lunes, 15 de junio de 2015

Base de Datos || Unidad I || Tema 1

Tema 1: Conceptos básicos
1.1.1 Introducción al curso
1.1.1.1. Surgimiento histórico de las bases de datos

Al estudiar el desarrollo del procesamiento automatizado de datos, en lo que se refiere al aseguramiento técnico, se habla de diferentes generaciones.
Desde el punto de vista del aseguramiento matemático y, en particular, del aseguramiento de programas, algunos autores reconocen tres generaciones:
Solución de tareas aisladas
Integración de tareas aisladas en sistemas particulares
Integración de sistemas particulares en sistemas automatizados de dirección

Este proceso de integración ocurre paralelamente, aunque no simultáneamente, en dos esferas:

a. Integración de los programas

Ha estado facilitada por el uso de lenguajes de programación cada vez más sofisticados y de redactores, que permiten el acoplamiento de módulos escritos en lenguajes diferentes.

b. Integración de los datos

Se han producido tres categorías de técnicas para su manipulación:

1. Sistemas orientados a los dispositivos

Programas y archivos que son diseñados y empleados de acuerdo con las características físicas de la unidad central y los periféricos. Cada programa está altamente interconectado con sus archivos, por lo que la integración de datos de diferentes sistemas es imposible prácticamente.

2. Sistemas orientados a los archivos

La lógica de los programas depende de las técnicas de organización de los archivos (secuencial, directo, etc.). Cada usuario organiza su archivo de acuerdo con sus necesidades y las relaciones entre los elementos se establecen a través de los programas de aplicación.
Esta forma de trabajo implica redundancia de datos, que trae aparejada mayor gasto de memoria y complica las operaciones de actualización (modificar un dato donde quiera que aparezca). Esto aumenta el tiempo de tratamiento y atenta contra la integridad de la información.
Cuando se habla de integridad, se está haciendo referencia a que, en todo momento, los datos almacenados estén correctos en correspondencia con la realidad.
Además, en la vida real, se establecen relaciones entre los objetos que son muy difíciles de representar u obtener a partir de sistemas tradicionales de archivos. Por ejemplo, si se tiene información sobre trabajadores y estudiantes de una facultad, las aplicaciones requeridas van a definir la manera de organizar y estructurar los archivos.
Si se desean obtener datos como promedio de las calificaciones de cada alumno, listado de estudiantes por grupo, categoría científica y docente de cada profesor, y salario de cada uno, resulta adecuado establecer dos archivos: uno de profesores y otro de estudiantes.
¿Qué ocurre si se quieren establecer vínculos entre los profesores y estudiantes?
Por ejemplo, si se desea obtener lo siguiente:
Los estudiantes de un profesor
Los profesores de un estudiante

De esta manera, se estructuraría un archivo de profesores y estudiantes que resolvería algunas demandas, pero sería ineficiente para otras.
Entonces, ¿es posible representar de manera eficiente, utilizando los medios de cómputo, los casos o procesos1 de la realidad objetiva, aunque sea, por supuesto, de forma esquemática, pero en la que se establezcan determinados vínculos entre los elementos u objetos que forman parte de esos procesos o casos?
Se observa que es posible hacerlo a través de la utilización de bases de datos (BD) y de los sistemas de gestión de bases de datos (SGBD) que dirigen su manipulación.
Se tiene, entonces, la tercera categoría:

3. Sistemas orientados a base de datos

¿Qué es una base de datos? Aunque existen distintas formas de definir una base de datos. La siguiente puede considerarse la más adecuada:
1.1.1.2. Definición de base de datos

Conjunto de datos interrelacionados entre sí, almacenados con carácter más o menos permanente en la computadora. Es decir, puede considerarse una colección de datos variables en el tiempo.
El software que permite la utilización y/o la actualización de los datos almacenados en una (o varias) base(s) de datos por uno o varios usuarios desde diferentes puntos de vista y a la vez se denomina sistema de gestión de bases de datos (SGBD).

Es importante diferenciar los términos base de datos y SGBD.
El objetivo fundamental de un SGBD consiste en suministrar al usuario las herramientas que le permitan manipular, en términos abstractos, los datos, de tal forma que no le sea necesario conocer el modo de almacenamiento de los datos en la computadora ni el método de acceso empleado.
Los programas de aplicación operan sobre los datos almacenados en la base, utilizando las facilidades que brindan los SGBD, los que, en la mayoría de los casos, poseen lenguajes especiales de manipulación de la información que facilitan el trabajo de los usuarios.

1.1.2. Objetivos de los Sistema de base de datos

Existen muchas formas de organizar las bases de datos, pero hay un conjunto de objetivos generales que deben cumplir todos los SGBD, de modo que faciliten el proceso de diseño de aplicaciones y que los tratamientos sean más eficientes y rápidos, dando la mayor flexibilidad posible a los usuarios.
Los objetivos fundamentales de los SBD son los siguientes:

1.1.2.1. Independencia de los datos y los programas de aplicación

Se ha observado que, con archivos tradicionales, la lógica de la aplicación contempla la organización de los archivos y el método de acceso. Por ejemplo, si por razones de eficiencia se utiliza un archivo secuencial indexado, el programa de aplicación debe considerar la existencia de los índices y la secuencia del archivo. Entonces, es imposible modificar la estructura de almacenamiento o la estrategia de acceso sin afectar el programa de aplicación (naturalmente, lo que se afecta en el programa son las partes de éste que tratan los archivos, lo que es ajeno al problema real que el programa de aplicación necesita resolver). En un SBD, sería indeseable la existencia de aplicaciones y datos dependientes entre sí, por dos razones fundamentales:
1. Diferentes aplicaciones necesitarán diferentes aspectos de los mismos datos (por ejemplo, puede requerirse la representación decimal o binaria).

2. Se debe modificar la estructura de almacenamiento o el método de acceso, según los cambios en el caso o proceso de la realidad sin
necesidad de modificar los programas de aplicación (también para buscar mayor eficiencia).

La independencia de los datos se define como la inmunidad de las aplicaciones a los cambios en la estructura de almacenamiento y en la estrategia de acceso. Todo esto constituye el objetivo fundamental de los SBD.

1.1.2.2. Minimización de la redundancia

Se ha comprobado cómo, con los archivos tradicionales, se produce redundancia de la información. Uno de los objetivos de los SBD es minimizar la redundancia de los datos. Se dice disminuirla, no eliminarla, pues, aunque se definen las bases de datos como no redundantes, en realidad sí existe, pero en un grado no significativo que servirá para disminuir el tiempo de acceso a los datos o para simplificar el método de direccionamiento. Lo que se trata de lograr es la eliminación de la redundancia superflua.

1.1.2.3. Integración y sincronización de las bases de datos

La integración consiste en garantizar una respuesta a los requerimientos de diferentes aspectos de los mismos datos por diferentes usuarios, de forma que, aunque el sistema almacene la información con cierta estructura y cierto tipo de representación, debe garantizar entregar al programa de aplicación los datos que solicita y en la forma en que lo solicita.

Está vinculada a la sincronización, que consiste en la necesidad de garantizar el acceso múltiple y simultáneo a la base de datos, de modo que puedan ser compartidos por diferentes usuarios a la vez. Están relacionadas, ya que lo usual es que diferentes usuarios trabajen con diferentes enfoques y requieran los mismos datos, pero desde diferentes puntos de vista.

1.1.2.4 Integridad de los datos

Consiste en garantizar la no contradicción entre los datos almacenados, de modo que, en cualquier momento del tiempo, sean correctos, es decir, que no se detecte inconsistencia entre los mismos. Está relacionada con la minimización de la redundancia, ya que es más fácil garantizar la integridad si se elimina ésta.

1.1.2.5. Seguridad y recuperación

Seguridad (también llamada protección): garantiza el acceso autorizado a los datos, la forma de interrumpir cualquier intento de acceso no autorizado, ya sea por error del usuario o por mala intención.
Recuperación: permite que el sistema de bases de datos disponga de métodos que garanticen la restauración de las bases de datos al producirse alguna falla técnica, interrupción de la energía eléctrica, etc.

1.1.2.6. Facilidad de manipulación de la información

Los usuarios de una base de datos pueden acceder a ella con solicitudes para resolver muchos problemas diferentes. El SBD debe contar con la capacidad de una búsqueda rápida por diferentes criterios, debe permitir que los usuarios planteen sus demandas de una forma simple, aislándolo de las complejidades del tratamiento de los archivos y del direccionamiento de los datos. Los SBD actuales brindan lenguajes de alto nivel, con diferentes grados de facilidad para el usuario no programador, que garantizan este objetivo, los llamados sublenguajes de datos.

1.1.2.7. Control centralizado

Uno de los objetivos más importantes de los SBD es garantizar el control centralizado de la información. Permite comprobar, de manera sistemática y única, los datos que se almacenan en la base de datos, así como el acceso a ella.
Lo anterior implica que debe existir una persona o un conjunto, que tenga la responsabilidad de los datos operacionales: el administrador de la base de datos puede considerarse parte integrante del SBD cuyas funciones se abordarán en la siguiente sesión.
Existen otros objetivos que deben cumplir los SBD que, en muchos casos, dependen de las condiciones o requerimientos específicos de utilización del sistema.

1.1.3. REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN

En el proceso y construcción de todo sistema informativo automatizado, el diseño de la base de datos ocupa un lugar importante, a tal punto que ésta puede verse como un proceso relativamente independiente dentro del diseño del sistema y compuesto por una serie de etapas. Es por ello que resulta de interés el estudio de los problemas relacionados con el diseño de las bases de datos y el modelamiento de la información.

1.1.3.1 Niveles de abstracción referidos a la información

Cuando se habla de información, se hace referencia, de forma general, a tres niveles diferentes de abstracción, tendiéndose a saltar de uno a otro sin establecer una advertencia previa.

1.1.3.1.1 Nivel del mundo real

El primero de estos niveles es el del MUNDO REAL, en el que existen entidades u objetos, que no son más que elementos que existen y están bien diferenciados entre sí, que poseen propiedades y entre los cuales se establecen relaciones. Por ejemplo, una silla es una entidad u objeto, un automóvil, un empleado, un profesor, un estudiante, que son elementos concretos, también lo son; pero también puede ser no tangible, como un suceso cualquiera, una cuenta de ahorro o un concepto abstracto.

Entre las propiedades que caracterizan a una entidad u objeto destacan el color, el valor monetario, el nombre, etc.
De las relaciones entre las entidades u objetos, se abordará más adelante.
La determinación de cierta entidad u objeto correspondiente a un caso o proceso está muy relacionada con el nivel de abstracción en el que se esté realizando el análisis. Así, por ejemplo, si se estudia el comportamiento de un insecto específico en determinadas condiciones climáticas, las propiedades y relaciones que interesan son de un cierto tipo; sin embargo, si se estuviera realizando un estudio sobre las diferentes especies de insectos, serían otros los objetos a definir, así como las propiedades que los caracterizarían y las relaciones que se establecerían. Si se estuviera analizando todo el reino animal, serían también otros los objetos a definir, con sus características y propiedades.

1.1.3.1.2 Nivel del dominio de las ideas

El segundo nivel es el del DOMINIO DE LAS IDEAS. Es en el que se decide la información que debe existir en la base de datos sobre un caso o proceso del mundo real, es decir, qué debe almacenarse. Aquí, es donde realmente se define el contenido informativo que representará al caso, proceso o ente de la realidad objetiva que se está analizando. De modo que, en este nivel, se definen qué objetos y propiedades son representativos. Ya que sobre estos es necesario almacenar información.
En este nivel, se trabaja con los conceptos más importantes del modelo de datos, que establecen la relación entre el mundo real y la información almacenada físicamente en la base de datos:

Campo o atributo.- es la unidad menor de información sobre un objeto que se almacena en una base de datos y representa una propiedad de un objeto; por ejemplo, el color.

Sin embargo, hay que distinguir entre el nombre o tipo del atributo y el valor del atributo, ya que un nombre de atributo puede tomar diferentes valores sobre un cierto conjunto que se denomina dominio. A un valor de un atributo determinado o definido en el dominio dado, en un cierto momento del tiempo, se le denomina ocurrencia del atributo.



Ejemplo:

Ahora bien, una colección identificable de campos asociados es un artículo o registro y representa un objeto con sus propiedades. Una vez más, es imprescindible distinguir entre nombre o tipo de artículo y ocurrencia de artículo. Una ocurrencia de artículo o tupla consiste en un grupo de ocurrencias de campos relacionados, representando una asociación entre ellos. Por ejemplo, tenemos un artículo correspondiente al objeto profesor, en un caso o proceso de la realidad que pretenda representar el comportamiento de una facultad. El nombre o tipo de artículo puede ser PROFESOR, que esté formado por los siguientes tipos de campos o atributos:

DNI_PROF: número de DNI del profesor
NOM_PROF: nombre del profesor
CAT_DOC: categoría docente del profesor
DPTO: departamento docente al que pertenece el profesor

Una ocurrencia de este artículo puede ser:
12801731 Hernández, Juan PA Computación.

Un archivo o archivos pueden ser definidos como un conjunto de ocurrencias de un mismo tipo de artículo.
En la práctica, llama la atención las colecciones o conjuntos de objetos similares. Además, es necesario almacenar la información de las mismas propiedades para cada uno de ellos; por ejemplo, el conjunto de profesores de la facultad.
Entonces, una base de datos contendrá muchas ocurrencias de cada uno de los tipos de artículos, lo que implica que la base de datos, por supuesto, también contendrá muchas ocurrencias de los distintos tipos de atributos.
Uno de los momentos cruciales en el diseño de un caso de la realidad objetiva que se concreta en una base de datos es, precisamente, la selección de los conjuntos de objetos y sus propiedades.
Además, existe otro concepto muy importante en este nivel que es el concepto de llave o clave. Se denomina a este último como un atributo o conjunto de de atributos de un artículo que define que cada ocurrencia de artículo de la base de datos sea única. En principio, cada artículo tiene una llave, ya que se tiene como hipótesis que cada elemento u ocurrencia del artículo es diferente de las demás. Por ejemplo, el DNI del trabajador puede constituir la llave del artículo trabajador.

1.1.3.1.3 Nivel de los datos

El tercer nivel corresponde a los datos propiamente dichos, los cuales son representados mediante cadenas de caracteres o de bits.
En este nivel es necesario tener en cuenta la diferencia entre tipo de dato y valor del dato. El tipo de dato corresponde a un atributo o tipo de atributo, que está asociado a un tipo de artículo correspondiente, mientras que, el valor corresponde a una ocurrencia del atributo. Sin embargo, una colección de bits o caracteres que representa un único valor de datos y que puede existir independientemente de cualquier información que se almacena adquiere significado sólo cuando se le asocia a un tipo de atributo. Se puede, por ejemplo, almacenar permanentemente los valores ROJO, AZUL, VERDE, etc.y asociarlos en un momento determinado a un tipo de atributo a través de los valores que toma, representando una ocurrencia en una tupla.

1.1.3.2 Relaciones de correspondencia

Es importante notar que, en general, habrá asociaciones o relaciones enlazando las entidades básicas.
Estos enlaces se pueden establecer entre diferentes objetos o tipos de artículos o entre un mismo tipo de artículo. Por ejemplo, se puede tener una relación entre dos tipos de objetos: SUMINISTRADOR y PRODUCTO, de modo que un suministrador puede suministrar muchos productos y que un producto puede ser suministrado por muchos suministradores y se conoce, además, la CANTIDAD de cada producto que suministra un suministrador dado. Otro ejemplo pudiera ser con el artículo PERSONA, sobre el que se pudiera representar la relación "SER MADRE DE", que no es más que una relación que se establece entre elementos de un mismo tipo de artículo.
Es necesario profundizar acerca de los diferentes tipos de relaciones que pueden ocurrir en la práctica y establecer la correspondencia que existe entre los datos. Esta relación puede ser simple o compleja.

Por relación simple se entiende una correspondencia biunívoca (de uno a uno) entre las ocurrencias de los objetos, o sea, de los artículos. Si, por ejemplo, los objetos o entidades son Documento_Identidad y Persona, la correspondencia entre ellos es simple: a cada persona le corresponde un documento de identidad y viceversa.
Si las entidades son Profesor y Carrera, la relación es más complicada, porque en cada carrera docente trabajan varios profesores. La terminología usual expresa que la correspondencia de profesor a carrera es simple, ya que cada profesor es miembro de una única carrera, mientras que la correspondencia de carrera a profesor es compleja, pues cada carrera tiene, por lo general, muchos profesores.

Hay cuatro tipos de relaciones posibles entre dos tipos de artículos A y B: La correspondencia de A a B puede ser simple y la recíproca compleja. La correspondencia de A a B puede ser compleja y la recíproca simple. Ambas correspondencias pueden ser complejas o ambas pueden ser simples.
Un ejemplo donde ambas correspondencias son complejas, lo es la relación que se establece entre PROFESOR y ESTUDIANTE por la impartición de clases, ya que un profesor puede impartir clases a varios estudiantes, pero, a su vez, un estudiante puede recibir clases de varios profesores:
Las relaciones pueden tener diferentes características:

Aunque la mayoría de las relaciones asocian dos tipos de entidades, éste no es siempre el caso. Por ejemplo, PROFESOR_HORARIO_ESTUDIANTE. Esto podría representar el hecho de que un profesor imparte clases a una cierta hora a un cierto estudiante. Esto no es lo mismo que la combinación PROFESOR_HORARIO y HORARIO_ESTUDIANTE, ya que la información de que "el profesor P5 imparte clases en el horario H1 al estudiante E4" dice más que la combinación "el profesor P5 imparte clases en el horario H1" y "el estudiante E4 recibe clases en el horario H1"

Las relaciones pueden establecerse entre un mismo tipo de entidad. Por ejemplo, una asociación entre un profesor y otro puede venir dada por el hecho de que un profesor sea el jefe de otros profesores. A este tipo de relación frecuentemente se le llama relación recursiva.

Es importante señalar que una asociación entre entidades puede ser considerada en sí como una entidad, ya que una relación es concebida como un objeto bien diferenciado sobre el cual se desea almacenar información.

Entonces, un modelo de datos no es más que la representación de un caso de la realidad objetiva a través de los objetos, sus propiedades y las relaciones que se establecen entre ellos.

1.1.3.3 Ejemplo integrador

Caso: La biblioteca

En una biblioteca, se desea diseñar la base de datos para el control de los préstamos de libros. De cada libro se conoce el código que lo identifica, su título y la cantidad de páginas que tiene.

Un libro se clasifica por una materia y por ésta se clasifican muchos libros. De cada materia se conoce el código que la identifica y su nombre. Los libros tienen muchos ejemplares, pero un ejemplar lo es de un solo libro. De cada ejemplar se sabe su código y su estado de conservación.
Asimismo, un libro se les puede prestar a muchos usuarios y a un usuario se le puede prestar muchos ejemplares; del usuario se conoce su DNI, nombre y apellido paterno, su dirección, y su ocupación

Se determinan las entidades:

Libro
Materia
Ejemplar
Usuario

Se determinan los atributos de cada entidad:

Libro = código que lo identifica, su título y la cantidad de páginas que tiene
Materia = código que la identifica y nombre
Ejemplar = código y estado de conservación
Usuario = DNI, nombre y apellido paterno, dirección y ocupación

Nivel de datos:
Valores que tendrá cada atributo de una entidad






Relaciones de correspondencia 












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