1 Introducción al procesamiento de bases de datos MIA Ricardo González Lozano
Introducción al procesamiento de bases de datos 2 La expansión de Internet y el desarrollo de la tecnología en las bases de datos, permite que las aplicaciones de Internet sean mucho mas que un simple folleto publicitario que caracterizó a las primeras aplicaciones. El diseño y desarrollo de bases de datos implica arte e ingeniería Ya que la comprensión de los requerimientos del usuario y su traducción en diseños de bases de datos eficaces es un proceso artístico, y trasformar esos diseños en bases de datos físicas con plena funcionalidad y de alto rendimiento, es un proceso de ingeniería.
3 Propósito de una base de datos El propósito es ayudar a las personas a dar seguimiento en sus actividades. Las aplicaciones clásicas de una base de datos se refiere al seguimiento de artículos como por ejemplo: ordenes, clientes, empleos, empleados, llamadas telefónicas, u cualquier otro aspecto de interés para las personas de negocios.
4 Definición de una BD Una Base de Datos es un conjunto autodescriptivo de registros integrados Es decir que contiene una descripción de su propia estructura. Llamada diccionario de datos (directorio de datos o metadatos)
Definición de una BD 5 Una Base de Datos es un conjunto autodescriptivo de registros integrados Una BD = archivos+ metadatos+ índices + metadatos de aplicaciones
Comparación de aplicaciones de bases de datos 6 Tipo Número típico de Usuarios concurrentes Tamaño común de la base de datos Personal 1 Menos de 10 Megabytes Grupo de trabajo Menos de 25 Menos de 100 Megabytes Organizacional Cientos a miles Mas de 1 Trillón de bytes Internet Cientos a miles Ilimitado
7 Definición de base de datos Una base de datos es un conjunto autodescriptivo de registros integrados. Es autodescriptiva porque contiene además de los datos fuente del usuario, una descripción de su propia estructura (Diccionario de datos o Directorio de datos o Metadatos) La característica autodescriptiva es importante, ya que fomentan la independencia de los datos / programas.
Base de Datos 8 Una base de datos es un conjunto de registros integrados. Datos Camp o PROGRAMAS Tabla /o Archivo Registro BASE DE DATOS DBMS Información Aparecen en los inicios de los 60 s, para expresar un conjunto de datos relacionados entre si, los cuales están estructurados de tal forma que sea fácil acceder a ellos automáticamente, y a la ves son independientes de los programas que los gestionan.
9 Base de Datos BASE DE DATOS Tabla Registro Campo Caracteres
Componentes principales de un sistema de base de datos 10 Datos: son la base de datos propiamente dicha. Una base de datos se constituye con datos almacenados y utilizados por los sistemas de una organización particular. Hardware: se refiere a los dispositivos de almacenamiento en donde reside la base de datos. Software: es un conjunto de programas que se conoce como un sistema manejador de base de datos (DBMS). Este sistema maneja todas las solicitudes formuladas por los usuarios a la base de datos. Usuarios: las personas que crean, administran y hacen uso de la base de datos que existen.
Clases de usuarios en la base de datos 11 1- El programador de aplicaciones: quien crea programas de aplicación que utilizan la base de datos. 2- El usuario final: quien accede a la base de datos por medio de un lenguaje de consulta o programas de aplicación. 3- Administrador de la base de datos (DBA): Quien es responsable del desarrollo, operación y mantenimiento de la base de datos y de sus aplicaciones.
12 Administrador de la base de datos Es quien se encarga de definir y controlar las bases de datos corporativas, que además proporciona asesoría a los usuarios y ejecutivos que la requieran. Algunas funciones incluyen: Administración de la base de datos Control de procesos repetitivos Administración de los derechos y responsabilidades del procesamiento Desarrollo de seguridad de la base de datos Servicios de recuperación de la base de datos Administración del DBMS Mantenimiento Apoyar y asesorar durante el proceso de adquisición del DBMS Proporcionar asesoría técnica a analistas y programadores que desarrollan aplicaciones para la bases de datos.
13 Que es un sistema de Base de Datos Es básicamente un sistema computarizado para guardar registros, en donde su finalidad general es almacenar datos y permitir a los usuarios crear, recuperar y actualizar información con base en peticiones. Comprende los cuatro componentes principales
14 Componente: Datos Los sistemas de bases de datos están disponibles en maquinas que van desde las computadoras personales más pequeños hasta las computadoras mainframe más grandes. Multiusuario Integración de los Datos Monousuario Procesamiento de Archivos
15 Componente: Datos En general los datos de la base de datos en un sistema grande serán tanto integrados como compartidos.
16 Sistemas de Procesamiento de Archivos Los primeros Sistemas de Información comerciales almacenaban grupos de registros en archivos separados y eran llamados Sistemas de Procesamiento de Archivos.
Relación de los Programas de Aplicaciones y los Archivos 17 Archivo de X Usuario Aplicación del Proceso X
Sistemas de Procesamiento de 18 Archivos Estos sistemas representaban una significativa mejora sobre los sistemas manuales de registro, pero tienen las siguientes limitaciones: Datos separados y aislados Duplicación de datos Dependencia del programa de aplicación Archivos incompatibles Dificultad de representar los datos como los ve el usuario
19 Un poco de historia Usuario del Archivo de Clientes Usuario del Archivo de Préstamos Procesamiento de Clientes Procesamiento de Préstamos Archivo de Clientes Archivo de Préstamos Por cada préstamo se guarda la información del cliente correspondiente: Redundancia
Sistema de Procesamiento de Bases de Datos 20 La tecnología de las Bases de Datos se desarrolló para superar las limitaciones de los Sistemas de Procesamiento de Archivos. Los programas de procesamiento de archivos acuden a los archivos de los datos almacenados. Los programas de procesamiento de base de datos acuden al DBMS para acceder los datos almacenados.
Relación de los Programas de aplicaciones y los DBMS 21
22 Comparación.. Antes PROCESAMIENTO DE ARCHIVOS Dpto. Personal Dpto. Ventas Dpto. Contabilidad Empleados Clientes Ventas Cuentas Inventario Ahora BASE DE DATOS Aplicación De personal Aplicación Ventas Aplicación Contabilidad DBMS Empleados Clientes Ventas Inventario Cuentas
Sistemas de Procesamiento de Bases de Datos 23 Tiene las siguientes características: Datos integrados Menos duplicación de datos Independencia programa/datos Fácil representación de la vista de datos de los usuarios
24 Datos que contiene la Base de Datos Datos del Usuario Metadatos Índices Metadatos de Aplicación.
Datos de Usuario 25
Metadatos 26
Índices 27
Metadatos de Aplicación 28
Sistema Administrador de la base de datos (DBMS) 29
30 Estructura de la base de datos Los sistemas de gestión de bases de datos ( SGBD o DBMS ) organizan y estructuran los datos de tal modo que puedan ser recuperados y manipulados por usuarios y programas de aplicación. DBMS ACCESS 1. Jerárquica 2. Red 3. Relacional 4. Orientada a Objetos 5. Objetos Relacional
31 Tipos de base de datos Jerárquicas: En ellas se organiza la información se organiza con un jerarquía en la que la relación entre las entidades de este modelo siempre es del tipo padre / hijo. De esta forma hay una serie de nodos que contendrán atributos y que se relacionarán con nodos hijos de forma que puede haber más de un hijo para el mismo padre (pero un hijo sólo tiene un padre). Las entidades de este modelo se llaman segmentos y los atributos campos. La forma visual de este modelo es de árbol invertido, en la parte superior están los padres y en la inferior los hijos
32 Tipos de base de datos En red: Se trata de un modelo que se utilizó durante mucho tiempo. Organiza la información en registros y enlaces. Los registros representan las entidades del modelo entidad / relación. En los registros se almacenan los datos utilizando atributos. Los enlaces permiten relacionar los registros de la base de datos. El modelo en red más aceptado es el llamado codasyl, que durante mucho tiempo se ha convertido en un estándar. Las bases de datos en red son parecidas a las jerárquicas sólo que en ellas puede haber más de un padre. En este modelo se pueden representar perfectamente relaciones varios a varios. Pero su dificultad de manejo y complejidad hace que se estén abandonando completamente.
33 Tipos de base de datos Relacionales Los datos se muestran en forma de tablas y relaciones. Este es el modelo que se comenta en el presente documento. De hecho es el claramente más popular.
34 Tipos de base de datos Orientadas a objetos: Desde la aparición de la programación orientada a objetos (POO u OOP) se empezó a pensar en bases de datos adaptadas a estos lenguajes. En estos lenguajes los datos y los procedimientos se almacenan juntos. Esta es la idea de las bases de datos orientadas a objetos. A través de esta idea se intenta que estas bases de datos consiguen arreglar las limitaciones de las relacionales. Por ejemplo el problema de la herencia, tipos definidos por el usuario, disparadores almacenables en la base de datos, soporte multimedia... Se supone que son las bases de datos de tercera generación (la primera fue las bases de datos en red y la segunda las relacionales), lo que significa que el futuro parece estar a favor de estas bases de datos. Pero siguen sin reemplazar a las relacionales (aunque cada vez hay más). Su modelo conceptual se suele diseñar en UML y el lógico en ODMG 3.0
35 Estructura Orientada a Objetos Se considera como una de las tecnologías claves de una nueva generación de aplicaciones multimedia que se basan en la Web.
36 Tipos de base de datos Objeto Relacionales Tratan de ser un híbrido entre el modelo relacional y el orientado a objetos. El problema de las bases de datos orientadas a objetos es que requieren reinvertir de nuevo para convertir las bases de datos. En las bases de datos objeto relacionales se intenta conseguir una compatibilidad relacional dando la posibilidad de integrar mejoras de la orientación a objetos. Estas bases de datos se basan en el estándar SQL 99 que dictó las normas para estas bases de datos. En ese estándar se añade a las bases relacionales la posibilidad de almacenar procedimientos de usuario, triggers, tipos definidos por el usuario, consultas recursivas, bases de datos OLAP,... Las últimas versiones de la mayoría de las grandes bases de datos relacionales (Oracle, SQL Server, Informix,...) son objeto relacionales.
37 Una Base de Datos es un modelo de un modelo Es decir, es un modelo del modelo del usuario Varían en su nivel de detalle El grado de detalle que debe incorporarse en una BD depende de la información deseada, y el criterio principal para definir el nivel de detalle es el nivel de detalle que imagina el usuario
38 Historia del Procesamiento de Bases de Datos Contexto organizacional Sistemas de procesamiento de archivos (limitaciones) Incremento en el volúmen de datos La tecnología de BD ofrece la promesa de solución a tales problemas Pero inicialmente tenía muchas fallas: las aplicaciones eran dificiles de desarrollar, eran lentas y poco confiables, vulnerabilidad De modo gradual la situación mejoró
39 El Modelo Relacional En 1970, E. F. Codd publicó un artículo en el que aplicaba los conceptos de el álgebra relacional a los problemas de almacenar enormes cantidades de datos. En muy pocos años condujo a la definición de las Bases de Datos Relacionales
40 Ventajas del modelo Relacional Los datos se almacenan como tablas y las relaciones entre las filas y las tablas son visibles en los datos Permite a los usuarios obtener información de las BD sin asistencia de sistemas profesionales de administración de información En los anteriores productos de DBMS almacenaban las relaciones en datos de sistemas como son los índices En los modelos relacionales el usuario sólo debe especificar cuáles registros quiere procesar. En los anteriores dependía mucho de los profesionales de sistemas
41 Resistencia al Modelo Relacional Requieren más recursos (costoso, lento) Este modelo les parecía extraño a los programadores
42 Productos DBMS para Microcomputadoras En 1979 Ashton-Tate introdujo el dbase II y lo denominó un DBMS relacional. Fue comprado por Borland y desarrollaron el dbase III Plus que es un auténtico DBMS y el dbase IV que es un DBMS Relacional Oracle, Focus e Ingres empezaron a trasladar sus productos de las macro a las microcomputadoras DBMS desarrollados especialmente para micros: Paradox, Revelation, MDNS, Helix Productos con interfaces gráficas de usuario agradables: Access de MS y Paradox de Borland
43 Aplicaciones de BD Cliente/Servidor Con una Macro o Minicomputadora, solo el CPU participa en el procesamiento de las aplicaciones De mediados a finales de los 80 se desarrollan las redes LAN donde pueden contribuir simultáneamente varios CPU Esto condujo a un nuevo estilo de procesamiento de BD multiusuario llamado aquitectura de base de datos Cliente/Servidor
44 Aplicaciones de BD Cliente/Servidor La aquitectura de base de datos Cliente/Servidor
Procesamiento distribuido de Bases de Datos 45 Las bases de datos distribuidas permiten que las Bases de Datos personales, de grupos de trabajo y de organizaciones se combinen en sistemas integrados pero distribuidos, sin embargo se tienen varios problemas aún no resueltos (seguridad y control)
Procesamiento distribuido de Bases de Datos 46 La esencia de las BD distribuidas es que todos los datos de la organización están dispersos en varias computadoras: micros, Servidores LAN y macrocomputadoras, que se comunican a medida que procesan la BD El objetivo de los sistemas distribuidos de BD son hacer que cada usuario sienta que es el único usuario de los datos de la organización y proporcionar la misma consistencia, precisión y oportunidad que tendría si nadie más estuviera usando la BD distribuida.
47 La base de datos distribuida sirve para compartir información, las cuales no están almacenada totalmente en un solo lugar físico y se comunican por enlaces de comunicaciones a través de una red de computadoras dispersas geográficamente. La base de distribuidas se utilizan cada vez mas en la misma medida en que se usan las arquitecturas de cliente- servidor. Existen dos modalidades para crear base de datos distribuidos Fragmentar la base de datos: consiste en instalar en cada computadora solo la parte que se usara con mas frecuencia en la zona geográfica y el resto de los datos deberán ser transportados por la red de comunicación. Replica de base de datos: consiste en realizar una copia total e instalar en cada una de las computadoras de la organización.
Procesamiento distribuido de Bases de Datos 48
49 Los DBMS orientados a objetos ODBMS A finales de los 80 empezó a usarse un nuevo estilo de programación llamado programación orientada a objetos (OOP) Como consecuencia evolucionó una nueva categoría de productos DBMS denominada Sistemas de Base de Datos Orientados a Objetos (OODBMS)
50 Conclusión Los componentes de una aplicación de Base de datos son: La Base de Datos Los Sistemas de Administración de la Base de Datos (DBMS) Los programas de aplicación Las partes de una Base de Datos son: Los Datos del usuario El Diccionario de Datos Los datos significativos Los Datos de la aplicación
51 Globalización de la información: permite a los diferentes usuarios considerar la información como un recurso corporativo que carece de dueños específicos. Eliminación de información redundante: con frecuencia los sistemas de aplicación desarrollados a través de archivos convencionales son dueños de sus propios archivos, de tal suerte que si dos sistemas de aplicación requieren la misma información es muy posible que ésta se duplique.
52 Eliminación de información incongruente: este efecto tiene relación con el concepto anterior. Si existen dos o más archivos con la misma información, los cambios que se hagan a éstos deberán hacerse a todas la copias. Permite compartir información: esta característica es una consecuencia de lo antes expuesto, ya que varios sistemas o usuarios pueden utilizar la misma entidad.
53 Permite mantener la integridad de la información: la integridad de la información es una de las cualidades altamente deseable y tiene por objeto que sólo se almacene la información correcta. Independencia de datos: implica una división entre programas y datos; es decir, se pueden hacer cambios a la información que contiene la base de datos o tener acceso a la base de datos de diferente manera, sin hacer cambios en las aplicaciones o en los programas.
Sistema Administrador de Base de Datos (DBMS) 54 Es el software o conjunto de programas que permiten crear y operar una base de datos; un conjunto de programas que se encargan de manejar la creación y todos los accesos a las bases de datos. Mediante el DBMS se hace la definición de los datos, es decir, se especifican los tipos de datos a almacenar; también se efectúa la carga de información e incluye mo9dulos para realizar consultas, actualizar y generar informes.
Sistema Administrador de Base de Datos (DBMS) 55 Creación y definición de la estructura lógica de la base de datos. Consultar y actualizaciones de la información. Diseño de aplicaciones para el usuario. Mecanismos de seguridad y control de usuarios e información. Definición de datos Manipulación de datos Generador de aplicación Administración de datos M O T O R D B M S Base de datos