Introducción. Campos de Aplicación SGBD. Índice. Aplicaciones Representativas. Aplicaciones Representativas

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1 SGBD Base de Un Sistema Gestor de consiste en: Datos Una colección de datos interrelacionados Un conjunto de programas para acceder a los datos Objetivo Principal de un SGBD: Proporcionar una forma práctica y eficiente de almacenar y recuperar la información de una Base de Datos en Informática de Sistema Definición de estructuras de almacenamiento, diseño de mecanismos de manipulación de los datos, control de la fiabilidad (ante caídas del sistema o intentos de acceso no autorizado), control de inconsistencias entre usuarios 2 Índice Campos de Aplicación V1 V2 Vn vs Archivos Ver los Datos Modelos de Datos Lenguajes Usuarios Módulos de una Base de Datos Historia 3 Campos de Aplicación Aplicaciones Representativas Banca: Información de los clientes, de las cuentas, de los préstamos, del registro de operaciones, de las operaciones con tarjetas de crédito, Líneas Aéreas: Reservas de billetes, planificación de recursos, Universidades: Matrícula de alumnos, gestión de personal, Primeros en usar distribuidas Telecomunicaciones: Registros de llamadas, generación de facturas, control del saldo en prepago, Aplicaciones Representativas Finanzas: Información de empresas, cotizaciones, compra y venta de acciones, Ventas por Internet: Presentación de productos, control de pedidos, facturación, personalización de ofertas, Recursos Humanos: Información de empleados, gestión de nóminas, La están presentes, cada vez más, en todos los aspectos de nuestras vidas DNI, NSS, PIN son campos de nuestro registro Campos de Aplicación 5 Campos de Aplicación 6

2 Ejemplos del Curso Ejemplo 1: Un Banco que mantiene información acerca de sus sucursales, sus clientes y las cuentas y préstamos de sus clientes Ejemplo 2: Una Biblioteca Pública que mantiene información acerca de sus usuarios, de sus libros y de los préstamos de libros que realiza a sus usuarios Ejemplo 3: Un Videoclub que mantiene información acerca de sus clientes, de sus productos y de los préstamos y ventas que realiza a sus clientes Campos de Aplicación 7 vs Archivos Proceso de Archivos En los Sistemas de Procesamiento de Archivos típicos, previos a las, se mantenía la información en varios archivos (del sistema operativo) y se escribían programas como respuesta a las necesidades de la entidad Si las necesidades de datos se modificaban se creaban nuevos archivos, si las situaciones posibles aumentaban se creaban nuevos programas Redundancia La misma información puede estar duplicada en diferentes archivos La dirección de un cliente del Banco puede aparecer en el archivo de cuentas y en al archivo de préstamos El teléfono particular de un cliente del Videoclub puede aparecer en el archivo de préstamos y en el archivo de ventas Mantener la información de una organización en un Sistema de Procesamiento de Archivos tiene importantes inconvenientes vs Archivos 9 Esta redundancia conduce a un almacenamiento y coste de acceso más alto vs Archivos 10 Inconsistencia Diversas copias de los mismos datos en diferentes ficheros puede no coincidir Dificultad de Acceso Sólo se pueden obtener aquellos datos para los cuales hay un programa diseñado Un cambio de la dirección del cliente reflejado en el archivo de cuentas pero no en al archivo de préstamos El teléfono particular de un cliente del Videoclub puede ser diferente en el archivo de préstamos y en el archivo de ventas Se necesitan los nombre de todos los clientes del Banco que vivan en una localidad concreta Hace falta un listado de los usuarios que habitualmente son morosos en la Biblioteca La inconsistencia hace dudar de la veracidad de los datos vs Archivos 11 La obtención de datos no es práctica y eficiente vs Archivos 12

3 Aislamiento Es difícil escribir programas para archivos que pueden estar en diferentes formatos Integridad Los valores almacenados en los distintos ficheros deben satisfacer restricciones de consistencia El saldo de una cuenta bancaria no puede estar por debajo de los 25 siempre que el cliente tenga pendiente un préstamo El cliente del videoclub recibe un descuento en sus películas alquiladas en función de las compras realizadas en el último año El tiempo de diseño se emplea en problemas de formato y no en problemas de modelado vs Archivos 13 Las restricciones cada vez implican más datos, generalmente en diferentes archivo, y son cada vez más difíciles de implementar vs Archivos 14 Atomicidad Es necesario garantizar la consistencia de los datos frente a las acciones de los programas (especialmente ante fallos) Concurrencia Las operaciones realizadas deben permitir el trabajo simultáneo de varios usuarios Una transferencia de fondos en el Banco consiste en quitar dinero de una cuenta y ponérsela a la otra (o se realizan ambas operaciones o no se realiza ninguna) Varios cajeros del Banco están realizando operaciones (depósitos, extracciones, transferencias, ) sobre la misma cuenta Dos empleados del Videoclub están alquilando la misma película El no control de la Atomicidad de las operaciones puede provocar datos inconsistentes vs Archivos 15 El no control de la Concurrencia de las operaciones puede provocar datos inconsistentes vs Archivos 16 Seguridad No todos los usuarios del sistema de datos tienen porqué acceder a toda la información SGBD Los Sistemas de Gestión de surgen cómo solución para evitar, o al menos minimizar, este tipo de problemas El cajero del Banco no tiene porqué ver el historial crediticio del cliente para realizar un depósito El no control de la Concurrencia de las operaciones puede provocar datos inconsistentes vs Archivos 17 vs Archivos 18

4 Visión n Abstracta Ver los Datos Uno de los objetivos fundamentales de un Sistema de Gestión de es proporcionar a los usuarios una Visión Abstracta de los datos almacenados Niveles de Abstracción Esconder detalles acerca de cómo se almacenan y mantienen los datos Ver los Datos 20 F El nivel más bajo de abstracción describe cómo se almacenan realmente los datos Se describen en detalle las estructuras de datos complejas de bajo nivel L En el nivel de abstracción lógico se describe qué datos se almacenan en la Base de Datos y qué relaciones existen entre esos datos La Base de Datos se describe en términos de un número pequeño de estructuras relativamente simple V1 V2 Vn V1 V2 Vn Los Administradores de Bases de Datos, que deben decidir la información que se mantiene en la base de datos usan este nivel de abstracción En el se define el Esquema Físico Ver los Datos 21 En el se define el Esquema Lógico Ver los Datos 22 En el nivel más alto de abstracción se describe sólo una parte de la base de datos Se trata de adaptaciones de la base de datos a las necesidades de cada usuario Esquema LógicoL El esquema lógico es, con mucho, el más importante Los programadores construyen las aplicaciones usando el nivel lógico V1 V2 Vn V1 V2 Vn El sistema puede proporcionar muchas vistas para una misma base de datos En el se definen los Subesquemas Ver los Datos 23 Ver los Datos 24

5 Modelo de Datos Modelos de Datos Colección de herramientas conceptuales para describir los datos, las relaciones, la semántica y las restricciones de consistencia presentes en el universo a estudiar Modelos lógicos basados en objetos Modelos lógicos basados en registros Modelos físicos Modelos de Datos 26 Modelo Entidad-Relaci Relación Diagrama E-RE Está basado en una percepción del mundo real que consta de una colección de objetos básicos, llamados entidades, y de relaciones entre estos objetos Entidades Relaciones Personas y cuentas son entidades del Banco Libros es una entidad de la Biblioteca Alquilar y vender son relaciones del Videoclub Depósito y reintegro son relaciones del Banco Modelos de Datos 27 Modelos de Datos 28 Modelo Relacional Se utiliza un grupo de tablas, compuestas por columnas, para representar los datos y las relaciones entre ellos Está situado en un nivel de abstracción menor que el modelo E-R Otros Modelos Modelo de datos orientado a objetos: Extensión del modelo E-R con las nociones de encapsulación, métodos e identidad Modelo de datos relacional orientado a objetos: Combina características del modelo orientado a objetos y el modelo relacional Lenguaje de marcas extensible (XML): se usa para representar datos semiestructurados Modelo de datos en red, modelo de datos jerárquico: modelos antiguos con menor nivel de abstracción Modelos de Datos 29 Modelos de Datos 30

6 Lenguajes Tipos de Lenguajes Lenguaje de definición de datos (LDD): para especificar el esquema de la base de datos, especificar las restricciones de consistencia Lenguaje de manipulación de datos (LMD): para expresar las consultas a la base de datos, las modificaciones, el borrado de datos No son dos lenguajes separados LMD procedimentales: el usuario debe especificar qué datos se necesitan y cómo obtener esos datos LMD declarativos: el usuario debe especificar qué datos se necesitan pero no cómo obtener esos datos Lenguajes 32 SQL Programas LMD declarativo SELECT texto, autor FROM citas WHERE LEFT(texto,1)="$letra" ORDER BY texto CREATE TABLE citas( texto VARCHAR(200), LDD nacimiento SMALLINT(4), ) Programas de aplicación escritos en lenguajes como Cobol, C, C++ ó Java para interaccionar con la base de datos Ejecución de las instrucciones LDD y LMD: Mediante un interfaz o conjunto de procedimientos (ODBC, JDBC) Mediante un precompilador LMD Lenguajes 33 Lenguajes 34 Usuario Normal Usuarios Interactúan con el sistema mediante la invocación de alguno de los programas de aplicación que se han escrito previamente El cajero del Banco La bibliotecaria de la Biblioteca Los empleados del Videoclub Un usuario de banca online del Banco Interfaz de formularios Usuarios 36

7 Programador de Aplicaciones Escriben programas de aplicación mediante herramientas Usuario Sofisticado Interactúa con el sistema sin programas escritos; forma sus consultas en un lenguaje de consulta de bases de datos y las envía al procesador de consultas Analistas que envían consultas para explorar la base de datos Programadores de aplicaciones probando los efectos de sus diseños Usuarios 37 Usuarios 38 Usuario Especializado Escriben aplicaciones de bases de datos especializadas que no son adecuadas en el marco del procesamiento de datos tradicional Administrador Control centralizado de los datos y de los programas que acceden a los datos Diseñadores de sistemas de diseño asistido, bases de conocimiento, sistemas expertos, sistemas con datos complejos (audio, vídeo, ) Una de las principales razones de la introducción de los SGBD es la disponibilidad de administradores Usuarios 39 Usuarios 40 Funciones del Administrador Usuarios Definición del esquema: crea el esquema original de la base de datos escribiendo un conjunto de instrucciones de definición de datos en el LDD Definición de la estructura y del método de acceso Modificación del esquema y de la organización lógica: realizan cambios en el esquema para reflejar las necesidades cambiantes de la organización Concesión de autorización para el acceso a datos: determina a qué partes de la base de datos puede acceder cada usuario Mantenimiento rutinario: copias de seguridad, control del espacio libre, control del rendimiento, Usuarios 41 Usuarios 42

8 Procesador de Consultas Módulos de una Base de Datos Ayuda al sistema de bases de datos a simplificar y facilitar el acceso a los datos Intérprete del LDD: interpreta las instrucciones para registrar las definiciones en el diccionario de datos Compilador del LMD: traduce las instrucciones de manipulación en planes de evaluación para el motor de evaluación de consultas Optimizador de consultas: elige el mejor plan de evaluación Motor de evaluación de consultas: ejecuta las instrucciones de bajo nivel correspondientes a las consultas Módulos de una Base de Datos 44 Procesador de Consultas Gestor de Almacenamiento Proporciona la interfaz entre los datos de bajo nivel en la base de datos y los programas de aplicación y las consultas Módulos de una Base de Datos 45 Gestor de autorización e integridad: comprueba las autorizaciones de acceso de los usuarios y que se satisfagan las restricciones de integridad Gestor de transacciones: asegura el estado consistente de la base de datos Gestor de archivos: gestiona la reserva de espacio de almacenamiento Gestor de memoria intermedia: movimiento de los datos entre disco, memoria principal y memoria caché Módulos de una Base de Datos 46 Gestor de Almacenamiento Estructuras de Datos Implementación física del sistema Archivos de datos: almacenan la base de datos Diccionario de datos: almacenan el esquema de la base de datos Índice: almacenan mecanismos de acceso rápido a los datos Módulos de una Base de Datos 47 Módulos de una Base de Datos 48

9 Estructuras de Datos Arquitectura Predomina la arquitectura cliente-servidor Dos capas: la aplicación reside en el cliente Tres capas: el cliente se comunica con un servidor de aplicaciones Módulos de una Base de Datos 49 Módulos de una Base de Datos 50 Procesamiento de Datos Historia El procesamiento de datos es la locomotora que empuja el crecimiento de los ordenadores Las tarjetas perforadas, inventadas por Hollerith, se usaron en los principio del siglo XX para registrar los datos del censo de los EE.UU. y el proceso, para tabular los resultados, se realizó mediante sistemas mecánicos Historia 52 ~ ~1964 Se desarrollan las cintas magnéticas El procesamiento de datos consistía en leer datos de una o más cintas y escribir datos en una nueva cinta Las cintas sólo se podían leer secuencialmente ~ ~1979 El uso de los discos fijos a finales de los 60 cambia el escenario del procesamiento de datos Los datos se liberaron de la tiranía de la secuencialidad Se desarrollan las bases de datos de red y jerárquicas que permitieron estructuras de datos tales como listas y árboles Los programadores pueden construir y manipular estructuras de datos Edgar Frank Codd (1970) publica el modelo relacional y formas declarativas (no procedimentales) de consultar los datos Historia 53 Historia 54

10 ~ ~1989 System R, un proyecto innovador de IBM, desarrolla técnicas para la construcción de bases de datos relacionales eficaces (SQL/DS) Primeros sistemas de bases de datos relacionales: DB2 de IBM, Oracle, Ingres y Rdb de DEC El modelo relacional consigue el consigue el reinado supremo entre los modelos de datos Investigación en bases de datos paralelas, distribuidas y orientadas a objetos ~ ~1999 Se estandariza el SQL? A mitad de la década, las bases de datos se implantan de forma extensiva con la llegada de la WWW Se trabaja en la alta fiabilidad y disponibilidad (24x7) Historia 55 Historia 56

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