Definición. Tema 1: Introducción

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1 Tema 1: Introducción Definición Objetivos de los sistemas de bases de datos Vistas de datos Modelos de datos Lenguajes de definición de datos (DDL) Lenguajes de manipulación de datos (DML) Gestión de transacciones Gestión de almacenamiento Administrador de bases de datos Usuarios de bases de datos Estructura general del sistema Es una colección de datos operativos almacenados y utilizados por los programadores de aplicaciones y por usuarios finales de muy diversa índole Idea básica al implementar una BD: Aprovechar los mismos datos para tantas aplicaciones como sea posible. Bases de datos 1 Bases de datos 2 Sistema gestor de bases de datos (SGBD) Conjunto de datos relacionados Conjunto de programas para acceder a los datos Un SGBD contiene información sobre una realidad concreta Un SGBD proporciona un entorno que es conveniente y eficiente en su uso Aplicaciones de bases de datos: Bancos: todas las transacciones Líneas aéreas: reservas, planificaciones Universidades: matrícula, titulaciones Ventas: clientes, productos, compras Fabricación: producción, inventario, suministros Recursos humanos: registros de usuarios, salarios Las bases de datos tocan todos los aspectos de nuestras vidas Bases de datos 3 Objetivos de un sistema de bases de datos Las primeras aplicaciones de bases de datos se construían sobre los sistemas de ficheros Problemas de usar sistemas de ficheros para almacenar datos: Redundancia de datos e inconsistencias Varios formatos de fichero, información duplicada en diferentes ficheros Dificultad en acceder a los datos Necesidad de escribir un nuevo programa para cada nueva tarea Aislamiento de datos multiples ficheros y formatos Problemas de integridad Las restricciones de integridad (p.e. balance > 0) son parte del código del programa Dificultad en añadir nuevas restricciones o cambiar las existentes Bases de datos 4 Objetivos de un sistema de bases de datos (Cont.) Problemas de usar sistemas de ficheros (cont.) Atomicidad de actualizaciones Los fallos pueden dejar la base de datos en un estado inconsistente debido a actualizaciones parciales P.e. transferir fondos de una cuenta a otra debería o bien realizarse completamente o bien no realizarse Acceso concurrente por varios usuarios Los accesos concurrentes son necesarios para aumentar las prestaciones Los accesos concurrentes incontrolados pueden llevar a inconsistencias P.e. dos personas leyendo un balance y modificándolo a la vez Problemas de seguridad Los sistemas de bases de datos dan soluciones a todos estos problemas Objetivos de un sistema de bases de datos (Cont.) Es decir, un SGBD tiene por objetivos: Acceso concurrente Independencia física y lógica Redundancia controlada de los datos Alta relacionabilidad de los datos Integridad de los datos Consistencia de los datos Seguridad de los datos Actualización fácil y coherente Alto rendimiento Reducción de la dificultad de programación Bases de datos 5 Bases de datos 6

2 Niveles de abstracción Vistas de datos Una arquitectura para un sistema de bases de datos El nivel físico describe cómo se almacena un registro (p.e., cliente). El nivel lógico: describe los datos almacenados en la base de datos y las relaciones entre los datos. type cliente = record nombre : string; calle : string; ciudad : integer; end; EL nivel de vista: los programas de ocultan detalles de los tipos de datos. Las vistas también pueden ocultar información (p.e. salario) por motivos de seguridad. nivel de vista vista 1 vista 2 vista n nivel lógico nivel físico Bases de datos 7 Bases de datos 8 El mundo real Las bases de datos Las estructuras de datos El almacenamiento físico Visión global Bancos, líneas aéreas, Modelos de información, conjuntos de entidades, atributos, ref. cruzadas, Árboles equilibrados, ficheros secuenciales, indexados, cadenas, hash, listas invertidas, Bits, bytes, registros, códigos ASCII, EBCDIC, Bases de datos 9 Instancias, esquemas e independencia Similar a tipos de datos y variables en lenguajes de programación Esquema la estructura lógica de la base de datos P.e., la base de datos consiste en información sobre un conjunto de clientes y cuentas y la relación entre ellos) Análogo al tipo de datos de una variable en un programa Esquema físico: el diseño de la base de datos a nivel físico Esquema lógico: el diseño de la base de datos a nivel lógico Instancia el contenido actual de la base de datos en un instante concreto Análogo al valor de una variable Independencia física de los datos la habilidad para modificar el esquema físico sin cambiar el esquema lógico Las aplicaciones dependen del esquema lógico En general, los interfaces entre los diferentes niveles y componentes debería estar bien definidos para que los cambios en algunas partes no afecten de forma importante a otras. Bases de datos 10 Modelos de datos Modelo Entidad-Asociación Una colección de herramientas para describir datos relaciones entre datos semántica de los datos restricciones de los datos Modelo Entidad-Asociación o Entidad-Relación Modelo relacional Otros modelos: Modelo orientado a objetos Modelos de datos semiestructurados Modelos antiguos: modelo de red y modelo jerárquico Ejemplo de esquema en el modelo entidad-asociación nombre-cliente calle-cliente numero-cuenta id-cliente ciudad-cliente clientes depositante cuentas saldo Bases de datos 11 Bases de datos 12

3 Modelo Entidad-Asociación (Cont.) Modelo E-A del mundo real Entidades (objetos) P.e. clientes, cuentas, sucursales bancarias Asociaciones entre entidades P.e. La cuenta pertenece al cliente Pérez La asociación depositante asocia clientes con cuentas Ampliamente utilizado para diseño de bases de datos El diseño de bases de datos en el modelo E-A normalmente se transforma en un diseño en el modelo relacional que se utiliza para almacenamiento y procesamiento Modelo Relacional Ejemplo de datos tabulares en el modelo relacional Id-Cliente nombre-cliente calle-cliente ciudad-cliente numero-cuenta Pérez Gómez López Gómez González Principe Real Real Sol Santiago Lugo Atributos Bases de datos 13 Bases de datos 14 Un ejemplo de base de datos relacional Sistemas Gestores de Bases de Datos Id-cliente nombre-cliente calle-cliente ciudad-cliente Sánchez Alma Santiago Rodríguez Gómez Príncipe Fernández Alcalá Veiga Príncipe López Diagonal Barcelona Rodríguez (a) Tabla clientes Id-cliente numero-cuenta numero-cuenta saldo A A-102 A A A-222 A (b) Tabla cuentas (c) Tabla depositante Bases de datos 15 UN SGBD es un software que al menos: Gestiona las BD y al acceso a las mismas. Proporciona un LDD (Lenguaje de Definición de Datos) Proporciona facilidades para definir esquemas Proporciona un LMD (Lenguaje de Manipulación de Datos) Proporciona facilidades para acceder y manipular los datos organizados en el modelo de datos apropiado Bases de datos 16 Lenguajes de definición de datos (DDL) Lenguaje de manipulación de datos (DML) Especificación de notación para definir el esquema de las bases de datos P.e. create table cuenta ( numero-cuenta char(10), balance integer) El compilador de DDL genera un conjunto de tablas almacenadas en un diccionario de datos Los diccionarios de datos contienen metadatos (es decir, datos sobre los datos) esquema de la base de datos Lenguaje de almacenamiento y definición de datos El lenguaje en el que se especifican las estructuras de almacenamiento y los métodos de acceso usados por la base de datos Normalmente es una extensión del lenguaje de definición de datos Bases de datos 17 Lenguaje para acceder y manipular a los datos organizados por el modelo de datos apropiado El DML también se conoce como lenguaje de consulta Dos clases de lenguajes Procedimental el usuario especifica que datos quiere consultar y como obtener esos datos No procedimental el usuario especifica que datos quiere consultar sin especificar como obtener esos datos SQL es el lenguaje de consulta más ampliamente usado Bases de datos 18

4 SQL Gestión de transacciones SQL: lenguaje no procedimental ampliamente utilizado P.e. encontrar el nombre del cliente con id-cliente select cliente.nombre-cliente from cliente where cliente.id-cliente = P.e. encontrar los balances de todas las cuentas pertenecientes al cliente con id-cliente select cuenta.balance from depositante, cuenta where depositante.id-cliente = and depositante.numero-cuenta = cuenta.numero-cuenta Los programas de normalmente acceden a bases de datos mediante Extensiones de lenguaje que permiten embeber SQL Interfaces de programación de aplicaciones (p.e. ODBC/JDBC) que permiten enviar consultas SQL a una base de datos Una transacción es un conjunto de operaciones que realizan una única función lógica en una de bases de datos El componente de gestión de transacciones asegura que la base de datos se mantiene en un estado consistente (correcto) aun cuando se produzcan fallos en el sistema (p.e. fallos de alimentación o del sistema operativo) o fallos de transacción. El gestor de control de concurrencia controla la interacción entre transacciones concurrentes, para asegurar la consistencia de la base de datos. Bases de datos 19 Bases de datos 20 Gestión de almacenamiento El gestor de almacenamiento es un módulo que proporciona el interfaz entre los datos de bajo nivel almacenados en la base de datos y los programas de y consultas enviadas al sistema. El gestor de almacenamiento se encarga de: Interactuar con el gestor de ficheros Conseguir un almacenamiento, recuperación y actualización eficientes de los datos Administrador de bases de datos Coordina todas las actividades del sistema de bases de datos; el administrador de bases de datos tiene un buen conocimiento de los recursos y necesidades de información de la organización. Las funciones del administrador de bases de datos incluyen: Definición de esquemas Definición de métodos de acceso y estructuras de almacenamiento Modificación de esquemas y organización física Garantizar derechos de acceso a la base de datos Especificar restricciones de integridad Actuar como enlace con los usuarios Monitorizar las prestaciones y responder a cambios en los requisitos Bases de datos 21 Bases de datos 22 Usuarios de bases de datos Los usuarios se diferencian por la forma en que esperan interactuar con el sistema Programadores de aplicaciones interactuan con el sistema a través de llamadas DML Usuarios sofisticados hacen peticiones en un lenguaje de consulta de bases de datos Usuarios especializados escriben aplicaciones de bases de datos sofisticadas que no encajan en el marco del procesamiento tradicional de datos Usuarios no técnicos llaman uno de los programas de permanentes que se han escrito previamente P.e. gente accediendo a la base de datos a través del web, cajeros de banco, personal de oficina Estructura general del sistema usuarios no técnicos (vendedores, agentes, usuarios web) interfaces de código objeto de programa de compilador y enlazador evaluador de consultas consultas DML compilador y organizador de DML gestión de bufferes gestión de ficheros gestión de autorización e integridad índices programadores de aplicaciones escriben programas de diccionario de datos usuarios sofisticados (analistas) herramientas de consulta administradores de bases de datos herramientas de administración interprete DDL procesador de consultas gestión de transacciones gestión de almacenamiento gestión de disco datos datos estadísticos Bases de datos 23 Bases de datos 24

5 Arquitecturas de usuario usuario cliente cliente red red sistema de bd servidor programa servidor sistema de bd a. arquitectura en dos niveles b. arquitectura en tres niveles Arquitectura en dos niveles: P.e. los programas clientes utilizan ODBC/JDBC para comunicarse con la base de datos Arquitectura en tres niveles: P.e. las aplicaciones basadas en web, o las aplicaciones que utilizan middleware Bases de datos 25

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