PDF de programación - Introducción a las Bases de Datos

Bases de Datos

Pedro Corcuera

Dpto. Matemática Aplicada y
Ciencias de la Computación
Universidad de Cantabria

[email protected]

Objetivos

• Presentar los conceptos básicos y terminología

de las bases de datos

Bases de Datos

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Índice

• Gestión de la información
• Visión de los datos
• Lenguajes de bases de datos
• Diseño de bases de datos
• Almacenamiento de datos y consultas
• Arquitectura de las bases de datos
• Usuarios y administradores de bases de datos
• Estructura general de un sistema
• Historia de los sistemas de bases de datos

Bases de Datos

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Gestión de la Información

• Sistemas de archivos

Bases de Datos

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Sistemas Tradicionales de archivos -

Desventajas

• Inconsistencia y redundancia de información.

– Copias múltiples de los datos

• Carencia o pérdida en el control de concurrencia

– Para usuarios múltiples

• Carencia o pérdida de seguridad

– Mas allá de la que provee el sistema operativo

• Reglas de integridad

– Es difícil de mantener las reglas de integridad de la

información

Bases de Datos

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Limitaciones de los Sistemas de Archivos

• Dificultad al acceder los datos

– Dependiendo de la aplicación y necesidades de consulta,
reorganización de estructuras de datos pueden requerirse
Datos aislados en diferentes archivos

• Dependencia de datos

• Formatos de archivo no compatibles (Cobol, C, etc.)

• Nuevo requerimiento de Consulta, nuevo programa

Bases de Datos

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¿Qué es una Base de Datos?

• Una colección de datos (registros) que describen las

actividades de una o más organizaciones
relacionadas.

• Colección organizada de datos, relativa a un

problema concreto, que puede ser compartida por un
conjunto de usuarios/aplicaciones

• Conjunto de datos pertenecientes a un mismo

contexto y almacenados sistemáticamente para su
posterior uso.

• Actualmente las BD están en formato digital

Bases de Datos

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Gestión de la Información

• Bases de Datos

Bases de Datos

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Bases de datos - Justificación

• Flexibilidad de adaptación a cada problema
• Optimización en la gestión de la información
• Independencia física y lógica de los datos
• Control de la integridad de los datos
• Garantía sobre la consistencia de la información
• Facilidad de acceso concurrente
• Protección ante fallos del sistema
• Seguridad ante accesos restringidos

Bases de Datos

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¿Que es un Sistema Gestor de Base de

Datos (DBMS)?

• Producto software que sirve para el mantenimiento y

utilización de colecciones de datos.

• Un DBMS ayuda a los usuarios a definir, crear,

mantener y controlar el acceso a los datos

• Objetivos:

– Lograr que el desarrollo y mantenimiento de aplicaciones
dentro de la organización sea fácil, económico, flexible y
eficiente

– Organizar los datos para que su explotación sea oportuna,

confiable y eficiente

Bases de Datos

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Tipos de Bases de Datos

• Según la variabilidad de los datos almacenados

– Bases de datos estáticas
– Bases de datos dinámicas

• Según el contenido

– Bases de datos bibliográficas
– Bases de datos de texto completo
– Directorios
– Bases de datos o "bibliotecas" de información química o

biológica

Bases de Datos

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Historia de los Sistemas de Bases de

Datos

• Primera Generación (años 50 y 70):

– Procesamiento de datos con cintas magnéticas como
almacenamiento (50 -60). Las cintas sólo proporcionan
acceso secuencial. Tarjetas perforadas como entrada
– (60-70) Los discos duros permiten acceso directo a los
datos. Modelos de datos jerárquicos y en red en amplio
uso. Ted Codd define el modelo de datos relacional.
– Alto rendimiento en el procesamiento de transacciones

(para su época)

Bases de Datos

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Historia de los Sistemas de Bases de

Datos

• Años 80:

– Evolución de los prototipos relacionales a sistemas

comerciales. SQL se convierte en estándar. Sistemas de
bases de datos paralelos y distribuídos y orientados a
objetos
• Años 90:

– Aplicaciones de ayuda a la toma de decisiones y minería

de datos. Grandes almacenes de datos multi-terabyte.
Emerge el comercio Web y bases de datos de tiempo real.

• Años 2000:

– Estándares XML XQuery. Administración automatizada de

bases de datos. Nueva generación basada en NoSQL.

Bases de Datos

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Beneficios de uso de los DBMS

• Independencia de datos y acceso eficaz

– Reduce la redundancia de información
– 3 Niveles de abstracción

Las vistas describen como
ven los usuarios los datos

Vista 1

Vista 2 Vista 3

Esquema Conceptual

El esquema conceptual
define la estructura
lógica

El esquema físico describe los
archivos, estructuras e índices
usados

Esquema Físico

Bases de Datos

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Beneficios de uso de los DBMS

• Independencia de Datos

– Físico: habilidad de modificar el esquema físico sin tener

que rescribir el programa de aplicación

– Lógico: habilidad de modificar el esquema conceptual sin

tener que rescribir el programa de aplicación

• Reducción del tiempo de desarrollo de aplicaciones

– Facilita la aplicación de estándares y el desarrollo de

aplicaciones

– Permite dar respuesta a consultas no planeadas de

información (sin crear nuevos programas)

Bases de Datos

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Beneficios de uso de los DBMS

• Integridad y seguridad de la información
– Presentar diferentes vistas de la información
– Dar privacidad y seguridad

• Administración uniforme de los datos

– Control integrado de la información
– Reduce los recursos asignados al mantenimiento

• Acceso concurrente, recuperación de fallas

– Permite compartir la información y asegura atomicidad
– Soporta recuperación de fallas
– Concepto clave es Transacción y uso de logs para

recuperación en caso de fallas
Bases de Datos

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Componentes del entorno de los DBMS

• Hardware

• Software

• Datos

– Puede variar desde una PC a una red de computadoras

– DBMS, sistema operativo, software de red y aplicaciones

– Usados por la organización, además de una descripción

de los datos llamado esquema

• Procedimientos

– Instrucciones y reglas que son aplicados al diseño y uso

de la base de datos y del entorno DBMS

• Gente

Bases de Datos

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Roles en el entorno de los DBMS

• Administrador de Datos (DA)
• Administrador de la Base de Datos (DBA)
• Diseñador de la Base de Datos (Lógico y Físico)
• Programadores de aplicaciones
• Usuarios Finales (novel y senior)

Bases de Datos

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Administrador de la base de datos

• Coordina todas las actividades del sistema de la base

de datos; conoce los recursos y necesidades de
información de la empresa.

• Entre las funciones del DBA se incluyen:

– Definición/modificación del esquema y organización física
– Estructura de almacenamiento y definición del método de

– Concesión de autorización para el acceso a los datos
– Especificación de las restricciones de consistencia
– Actuar como enlace con los usuarios
– Supervisión de rendimiento y respuesta a cambios de los

acceso

requisitos

Bases de Datos

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Estructura general del sistema

Bases de Datos

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Componentes típicos de un DBMS

Bases de Datos

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Niveles de Abstracción

• Nivel físico: describe cómo se almacenan realmente

los datos

• Nivel lógico: describe qué datos se almacenan en la
base de datos y las relaciones existentes entre ellos
• Nivel de vistas: los programas de aplicación ocultan

detalles de los tipos de datos. Las vistas también
pueden ocultar información por razones de seguridad.

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Visión de los Datos

• Una arquitectura para un sistema de bases de datos

Bases de Datos

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Instancias y esquemas

• Similar a los tipos y variables en los lenguajes de

programación

• Esquema, la estructura lógica de la base de datos
– Ejemplo: La base de datos se compone de información

acerca de un grupo de clientes y cuentas, y de las
relaciones entre ellos

– Análogo a la información del tipo de una variable en un

– Esquema físico: diseño de la base de datos a nivel físico
– Esquema lógico: diseño de la base de datos a nivel

programa

lógico

Bases de Datos

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Instancias y esquemas

• Instancia, el contenido real de la base de datos en

un instante de tiempo determinado
– Análogo al valor de una variable

• Independencia física de los datos, la capacidad de
modificar el esquema físico sin cambiar el esquema
lógico
– Las aplicaciones dependen del esquema lógico
– En general, las interfaces entre los diferentes niveles y
componentes deben definirse adecuadamente de modo
que los cambios en algunas partes no influencien otras
seriamente

Bases de Datos

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Modelos de datos

• Colección de herramientas conceptuales para describir

– los datos
– las relaciones de datos
– la semántica de los datos
– consistencia entre los datos

• Modelo relacional
• Modelo entidad-relación (diseño de bases de datos)
• Modelo de datos orientado a objetos
• Modelo de datos semiestructurados (XML)
• Metodología Object Role Modeling (ORM)

– http://www.orm.net/

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Lenguaje de manipulación de datos (DML)

• Lenguaje para acceder o manipular los datos

organizados mediante el modelo de datos apropiado
– El DML también se conoce como lenguaje de consultas

• Existen dos clases de lenguajes

– Procedimentales – el usuario especifica qué datos se

necesitan y cómo han de obtenerse dichos datos

– Declarativos (no procedimentales) – el usuario especifica

qué datos se necesitan sin especificar cómo se han de
obtener

• Se realiza en SQL que es el lenguaje más usado.

Bases de Datos

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Lenguaje de definición de datos (DDL)

• Notación de especificación para definir el esquema de

la base de datos. El compilador DDL genera un
conjunto especial de tablas denominado diccionario de
datos

• El diccionario de datos contiene metadatos (datos

acerca de los datos)
– Esquema de base de datos
– Lenguaje de almacenamiento y definición de datos

• Especifica la estructura de almacenamiento y los métodos de

acceso utilizados

– Restricciones de integridad
– Autorización

• Restricciones de dominio, Integridad refere