Sistemas de Bases de Datos: Introducción Tecnólogo en Informática, sede Paysandú Bases de Datos 1
Bases de Datos 1 Créditos: 12 Bibliografía: Fundamentals of Database Systems. Elmasri, R. & Navathe, S. A first course in Database Systems. Ullman, J. & Widom, J. Principles of Database and Knowledge-base Systems. Ullman, J. An introduction to Database Systems. Date, C.J. 2
Introducción Temario 1. Conceptos Generales de: Bases de Datos. Sistemas de Base de Datos. Sistemas de Gestión de Bases de Datos. Modelos de datos. 2. Fases en el diseño de Bases de Datos. 3
Bases de Datos 4
Bases de Datos Definición (genérica) Una base de datos es una coleccio n de datos relacionados. Con la palabra datos nos referimos a los hechos conocidos que se pueden grabar y que tienen un significado impli cito. Por ejemplo: los nombres, nu meros de tele fono y direcciones de las personas que conoce. Puede tener todos estos datos grabados en un libro de direcciones indexado o los puede tener almacenados mediante una hoja de cálculo. Esta colección de datos relacionados con un significado implícito es una base de datos. 5
Bases de Datos Definición La definición anterior de base de datos es muy gene rica Una base de datos tiene las siguientes propiedades impli citas: Representa algu n aspecto del mundo real. Los cambios introducidos en la realidad se reflejan en la base de datos. Es una coleccio n de datos lo gicamente coherente con algu n tipo de significado inherente. No es correcto denominar base de datos a un surtido aleatorio de datos. Se diseña, construye y rellena con datos para un propo sito específico. Es de intere s para grupos de usuarios o aplicaciones preconcebidas. 6
Bases de Datos Definición Entonces, una base de datos tiene algu n origen del que se derivan los datos, algu n grado de interaccio n con eventos del mundo real y un pu blico interesado en su contenido. Se pueden efectuar transacciones o producir eventos que provoquen un cambio en la informacio n almacenada en la base de datos. Para que una base de datos sea en todo momento precisa y fiable, debe ser un reflejo exacto del minimundo que representa: Deben reflejarse los cambios tan pronto como sea posible. 7
Bases de Datos Consideraciones Una base de datos puede ser de cualquier taman o y complejidad Ej.: entidades bancarias, gubernamentales, redes sociales, etc. Inmensas cantidades de información deben organizarse y administrarse para que los usuarios puedan buscar, recuperar y actualizar los datos que necesiten Una base de datos se puede crear y mantener con un grupo de aplicaciones escritas especi ficamente para esa tarea o mediante un sistema de administración de bases de datos 8
Bases de Datos Conceptos generales Esquema de una BD: Describe la estructura de una BD Define sus tablas, sus campos en cada tabla y las relaciones entre cada campo y cada tabla Es estable Instancia de una BD: Es el conjunto de datos almacenados en la BD en un cierto momento Es inestable 9
Bases de Datos Actores Administradores de la Base de Datos (DBA): Autorizar el acceso a la BD Coordinar y monitorear su uso Diseñadores de la Base de Datos: Identificar los datos que van a ser almacenados Elegir las estructuras adecuadas para representar y almacenar estos datos Usuarios finales: Son las personas cuyo trabajo requiere acceso a la BD Analistas de Sistemas: Determinan los requerimientos de los usuarios finales Desarrolladores: Implementan estas especificaciones como programas 10
Bases de Datos Ventajas (1) Permite el manejo de grandes volu menes de datos Permite una mejor organizacio n de la información: Definición central de datos Abstracción de datos Mu ltiples vistas de los datos Almacenamiento de datos y programas Control de concurrencia 11
Bases de Datos Ventajas (2) Seguridad y Recuperacio n ante fallas Separacio n entre programas y datos Control de Restricciones de Integridad Estandarizacio n de modelos y lenguajes 12
Bases de Datos Desventajas Se deberi a desarrollar programas usando lenguajes de propósito general Esto implica más trabajo para manipular datos asi como mantener la calidad de los mismos Se presentan problemas específicos a la implementación basada en archivos, a resolver por el programador: Inconsistencia de datos Dificultades para el acceso a la información Seguridad en datos Control de concurrencia 13
Sistemas de Administración de Bases de Datos 14
Sistemas de Administración de BD Definición SGBD o DBMS. Es una colección de programas que permite a los usuarios crear y mantener una base de datos. El DBMS es un sistema de software de propósito general que facilita los procesos de definición, construcción, manipulación y compartición de bases de datos entre varios usuarios y aplicaciones. 15
SGBD Definir / Construir la BD Definir una base de datos implica especificar los tipos de datos, estructuras y restricciones de los datos que se almacenarán en la base de datos. La definición o información descriptiva de una base de datos tambie n se almacena en esta u ltima en forma de cata logo o diccionario de la base de datos; es lo que se conoce como metadatos. La construccio n de la base de datos es el proceso consistente en almacenar los datos en algu n medio de almacenamiento controlado por el DBMS. 16
SGBD Manipular / Compartir la BD La manipulacio n de una base de datos incluye funciones como: obtener datos especi ficos a trave s de una consulta modificar la base de datos para reflejar los cambios introducidos en el minimundo (agregar, modificar, borrar) Compartir una base de datos permite que varios usuarios y programas accedan a la base de datos de forma simultánea. 17
SGBD Proteger / Mantener la BD Otras funciones importantes ofrecidas por el DBMS La proteccio n incluye la protección del sistema contra: el funcionamiento defectuoso del hardware o el software (cai das) y la protección de la seguridad contra el acceso no autorizado o malintencionado. Una gran base de datos puede tener un ciclo de vida de muchos an os, por lo que el DBMS debe ser capaz de mantener el sistema de bases de datos permitiendo que el sistema evolucione segu n cambian los requisitos con el tiempo. 18
SGBD Sobre las funciones Evitando La inconsistencia de los datos La dificultad para acceso a la información El aislamiento de los datos Brindando Control de la concurrencia Seguridad de los datos 19
SGBD Propiedades Control global u nico de la BD Separacio n entre esquema y aplicaciones: Esquema: Visión global de los datos de la realidad Aplicaciones: Programas sobre la BD Soporte a diferentes visiones de los datos: Usuarios/aplicaciones ven subconjuntos de la BD Independencia de datos: Esquema lógico independiente de implementación 20
SGBD Lenguajes provistos Definicio n de Esquema: VDL (View Definition Language) SDL (Storage Definition Language) DDL (Data Definition Language) Manipulacio n de la BD: DML (Data Manipulation Language): Modificaciones en instancias QL (Query Language): Subconjunto del DML, sólo para consultas 21
SGBD Tipos de Query Language Declarativos: Se especifica que propiedad cumplen los datos No se especifica cómo se recuperan de la BD Suelen recuperar conjuntos de i tems (registros) El DBMS define el plan de ejecución Procedurales: Se especifica un algoritmo que accede a estructuras del esquema lógico Recupera los datos i tem por i tem (registro a registro) 22
SGBD Interfaces en ambientes de BD Interfaces Gráficas de Consulta: Se visualizan las estructuras en forma gráfica Interfaces de Lenguaje Natural: Se procesan frases y se traducen al QL Interfaces para Administracio n: Ambientes especializados 23
SGBD Tipos Segu n el Modelo de Datos: Relacional Orientado a Objetos Otros Segu n el porte: Desktop/mono-usuario Servidor/multi-usuario Segu n la distribucio n de la BD: Centralizado Distribuido 24
SGBD Por qué no usar? Implica un alto costo en inversión: Hardware Software Capacitación técnica Implica un costo en la administración: del SGBD de las BD Se justifica no usar SGBD cuando: existen muy pocos datos los datos son muy estables no hay acceso concurrente 25
SGBD Arquitectura de 3 niveles 26
SGBD Estructura 27
Sistemas de Bases de Datos 28
Sistemas de BD Definición Es el conjunto de: la Base de datos y el software para la manipulación (SGBD / DBMS) 29
Ilustración de los conceptos explicados 30
Aportes del uso de tecnologías de Base de Datos 31
Sistemas de BD Aportes del uso de tecnologías Desde el punto de vista de la organizacio n de la información, permite, de los datos: 32
Sistemas de BD Aportes del uso de tecnologías Desde el punto de vista de la programacio n de la base de datos: 33
Sistemas de BD Engloban: Modelo de datos Arquitectura de los SGBD Lenguajes de los SGBD Clasificación de los SGBD Funciones de los SGBD Componentes de los SGBD 34
Modelos de Datos 35
Modelos de Datos Qué son? Conjunto de conceptos/lenguajes que sirven para describir la estructura de una base de datos. La estructura de una base de datos contiene: Tipos de datos Vi nculos/relaciones Restricciones 36
Modelos de Datos Además contienen Operaciones Básicas: Operaciones definidas por el usuario: Para la lectura y actualización de la Base de Datos: Permiten especificar comportamientos válidos y especi ficos para la Base de Datos Insertar Eliminar Modificar Recuperar 37
Modelos de Datos Categorías Se reconocen modelos: Conceptuales (alto nivel) Describen cómo los percibe el usuario y manejan conceptos de: entidad, atributo, vínculo Lo gicos (Implementación) Basados en registros, orientados a objetos Físicos (bajo nivel) Describen cómo se almacenan las estructuras de datos en el computador 38
Modelos de Datos Elementos en una BD 39
Fases en el diseño de Bases de Datos 40
Bases de Datos Fases en el diseño 41
Bases de Datos Fases en el diseño 42
Fases en el diseño (1) Análisis de requerimientos Descripcio n operacional. Fase de adquisición de conocimiento. Entrevistas con los usuarios del sistema. Identificación de necesidades. Asegurar que se tengan los datos necesarios para las funciones y aplicaciones donde se usará la BD. Salida: requerimientos del sistema. 43
Fases en el diseño (2) Diseño conceptual Los modelos conceptuales: Modelos de datos de muy alto nivel. En general se concentran en estructuras y restricciones de integridad. Se concentran en definir el dominio del problema. Suelen tener una representacio n gráfica asociada. Algunos modelos conceptuales: Modelo Entidad-Relación [1976]. Modelos E-R Extendidos [80s y 90s]. 44
Fases en el diseño (3) Diseño lógico Diseño que se acerca más a la implementación en un Sistema Manejador de Base de Datos. Transforma el modelo Entidad-Relación en tablas que podrá ser implementadas en un un Sistema Manejador de Base de Datos particular. Se eliminan ciertas anomali as debidas a la redundancia. Normalización. 45
Fases en el diseño (4) Diseño físico Decide la estructura de almacenamiento y las estrategias de acceso. Estructura de almacenamiento: Archivos planos, comprimidos, codificados, formatos especi ficos. Estrategia de acceso: Acceso secuencial, acceso binario, acceso usando B-trees. Generalmente se reduce a la selección de los índices para acelerar el acceso. Tambie n selecciona los tipos de datos. 46