VISIÓN GENERAL DE BASES DE DATOS:

Modelo Entidad-Relación y Modelo Relaciona I

INTRODUCCIÓN.

Una base de datos es en esencia una colección estructurada de datos relacionados entre sí, de la cual los usuarios pueden extraer información.

Un objetivo importante de un sistema de base de datos es proporcionar a los usuarios una visión abstracta de los datos, es decir, esconder ciertos detalles de cómo se almacenan y mantienen los datos. Sin embargo para que el sistema sea manejable, los datos se deben extraer eficientemente.

Los sistemas de base de datos se diseñan para manejar grandes cantidades de

información.

La manipulación de los datos involucra tanto la definición de estructuras para el almacenamiento de la información como la provisión de mecanismos para el manejo de la información.

Además un sistema de base de datos debe de tener implementados mecanismos de

seguridad que garanticen la integridad de la información, a pesar de caídas del sistema o intentos de accesos no autorizados.

PARTES QUE COMPONEN UNA BASE DE DATOS.

• Hardware: equipo informático

• Software: El SGBD (Sistema Gestor de Bases de Datos) es la parte más importante

del software de un sistema de base de datos. Es una colección de numerosas rutinas de software interrelacionadas, cada una de las cuales es responsable de alguna tarea específica.

Por ejemplo, Access es un SGBD, que actúa como interfaz entre los datos y los usuarios finales. Más adelante se detallarán aspectos relevantes de un SGBD.

• Usuarios: Podemos definir a los usuarios como toda persona que tenga todo tipo de contacto con el sistema de base de datos, desde quién la diseña, elabora, termina, hasta los usuarios finales.

OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE BASES DE DATOS.

Los objetivos principales de un sistema de base de datos es:

1. Disminución de la redundancia y eliminación de la inconsistencia de datos.

Si no se controla detalladamente el almacenamiento, se pueda originar un duplicado de información, es decir, que la misma información esté más de una vez en un dispositivo de almacenamiento. Esto aumenta los costos de almacenamiento y acceso a los datos, además de que puede originar la inconsistencia de los datos (diversas copias de un mismo dato no concuerdan entre si).

SISTEMA GESTOR DE BASES DE DATOS.

El SGBD es la porción más importante del software de un sistema de base de datos.

El objetivo primordial de un SGBD es proporcionar un entorno que sea a la vez conveniente y eficiente para ser utilizado al extraer, almacenar y manipular información de la base de datos.

La figura muestra el SGBD como interfaz (intermediario) entre la base de datos física y las peticiones del usuario.

El SGBD interpreta las peticiones de entrada/salida del usuario y las manda al sistema operativo para la transferencia de datos entre la unidad de memoria secundaria (discos) y la memoria principal.

En sí, un SGBD es el corazón de la base de datos ya que se encarga del control total de los posibles aspectos que la puedan afectar.

Las funciones principales de un SGBD son:

1. Crear y organizar la Base de Datos.

2. Establecer y mantener las trayectorias de acceso a la base de datos de tal forma que los datos puedan ser accedidos rápidamente.

3. Manejar los datos de acuerdo a las peticiones de los usuarios.

4. Registrar el uso de las bases de datos.

5. Responsable del verdadero almacenamiento de los datos.

6. Respaldo y recuperación. Consiste en contar con mecanismos implantados que

permitan la recuperación fácilmente de los datos en caso de ocurrir fallos en el sistema

de base de datos.

7. Control de concurrencia. Consiste en controlar la interacción entre los usuarios concurrentes para no afectar la inconsistencia de los datos.

8. Seguridad e integridad. Consiste en contar con mecanismos que permitan el

control de la consistencia de los datos evitando que estos se vean perjudicados por cambios no autorizados o previstos.

2. Minimizar la dificultad para tener acceso a los datos.

Un sistema de base de datos debe contemplar un entorno de datos que le facilite al usuario el manejo de los mismos. Supóngase un banco, y que uno de los gerentes necesita averiguar los nombres de todos los clientes que viven dentro del código postal 48733. El gerente pide al departamento de procesamiento de datos que genere la lista correspondiente. Puesto que esta situación no fue prevista en el diseño del sistema, no existe ninguna aplicación de consulta que permita este tipo de solicitud, y esto ocasiona una deficiencia del sistema.

3. Evitar anomalías del acceso concurrente.

Para mejorar el funcionamiento global del sistema y obtener un tiempo de respuesta más rápido, muchos sistemas permiten que múltiples usuarios actualicen los datos simultáneamente. En un entorno así, la interacción de actualizaciones concurrentes puede dar por resultado datos inconsistentes. Para prevenir esta posibilidad debe mantenerse alguna forma de supervisión en el sistema.

4. Permitir restricciones de seguridad.

La información de toda empresa es importante, aunque unos datos lo son más que 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 para que un sistema de base de datos sea confiable debe mantener un grado de seguridad que garantice la autentificación y protección de los datos. En un banco por ejemplo, el personal de nóminas sólo necesita ver la parte de la base de datos que tiene información acerca de los distintos empleados del banco y no otro tipo de información.

5. Asegurar el mantenimiento de integridad.

Los valores de datos almacenados en la base de datos deben ser correctos. Pueden ser incorrectos debido a:

• Errores en la entrada de datos (Prtugalete en vez de Portugalete)

• Errores en el programa de aplicación (Cálculo incorrecto del IVA soportado)

• Falsificación deliverada

(A nivel de programación, el uso de cuadros combinados y listas facilitan la integridad).

El nivel interno depende del SGBD elegido. Y será este el que implemente (realice) esta tarea.

Cuando usamos Access, no sabemos cómo almacena físicamente los datos ni dónde. Access es en el intermediario entre usuarios y el SO(Windows).

Los otros dos niveles (Conceptual y Externo) son tarea del Administrador de Bases de Datos (ABD), que es la persona encargada y con el control total sobre el sistema de base de datos.

Las funciones principales de un ABD son:

• Definición de esquema (diseño de la BD).

• Definición de la estructura de almacenamiento según el SGBD elegido

(En Access ^ Tablas y relaciones).

• Concesión de autorización para el acceso a los datos.

• Especificación de límites de integridad.

Aunque es un tarea de propia de usuarios informáticos, también puede encargarse de:

• Programación del interfaz de la BD con los usuarios finales

(Consultas, Formularios e Informes, Módulos de código, ...)

Para realizar el Nivel Conceptual, un ABD se servirá de un modelo de datos, que es una representación de la realidad mediante una colección de herramientas conceptuales para describir los datos, las relaciones que existen entre ellos, la semántica asociada a los datos y las restricciones de consistencia.

En BD esta representación es gráfica y se denomina Esquema Conceptual.

Existen diferentes modelos de datos, pero el más utilizado por su sencillez y eficiencia es el modelo Entidad-Relación que detallaré a continuación.

La realización de un modelo Entidad-Relación supone siempre el paso previo al futuro diseño de una BD en cualquiera de los modelos existentes (Relaciona!, Jerárquico, en Red,...)

MODELO ENTIDAD-RELACIÓN.

Denominado por sus siglas como E-R, este modelo representa la realidad a través de una representación gráfica que incorpora información relativa a los datos y las relaciones entre ellos.

Se utiliza como punto de partida en el diseño de una BD, para después transformarlo al modelo elegido (en nuestro caso el Relacional).

Las características de un modelo E-R son:

1. Refleja tan sólo la existencia de datos, no lo que se hacen con ellos.

2. Se incluyen todos los datos del sistema en estudio, y por tanto, no está orientadoa aplicaciones particulares.

3. Es independiente de la base de datos y del sistema operativo elegidos.

4. No se tienen en cuenta restricciones de espacio, almacenamiento ni tiempo de ejecución.

5. Está abierto a la evolución del sistema.

El modelo E-R se basa en la percepción del mundo real, que consiste en un conjunto de objetos básicos llamados Entidades así como de las Relaciones entre ellos.

ENTIDADES. OCURRENCIAS. ATRIBUTOS. CLAVES Y RELACIONES.

Una Entidad es una cosa u objeto concreto o abstracto que existe, que puede distinguirse de otros y del que se desea almacenar información.

Los alumnos de una escuela forman la Entidad Alumnos.

Juan Alberdi, de Santurtzi y con DNI 11.635.326P, es una Ocurrencia de la Entidad Alumnos, ya que identifica de forma única a una persona dentro de ese universo.

Las características de las Ocurrencias de las Entidades se llaman Atributos. Por ejemplo, el Nombre, DNI y Ciudad son Atributos de Alumnos.

Los Atributos de una entidad pueden tomar un conjunto de valores permitidos al que se le conoce como Dominio del atributo.

Una Clave es un conjunto de 1 o más atributos, que permiten identificar de forma única a una ocurrencia dentro de una entidad.

además añadir que ese conjunto de atributos debe ser mínimo, es decir, que ningún subconjunto de atributos pueda también funcionar como clave

Una Clave se especifica gráficamente en el modelo E-R con una línea debajo del nombre del atributo.

Se denomina Clave Secundaria o Extranjera al conjunto de atributos de una entidad que son Clave Primaria en otra.

Entidad Alumnos Ocurrencias

Juan Alberdi Santurtzi 11.635.326P •

Luis Alfageme Sestao 41.485.256H .

Rosa Ma Sanz Portugalete 15.123.563K .

Amparo Rivas Santurtzi 23.236.896N .

Roberto Pozas Sestao 15.365.452F1

Atributos

Una Relación es una asociación entre varias Entidades. Pueden contener también

Atributos, que representan características propias de dicha asociación.

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE UN MODELO E-R.

Para representar gráficamente un modelo E-R. Se emplean los siguientes símbolos:

Representa ENTIDADES

Representa RELACIONES

Representa ATRIBUTOS (de Entidades o de Relaciones)

Enlazan ATRIBUTOS con ENTIDADES o ATRIBUTOS con RELACIONES

Veamos un ejemplo:

Queremos diseñar el modelo E-R de las notas que sacan los alumnos de una escuela en las diferentes asignaturas en las que están matriculados.

Un modelo E-R con estas especificaciones sería:

Nota: Cuando sea posible poner un nombre lógico a la relación, debe hacerse. No siempre se podrá. En el ejemplo, la relación entre las entidades Alumnos y Asignaturas puede llamarse Notas. Si no hubiésemos encontrado dicho nombre, la relación se podría llamar AluAsig, por ejemplo.

Nótese que la relación tiene un atributo: Nota (este atributo no pertenece ni a Alumnos, ni a Asignaturas)

ENTIDADES FUERTES Y DÉBILES.

En función de las claves, las entidades pueden clasificarse en:

• Entidades fuertes: Entidades con una clave primaria.

• Entidades débiles: Entidades que no poseen los atributos necesarios para definir una clave primaria ya que dependen de una entidad fuerte. No obstante es necesario dotar a la entidad de una clave primaria. Esta estará formada por la Clave Primaria de la entidad fuerte más 1 o más atributos de la entidad débil (a dichos atributos de la entidad débil se le llama Discriminador). A veces es posible crear una Clave primaria en la entidad débil con un nuevo atributo más identificativo.

Nota: Esta es la definición que el modelo E-R hace de las entidades fuertes y débiles. En el modelo relacional se ofrece otra que más adelante se detallará.

GRADO DE UNA RELACIÓN.

La cantidad de entidades que intervienen en una relación determina el Grado de la relación.

Por ejemplo la relación NOTAS del ejemplo anterior es de grado 2, ya que intervienen la entidad ALUMNOS y la entidad ASIGNATURAS.

Aunque el modelo E-R permite relaciones de cualquier grado, la mayoría de las aplicaciones del modelo sólo consideran relaciones del grado 2. Cuando son de tal tipo, se denominan Relaciones Binarias.

Un ejemplo de relación ternaria:

PADRES

MADRES

CARDINALIDAD DE LAS RELACIONES.

Existen 4 tipos de relaciones que pueden establecerse entre entidades, las cuales establecen con cuantas ocurrencias de entidad de tipo B se puede relacionar una ocurrencia de entidad de tipo A:

1. Relación uno a uno.

Una ocurrencia de entidad del tipo A solo se puede relacionar con una ocurrencia entidad del tipo B, y viceversa.

2. Relación uno a varios.

Significa que una ocurrencia de entidad del tipo A puede relacionarse con cualquier cantidad de ocurrencias de entidad del tipo B, y que una ocurrencia de entidad del tipo B solo puede estar relacionada con una ocurrencia de entidad del tipo A.

Nótese en este caso que el extremo punteado de la flecha de la relación de A y B, indica una ocurrencia de entidad A conectada a varias ocurrencias de entidad B.

3. Relación varios a uno.

Significa que una ocurrencia de entidad del tipo B puede relacionarse con cualquier cantidad de ocurrencias de entidad del tipo A, y una ocurrencia de entidad del tipo A solo puede estar

relacionada con una ocurrencia de entidad del tipo B.

4. Relación varios a varios.

Significa que una ocurrencia de entidad del tipo A puede relacionarse con cualquier cantidad de ocurrencias de entidad del tipo B, y viceversa.

Mencionar que la cardinalidad para cada conjunto de entidades depende del punto de vista que se le dé al modelo en estudio sujetándose a la realidad.

PASO DEL MODELO E-R AL MODELO RELACIONAL

El modelo E-R es independiente del sistema de BD y del SO que se elija. Pero para crear físicamente Una BD es necesario pasarlo a uno de estos tres modelos, que ya son interpretables en un computador:

• Modelo relacional.

• Modelo jerárquico.

• Modelo en red.

Cuando elegimos el SGBD que vamos a utilizar, también estamos eligiendo el modelo de BD.

El más utilizado sin duda es el relacional (Access, Oracle son SGBDs relaciónales) debido a su sencillez y facilidad de comprensión.

Una BD relacional es un conjunto de relaciones (tablas) y a cada una de ellas se le asigna un nombre único.

Cada relación de puede representar como una tabla formada por filas y columnas.

Veamos un ejemplo aclaratorio:

Como una relación (tabla) es un conjunto de tupias (registros), no puede haber 2

tupias iguales. Es una restricción del modelo relacional .

Se llama Dominio al rango de valores legales que puede tomar un atributo. En

lenguajes de programación corresponde al tipo de datos (numérico, texto, fecha/hora, etc) que puede tomar una atributo.

En el modelo relacional las tablas del extremo "1" se llaman Fuertes y las del extremo "varios" se les denomina Débiles.

A es la entidad fuerte y B la débil.

Las tablas del modelo relacional deben cumplir los siguientes requisitos:

• Cada fila debe ser única, es decir no pueden existir filas duplicadas.

• El valor de la columna que es clave primaria para cada fila debe ser único.

• No puede contener columnas duplicadas.

• Los valores de las columnas deben pertenecer al dominio de cada atributo.

• Debe tener un solo tipo de fila, cuyo formato está definido por el esquema de tabla o la relación.

REDUCCIÓN DE DIAGRAMAS E-R A TABLAS.

Un diagrama E-R, puede ser representado también a través de una colección de tablas. Veamos las reglas:

1. Relación uno a uno.

La entidad A se transfoma en una tabla A cuyos atributos serán los que tiene la entidad A. La entidad B se transfoma en una tabla B cuyos atributos serán los que tiene la entidad B.

2. Relación uno a varios.

La entidad A (fuerte) se transfoma en una tabla A cuyos atributos serán los que tiene la entidad A.

La entidad B (débil) se transfoma en una tabla B cuyos atributos serán los que tiene la entidad B más los de la clave primaria de la entidad A.

3. Relación varios a uno.

La entidad B (fuerte) se transfoma en una tabla B cuyos atributos serán los que tiene la entidad B.

La entidad A (débil) se transfoma en una tabla A cuyos atributos serán los que tiene la entidad A más los de la clave primaria de la entidad B.

4. Relación varios a varios.

Una relación de varios a varios debe ser descompuesta en 2 relaciones

De la relación R se obtiene una tercera entidad R, que tendrá como atributos la clave primaria de la entidad A, la clave primaria de la entidad B y los atributos que tenía la relación R.

De esta forma obtenemos 3 tablas al pasar al modelo relaciona!.