {b (i) 1,... b(i) m(i) } CP (B i) = {a i... a j } Si en esta conversión se aplica para los casos: Especialización REDUNDÁNCIA solapada Especialización Pérdida de información no completa (tuplas no representadas) 25

26 Ejemplo: Entidad de alto nivel CUENTA con entidades de nivel bajo CUENTA-CORRIENTE y CUENTA-AHORRO, con generalización DISJUNTA y COMPLETA. Se forman las relaciones siguientes: CUENTA-AHORRO(Número-Cuenta,Saldo,Tipo-Interés) CUENTA-CORRIENTE(Número-Cuenta,Saldo,Descubierto) con CP (CUENTA-AHORRO) = CP (CUENTA-CORRIENTE) = Número-Cuenta Esquema relacional: 26

27 (f) Conversión de agregaciones Proposición: Sea AG una interrelación con atributos b 1... b w entre la entidad A(a 1... a n ) con CP (A) = (a i... a j ) y la agregación G que consta de E 1... E n, una colección de entidades dentro G. R 1... R m una colección de interrelaciones en G, donde la unión R (r 1... r s ) con CP (R ) = (r r... r t ) s interrelaciona con AG. La interrelación AG se representa mediante las siguientes relaciones: Por cada entidad E i en G se crea una relación E i. Por cada interrelación R j en G se crea una relación R j. Se define una relación AG con cabecera clave primaria y claves externas {a i... a j } {r r... r t } {b 1... b w } CP (AG) = {a i... a j } {r r... r t } = CP (A) CP (R ) CE(AG R i ) = {r p... r q } = CP (R i) y = 1... m p, q {r... t} CE(AG A) = {a i... a j } = CP (A) 27

28 Ejemplo: Interrelación RESPONSABLE-PRÉSTAMO entre la entidad EMPLEADO y la agregación CPP. Esquema relacional: 28

29 Exemples de disseny lògic Exemple 1.1: Secretaria Universitat Esquema E-R: Nom-P DNI-P Codi-A Horari Nom-A Aula Nota DNI-E Nom-E Professor imparteix Estudiant Esquema Relacional: 29

30 Exemple 1.2: Secretaria Universitat Esquema E-R: Esquema Relacional: PROFESSOR DNI-P Nom-P ASSIGNATURA Codi-A Nom-A Aula Horari DNI-P ESTUDIANT DNI-E Nom-E ESTUDIA DNI-E Codi-A Nota 30

31 Exemple 1.3: Secretaria Universitat Esquema E-R: Esquema Relacional: PROFESSOR DNI-P Nom-P ASSIGNATURA Codi-A Nom-A DNI-P CLASSE Horari Aula Codi-A ESTUDIANT DNI-E Nom-E ESTUDIA DNI-E Codi-A Nota 31

32 Exemple 2: Companyia transportista. Esquema E-R: Esquema Relacional: MAGATZEM Codi-M Ciutat-M ENVIAMENT Codi_M Codi_B Codi-E Pes Volum Codi-V BOTIGA Codi-B Ciutat-B VIATGE Codi-V Num-E TRANSPORTA Codi-V Codi-C Data-V CAMIÓ Codi-C Pes Capacitat 32

33 Exemple 3: BD d una lliga de bàsquet. Esquema E-R: Esquema Relacional: TANTEIG DNI-J Nom-EC Nom-EF Punts JUGADOR DNI-J Nom-J Núm-Fitxa Adreça Nom-E EQUIP Nom-E Adreça PARTIT Nom-EC Nom-EF Jornada 33

34 Exemple 4: Companyia de discos. Esquema E-R: Esquema Relacional: DOMICILI Adreça Població Telèfon MUSIC DNI-M Adreça Població Nom-M TOCA DNI-M Codi-I INSTRUMENT Codi-I Nom-I Clau CANÇÓ Títol Durada Codi-A INTERPRETA DNI-M Títol PRODUEIX DNI-M Codi-A ALBUM Codi-A Títol-A Data-A Velocitat 34

35 Exemple 5: Cadastre municipal. Esquema E-R: Esquema Relacional: BARRI Nom-B Extensió VIVENDA Carrer Número m2 DNI-P Nom-B PERSONA DNI-P Nom-P Carrer-Viu Número-Viu CAP-DE-FAMÍLIA DNI-Cap DNI-P PIS Carrer Número Escala Planta Pis BLOC PISOS Carrer Número CASA Carrer Número Num-Plantes 35

36 Exemple 6: BD Hospital Esquema E-R: Esquema Relacional: PACIENT DNI-P Nom-P Edat Adreça DNI-MP RECEPTA DNI-P DNI-M Nom-R Data Quant METGE DNI-M Nom-M Especialitat Experiència MEDECINA Nom-R Fòrmula Nom-C VENDA Nom-R Nom-F Preu FARMACIA Nom-F Adreça CONTRACTE Nom-F Nom-C Data-Inici Data-Fi Supervisor Texte COMPANYIA Nom-C Adreça Telèfom 36

37 Exemple 7: BD Universitat Esquema E-R: Esquema Relacional: PROFESSOR DNI-P Nom-P Edat Categoria Dept-Cap PARTICIPA DNI-P Núm-P PROJECTE Núm-P Data-Inici Data-Fi Sponsor Quantitat DNI-Direct BECA DNI-E Núm-P DNI-Sup ESTUDIANT DNI-E Nom-E Edat Estudis Dept-Estud CONSELLER DNI-E DNI-E-Cons TREBALLA DNI-P Codi-D Dedicació DEPARTAMENT Codi-D Nom-D Adreça DNI-Cap 37

38 4. Diseño físico Definición de los ficheros y estructuras de almacenaje correspondientes al conjunto de relaciones. Estructures de almacenamiento sobre los ficheros mejoran el tiempo de acceso a la información. Estructuras de almacenamiento (indexación, tablas hashing) sobre ficheros en función del número de consultas que se hagan a los diferentes campos de información, según las especificaciones de diseño. Conceptos ampliados en el TEMA 7. Ejemplo BD bancaria: FICHEROS: Un fichero por cada relación. El conjunto de campos de información del fichero corresponde a los atributos de la relación que representa. ESTRUCTURAS DE ALMACENAJE: Según nombre y tipos de transacciones a los ficheros. 38