Teoría Base de Datos Espacialesfiles.especializacion-tig.webnode.com/200000709-c592fc787d/Teoria... · información almacenada y la escasez de espacio existente. En un ... el concepto

Universidad Nacional del Nordeste

Facultad de Humanidades

Especialización en Tecnologías de la Información Geográficas

Teoría

Base de Datos Espaciales

Teoría Bases de Datos Espaciales

Contenidos Conceptuales

Unidad 1. Conceptos Básicos

Introducción a los Sistemas de Bases de Datos. Definición. Ventajas de suutilización. Elementos y clasificación de las Bases de Datos.

El sistema de Gestión de Bases de datos (SGBD) Concepto y funciones.Características. Elementos. Objetivos. Componentes. Desarrollo de una Basede Datos. Bases de datos Geográficas. Diferencias entre SIG y CAD.

Unidad 2. Modelos de Datos

Los modelos de datos en el proceso de diseño de una base de datos.Clasificación de los modelos de datos. El modelo entidad-relación. Conceptosbásicos del modelo Entidad-Relación (ER). Claves. Diagrama entidad-relación.

Introducción a la Teoría de la Normalización. La primera Forma Normal. LaSegunda Forma Normal. La Tercera Forma Normal. La Cuarta y Quinta FormaNormal.

Unidad 3. El modelo relacional.

Estructura del Modelo Relacional: dominios y atributos, relaciones, clavesprimarias y externas. Restricciones de integridad: integridad de entidades,integridad referencial. Restricciones de dominio.

Lic. Jaquelina E. Escalante


Unidad 1. Conceptos Básicos

Definición

Una base de datos es una colección de información organizada de forma queun Gestor de Base de Datos, por ejemplo Microsoft Access, pueda seleccionarrápidamente los fragmentos de datos que necesite.

Una base de datos es un almacén de información conformada por datos dediferentes clases (Numéricos, Texto, Fecha, Moneda). La información de la base dedatos está estructurada en tablas relacionadas entre sí, de tal manera que alconsultarla, realizar informes o formularios, la información que se obtiene es útil alusuario permitiendo una mejor operatividad en sus diversas actividades.

De forma sencilla podemos indicar que una base de datos no es más que unconjunto de información relacionada que se encuentra agrupada o estructurada. Elarchivo por sí mismo, no constituye una base de datos, sino más bien la forma en queestá organizada la información es la que da origen a la base de datos.

Las bases de datos manuales, pueden ser difíciles de gestionar y modificar, porejemplo, en una guía de teléfonos no es posible encontrar el número de teléfono de unindividuo si no sabemos su apellido, aunque conozcamos su domicilio. Del mismomodo, en un archivo de pacientes en el que la información esté ordenada por elnombre de los mismos, será una tarea bastante engorrosa encontrar todos lospacientes que viven por una determinada calle o determinado barrio. Los problemasexpuestos anteriormente se pueden resolver creando una base de datosinformatizada.

Desde el punto de vista informático, una base de datos es un sistema formadopor un conjunto de datos almacenados en discos que permiten el acceso directo aellos y un conjunto de programas que manipulan ese conjunto de datos.

Desde el punto de vista más formal, podríamos definir una base de datos comoun conjunto de datos estructurados, fiables y homogéneos, organizadosindependientemente en máquina, accesibles en tiempo real, compartibles por usuariosconcurrentes que tienen necesidades de información diferente y no predecibles en eltiempo.

Según Engles una Base de Datos es un conjunto de datos de operaciónalmacenados y utilizados por los sistemas de aplicación de una empresa, y almencionar Empresa, se lo hace en sentido genérico y amplio, pero lo importante esque necesita de DATOS DE OPERACION referente a su funcionamiento, por ejemploun Banco requiere datos de sus Clientes, una Mutual de sus Afiliados, un Hospital desus Pacientes, una Facultad de sus Alumnos y Profesores.

La idea general es que estamos tratando con una colección de datos quecumplen las siguientes propiedades:

- Están estructurados independientemente de las aplicaciones y delsoporte de almacenamiento que los contiene.

- Presentan la menor redundancia posible.



- Son compartidos por varios usuarios y/o aplicaciones.

Ventajas de su utilización

Facilidad de manejo de grandes volúmenes de información: la facilidad depoder manejar una gran cantidad de información, a gran velocidad y en muypoca cantidad de tiempo, que de otro modo sería muy dificultoso, por no decircasi imposible. Los gestores de Bases de datos permiten el acceso, consulta yrecuperación de la información que se almacena en la base de datos a,prácticamente, cualquier usuario con un mínimo de tiempo de aprendizaje.

Independencia en el tratamiento de la información: Un factor fundamental,que se deriva de la facilidad de manejo de la información, es la posibilidad deutilizar independientemente subconjuntos, del volumen total de la informaciónalmacenada. En efecto, una base de datos, correctamente diseñada ydesarrollada, permite el acceso no solamente al conjunto total de los datos dela organización, sino a partes del mismo. Esto facilita el manejo de los datos, yaque siempre es menos complejo manejar una pequeña parte de un conjuntoque la totalidad de ese conjunto.

Seguridad de la información: Uno de los objetivos fundamentales de lasbases de datos es mantener accesible, a todos los usuarios autorizados, lainformación que almacenan. Esto se logra a través de los sistemas gestores debases de datos (SGBD). Sin embargo, estos sistemas también poseen otraserie de facilidades, como son las de proteger la información que manejanfrente a una serie de peligros como puede ser su perdida, modificación nodeseada, así como el acceso a ella de personas no autorizadas.

No duplicidad de la información: La existencia de información duplicada encualquier tipo de archivo origina graves problemas por el aumento deinformación almacenada y la escasez de espacio existente. En un sistemainformático la duplicidad de la información existente en la base de datos debeevitarse puesto que el espacio y la velocidad de proceso son recursospreciosos dentro de la configuración del sistema.

Mejora la metodología de trabajo en una organización: En algunos casos,la introducción de una base de datos en las tareas cotidianas de unaorganización supone que el análisis de los requisitos a cumplir por el nuevosistema da lugar a que se descubran problemas en la metodología interna deuna empresa.

Facilidad en la toma de decisiones: La ventaja más importante de lautilización de una base de datos es que permite realizar consultas de lainformación que contiene de forma rápida, sencilla y útil. Esta facilidad en elmanejo y recuperación de la información almacenada permitirá, a su vez,poseer una serie de datos actualizados sobre los que poder tomar una decisióncorrecta en un momento en que sea necesario tener más información de la quese disponga.

Elementos de una base de dato s



Tablas se representan gráficamente como una estructura rectangular formadapor filas y columnas.

Cada columna o atributo almacena información sobre una propiedaddeterminada de la tabla (se le llama también atributo), nombre, dni, apellidos,edad,.... Es una pieza única de información, cada una de las característicasque definen de los objetos que componen la tabla

Cada fila o tupla posee una ocurrencia, registro o ejemplar de la instancia orelación representada por la Tabla. Es un sistema completo de campos, seríaun objeto de la tabla.

Archivo es una colección de registros.

Claves

o clave candidata: Conjunto de atributos de una tabla que identificanunívocamente cada tupla de la tabla.

o clave primaria: Clave candidata que se escoge como identificador de lastuplas.

o clave alternativa: Cualquier clave candidata que no sea primaria

o clave externa o secundaria: Atributo de una tabla relacionado con unaclave de otra tabla.

Figura 1. Elementos de una Base de Datos

Clasificación de las Bases de Datos

Bases de datos Jerárquicas

En esta estructura los datos completos de un determinado registro sealmacenan en diferentes niveles. Al diseñar esta estructura deben tenerse en cuentalos diferentes accesos que van a necesitar los usuarios para consultar la informaciónque contiene almacenada.

Ventaja que presenta este tipo de base de datos es la rapidez en las consultas deinformación ya que la propia estructura piramidal de los datos permite un rápidoacceso a ella.



Desventajas:

Son muy complicadas las posteriores modificaciones, así como las labores demantenimiento de la base de datos.

El acceso a la información también presentan problemas, ya que sólo se venlos registros situados en los niveles superiores, con lo cual se restringen lasposibilidades de acceder a la información por una gran cantidad de elementos.

Figura 3. Ejemplo de Base de Datos Jerárquica

Base de datos en Red

Las bases de datos en red surgieron como un intento de solucionar lasrigideces que ocasionaban las bases de datos jerárquicas. En este tipo de base dedatos, la información se almacena también en diferentes niveles pero tiene la ventajaque si se puede acceder a datos situados en el mismo nivel.

Ventaja de este modelo es que los accesos a la información son más flexibles encomparación con las bases de datos jerárquicas.

Desventajas la velocidad de acceso a la información es más lenta y que aumenta lacomplejidad de diseño de la estructura de información almacenada en la base dedatos.

Figura 4. Ejemplo de Base de Datos en Red

Bases de datos Relacionales

Los datos se estructuran en una o varias tablas donde relacionan uno o variosconjuntos de datos. Las tablas se pueden modificar fácilmente siguiendo un diseñopreestablecido, buscando la mejor manera posible de obtener una integridad total de lainformación.

Las ventajas frente a las anteriores son la rapidez y facilidad con la quepermite transformar el modelo de datos, la sencillez de la propia estructura física deeste tipo de bases de datos y la posibilidad de adaptación a una serie de entornos dedatos más amplia que los tipos vistos anteriormente.



Bases de datos Documentales

Las bases de datos documentales son unos tipos especiales de bases de datosque almacenan información en forma de texto. La estructura lógica de ese tipo deinformación es muy complicada de diseñar, puesto que los diferentes documentoscontenidos en la base de datos están almacenados en registros de longitud variable.

Los accesos a la información también presentan problemas de diseño, puestoque los documentos han de tratarse como cadenas de caracteres, debiendo buscarseel término deseado a través de todo el texto almacenado.

Para agilizar y mejorar el proceso de búsqueda a lo largo de los diferentestextos que componen la base de datos se deben seguir diversas estrategias (índices,búsquedas complejas, etc.) que hacen más lenta la recuperación de la informacióndeseada por los usuarios.

Textos enciclopédicos o de carácter jurídico son, fundamentalmente, los que sealmacenas en este tipo de base de datos.

Bases de datos Semánticas y Orientadas a Objetos

No existe una caracterización universal aceptada del término “orientación aobjetos”, por lo que cualquier intento de definir el concepto es necesariamente unavisión particular. Se va a considerar que son tres las características esenciales queidentifican este concepto.

Tipo Abstracto de Dato (TAD). Herencia. Identidad de objetos.

SGBD: Concepto, Evolución y Características

Los Sistemas de gestión de base de datos (SGBD, en inglés DBMS:DataBase Management System) es un software que permite la definición de basesde datos; así como la elección de las estructuras de datos necesarios para elalmacenamiento y búsqueda de los mismos ya sea de forma interactiva o a través deun lenguaje de programación. Se compone de un lenguaje de definición de datos, unlenguaje de manipulación de datos y un lenguaje de consulta.

Los sistemas de base de datos se diseñan para manejar grandes cantidadesde información, la manipulación de los datos involucra tanto la definición deestructuras para el almacenamiento de la información como la provisión demecanismos para la manipulación de la información, además un sistema de base dedatos debe de tener implementados mecanismos de seguridad que garanticen laintegridad de la información, a pesar de caídas del sistema o intentos de accesos noautorizados.



Un objetivo principal de un sistema de base de datos es proporcionar a losusuarios finales una visión abstracta de los datos, esto se logra escondiendo ciertosdetalles de cómo se almacenan y mantienen los datos.

El caso de lo SIG es un poco diferente ya que en principio las bases de datosespaciales no son adecuadas para su manejo con SGBD tradicionales.

A lo largo del desarrollo de las tecnologías ligadas a los SIG desde los setentahasta la actualidad, una de las tendencias más claras es el papel, cada vez másimportante, que tiene el uso de SGBD para la gestión de datos temáticos como apoyoal SIG. En principio se utilizaron para almacenar los atributos temáticos asociados a unconjunto de entidades espaciales almacenadas en formato vectorial, hoy en día seestán empezando a utilizar además para el almacenamiento de la informacióngeométrica (conjunto de coordenadas) de las entidades espaciales. Aunque se hanhecho algunos intentos para almacenar información en formato raster en un SGBD,esta opción no resulta eficiente.

Figura 5. Esquema cliente-servidor en una base de datos

Características de los SGBD

Permite crear y gestionar base de datos de forma fácil, cómoda y rápida.

Ofrece una gran flexibilidad para el trabajo con base de datos relacionales.

Ofrece un ambiente agradable dado por su interfaz gráfica.

Consiste, de cara al usuario, en un conjunto de tablas entre las que se

establecen relaciones.

Permite el almacenamiento, manipulación y consulta de datos pertenecientes a

una base de datos organizada en uno o varios archivos.

En lugar de primarse la visualización de toda la información, el objetivo

fundamental es permitir consultas complejas, cuya resolución está optimizada,expresadas mediante un lenguaje formal.



El almacenamiento de los datos se hace de forma eficiente aunque oculta para

el usuario y normalmente tiene, poco que ver con la estructura con la que losdatos se presentan al usuario.

El acceso concurrente de múltiples usuarios autorizados a los datos, realizando

operaciones de actualización y consulta de los mismos garantizando laausencia de problemas de seguridad (debidos a accesos no autorizados) ointegridad (pérdida de datos por el intento de varios usuarios de acceder almismo archivo al mismo tiempo.

El diseño de una base de datos implica codificar en formato digital ciertos

aspectos del mundo real. Esta codificación implica:

o Nivel conceptual

o Nivel lógico

o Nivel físico

Figura 6. Esquema y niveles en el diseño de una base de datos

Elementos de un Entorno DBMS

Campo almacenado: es la unidad de datos más pequeña

en una Base de Datos.

Registro almacenado: es un conjunto de campos deiguales o de diferentes tipos, asociados de una Base deDatos.

Ocurrencia o Instancia: es la unidad de acceso a la Basede Datos, o la unidad que el DBMS puede recuperar oalmacenar en una Base de Datos.



Archivo almacenado: es el conjunto de ocurrencia de una Base de Datos ocolección de instancias almacenadas siguiendo una estructura homogénea.

Objetivos de un DBMS:

Los objetivos principales de un sistema gestor de base de datos es la de cumplir con elmáximo de eficacia con los siguientes aspectos:

1) Evitar la redundancia: al no tener la misma información en diferentesarchivos, a pesar de que a veces por estrategia comercial es conveniente, peroacarrea otros problemas en la parte de actualización. 2) Evitar la inconsistencia: como consecuencia de lo anterior, la informaciónde un artículo actualizado y el otro no, es una base de datos inconsistente,acarrea información incorrecta o contradictoria (Descripción, cantidad, precio).Salvo la existencia de PROPAGACION DE ACTUALIZACIONES. 3) Datos Compartidos: la información de la base de datos, es utilizada por lasdistintas aplicaciones de la empresa, y al crear nuevas aplicaciones solo seagregan datos o se ocupa la que hay en la base, sin crear nuevos archivos. 4) Normas para los datos: siempre es conveniente unificar formatos de datosalmacenados, para el intercambio o migración de datos entre sistemas deBases de Datos.

a- La definición de campos en toda Base de Datos debe ser única paratodos los posibles valores del atributo. No se puede asignar el campoSaldo de un cliente de Banco, para cierta situación 7 enteros y 2decimales, y para otra 11 enteros y 3 decimales.

b- El DBA debe tener la libertad de modificar estructuras y accesos, sinque esto signifique cambios en la aplicación.

c- La provisión de independencia de datos, es uno de los objetivosesenciales de un sistema de bases de datos.

5) Seguridad de datos: con respecto al acceso, que sean por los canalesdefinidos oportunamente, estableciendo con esto niveles, y así tener el controltotal de acceso a los datos. En los DBMS no centralizado es más difícil todavía.La información de toda empresa es importante, aunque unos datos lo son másque otros, por tal motivo se debe considerar el control de acceso a los mismos,no todos los usuarios pueden visualizar alguna información, por tal motivo paraque un sistema de base de datos sea confiable debe mantener un grado deseguridad que garantice la autentificación y protección de los datos. En unbanco por ejemplo, el personal de seguridad sólo necesita ver si la personaque ingresa es cliente o no, no así si este tiene saldo acreedor o deudor, o sitiene caja de ahorro y cuenta corriente. 6) Conservar la Integridad: con esto se garantiza que los datos de la base dedatos sean exactos. La inconsistencia entre dos entradas del mismo hecho.



a- Es la inmunidad de las aplicaciones a los cambios de la estructura dealmacenamiento y la estrategia de acceso. La existencia deindependencia de datos es lo que hace que una base de datos crezcasin afectar a las aplicaciones.

7) Evitar el aislamiento de los datos: Puesto que los datos pueden estarrepartidos en varias tablas o bases de datos, hay que proporcionar aplicativosque tengan acceso a todos y cada uno de ellos. Un sistema de base de datosdebe contemplar un entorno de datos que le facilite al usuario el manejo de losmismos. Supóngase un banco, y que uno de los gerentes necesita averiguar losnombres de todos los clientes que viven dentro del código postal 3400 de laciudad. El gerente pide al departamento de procesamiento de datos quegenere la lista correspondiente. Puesto que esta situación no fue prevista en el diseño del sistema, no existeninguna aplicación de consulta que permita este tipo de solicitud, esto ocasionauna deficiencia del sistema.

8) Anomalías del acceso concurrente: Para mejorar el funcionamiento globaldel sistema y obtener un tiempo de respuesta más rápido, muchos sistemaspermiten que múltiples usuarios actualicen los datos simultáneamente. En un entorno así la interacción de actualizaciones concurrentes puede dar porresultado datos inconsistentes. Para prevenir esta posibilidad debe mantenersealguna forma de supervisión en el sistema.

9) Equilibrio de Requerimientos: el DBA deberá determinar, acordes anormas de la empresa, las técnicas de acceso, manteniendo uniformidad yequilibrio para cada uno de ellos. No debe modificar estructuras para facilitar elacceso.

Componentes de un DBMS

A. Lenguajes de los SGBDTodos los SGBD ofrecen lenguajes e interfaces apropiadas para cada tipo deusuario: administradores, diseñadores, programadores de aplicaciones y usuariosfinales.Los lenguajes van a permitir al administrador de la BD especificar los datos quecomponen la BD, su estructura, las relaciones que existen entre ellos, las reglas deintegridad, los controles de acceso, las características de tipo físico y las vistasexternas de los usuarios. Los lenguajes del SGBD se clasifican en:

• Lenguaje de definición de datos (LDD o DDL): se utiliza para especificar elesquema de la BD, las vistas de los usuarios y las estructuras dealmacenamiento.Es el que define el esquema conceptual y el esquema interno. Lo utilizan los diseñadores y los administradores de la BD.• Lenguaje de manipulación de datos (LMD o DML): se utilizan para leer yactualizar los datos de la BD. Es el utilizado por los usuarios para realizar consultas, inserciones,



eliminaciones y modificaciones. Los hay procedurales, en los que el usuario será normalmente un programadory especifica las operaciones de acceso a los datos llamando a losprocedimientos necesarios. Estos lenguajes acceden a un registro y loprocesan.Las sentencias de un LMD procedural están embebidas en un lenguaje de altonivel llamado anfitrión. Las BD jerárquicas y en red utilizan estos LMDprocedurales.No procedurales son los lenguajes declarativos. En muchos SGBD se puedenintroducir interactivamente instrucciones del LMD desde un terminal, tambiénpueden ir embebidas en un lenguaje de programación de alto nivel. Estoslenguajes permiten especificar los datos a obtener en una consulta, o los datosa modificar, mediante sentencias sencillas. Las BD relacionales utilizanlenguajes no procedurales como SQL (Structured Quero Language) o QBE(Query By Example).

Figura 7. Integración de los lenguajes de SGBD

La mayoría de los SGBD comerciales incluyen lenguajes de cuartageneración (4GL) que permiten al usuario desarrollar aplicaciones de forma fácily rápida, también se les llama herramientas de desarrollo.

Ejemplos de esto son las herramientas del SGBD ORACLE: SQL Forms para lageneración de formularios de pantalla y para interactuar con los datos; SQL Reportspara generar informes de los datos contenidos en la BD; PL/SQL lenguaje para crearprocedimientos que interactúen con los datos de la BD.

B. El diccionario de datosEl diccionario de datos es el lugar donde se deposita información acerca de todoslos datos que forman la BD. Es una guía en la que se describe la BD y los objetosque la forman.El diccionario contiene las características lógicas de los sitios donde se almacenanlos datos del sistema, incluyendo nombre, descripción, alias, contenido yorganización. Identifica los procesos donde se emplean los datos y los sitios dondese necesita el acceso inmediato a la información.En una BD relacional, el diccionario de datos proporciona información acerca de:

• La estructura lógica y física de la BD. • Las definiciones de todos los objetos de la BD: tablas, vistas, índices,disparadores, procedimientos, funciones, etcétera.



• El espacio asignado y utilizado por los objetos.• Los valores por defecto de las columnas de las tablas.• Información acerca de las restricciones de integridad.• Los privilegios y roles otorgados a los usuarios.• Auditoría de información, como los accesos a los objetos.

Un diccionario de datos debe cumplir las siguientes características:• Debe soportar las descripciones de los modelos conceptual, lógico, interno yexterno de la BD. • Debe estar integrado dentro del SGBD. • Debe apoyar la transferencia eficiente de información al SGDB. La conexiónentre los modelos interno y externo debe ser realizada en tiempo de ejecución. • Debe comenzar con la reorganización de versiones de producción de la BD.Además debe reflejar los cambios en la descripción de la BD. Cualquier cambioa la descripción de programas ha de ser reflejado automáticamente en lalibrería de descripción de programas con la ayuda del diccionario de datos. • Debe estar almacenado en un medio de almacenamiento con acceso directopara la fácil recuperación de información.

C. Seguridad e integridad de datos• Debe garantizar la protección de los datos contra accesos no autorizados,tanto intencionados como accidentales. Debe controlar que sólo los usuariosautorizados accedan a la BD.• Los SGBD ofrecen mecanismos para implantar restricciones de integridad enla BD.Estas restricciones van a proteger la BD contra daños accidentales. Los valoresde los datos que se almacenan deben satisfacer ciertos tipos de restriccionesde consistencia y reglas de integridad, que especificará el administrador de laBD. El SGBD puede determinar si se produce una violación de la restricción.• Proporciona herramientas y mecanismos para la planificación y realización decopias de seguridad y restauración. • Debe ser capaz de recuperar la BD llevándola a un estado consistente encaso de ocurrir algún suceso que la dañe. • Debe asegurar el acceso concurrente y ofrecer mecanismos para conservar laconsistencia de los datos en el caso de que varios usuarios actualicen la BD deforma concurrente.

D. El administrador de la BDEn los sistemas de gestión de BBDD existen diferentes categorías de usuarios.Estas categorías se caracterizan porque cada una de ellas tiene una serie deprivilegios o permisos sobre los objetos que forman la BD.En los sistemas Oracle las categorías más importantes son:

1-Programador de Aplicaciones: es el encargado de escribir programas enlenguajes de manejadores de bases de datos, tiene por función recuperar,crear, suprimir y modificar información existente.- 2-Usuario Final: es aquel que accede únicamente a la información, enlenguajes de consultas (SQL) proporcionado como parte del sistema oaplicativos.- 3-Administrador de Bases de Datos (DBA): es el que decide con respecto alas bases, en que dispositivo físico, cuando reorganizar, cuando realizar unbackup, cuida la integridad de los datos, hace cumplir las normas de seguridadcon respecto al acceso de la información.



El DBA tiene una gran responsabilidad ya que posee el máximo nivel deprivilegios. Será el encargado de crear los usuarios que se conectarán a la BD.

El objetivo principal de un DBA es garantizar que la BD cumple los fines previstospor la organización, lo que incluye una serie de tareas como:

• Instalar SGBD en el sistema informático. • Crear las BBDD que se vayan a gestionar.• Crear y mantener el esquema de la BD.• Crear y mantener las cuentas de usuario de la BD.• Arrancar y parar SGBD, y cargar las BBDD con las que se ha de trabajar.• Colaborar con el administrador del S.O. en las tareas de ubicación, dimensionadoy control de los archivos y espacios de disco ocupados por el SGBD.• Colaborar en las tareas de formación de usuarios.• Establecer estándares de uso, políticas de acceso y protocolos de trabajo diariopara los usuarios de la BD.• Suministrar la información necesaria sobre la BD a los equipos de análisis yprogramación de aplicaciones.• Efectuar tareas de explotación como:

– Vigilar el trabajo diario colaborando en la información y resolución de lasdudas de los usuarios de la BD.– Controlar en tiempo real los accesos, tasas de uso, cargas en los servidores,anomalías, etcétera.– Llegado el caso, reorganizar la BD.– Efectuar las copias de seguridad periódicas de la BD.– Restaurar la BD después de un incidente material a partir de las copias deseguridad.– Estudiar las auditorías del sistema para detectar anomalías, intentos deviolación de la seguridad, etcétera.– Ajustar y optimizar la BD mediante el ajuste de sus parámetros, y con ayudade las herramientas de monitorización y de las estadísticas del sistema.

Desarrollo de una Base de datos

El primer paso para el desarrollo de una base de datos es el Análisis derequisitos, es decir, el estudio del sistema que se pretende modelar de la forma másprecisa posible. Se debe especificar qué información es la que interesa y la que no, yque tipo de problemas se va a querer resolver, es decir, de qué forma se va a utilizaresta información.

El segundo paso es la presentación formal, a la que se llama ModeloConceptual para su elaboración se utiliza, mayoritariamente, el modelo EntidadRelación.

El tercer paso es la traducción del modelo conceptual, a un EsquemaConceptual que cumpla las restricciones propias del sistema gestor de base de datos(SGBD), e incluso del modelo de datos que se vaya a utilizar.

Los SGBD más utilizados son:

MySQL Microsoft Access



Oracle

DB2

Paradox

PostgreSQL

Visual FoxPro

Microsoft SQL Server

PostgreSQL

PostgreSQL es un Sistema Gestor de Bases de Datos Relacionales Orientadasa Objetos, derivado de Postgres, desarrollado en la Universidad de California, en elDepartamento de Ciencias de la Computación de Berkeley. Es un gestor de bases dedatos de código abierto, brinda un control de concurrencia multi-versión (MVCC porsus siglas en inglés) que permite trabajar con grandes volúmenes de datos; soportagran parte de la sintaxis SQL y cuenta con un extenso grupo de enlaces con lenguajesde programación.

Posee una integridad referencial e interfaces nativas para lenguajes comoODBC, JDBC, C, C++, PHP, PERL, TCL, ECPG; PYTHON y RUBY. Funciona en todoslos sistemas operativos Linux, UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris,Tru64), y Windows. Debido a la liberación de la licencia, PostgreSQL se puede usar,modificar y distribuir de forma gratuita para cualquier fin, ya sea privado, comercial oacadémico.

La migración de bases de datos alojadas en productos comerciales haciaPostgreSQL se facilita, gracias a que soporta ampliamente el estándar SQL.PostgreSQL cuenta con una serie de características atractivas, como son laherencia de tablas (clases) y, un conjunto amplio de tipos de datos que incluyenarreglos, Binary Large Object Block (BLOB), tipos geométricos y direcciones dered. PostgreSQL incluye también, el procesamiento de transacciones, integridadreferencial y procedimientos almacenados.

POSTGIS. Una extensión geoespacial para POSTGRESQL

POSTGIS es una extensión del sistema de base de datos PostgreSQL,que permite el almacenamiento y la manipulación de objetos geométricosvectoriales en bases de datos; incluyendo además, el Sistema de ReferenciaEspacial; lo que la convierte en una base de datos espacial para su utilización enSistema de Información Geográfica.



PostGIS ha sido desarrollado por la empresa canadiense RefractionResearch Inc, especializada en productos "Open Source", como un proyecto deinvestigación de tecnologías de bases de datos espaciales. Está publicado bajolicencia GNU/GPL y ha sido certificado, en 2006 por el Open Geospatial Consortium(OGC), lo que garantiza la interoperabilidad con otros sistemas.

La especificación OpenGis define dos formas estándares de expresar losobjetos espaciales; estos son los formatos en Modo Texto (Well-Known Text-WKT) y en Modo Binario(Well-Known Binary-WKB). Ambos incluyen la informaciónsobre el tipo de objeto y las coordenadas que conforman el objeto.

Bases de datos geográficas

Un sistema de información geográfica (SIG) es un “conjunto de programas,equipamientos, metodologías, datos y personas (usuarios), perfectamente integrado,de manera que hace posible la recolección de datos, almacenamiento, procesamientoy análisis de datos georreferenciados, así como la producción de información derivadade su aplicación”.

Cuando se habla de datos georreferenciados, se trata de datos referidos a unaposición con respecto a un sistema de coordenadas terrestres. La tecnología de losSIG busca articular las bases de datos gráficas con las bases de datos alfanuméricasque representan los diferentes rasgos del territorio, tales como caminos, cursos deagua, asentamientos poblacionales, actividades económicas, etc.

Los ámbitos en que pueden ser aplicados los SIG son muy diversos, ygeneralmente son implementados en entornos de trabajo interdisciplinarios. Hayejemplos de utilización de SIG en cartografía, investigaciones científicas, planificaciónde políticas públicas, gestión ambiental del territorio, marketing, logística, demografía,sólo por citar algunos casos.

Los SIG modelan la realidad territorial para convertirla en datos geográficos queson manipulados en un entorno informatizado. Para ello utilizan los modelos derepresentación raster y vectorial.

El modelo raster se utiliza habitualmente para representar fenómenos de larealidad que se presentan de manera continua en el espacio. En este caso el espaciose suele dividir en celdas regulares, donde cada una de estas celdas presenta unvalor. Los rasgos del territorio se reconocer al analizar en conjunto dichos elementos,como sucede al visualizar una fotografía aérea compuesta de una infinidad de píxeles,o una grilla que representa las precipitaciones caídas a lo largo de un año.

Este modelo fue el primero en ser utilizado, y está representado principalmente porel uso de imágenes proveniente de satélites o fotografías aéreas digitales, aunquecada vez es mayor la utilización de esta información matricial para realizar diversosprocedimientos de análisis espacial.

Por su parte, el modelo de representación vectorial, modeliza las datos valiéndosede primitivas geométricas, tales como puntos, líneas y polígonos. Adosados a dichasgeometrías, se encuentran los atributos temáticos de los fenómenos que representan.Por ejemplo, en el caso de los cursos de agua, modelizados a través de polilíneas, se



pueden encontrar atributos como el nombre y categoría de los cursos de agua, elrégimen hídrico, el caudal anual, etc.

Figura 8. Componentes de un GIS

Diferencias entre SIG y CAD

La tecnología CAD (Computer-Aided Design) se basa en el uso de programasinformáticos para crear representaciones gráficas de los objetos físicos en 2D o 3D,consisten básicamente en aplicaciones para generar archivos de dibujo.

La potencialidad de las aplicaciones SIG frente a los CAD se basa en sucapacidad de realizar operaciones espaciales integradas con una base de datosalfanumérica.

En los SIG los elementos gráficos llevan asociados datos alfanuméricos(identificadores y atributos) almacenados en una tabla. Para un programa de CAD, unpolígono representa una longitud de perímetro y un área encerrada, pero si estepolígono representa el contorno de un edificio, en el SIG, además llevará asociadocierta información temática (el número de policía, el número de plantas, etc.) en lacorrespondiente base de datos.

Aunque el CAD resulta mucho más cómodo para la edición gráfica y presentamejores resultados en el renderizado, la gran cantidad de funciones que presenta latecnología SIG no los hace comparables. En muchos de los casos, los datos obtenidosen formatos CAD son más tarde transformados a formatos SIG.

Aunque es posible visualizar los formatos CAD (dwg, dgn, dxf, etc.) enprogramas SIG, estos formatos, sin una transformación previa, solo sirven para dar uncontexto espacial ya que no permiten el análisis.



Unidad 2. Modelos de Datos

Modelos de Datos

Antes de entrar a la descripción del modelo relacional, es necesario definir loque es un modelo de dato en general.

La calidad del análisis y diseño de un sistema de información que se pretendemecanizar dependerá de los modelos de datos que se utilizan para cada una de lasfases de desarrollo. Además, disponer de herramientas software basadas en modelosde datos adecuados a la tarea hará más sencillo el diseño y mantenimiento.

Uno de los objetivos más importantes de un SGBD es proporcionar a losusuarios una visión abstracta de los datos, es decir, el usuario va a utilizar esos datospero no tendrá idea de cómo están almacenados físicamente.

Los modelos de datos son el instrumento principal para ofrecer esaabstracción. Son utilizados para la representación y el tratamiento de los problemas.

El diseño de un sistema de información, en lo que atañe a las bases de datos, tienetres fases:

Diseño conceptual: en la que se formalizan las estructuras que se observanen el mundo real. Produciendo lo que se denomina Esquema Conceptual.

Diseño Lógico: en la que se estructura el conjunto de información de la faseanterior teniendo en cuenta el SGBD que se vaya a utilizar. En esta fase seobtiene el Esquema Lógico.

Diseño Físico: en la que se estructuran los datos en términos dealmacenamiento en los dispositivos de la computadora. Es lo que se conocecomo Esquema Interno.

Nivel externo o de vistas: describe la parte de la BD a la que los usuariospueden acceder. Es la visión de estos datos que tiene un usuario cuandoejecuta aplicaciones que operan con ellos, el usuario no sabe el detalle de losdatos, unas veces operará con unos y otras con otros, dependiendo de laaplicación.

Si trasladamos el ejemplo a una BD relacional específica habrá, un único nivel internoy un único nivel lógico o conceptual, pero puede haber varios niveles externos, cadauno definido para uno o para varios usuarios. Podría ser el siguiente:

Tabla 1. Vista de la Base de datos para el usuario.



• Nivel externo: Visión parcial de las tablas de la BD según el usuario. Porejemplo, la vista que se muestra en la Tabla 1 obtiene el listado de notas dealumnos con los siguientes datos: Curso, Nombre, Nombre de asignatura y Nota.• Nivel lógico y conceptual: Definición de todas las tablas, columnas,restricciones, claves y relaciones. En este ejemplo, disponemos de tres tablas que están relacionadas:

– Tabla ALUMNOS. Columnas: NMatrícula, Nombre, Curso, Dirección,Población.Clave: NMatrícula. Además tiene una relación con NOTAS, pues un alumnopuede tener notas en varias asignaturas.– Tabla ASIGNATURAS. Columnas: Código, Nombre de asignatura. Clave:Código.Está relacionada con NOTAS, pues para una asignatura hay varias notas,tantas como alumnos la cursen.– Tabla NOTAS. Columnas: NMatrícula, Código, Nota. Está relacionada conALUMNOS y ASIGNATURAS, pues un alumno tiene notas en variasasignaturas, y de una asignatura existen varias notas, tantas como alumnos.

• Nivel interno: En una BD las tablas se almacenan en archivos de datos de laBD. Si hay claves, se crean índices para acceder a los datos, todo esto contenidoen el disco duro, en una pista y en un sector, que sólo el SGBD conoce. Ante unapetición, sabe a qué pista, a qué sector, a qué archivo de datos y a qué índicesacceder.

Los Modelos de Datos se utilizan como:

Herramienta de especificación, para definir tipos de datos y la organización delos datos de una BD específica.

Soporte para el desarrollo de una metodología de diseño de BD. Formalismo para el desarrollo de familias de lenguaje de muy alto nivel, para la

resolución de requerimientos y manipulación de datos. Modelo soporte de la arquitectura de los SGBD. Vehículo para investigar el comportamiento de diversas alternativas en la

organización de los datos.

En una primera aproximación, un modelo de datos es un conjunto de conceptosy reglas de composición de esos conceptos que, combinados de alguna forma, soncapaces de representar un sistema de información, tanto en su parte estática comodinámica.

Características de los modelos de datos

• Expresividad: cuantos más mecanismos o conceptos de representación tenga unmodelo, mayor será la cantidad de propiedades del sistema de información que puedacaptar, y menor el uso de aserciones en forma de restricciones de integridad que no sepueden reflejar directamente sobre el esquema.

• Simplicidad: también es deseable que el modelo sea simple para que los esquemassean fáciles de entender por terceras personas. Debe llegarse, pues, a un equilibrioentre la potencia del modelo mencionado en el punto anterior y esa simplicidaddeseable.



• Minimalidad: cada concepto tiene un significado distinto de los demás conceptosutilizados en el modelo de datos; no se puede expresar concepto en función de otros.

• Formalidad: todos los conceptos del modelo tienen una interpretación única, precisay bien definida. Puesto que el esquema pretende ser una especificación formal delsistema de información a representar, esta cualidad permitiría el tratamientomatemático de sus conceptos.

Si el modelo utiliza un lenguaje de definición gráfico, también se tendrá en cuenta:

• Compleción gráfica: un modelo es gráficamente completo si todos sus conceptosposeen representación gráfica.

• Facilidad de lectura: que los símbolos gráficos sean fácilmente distinguibles unos deotros.

Clasificación de los modelos de datos

A medida que han ido evolucionando el software y el hardware las posibilidadesy las demandas de los usuarios han ido creciendo paralelamente, los modelos dedatos fueron enriqueciéndose y salvando carencias de sus predecesores.Cronológicamente, es posible clasificarlos de la siguiente forma:

- Primitivos: basados en sistemas de ficheros convencionales - Clásicos - Jerárquico (el más conocido, IMS: IBM)

- Red (CODASYL)

- Relacional (desarrollado por E. Codd)

- Semánticos

o EER (Entidad-Relación Extendido: Chen)

o RM/T (Relational Model/Tasmania: Codd)

o Semántico General

o Orientado a Objetos

o Modelo Funcional

Se dice que tanto primitivos como clásicos están basados en registros,mientras que los semánticos se apoyan en la filosofía Orientada a Objetos. Losmodelos de datos primitivos se usaron durante la década de los 70, cuando aun no seutilizaban las técnicas de bases de datos. Los objetos se representaban comoregistros organizados en ficheros, y las relaciones mediante referencias explícitas aotros registros en algún campo del mismo.

Los lenguajes de manipulación dependen por entero de la organización físicade los datos, y las operaciones básicas son la lectura y la escritura.



Para garantizar, o al menos mejorar, la independencia de las aplicacionesfrente a los datos aparecen los primeros SGBD, basados en los modelos de datosclásicos. Los primeros en aparecer fueron el jerárquico y el red de CODASYL, cuyosnombres muestran cual es la estructura de datos subyacente en los modelos. Losobjetos siguen siendo representados por registros pero las relaciones entre objetos seexpresan, con ciertas limitaciones implícitas del modelo, mediante la estructura en quese basan.

Sin embargo, la aparición del Modelo Relacional provocó la representación delos objetos como relaciones (tablas en su denominación informal), cuyas tuplas (filasen su denominación informal) identifican a ocurrencias del objeto patrón, y la vuelta alas referencias explícitas (unos atributos que relacionan un objeto con un segundo porcomparación de valores iguales en uno y otro) para expresar las interrelaciones. Laestructura de datos más simple y la aparición de lenguajes de especificacióntotalmente declarativos han hecho de este modelo el más ampliamente utilizado en losSGBD comerciales actuales.

Uno de los grandes problemas que plantean los SGBD comerciales actuales,en general, es que no soportan modelos con la suficiente expresividad como paradejar libre al diseñador de sistemas de información de tediosas tareas deadministración de datos a bajo nivel. Es práctica habitual utilizar en la confección delesquema conceptual (EC) modelos de datos con un fuerte potencial semántico paratraducirlo después a modelos que si tienen un software comercial disponible, pero muyprobablemente más pobres semánticamente.

Por eso, la aparición de los modelos de datos semánticos está justificada por lapretensión de aumentar la capacidad expresiva de los modelos clásicos incorporandoconceptos y mecanismos de abstracción no contemplados en los anteriores. Seutilizan preferentemente para la confección del Esquema Conceptual, y como modelosubyacente de algunos SGBD aun en experimentación. Son los más potentes pero notienen un reflejo comercial en algún producto de amplia difusión; la representación delEC ha de traducirse a un Esquema Lógico, en general a un modelo clásico, para poderser explotado eficientemente en algún SGBD.

Así y todo, parece que el EER está teniendo alguna penetración sobre todo enherramientas de análisis y diseño de Sistemas de Información, en forma de módulo deciertas herramientas CASE que se puede traducir de forma automática al ModeloRelacional. Otros modelos de datos, de propósito particular, se desarrollaron sobreaplicaciones concretas: cartografía, CAD/CAM, hipertexto, etc.

Modelo ENTIDAD - RELACION

El modelo entidad-relación es el modelo conceptual más utilizado para eldiseño conceptual de bases de datos. Fue introducido por Peter Chen en 1976. Estáformado por un conjunto de conceptos que permiten describir la realidad mediante unconjunto de representaciones gráficas y lingüísticas.

Originalmente, el modelo entidad-relación sólo incluía los conceptos deentidad, relación y atributo. Más tarde, se añadieron otros conceptos, como losatributos compuestos y las jerarquías de generalización, en lo que se hadenominado modelo entidad-relación extendido.



Elementos del Modelo

Entidad: Es la representación de un objeto acerca del cual se desea guardarinformación. Por ejemplo, una base de datos para una biblioteca tendrá unaentidad libro.

Pero una entidad es una categoría abstracta, es decir, no representa objetosconcretos, sino clases de objetos. De cada libro en concreto se va a decir quees una ocurrencia de la entidad libro. Así Don Quijote de la Mancha es unaocurrencia de la entidad libro.

Atributo: Cada entidad está caracterizada por un conjunto de atributos opropiedades. El atributo es una unidad elemental de información que no sepuede descomponer en unidades más pequeñas. Los atributos solo van atomar valores en las ocurrencias concretas de las entidades.

Tipos de datos más habituales

Texto, Numérico,

Moneda,

Fecha/Hora

Tabla 2. Algunos tipos de datos del estándar SQL3 en PostgreSQL

Tipo en Postgres

Correspondienteen SQL3

Descripción

bool boolean valor lógico o booleano (true/false)

char(n) character(n) cadena de caracteres de tamaño fijo

date date fecha (sin hora)

float4/8 float(86#86) número de punto flotante con precisión 86#86

float8 real, double precision número de punto flotante de doble precisión

int2 smallint entero de dos bytes con signo

int4 int, integer entero de cuatro bytes con signo

money decimal(9,2) cantidad monetaria

time time hora en horas, minutos, segundos y centésimas

timespan interval intervalo de tiempo

timestamptimestamp with time zone

fecha y hora con zonificación

varchar(n) character varying(n) cadena de caracteres de tamaño variable

Tabla 3. Algunos tipos de datos extendidos por PostgreSQL

Tipo Descripción

box caja rectangular en el plano

circle círculo en el plano

line línea infinita en el plano



lseg segmento de línea en el plano

path trayectoria geométrica, abierta o cerrada, en el plano

point punto geométrico en el plano

polygon trayectoria geométrica cerrada en el plano

Tabla 4. Tipos de datos de PostgreSQLTipo Descripción

SET conjunto de tuplas

aclitem lista de control de acceso

bpchar caracteres rellenos con espacios, longitud especificada al momento de creación

bytea arreglo de bytes de longitud variable

cid identificador de secuencia en transacciones

cidr dirección de red

date fecha ANSI SQL 'aaaa-mm-dd'

datetime fecha y hora 'aaaa-mm-dd hh:mm:ss'

filename nombre de archivo usado en tablas del sistema

inet dirección de red

line línea geométrica '(pt1, pt2)'

lseg segmento de línea geométrica '(pt1, pt2)'

macaddr dirección MAC

money unidad monetaria '$d,ddd.cc'

name tipo de 31 caracteres para guardar identificadores del sistema

numeric número de precisión múltiple

oid tipo de identificación de objetos

text cadena de caracteres nativa de longitud variable

tid tipo de identificador de tupla, localización física de tupla

time hora ANSI SQL 'hh:mm:ss'

timestamp fecha y hora en formato ISO de rango limitado

tinterval intervalo de tiempo '(abstime, abstime)'

unknown tipo desconocido

varcharcadena de caracteres sin espacios al final, longitud especificada al momento de creación

xid identificador de transacción

Por ejemplo, para describir una entidad libro se pueden tener atributoscomo título, autor, fecha de adquisición, etc. En la ocurrencia Don Quijote de laMancha los valores de estos atributos serán: Titulo = Don Quijote de laMancha, Autor = Miguel de Cervantes, Fecha de Adquisición = 1982.

Relación (Cardinalidad): Una relación es una conexión entre dos entidades.También se admiten relaciones reflexivas, es decir, relaciones de una entidadconsigo misma. Las relaciones pueden también ser atributos. En este caso,dicha relación podría también representarse mediante una entidad.



Cardinalidad

La correspondencia de cardinalidades, o razón de Cardinalidad, expresael número de entidades a las que otra entidad puede estar asociada vía unconjunto de relaciones. La correspondencia de cardinalidades es la más útildescribiendo conjuntos de relaciones binarias, aunque ocasionalmentecontribuye a la descripción de conjuntos de relaciones que implican más de dosconjuntos de entidades.

Para un conjunto de relaciones binarias R entre los conjuntos deentidades A y B, la correspondencia de cardinalidades debe ser una de lassiguientes:

o Relación 1:1 (uno a uno): se va representar mediante una línea que unelas dos entidades relacionadas. En este caso, a cada ocurrencia de laentidad A le corresponde una ocurrencia de la entidad B, y viceversa.

o Relación 1:N (uno a muchos): se va representar mediante una flechaque une las dos entidades relacionadas. En este caso, a cadaocurrencia de la entidad A le corresponden varias ocurrencias de laentidad B, pero a cada ocurrencia de la entidad B sólo le correspondeuna ocurrencia de la entidad A.

o Relación N:M (muchos a muchos): se va representar mediante unalínea con flechas en sus dos extremos que une las dos entidadesrelacionadas. En este caso a cada ocurrencia de la entidad A lecorresponden varias ocurrencias de la entidad B, y a cada ocurrenciade la entidad B le corresponden varias ocurrencias de la entidad A.

Figura 9. (a) Relación 1 a 1. (b) Relación 1 a N



Figura 10. Relación N a M

Diagrama Entidad- Relación

La estructura lógica general de una base de datos se puede expresargráficamente mediante un diagrama ER, que consta de los siguientes componentes:

• Rectángulos, que representan conjuntos de entidades.

• Elipses, que representan atributos.

• Rombos, que representan relaciones entre conjuntos de entidades.

• Líneas, que unen los atributos con los conjuntos de entidades y los conjuntosde entidades con las relaciones.

Cada componente se etiqueta con la entidad o relación que representa.

Además de entidades y relaciones, el modelo E-R representa ciertasrestricciones que los contenidos de la base de datos deben cumplir. Una restricciónimportante es la correspondencia de cardinalidades, que expresa el número deentidades con las que otra entidad se puede asociar a través de un conjunto derelaciones. Por ejemplo, si cada cuenta puede pertenecer sólo a un cliente, el modelopuede expresar esta restricción.

Símbolos utilizados en la notación E-R



Notaciones E-R alternativas

Considere el diagrama entidad-relación de la Figura 11, que consta de dosconjuntos de entidades, cliente y préstamo, relacionadas a través de un conjunto derelaciones binarias prestatario. Los atributos asociados con cliente son id-cliente,nombre-cliente, calle-cliente, y ciudad-cliente.

Los atributos asociados con préstamo son número-préstamo e importe. Comose muestra en la Figura 11, los atributos de un conjunto de entidades que sonmiembros de la clave primaria están subrayados.

Figura 11. Diagrama E-R.



El conjunto de relaciones prestatario puede ser varios a varios, uno a varios,varios a uno o uno a uno. Para distinguir entre estos tipos, se dibuja o una líneadirigida (→) o una línea no dirigida (—) entre el conjunto de relaciones y el conjunto deentidades en cuestión.

• Una línea dirigida desde el conjunto de relaciones prestatario al conjunto deentidades préstamo especifica que prestatario es un conjunto de relaciones uno a uno,o bien varios a uno, desde cliente a préstamo; prestatario no puede ser un conjunto derelaciones varios a varios ni uno a varios, desde cliente a préstamo.

• Una línea no dirigida desde el conjunto de relaciones prestatario al conjunto derelaciones préstamo especifica que prestatario es o bien un conjunto de relacionesvarios a varios, o bien uno a varios, desde cliente a préstamo.

Volviendo al diagrama E-R de la Figura 11, se ve que el conjunto de relacionesprestatario es varios a varios. Si el conjunto de relaciones prestatario fuera uno avarios, desde cliente a préstamo, entonces la línea desde prestatario a cliente seríadirigida, con una flecha apuntando al conjunto de entidades cliente (Figura 12).

Figura 12. Relación 1 a N.

Análogamente, si el conjunto de relaciones prestatario fuera varios a uno desdecliente a préstamo, entonces la línea desde prestatario a préstamo tendría una flechaapuntando al conjunto de entidades préstamo (Figura 13).

Figura 13. Relación N a 1.

Finalmente, si el conjunto de relaciones prestatario fuera uno a uno, entoncesambas líneas desde prestatario tendrían flechas: una apuntando al conjunto deentidades préstamo y otra apuntando al conjunto de entidades cliente (Figura 14).



Figura 14. Relación 1 a 1.

Si un conjunto de relaciones tiene también algunos atributos asociados a él,entonces se unen esos atributos a ese conjunto de relaciones. Por ejemplo, en laFigura 15, se tiene el atributo descriptivo fecha-acceso unida al conjunto de relacionesimpositor para especificar la fecha más reciente en la que un cliente accedió a esacuenta.

Figura 15. Atributo unido a un conjunto de relaciones.

Normalización de bases de datos

Las formas normales definidas en la Teoría de Base de Datos Relacionalesrepresentan una guía y una orientación para el diseño de registros. Las reglas denormalización están destinadas a prevenir anomalías en las actualizaciones einconsistencia en los datos.

Las directrices que se ofrecerán parten del supuesto de que aquellos camposque no constituyen una clave serán actualizados frecuentemente. El propósito de lanormalización es mejorar la integridad de los datos a través de la minimización de laredundancia y la inconsistencia, pero con algún posible costo en ciertas aplicaciones.

La normalización es el proceso de organizar los datos de una base de datos.Se incluye la creación de tablas y el establecimiento de relaciones entre ellas segúnreglas diseñadas tanto para proteger los datos como para hacer que la base de datossea más flexible al eliminar la redundancia y las dependencias incoherentes. Lasdependencias incoherentes pueden dificultar el acceso porque la ruta para encontrarlos datos puede no estar o estar interrumpida.



Los datos redundantes desperdician el espacio de disco y crean problemas demantenimiento. Si hay que cambiar datos que existen en más de un lugar, se debencambiar de la misma forma exactamente en todas sus ubicaciones.

Un cambio en la dirección de un cliente es mucho más fácil de implementar silos datos sólo se almacenan en la tabla Clientes y no en algún otro lugar de la base dedatos.

El término normalización se usa algunas veces en relación a una forma normalparticular. Esto es, un conjunto de registros puede ser normalizado con respecto a lasegunda forma normal pero no con respecto a la tercera.

PRIMERA FORMA NORMAL

Elimine los grupos repetidos de las tablas individuales.

Cree una tabla independiente para cada conjunto de datos relacionados.

Identifique cada conjunto de datos relacionados con una clave principal.

No debe usarse varios campos en una sola tabla para almacenar datossimilares. Por ejemplo, para realizar el seguimiento de un elemento del inventarioque proviene de dos orígenes posibles, un registro del inventario puede contenercampos para el Código de proveedor 1 y para el Código de proveedor 2.

¿Qué ocurre cuando se agrega un tercer proveedor? Agregar un campo no esla respuesta, se requiere modificaciones en las tablas y el programa, y no admitefácilmente un número variable de proveedores.

En su lugar, colocar toda la información de los proveedores en una tablaindependiente denominada Proveedores y después vincular el inventario a losproveedores con el número de elemento como clave, o los proveedores alinventario con el código de proveedor como clave.

La Primera Forma Normal (1FN) trata con el modelo de un registro, es decir, laforma básica o registro tipo.

“Cuando se manipulan las relaciones de un modelo de visión se les trata comoconjuntos matemáticos de eneadas (tuplas). Esto requiere entre otras cosas, que losatributos dentro de cada eneada sean ordenados y completos, y que los dominiospermitan sólo valores simples. Los valores simples no pueden descomponerse enmúltiples valores y no pueden por sí mismos ser conjuntos o relaciones."

Según esto, una repetición anidada de un elemento (o de un grupo deelementos) no puede ser representada en un modelo como una sola relación. Ahorabien, si un grupo anidado tiene tamaño acotado y es pequeño, es posible representarlousando un número fijo de atributos asignados a diferentes papeles sobre el mismodominio. Debido a que los grupos pueden ser más pequeños que el número máximofijo, el dominio debe incluir el valor nulo o indefinido. Con mayor frecuencia se trasladael grupo anidado a otra relación.



Al proceso de eliminar grupos anidados se le denomina NORMALIZACION, y alas relaciones resultantes se les considera expresadas en la PRIMERA FORMANORMAL.

SEGUNDA Y TERCERA FORMAS NORMALES

Estas tratan con la relación entre un campo clave y uno o más camposdependientes. Bajo la Segunda y Tercera Formas Normales un campo dependientedebe proporcionar un dato acerca de la clave (relacionado con la clave), con toda laclave y con ningún otro campo. Además, debe satisfacer la primera forma normal.

Trataremos ahora solamente con datos de un solo valor. Un dato de un solovalor sería una relación uno a muchos, tal como el Departamento de un empleado ouna relación uno a uno tal como la esposa de un empleado. Por lo tanto, la frase“provee un dato acerca de X” significa relación uno a uno o uno a muchos entre X e Y.

SEGUNDA FORMA NORMAL

Crea tablas independientes para conjuntos de valores que se apliquen avarios registros.

Relaciona estas tablas con una clave externa.

Los registros no deben depender de nada que no sea una clave principal deuna tabla, una clave compuesta si es necesario.

Por ejemplo, considerar la dirección de un cliente en un sistema decontabilidad. La dirección se necesita en la tabla Clientes, pero también en las tablasPedidos, Envíos, Facturas, Cuentas por cobrar y Colecciones. En lugar dealmacenar la dirección de un cliente como una entrada independiente en cadauna de estas tablas, almacenarla en un lugar, ya sea en la tabla Clientes o en unatabla Direcciones independiente.

La Segunda Forma Normal (2FN) es violada cuando un campo dependiente esun dato acerca de un subconjunto de la clave. Par supuesto, esto es relevante sólo sila clave es compuesta.

TERCERA FORMA NORMAL

Elimina los campos que no dependan de la clave.

Los valores de un registro que no sean parte de la clave de ese registro nopertenecen a la tabla. En general, siempre que el contenido de un grupo de campospueda aplicarse a más de un único registro de la tabla, hay que considerar colocarestos campos en una tabla independiente.

Por ejemplo, en una tabla Contratación de empleados, puede incluirse elnombre de la universidad y la dirección de un candidato. Pero necesita unalista completa de universidades para enviar mensajes de correo electrónico engrupo. Si la información de las universidades se almacena en la tablaCandidatos, no hay forma de enumerar las universidades que no tengancandidatos en ese momento. Crear una tabla Universidades independiente y vincularla



a la tabla Candidatos con el código de universidad como clave solucionará elinconveniente.

EXCEPCIÓN: Cumplir la tercera forma normal, aunque en teoría es deseable,no siempre es práctico. Si se tiene una tabla Clientes y se desea eliminar todas lasdependencias posibles entre los campos, se debe crear tablas independientes para lasciudades, códigos postales, representantes de venta, clases de clientes y cualquierotro factor que pueda estar duplicado en varios registros. En teoría, la normalizaciónmerece el trabajo que supone. Sin embargo, muchas tablas pequeñas puedendegradar el rendimiento o superar la capacidad de memoria o de archivos abiertos.

Puede ser más factible aplicar la tercera forma normal sólo a los datosque cambian con frecuencia. Si quedan algunos campos dependientes, diseñarla aplicación para que pida al usuario que compruebe todos los camposrelacionados cuando cambie alguno.

La Tercera Forma Normal (1FN) es violada cuando un campo dependiente esun dato acerca de otro campo dependiente.

CUARTA Y QUINTA FORMAS NORMALES

La cuarta forma normal, también llamada Forma normal de Boyce Codd(BCNF, Boyce Codd Normal Form), y la quinta forma normal existen, pero rara vezse consideran en un diseño real. Si no se aplican estas reglas, el diseño de la base dedatos puede ser menos perfecto, pero no debería afectar a la funcionalidad.

La Cuarta y Quinta Formas Normales tratan con datos multivaluados (múltiplesvalores). Un dato multivaluado puede corresponder a una relación muchos a muchos,como con EMPLEADOS y HABILIDADES, o a una relación muchos a uno, como conlos HIJOS de un EMPLEADO (asumiendo que sólo un pariente es empleado). Pormuchos a muchos entendemos que un empleado puede tener diversas habilidades yque una habilidad puede residir en diversos empleados. Note que vemos la relaciónmuchos a uno entre hijos y padres como un dato de un solo valor acerca de un hijopero como un dato multivaluado acerca de un padre.

En un sentido, la Cuarta y Quinta Formas Normales están alrededor de clavescompuestas. Estas formas normales procuran minimizar el número de camposinvolucrados en una clave compuesta.

CUARTA FORMA NORMAL

Bajo la Cuarta Forma Normal (4FN) un registro tipo no deberá contener dos omás datos multivaluados independientes acerca de una entidad. Además, el registrodebe satisfacer la Tercera Forma Normal.

QUINTA FORMA NORMAL

La Quinta Forma Normal (5FN) trata con casos donde la información puedeser reconstruida de muchas piezas de información las cuales pueden ser mantenidascon poca redundancia. La Segunda, Tercera y Cuarta Formas Normales tambiénsirven a este propósito pero la Quinta Forma Normal generaliza los casos no cubiertospor ellas.



Unidad 3. El modelo relacional.

En el modelo relacional se utiliza un grupo de tablas para representar los datosy las relaciones entre ellos. Cada tabla está compuesta por varias columnas, y cadacolumna tiene un nombre único.

El modelo relacional es un ejemplo de un modelo basado en registros. Losmodelos basados en registros se denominan así porque la base de datos se estructuraen registros de formato fijo de varios tipos. Cada tabla contiene registros de un tipoparticular. Cada tipo de registro define un número fijo de campos, o atributos. Lascolumnas de la tabla corresponden a los atributos del tipo de registro.

El modelo de datos relacional es el modelo de datos más ampliamente usado, yuna amplia mayoría de sistemas de bases de datos actuales se basan en el modelorelacional. El modelo relacional se encuentra a un nivel de abstracción inferior almodelo de datos E-R. Los diseños de bases de datos a menudo se realizan en elmodelo E-R, y después se traducen al modelo relacional.

Base de datos relacionales

Es el modelo más utilizado hoy en día. Una base de datos relacional esbásicamente un conjunto de tablas, similares a las tablas de una hoja de cálculo,formadas por filas (registros) y columnas (campos). Los registros representan cada uno de los objetos descritos en la tabla y los camposlos atributos (variables de cualquier tipo) de los objetos. Las tablas comparten algún campo entre ellas. Estos campos compartidos van aservir para establecer relaciones entre las tablas que permitan consultas complejas.

La idea básica de las bases de datos relacionales es la existencia de entidades(filas en una tabla) caracterizadas por atributos (columnas en la tabla). Cada tablaalmacena entidades del mismo tipo y entre entidades de distinto tipo se establecenrelaciones. Las tablas comparten algún campo entre ellas, estos campos compartidosvan a servir para establecer relaciones entre las tablas. Los atributos pueden ser:

Números enteros Números reales Cadena de caracteres de longitud variable

Estos tipos simples se denominan tipos atómicos y permiten una mayor eficaciaen el manejo de la base de datos pero a costa de reducir la flexibilidad a la hora demanejar los elementos complejos del mundo real y dificultar la gestión de datosespaciales, en general suponen un problema para cualquier tipo de datos geométricos.Las relaciones que se establecen entre los diferentes elementos de dos tablas en unabase de datos relacional pueden ser de tres tipos distintos:

Relaciones uno a uno, se establecen entre una entidad de una tabla y otraentidad de otra tabla.

Relaciones uno a varios, se establecen entre varias entidades de una tabla yuna entidad de otra tabla.

Relaciones varios a varios, se establecen entre varias entidades de cada unade las tablas.



Estructura de las Bases de Datos Relacionales

Dada una serie de conjuntos D(1),D(2),...,D(n), R es una relación sobre estos nconjuntos, si es un conjunto de n-tuplas ordenadas d(1),d(2),..,d(n), tales que d(1)pertenece a D(1),d(2) pertenece a D(2),..,d(n) pertenece de D(n). Los conjuntosD(1),D(2),..,D(n) son los dominios de R, y n el grado de la RELACION.

TABLA 5. "ARTICULOS"Nro_Art. Descripción Un_Medida Existencia

A001 Arroz Tn. 1230

A002 Maíz Tn. 852

A003 Sorgo Kg. 12580

A004 Soja Tn. 872

A005 Mandioca Kg. 9825

A006 Batata Kg. 18228

El grado de esta relación es de 4. El conjunto D(1) es el dominio de loscódigos de artículo, el D(2) es el dominio de las descripciones, el D(3) es el dominiode las Unidades de Medidas, etc. Puede ser que la descripción <Pimiento>pertenezca al dominio de las descripciones pero no había ningún código de artículo(A007), con esa descripción, en el instante específico en que se generó la tabla(temporalidad de datos).

Cada renglón o fila de la tabla representa una TUPLA de la relación, el númerode tuplas de la relación se llama CARDINALIDAD de la relación, en el ejemplo anteriorde la tabla, la CARDINALIDAD de la relación ARTÍCULO es SEIS (6).

LEYES BÁSICAS del entorno relacional

Las leyes, surgen de la teoría matemática equivalente, la cual esta provista deuna sólida fundamentación teórica, que permiten mayor integración de datos y mejoresmecanismos para su recuperación, siendo estas:

1 1. En un sistema relacional, la tabla puede contener un solo tipo de registro. 2 2. Cada registro un número fijo de campos (columnas) con nombres

específicos. 3 3. La base de datos generalmente contendrá muchas tablas, o sea que los

diferentes tipos de registros, estarán en diferentes tablas, uno por tabla. 4 4. En la tabla el nombre de cada campo debe ser distinto, y para cada campo

solo se permite un solo valor y no un conjunto de valores (atomicidad dedatos).

5 5. Cada registro (instancia) de una tabla es único, no hay duplicados. 6 6. El orden de los registros no está determinado, son incorporados uno a

continuación del otro. 7 7. Para cada campo definido existe un conjunto de valores posibles que forman

el DOMINIO (de definición de ese campo). 8 8. Se pueden crear nuevas tablas, relacionando valores de campos



procedentes de tablas ya existentes, mientras que en la nueva tabla se hayadefinido el mismo dominio para los valores que puedan tomar el o los camposque queremos RELACIONAR. La formación de nuevas tabla a partir de lasexistentes es la esencia del PROCESO RELACIONAL.

DOMINIOS y ATRIBUTOS Es importante diferenciar entre un dominio y atributo (columna). Un atributo

representa el uso de un dominio dentro de una RELACION. Para ver mejor estadiferencia de la tabla 2, al atributo UNIDADES de MEDIDA lo llamaremos FORMAS deMEDIR, entonces podemos decir que el atributo.

FORMAS de MEDIR usa los posibles valores del dominio UNIDADES deMEDIDA (Tn., Kg.).

En una Base de Datos Relacional se requiere que todas las relacionessatisfagan la condición de que cada valor de atributo en cada tupla sea ATOMICO,esto es que en la intersección de una fila con una columna exista un solo valor y no unconjunto de valores. Se permite es esa intersección hasta un valor NULO,representando algo <<desconocido>>.

De una RELACION que satisface lo anterior, se dice que está NORMALIZADA.

Relación Grado 2 Tabla 6. Partimos de una tabla de PEDIDOS No Normalizada Proveedor Art.- Cantidad

P001 A001 - 350 A002 - 200 A004 - 100

P002 A002 - 150 A003 - 240

P003 A001 - 550 A003 - 400 A005 - 600

Relación Grado 3 Tabla 7. N O R M A L I Z A D A PROVEEDOR ARTICULO CANTIDAD

P001 A001 350

P001 A002 200

P001 A004 100

P002 A002 150

P002 A003 240

P003 A001 500

P003 A003 400



P003 A005 600

El enfoque relacional solo admite relaciones normalizadas:

La selección no impone restricción real sobre lo que se puede representar. La simplificación de la estructura de los datos, conduce a simplificaciones en

muchas otras Áreas (Programador de Aplicación, Usuarios Finales, etc.). LLAVES o CLAVES

Dentro de una relación especifica, hay un atributo cuyos valores son únicos,dentro de esta y por lo tanto se puede usar para identificar las tuplas de la relación.También se denomina a esta Clave Primaria Simple o Llave Primaria Simple.

No toda relación posee llave primaria de un solo atributo, pero la relacióntendrá alguna combinación de atributos que tomados en conjunto, tienen la propiedadde la identificación única, a esta llave se la denomina Compuesta.

Toda relación tiene una llave primaria (tal vez compuesta).

Se presenta también la situación de que una relación tenga más de unatributo/s que posea/n la propiedad de identificación única, a los cuales se hadenominado claramente como llave-clave CANDIDATA. Entonces una de ellas pasaraa ser la llave primaria y el/las llaves restantes pasaran a ser llaves ALTERNAS.

Por lo general las tuplas representan a la ENTIDAD del mundo real y la llaveprimaria, es el identificador único para esas entidades.

REGLA DE INTEGRIDAD 1 (Integridad de la Entidad)

El/Los atributos (campos) que componen la llave (clave) primaria no deben serNULOS. Esto es porque las entidades deben ser distinguibles, o tener unaidentificación única. La clave primaria realiza la función de identificación única en unabase de datos relacional.

Es común que una relación (PEDIDOS) incluya otras relaciones, como son lade Proveedores y Artículos, de no cumplirse lo anterior una tupla de la relaciónpedidos puede apuntar a un proveedor que no exista.

DOMINIO PRIMARIO: un dominio es primario si y solo si, existe alguna claveprimaria de un solo atributo definida sobre ese dominio.

Cualquier relación que incluya un atributo que se defina sobre un dominioprimario, debe cumplir con la siguiente regla:

REGLA DE INTEGRIDAD 2 (Integridad de Referencia)

Dada un dominio primario D, y sea R(1) una relación con atributo A (llavealterna) que se define sobre D, entonces en un instante dado cada valor de A en R(1)



debe ser no nulo e igual a V, donde V es el valor de la llave primaria de alguna tupla dealguna relación R(2) con clave primaria definida en D. R(2) debe existir, y si A fuereprimaria es más fácil cumplir.

No se debe limitar a un solo acceso por clave primaria, se puede ocuparmuchas claves alternativas.

EXTENSIONES Y COMPRENSIONES

Una base de datos relacional tiene dos componentes, extensión ycomprensión.

La extensión de una relación es el conjunto de tuplas que aparecen en esarelación en un instante dado, esta puede cambiar en el tiempo, cuando se crea, borrao modifica una tupla, es equivalente a una VISTA.

La comprensión de una relación es independiente del tiempo, es la partepermanente de la relación, es lo que se especifica en el esquema relacional, es la quedefine todas las extensiones admisibles.



Anexo

Actividades para poner en práctica los modelos conceptuales y lógicos.

1. Crear un esquema entidad-relación que permita almacenar datos geográficosreferidos a Argentina, teniendo en cuenta los datos censales 2010, según laimagen precedente.

Se almacenará el nombre y cantidad de hogares encuestados de cadalocalidad, además se tendrá en cuenta la disponibilidad de electrodomésticos.

Necesitamos también identificar inequívocamente las provincias queconforman el territorio argentino y las localidades de la provincia de Corrientesmediante un identificar único.

Organizar la información en forma de tabla o cuadro.

Tener en cuenta los tipos de datos necesarios.

Crear las relaciones que considere necesarias entre las tablas para el correctofuncionamiento de la base de datos.

2. Realizar un esquema entidad/relación que sirva para almacenar informacióngeográfica. Para ello hay que tener en cuenta:

Se almacenan los siguientes accidentes geográficos: ríos, lagos, mesetas,desiertos, llanuras y montañas.



De cada accidente se almacenan su posición horizontal y vertical según el ejede la tierra, además de su nombre.

De los ríos se almacena su longitud, de las montañas su altura y de los lagossu extensión (características).

Se almacena también información sobre cada país dónde se encuentra dichoaccidente geográfico: nombre, extensión, densidad y su población.

Se almacena también los nombres de cada región/localidad por dónde pasael accidente.


Tener en cuenta los tipos de datos necesarios.


3. Realizar una Base de Datos para controlar el movimiento de una biblioteca. Lamisma estará compuesta por tres tablas: socios, libros y préstamos.


Según las tablas precedentes tener en cuenta los tipos de datos necesarios,analizar qué datos faltan, cambiarían, y/o utilizarían como clave:

Nro_socio Nombre Dirección Nro_tel Fecha_Inscrip1 Pedro Oil Los Tehuelches 3794244858 12/12/842 José M. Foro Montevideo 379154352714 02/03/973 Elba Lazo Las piedras 382154342007 02/06/004 Marta Cana Montevideo 3614635921 15/08/08

Nro_Libro Titulo Autor Fecha_Edición1 El meteorólogo Aitor Menta 12/12/542 La fiesta Encarna Vales 02/03/873 El golpe Marcos Corro 02/06/904 La furia Elbio Lento 25/12/94

IDPretamo Nro_Socio Nro_Libro Fecha_retiro Fecha_Entrega1 1 1 12/12/03 22/12/032 2 1 02/02/03 12/02/033 5 2 02/02/03 12/02/034 2 4 03/08/03 13/08/03




4. Teniendo en cuenta la imagen del diagrama E-R de una entidad bancariagenerar el enunciado, y las tablas indicando los tipos de datos necesarios.

5- Una compañía de seguros de autos de nivel nacional, nos pide que realicemosel esquema conceptual y lógico necesario a fin de implementar una Base de Datosque cumpla con los siguientes aspectos: Organizar la información en forma de tabla o cuadro con al menos cuatro

registros en cada tabla. Tener en cuenta los tipos de datos necesarios.


Información a tener en cuenta: Ciudades= idCiudad + nombreCiudad

Autos= patente + idMarca + modelo + año

Marcas= idMarca + descripción

Propietarios= dni + nombre + apellido + idCiudad

Pólizas= nroPoliza + dniPropietario + patente + tipoCobertura

Participantes = nroInforme + nroPoliza + estado

ActasSiniestros = nroinforme + fecha + hora + tipoSiniestro + cobertura


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