Diseño de Bases de Datos. Dr. Guillermo Rodríguez Abitia Departamento de Sistemas de Información ITESM Campus Estado de México

Transcripción

1 Diseño de Bases de Datos Dr. Guillermo Rodríguez Abitia Departamento de Sistemas de Información ITESM Campus Estado de México

2 Definiciones Datos: Hechos significativos, texto, graficas, imágenes, sonido, segmentos de video Base de datos: Colección organizada de datos relacionados lógicamente Información: Datos procesados para ser útiles en la toma de decisiones Metadatos: Datos sobre los datos

3 Problemas con la Dependencia de los Datos Cada programador de aplicaciones debe mantener sus propios datos Cada programa de aplicación necesita incluir códigos de metadatos de cada archivo Cada programa de aplicación debe tener sus propias rutinas de procesamiento para leer, insertar, actualizar y borrar datos Carencia de coordinación y control central Formatos no estándar de archivos

4 Problemas con Redundancia de Datos Desperdicio de espacio por tener datos duplicados Provoca mayores problemas de mantenimiento El problema mayor: Cuando los datos cambian en un archivo, se pueden producir inconsistencias. Pone en peligro la integridad de los datos

5 SOLUCIÓN: El Uso de Bases de Datos Repositorio central de datos compartidos Los datos son manejados por un agente controlador Se almacenan de manera conveniente y estandarizada

6 Sistema de Administración de Bases de Datos Un DBMS es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos que permite su almacenamiento no redundante, mientras aparecen ante el usuario como completamente integrados

7 Sistema de Administración de Aplicación #1 Bases de Datos Aplicación #2 Aplicación #3 DBMS Base de datos que contiene datos centralizados y compartidos

8 Ventajas de las Bases de Datos Independencia programa-datos Los metadatos están almacenados en el DBMS, de modo que las aplicaciones no necesitan preocuparse de los formatos de los datos Las consultas (queries) y actualizaciones de los datos son administrados por el DBMS, de modo que los programas no necesitan procesar rutinas de acceso a datos Resultados en el incremento de la productividad de desarrollo y mantenimiento de aplicaciones Redundancia mínima de datos Lleva a un incremento de integridad y consistencia

9 Ventajas de las Bases de Datos Mejora en la compartición de datos Usuarios distintos obtienen vistas distintas de los datos Reforzamiento de estándares Todos los accesos a datos son hechos del mismo modo Mejora en la calidad de los datos Restricciones y reglas de validación de los datos Mejor acceso y respuesta de los datos Uso de un lenguaje estándar de consultas (SQL) Seguridad, recuperación, respaldo y concurrencia La recuperación de desastres es más fácil

10 Componentes del Ambiente de Bases de Datos Herramientas CASE computer-aided software engineering Repositorio almacén centralizado de metadatos Sistema de Administración de Bases de Datos (DBMS) software para administrar la base Base de datos almacén de los datos Programas de Aplicación software que usa los datos Interfaz de usuario despliegues gráficos y de texto a los usuarios Administradores de datos personal responsable de mantener la base de datos Desarrolladores de sistemas personal responsable de diseñar programas y bases de datos Usuarios finales gente que usa las aplicaciones y las bases de datos

11 Administradores de datos Desarrolladores de sistemas Usuarios finales Componentes del ambiente de bases de datos Herramientas CASE Interfaz de usuario Programas de aplicación Repositorio DBMS Base de Datos

12 Evolución de los Sistemas de Bases de Datos Archivos planos s s Jerárquico 1970s s Redes 1970s s Relacional 1980s presente Orientado a objetos 1990s - presente Objetos-relacional 1990s - presente Data warehousing 1980s - presente En Web 1990s - presente

13 Ciclo de Desarrollo

14 Reglas de Negocio Declaraciones que definen o restringen algún aspecto del negocio Reflejan la estructura del negocio Controlan e influencian el ambiente de negocios Expresadas en términos familiares para los usuarios Automatizadas a través del DBMS

15 Una buena regla de negocio es: Declarativa qué, no cómo Precisa clara, significado acordado Atómica una oración Consistente interna y externamente Expresable estructurada, lenguaje natural Distinta no redundante Orientada al negocio entendida por gente de negocios

16 Elementos del Modelo E-R Instancia de entidad - persona, lugar, objecto, evento, concepto (normalmente corresponde a un renglón en una tabla) Entidad colección de instancias de entidad (normalmente corresponde a una tabla) Atributo propiedad o característica de una entidad (normalmente corresponde a una columna en una tabla) Instancia de relación liga entre (corresponde a llaves primarias y foráneas en dos tablas relacionadas) Relación liga entre entidades

17 envía PROVEEDOR suministra EMBARQUE incluye COMPONENTE CLIENTE clave se usa en somete entidad relación cardinalidades Obligatoria uno Obligatoria muchos Opcional uno Opcional - muchos PRODUCTO requiere ORDEN

18 Símbolos básicos Entidad fuerte Entidad asociativa Entidad débil Relación Relación de identificación Atributo Atributo multivaluado Atributo derivado

19 Qué debe ser una entidad? Debe ser: Un objeto con muchas instancias en la BD Un objeto compuesto de múltiples atributos Un objeto que queremos modelar No debe ser: Un usuario de la BD Un resultado de la BD (ejm. un reporte)

20 ! TESORERO recibe REPORTE DE GASTOS administra sumariza CUENTA es cargado GASTO CUENTA es cargado GASTO

21 Atributos Atributo propiedad o característica de una entidad Clasificación de atributos: Simple vs. Compuesto Un valor vs. Multivaluado Almacenado vs. Derivado Atributos de identificación

22 Identificadores (Llaves) Identificador (Llave) Un atributo (o combinación de atributos) que identifica instancia individuales de manera única en una entidad Llaves simples vs. llaves compuestas Llave candidata un atributo que puede ser llave satisface los requerimientos para serlo

23 Características de los Identificadores No cambiarán su valor (dinámicos) No serán nulos No son inteligentes Son lo más sencillos posible

24 Dirección Calle_Número Ciudad Estado Código_Postal

25 "# Número_matrícula Nombre_estudiante Otros_atributos " # $ ESTUDIANTE

26 "# num_vuelo fecha num_pasajeros Id_Vuelo " # VUELO

27 nombre_empleado % &' Id_empleado dirección antigüedad EMPLEADO habilidad # () $() fecha_ingreso #* & )

28 precio fecha_efectiva id_producto historia_precios PRODUCTO )

29 Más sobre relaciones Relaciones vs. instancias de relaciones Las relaciones son modeladas como diamantes y líneas entre entidades. Las instancias de relaciones ocurren entre instancias específicas de las entidades Las relaciones pueden tener atributos Estas describen características que se presentan cuando hay una asociación entre las entidades de la relación Dos entidades pueden tener más que un tipo de relación entre ellas (relaciones múltiples) Entidad asociativa = combinación de una relación con una entidad Surge al normalizar un ERD

30 Grado de las Relaciones El grado de una relación se refiere al número de entidades que participan en ella Unitaria Binaria Ternaria

31 + Grados de relaciones Binaria Unitaria Ternaria

32 Cardinalidad de las Relaciones Uno a Uno Cada instancia de una entidad se relacionará exactamente con una instancia de la entidad asociada Uno a Muchos Una instancia de la primera entidad se relacionará con muchas instancias de la segunda, pero cada instancia de la segunda se relacionará exactamente con una instancia de la primera Muchos a Muchos Las instancias de ambos lados de la relación de asociarán con muchas instancias de la otra entidad

33 Restricciones de Cardinalidad El número de instancias de una entidad con que puede o debe relacionarse una instancia del otro lado de la relación Cardinalidad Mínima Cero: opcional Uno o más: obligatoria Cardinalidad Máxima El número máximo de instancias

34 , Cardinalidad de la relación Obligatoria - uno Obligatoria - muchos Opcional - uno Opcional - muchos

35 PERSONA se casa con EMPLEADO dirige Uno a uno Uno a muchos

36 EMPLEADO utiliza Uno a uno LUGAR DE ESTACIONA- MIENTO LÍNEA DE PRODUCTOS contiene PRODUCTO Uno a muchos ESTUDIANTE asiste a CURSO Muchos a muchos

37 PARTE VENDEDOR suministra BODEGA medio_de_embarque costo_unitario

38 & &- PELÍCULA está grabada en COPIA EN VIDEO, PACIENTE acude a CONSULTA

39 ,.$ Claudia Gerardo PERSONA desposa Elena Carmen Ricardo Carlos

40 clave_ empleado nombre_ empleado (otros atributos) clave_ curso nombre_ curso requisito EMPLEADO aprueba CURSO! Empleado Carlos Curso María Othón Leonel Irma

41 clave_ empleado nombre_ empleado fecha clave_ curso nombre_ curso EMPLEADO aprueba CURSO () / /

42 PARTE VENDEDOR suministra BODEGA medio_de_embarque costo_unitario

43 ) ).$ PARTE se Compone de cantidad

44 " # ( trabaja en supervisa EMPLEADO DEPARTAMENTO administra

45 0( $ puede impartir PROFESOR CURSO imparte semestre &- 1

46 Ejercicio A la compañía El Sapo Saltador, S.A. le interesa guardar información acerca de sus empleados, incluyendo: clave, nombre, apellido paterno, apellido materno, nacionalidad, forma migratoria (en caso de ser extranjero), si es tiempo parcial o tiempo completo, dirección, teléfonos de casa, extensión, puesto, departamento, estado civil y prestaciones. Además, a la compañía le interesa mantener la siguiente información acerca de sus productos: número de identificación del producto, costo unitario, número de unidades en inventario, descripción, categoría (ej. electrodomésticos, cocina, juguetes, etc.) y fecha de manufactura. Cada departamento de la compañía se encarga de una categoría. Todos los departamentos tienen un nombre y una extensión distinta. También es importante guardar información sobre los proveedores, quién es el representante de ventas, el nombre de la compañía, la clave del proveedor, la dirección, la extensión y los productos que ofrece.

47 Entidades Fuertes vs. Débiles y Relaciones de Identificación Entidad fuerte Existe independientemente de otras entidades Tiene su propio identificador único Se representa con un rectángulo de línea sencilla Entidad débil Depende de una entidad fuerte, no puede existir sola No tiene su propio identificador único Se representa con un rectángulo de línea doble Relación de identificación Asocia entidades fuertes con débiles Se representa con un rombo de línea doble

48 ( $ nombre apellido_ paterno apellido_ materno clave_empleado nombre_ empleado nombre_dep fecha_ nacimiento EMPLEADO tiene DEPENDIENTE ( (

49 Entidades Asociativas Es una entidad tiene atributos Y es una relación asocia dos entidades Las cardinalidades hacia la entidad asociativa siempre son muchos La entidad asociativa podría tener significado independientemente de otras entidades La entidad asociativa preferentemente debe tener un identificador único y puede tener más atributos Puede tener otras relaciones con entidades además de las que asocia Las relaciones ternarias se deben convertir en entidades asociativas

50 #,2!3!, 4 clave_ empleado nombre_ empleado num_certificado fecha clave_ curso nombre_ curso EMPLEADO CERTIFICADO CURSO 5 # &$ /6) 7 #/

51 Supertipos y Subtipos Subtipo: un subgrupo en una entidad que posee atributos adicionales exclusivos. Supertipo: entidad genérica con los atributos comunes a todos los subtipos con que se relaciona. Herencia: Los subtipos heredan todos los atributos del supertipo Una instancia del subtipo también es una instancia del supertipo

52 atributos compartidos Notación básica para supertipos y subtipos SUPERTIPO Entidad genérica Etcétera SUBTIPO 1 SUBTIPO 2 Versiones especializadas del supertipo atributos únicos para subtipo 1 atributos únicos para subtipo 2

53 Supertipo EMPLEADO y tres subtipos nombre_empleado dirección 2 clave_empleado EMPLEADO fecha_contrato, & EMPLEADO POR HORA EMPLEADO ASALARIADO CONSULTOR pago_por_hora salario opción_acciones num_contrato tasa_facturación

54 Relaciones y subtipos Las relaciones en el nivel del supertipo indican que todos los subtipos participan en ella Las relaciones en el nivel del subtipo son exclusivas de las instancias del mismo

55 Generalización y Especialización Generalización: El proceso de definir un supertipo a partir de los subtipos. BOTTOM-UP Especialización: El proceso de definir subtipos a partir de un supertipo. TOP- DOWN

56 Restricciones en Subtipos Exhaustiva: Si toda instancia en el supertipo debe pertenecer a un subtipo también Exhaustiva: línea doble No exhaustiva: línea sencilla

57 Restricciones de Subtipos Excluyente: Si una instancia del supertipo puede pertenecer solo a un subtipo Excluyente: se marca con una d (disjoint) No excluyente: se marca con una o (overlapping)

58 nombre dirección sexo id_persona PERSONA fecha_nacim salario departamento EMPLEADO EX-ALUMNO ESTUDIANTE fecha_contrato grados año fecha grado FACTULTAD STAFF POSGRADO PREGRADO rango puesto tipo asesor

59 Agrupamiento Los diagramas EER pueden ser difíciles de leer cuando hay muchas entidades involucradas Las entidades que hacen referencia a un mismo objeto de negocio se pueden agrupar en un cluster Facilita la lectura para el usuario

60 Reglas de Negocios Declaraciones que definen o restringen algún aspecto del negocio Las restricciones pueden impactar: Estructura (definición, dominio, relación) Comportamiento (restricciones de operación)

61 Reglas sobre acciones Objeto ancla el objeto sobre el cual se limitan las acciones Acción creación, borrado, actualización o lectura Objetos correspondientes un objeto influenciando la habilidad de realizar una acción en otra regla de negocio

62 para poder asignar un grupo, el profesor debe estar acreditado para impartir el curso correspondiente id_profesor nombre_prof Id_estudiante objeto correspondiente nombre PROFESOR está acreditado fecha_acredita objeto ancla regla sobre acción id_curso ESTUDIANTE está asignado R CURSO nombre_curso está inscrito GRUPO está programado objeto correspondiente num-grupo id-grupo semestre

63 Normalizando ERDs Normalizar permite optimizar el diseño de la base de datos al: Minimizar redundancia Fragmentar las entidades para garantizar dependencias directas Facilitar consistencia e integridad en los datos Se puede hacer desde el modelo conceptual o desde el modelo lógico Para ERDs garantiza segunda forma normal

64 Normalizando ERDs Relaciones muchos a muchos Crear una entidad asociativa Relaciones unitarias Crear una entidad débil Atributos multivaluados Crear una entidad débil Relaciones ternarias Crear una entidad asociativa

65 Ejercicio Normalizar el siguiente ERD clave_ empleado nombre_ empleado dependiente clave_ proyecto nombre_ proyecto material EMPLEADO trabaja en PROYECTO fecha_ inicio fecha_ final

66 Ciclo de Desarrollo ERD Diagrama relacional

67 Tablas Son bidimensionales Renglones: registros o instancias Columnas: atributos o campos Los renglones son variable Las columnas son fijas Requisitos: Nombre único Celdas atómicas Cada renglón es único Las columnas tienen nombres únicos El orden de las columnas es irrelevante El orden de los renglones es irrelevante

68 Correspondencia con el ERD Cada entidad y cada relación muchos a muchos corresponde a una tabla Los renglones corresponden a instancias de la tabla o de la relación muchos a muchos Las columnas corresponden a atributos Las relaciones del ERD se expresan como llaves foráneas y van en el lado muchos NOTA: las tablas también se conocen como relaciones, pero no tienen el mismo significado que las relaciones en el ERD

69 Campos Llave Las llaves son campos especiales que sirven dos propósitos principales: Las llaves primarias son identificadores únicos de la tabla Las llaves foráneas son identificadores para ligar dos tablas Las llaves pueden ser simples o compuestas, dependiendo del número de atributos que las componen

70 Pasando de ERD a Modelo Relacional clave_ empleado nombre_ empleado num_certificado fecha clave_ curso nombre_ curso EMPLEADO CERTIFICADO CURSO EMPLEADO clave_ empleado nombre_ empleado CURSO clave_ curso nombre_ curso CERTIFICADO num_ certificado fecha clave_ empleado clave_ curso

71 Otras Consideraciones La llave de una entidad asociativa puede ser: Asignada con un identificador único La combinación de las llaves de las entidades que asocia La llave de una entidad débil Siempre es compuesta Se combina el valor del atributo en cuestión con la llave de la entidad padre La llave de un subtipo Es la misma que la del supertipo La relación es uno a uno

72 Ejercicio Convertir los siguientes ERD a modelo relacional

73 nombre_empleado dirección clave_empleado EMPLEADO fecha_contrato EMPLEADO POR HORA EMPLEADO ASALARIADO CONSULTOR pago_por_hora salario opción_acciones num_contrato tasa_facturación

74 nombre apellido_ paterno apellido_ materno clave_empleado nombre_ empleado nombre_dep fecha_ nacimiento EMPLEADO tiene DEPENDIENTE

75 Tablas Bien Estructuradas Una que tiene redundancia mínima y permite insertar, actualizar y borrar datos sin causar inconsistencias La meta es evitar anomalías Inserción al agregar nuevos renglones se duplican datos innecesariamente Borrado al borrar renglones se pierden datos que serán necesarios en el futuro o en otras tablas Actualización cambiar datos en un renglón obliga a cambiarlos en otros, debido a redundancia

76 Dependencias Funcionales y Llaves Dependencia funcional: el valor de un atributo determina el valor de otro Llave candidata: Identificador único. Una de las llaves candidatas se convertirá en la llave primaria Cada atributo no candidato, depende funcionalmente de los candidatos

77 Pasos de la normalización Ninguna forma normal Eliminar dependencias parciales Segunda forma normal Eliminar anomalías de dependencias funcionales Forma normal de Boyce-Codd Eliminar otras anomalías Eliminar grupos repetidos Primera forma normal Eliminar dependencias transitivas Tercera forma normal Eliminar dependencias multivaluadas Cuarta forma normal Quinta forma normal

78 Ninguna forma normal 8 8 8$ $ Puede tener muchos proyectos, por lo tanto es multivaluado

79 Primera forma normal 8 8 8$ $ Dependencias parciales

80 Segunda forma normal Dependencias transitivas

81 Ejercicio #8 & $ 1?B?>: 0 A$ > 1?.;;; 9;.;;; :@B1<< +, 1 >?.;;; 9?.;;; ;<==:9 1 9:.;;;

82 Ejercicio 8# 8 9>@ =:BB?B>9 B?@> E 00C A,,&, B? <=;> =:BB 1?B@ 3D( +$ 00C " A&C,&,

83 Ejercicio Indicar en qué forma normal se encuentran las siguientes tablas: a) EMPLEADO (emp_id, emp_nombre, dirección, teléfono) b) EMPLEADO (emp_id, emp_nombre, dirección, teléfono, pariente) c) EMPLOYEE (emp_id, emp_nombre, dirección, teléfono, pariente) d) RELATIVE (emp_id, pariente) e) FLIGHT (no_vuelo, origen, destino, millaje)