Fundamentos de Base de Datos: agosto 2020

1.1 Conceptos básicos.

Para poder entender lo que realmente hay dentro de los fundamentos de base de datos, primero hay que comprender los conceptos básicos que hay detrás de la definición y poder tener una conceptualización general. Tales conceptos básicos son:

Dato
Información
Base de datos
Sistema gestor de base de datos
SQL

Un dato es la representación mas simple y simbólica de un atributo o una variable, llámese letra, un numero, sinos de puntuación, etcétera.

La información son todo un conjunto de datos pero procesados, ¿qué quiere decir esto?, que dependiendo a como ocupemos los datos, como los agrupemos o esquematicemos el tipo de información que obtendremos sera diferente y especifica.

Una base de datos es el conjunto de información o de datos almacenados.

Un sistema gestor de base de datos es un software o aplicación que nos permite la creación y administración de una base de datos y que también sirve como un intermediador entre el usuario y el desarrollador.

SQL es uno de los lenguajes estándar oficial que se maneja para todos los gestores de base de datos en general.

Entonces ¿Qué son las bases de datos?, ahora es mas fácil poder responder esto y están simple como una colección de datos organizados y estructurados según un determinado modelo de información que reflejan no solo los datos en si mismos, sino también las relaciones que existen entre ellos.

Generalmente las bases de datos se ven representadas por un cilindro que contiene tablas con datos relacionales.

1.2 Objetivo de las Bases de Datos.

Las bases de datos constituyen una parte integrante y fundamental del sistema de información y tienen su razón de ser en la misma existencia de esté.

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Las necesidades de información de nuestra sociedad actual se dejan sentir de forma cada vez más imperiosa. El problema de la información está estrechamente relacionado con el desarrollo económico y social. La investigación, la planificación y la toma de decisiones exigen una información precisa, oportuna, completa, coherente y adaptada a las necesidades específicas de cada usuario y de cada circunstancia.

El objetivo principal es proporcionar una forma de almacenar y recuperar la información de una base de datos de manera que sea tanto práctica como eficiente ya que los os sistemas de bases de datos se diseñan para gestionar grandes cantidades de información.

1.3 Áreas de Aplicación de los Sistemas de Base de Datos.

El área de aplicación de las bases de datos, más comunes, son para la gestión de empresa, instituciones privadas y públicas, e diversas organizaciones que procesan grandes cantidades de información.

Además, los fundamentos en bases de datos, son de vital importancia, en la actualidad, si es que se busca estudiar o especializarse en “Data science” (ciencia de datos), que incluye áreas super interesantes, como el machine learning, Deep learning, y más de el mundo de la IA (Inteligencia artificial), en la vida cotidiana de las personas lo podemos entrar en áreas específicas que a continuación explicamos:

Creación de actividades de banco de registros de forma colaborativa, bibliográfica, catalogación de especies u objetos etc.

Inserción colaborativa de datos de cualquier tipo para su posterior análisis estadístico.

Líneas aéreas: Información de clientes, horarios, vuelos, destinos, etc.

Universidades: Información de estudiantes (perfiles, carreras, horarios, materias, catedráticos, administrativos, aulas, laboratorios, eventos etc.

En bancos: transacciones, cuentas, clientes, sucursales, movimientos, estados, ganancias, etc.

Telecomunicaciones: para guardar registros de llamadas realizadas, generar facturas mensuales, saldos, pre-pagos etc.

Bibliotecas: Clasificación, posiciones, lugares, folio, autores, etc.

Hospitales: Citas, pacientes, lugares disponibles, agendas, Doctores, enfermeras, camilleros, etc.

Como vemos, en casi cada institución, o empresa, hay un sistema de base de datos, depende de los recursos, de cada entidad, el tamaño, y lo sofisticado que sea, pero sigue estado allí un sistema de base de datos, que se vuele algo muy importante, como lo mencionaba el protagonista de un video de la materia de apoyo, los datos son el “corazón de una empresa/institución/entidad”.

Un dato curioso: En Facebook es almacenado aproximadamente 300 petabytes (quizá más pero no es oficial) de información de sus usuarios, además cada segundo en promedio se registran 8 personas en el mundo. ¡Es sorprendente esa cantidad de información y de datos!, ¿Te imaginas como debe ser su sistema de base de datos?, ¿Lo dimensionas?.

1.4 Modelos de bases de datos.

Un modelo de base de datos muestra la estructura lógica, las relaciones y limitaciones que determinan cómo se van almacenando los datos y cómo se accede a ellos. La mayoría de los modelos de datos se pueden representar por medio de un diagrama acompañante.

Diagram

Existen varios modelos de datos los cuales tienen herramientas que nos permiten relacionar los datos que ingresamos con otros que ya se encuentran almacenados que de tal manera podamos clasificarlos.

Hay muchos tipos de modelos de bases de datos. Algunos de los más comunes incluyen:Modelo de base de datos jerárquico

Modelo entidad-relación
Modelo de base de datos jerárquico
Modelo de red
Modelo relacional
Modelo de base de datos orientado a objetos

Aquí, estos modelos se dividen en dos categorías, modelos de diseño y modelos de representación.

En los modelos de diseño a predominado el modelo de entidad-relación, este modelo capta las relaciones entre entidades del mundo real de forma muy similar al modelo de red, sin embargo se usa frecuentemente para diseñar una base de datos conceptualmente.

Entre los modelos de representación podemos encontrarnos con:

El modelo jerárquico, que fue el primer modelo que apareció, también conocido como modelo de árbol por su estructura, en el que cada registro tiene una única raíz ya que se clasifican en un orden específico, este modelo es bueno para describir muchas relaciones del mundo real.

El modelo de red se basa en el modelo jerárquico que permite las relaciones de varios registros, su estructura se divide en conjuntos donde cada uno de ellos consiste de un registro principal y uno secundario permitiendo la representación de relaciones más complejas.

El modelo relacional actualmente es el mas ocupado ordena los datos en tablas, cada una de las cuales se compone de columnas y filas. Cada columna enumera un atributo de la entidad en cuestión y cada fila incluye datos sobre una instancia específica de la entidad en cuestión.

Tema 1 El Modelo Relacional | Manual de Iniciación a Oracle

El modelo orientado a objetos define una base de datos como una colección de objetos, con funciones y métodos relacionados, hay varios tipos de bases de datos orientadas a objetos, por mencionar algunos:

Los de multimedia incorporan elementos multimedia que no se poeden almacenar en una base de datos relacional.

Los de hipertexto permiten que cualquier objeto se conecte a cualquier otro objeto pero no es ideal para análisis numérico.

Los modelos de base de datos también podremos verlos como: modelos conceptuales que construyen una descripción de la realidad fácil de entender, y modelos lógicos que en sus descripciones de los datos tienen una correspondencia sencilla con la estructura física de la base de datos.

1.5 Clasificación de Bases de Datos.

Las bases de datos pueden clasificarse de varias maneras, de acuerdo al criterio elegido para su clasificación.

Clasificación de base de datos

Según su variabilidad de los datos almacenados:

Las bases de datos estáticas son de sólo lectura, utilizadas primordialmente para almacenar datos históricos, el estudio del comportamiento de un conjunto de datos a través del tiempo.

Las bases de datos dinámicas son en donde la información almacenada se modifica con el tiempo, permitiendo operaciones como actualización y adición de datos, además de las operaciones fundamentales de consulta.

Según el contenido:

Las bases de datos bibliográficas que solo contienen un representante de la fuente primaria, que permite localizar información.

Las bases de datos jerárquicos se coordinan los datos almacenados dependiendo la cantidad de búsquedas a través de un caudal de información.

Las bases de datos red solo son recomendadas y mejor utilizadas por los profesionales en la programación.

Las base de datos transacciones manejan la velocidad, eficacia y eficiencia, con procesos rápidos y neutrales, estas son manejadas por los bancos.

Las bases de datos documentales buscan la información de forma excautiva y con alta probabilidad de resultados positivos en la búsqueda de información.

Los sistemas de datos deductivos utilizan la lógica matemática, permitiendo deducir y relacionar información buscada por el usuario.

1.6 Arquitectura de bases de datos.

El objetivo de la arquitectura de tres niveles es el de separar los programas de aplicación de la base de datos física.

En esta arquitectura, el esquema de una base de datos se define en tres niveles de abstracción distintos.

En el nivel interno se describe la estructura física de la base de datos mediante un esquema interno. Este esquema se especifica mediante un modelo físico y describe todos los detalles para el almacenamiento de la base de datos, así como los métodos de acceso.
En el nivel conceptual se describe la estructura de toda la base de datos para una comunidad de usuarios, mediante un esquema conceptual. Este esquema oculta los detalles de las estructuras de almacenamiento y se concentra en describir entidades, atributos, relaciones, operaciones de los usuarios y restricciones. En este nivel se puede utilizar un modelo conceptual o un modelo lógico para especificar el esquema.
En el nivel externo se describen varios esquemas externos o vistas de usuario. Cada esquema externo describe la parte de la base de datos que interesa a un grupo de usuarios determinados y ocultos a ese grupo el resto de la base de datos. En este nivel se puede utilizar un modelo conceptual o un modelo lógico para especificar los esquemas.

1.7 Arquitectura del SGBD.

Puede facilitar la obtención de la verdadera independencia de datos, tanto física como lógica. Sin embargo, los dos niveles de correspondencia implican un gasto extra durante la ejecución de una consulta o de un programa, lo cual reduce la eficiencia del SGBD. Es por esto que muy pocos SGBD han implementado esta arquitectura completa.

La arquitectura explica el concepto de independencia de datos (modificación en un nivel sin modificar el nivel inmediato superior), se pueden definir dos tipos de independencia de datos:

Conceptual: Esta tiene la capacidad de modificar los datos que se almacenan en la base de datos y conocer su relación que hay entre ellos.

Física: Esta tiene la capacidad de describir como se almacenan los datos (archivos y hadware).

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Si te a servido de utilidad la información que haz encontrado aquí acerca del tema uno de Fundamentos de Base de Datos y te gustaría complementar lo que ya has visto, te invitamos a que nos escuches en el Podcast de Encoders justo aquí: https://bit.ly/31MVMCZ

2.1 El Proceso del Diseño.

Según el capítulo seis del libro de base de datos de la Maestra Mercedes Márquez, el primer paso para construir una base de datos, es realizar un esquema conceptual, ¿pero que es el esquema conceptual?

El esquema conceptual es una representación visual de una base de datos, y se utiliza para representar la realidad a un alto nivel de abstracción mediante. Mediante los modelos conceptuales se puede construir una descripción de la realidad fácil de entender.

Para el caso particular, de nuestra asignatura utilizaremos el esquema Entidad-Relación, y es importante decir que no es el único esquema, pero sí de los más usados, por lo tanto, es el que nos da más documentación al respecto.

El diseño conceptual parte de las especificaciones de los requerimientos de los usuarios, dando como resultado el esquema conceptual. Cabe mencionar, que independientemente del SGBD que se valla a usar, el esquema conceptual será independiente de este.

Cualidades de los esquemas conceptuales.

Para que nuestro esquema conceptual sea lo más optimo, y podamos dar luz verde al siguiente paso, este debe cumplir ciertas cualidades:

Expresividad: deben tener suficientes conceptos para exponer perfectamente la realidad.

Simplicidad: deben ser simples para que los esquemas sean fáciles de entender.

Minimalidad: cada concepto debe tener un significado distinto.

Formalidad: todos los conceptos deben tener una interpretación única precisa y bien definida.

De manera general nuestro modelo no tiene la capacidad de expresar todas las propiedades de una realidad determinada, por lo que hay que añadir afirmaciones que complemente al esquema.

Como mencionábamos el modelo entidad-relación es el modelo conceptual más utilizado en la industria, para el diseño de base de datos. Creado por Peter Pin-Shan Chen, Doctor en Ciencias de la Computación, lo desarrollo cuando trabajaba como profesor adjunto en la Escuela de Administración y Dirección de Empresas Sloan del MIT.

Metodología de diseño conceptual.

Normalmente se construyen varios esquemas conceptuales, cada uno para representar las distintas visiones que los usuarios tienen. Cada una de estas visiones suelen corresponder a las diferentes áreas funcionales, por ejemplo, de una empresa podrían ser: producción, ventas, recursos humanos, etc.

Estas visiones de la información denominadas vistas de usuarios, se pueden identificar de varias formas. Una de ellas es por medio de diagramas de flujo, o la otra opción es a través de entrevistas con los usuarios examinado los procesos, y el funcionamiento del sistema.

A los esquemas conceptuales correspondientes a cada vista de usuario se le denomina esquemas conceptuales locales. Cada uno de estos esquemas se compone de entidades, relaciones, atributos, dominios de atributos, e identificadores. El esquema también tendrá una documentación, que se irá desarrollando con forme avanzamos en el esquema, y las tareas a realizar en el diseño conceptual son las siguientes:

1.- Identificar las entidades.

2.- Identificar las relaciones.

3.- Identificar los atributos y asociarlos a entidades y relaciones.

4.- Determinar los dominios de los atributos.

5.- Determinar los identificadores.

6.- Determinar las jerarquías de generalización (si es que las hay).

7.- Dibujar el diagrama entidad-relación.

8.- Revisar el esquema conceptual local con el usuario.

2.2 Modelo Entidad - Relación.

El modelo Entidad-Relación es el modelo más utilizado para el diseño conceptual de bases de datos y se basa en la existencia de objetos a los que se les da el nombre de entidades, y asociaciones entre ellos, llamadas relaciones. Fue introducido por Peter Chen en 1976 basándose en la percepción del mundo real que consiste en una colección de objetos básicos, denominados entidades, y de relaciones entre estos objetos, utilizando como símbolos principales las siguientes representaciones:

Entidad.

Una entidad es un objeto o cosa abstracta del mundo real que se diferencian entre si. La representación que tiene una entidad se maneja con la figura de un rectángulo. Un conjunto de entidades es un conjunto de entidades del mismo tipo que comparten las mismas propiedades, o atributos. Las entidades individuales constituyen un conjunto llamados extensión.

Atributos.

Los atributos definen o identifican las características de un conjunto de entidades. La designación de un atributo para un conjunto de entidades expresa la información que hay dentro en una entidad. Estos atributos pueden ser de distintos tipos (numéricos, texto, fecha...), estos se representan como elipses que descienden de una entidad.

Dominio.

El dominio son el conjunto de valores que tiene cada atributo en una entidad.

Relación.

la relación es el vínculo que nos permite definir una dependencia entre varias entidades, es decir, nos permite exigir que varias entidades compartan ciertos atributos de forma indispensable mostrándose en los diagramas como rombos, que se unen a las entidades mediante líneas.

Cardinalidad.

La cardinalidad es el número de entidades con la cual otra entidad puede asociar mediante una relación binaria; la cardinalidad puede ser: Uno a uno, uno a muchos ó muchos a uno y muchos a muchos.

Ejemplo:

2.3 Diseño con diagramas E-R.

Es la representación gráfica del Modelo Entidad-Relación y permite ilustrar la estructura de la base de datos del negocio modelado.

Recordando que está compuesto por:

Rectángulos: representan conjuntos de entidades.
Elipses: representan atributos.
Rombos: representan relaciones.
Líneas: unen atributos a conjuntos de entidades y conjuntos de entidades a conjuntos de relaciones.
Elipses dobles: representan atributos multivalorados.
Elipses discontinuas: que denotan atributos derivados.
Líneas dobles: indican participación total de una entidad en un conjunto de relaciones.
Rectángulos dobles: representan conjuntos de entidades débiles.

El conjunto de relaciones prestatario puede ser varios a varios, uno a varios, varios a uno o uno a uno, respectivamente: "1:1", "1:N" y "N:M". Para distinguir entre estos tipos, se dibuja o una línea dirigida (→) o una línea no dirigida (—) entre el conjunto de relaciones y el conjunto de entidades en cuestión.

Ejemplo:

Un modelo ER de Propietarios de Taxis y Conductores.

(UNO ----- MUCHOS)

¿Un Taxi cuantos propietarios tiene?

R/ uno (El uno se pone en PROPIETARIO)

¿Un Propietario cuantos Taxis tiene?

R/ Varios (La N se pone en TAXI)

¿Un taxi cuantos Conductores tiene?

R/ varios (La N se pone en CONDUCTOR)

¿Un conductor Cuantos taxis maneja?

R/ Uno (El Uno se pone En TAXI)

Identificamos las Entidades. Identificamos los atributos de las Entidades.

Identificamos los atributos de las Entidades. Colocamos la cardinalidad de las relaciones.

Recomendaciones.

Dos entidades no se pueden conectar directamente con una línea
No puede haber conexiones entre dos relaciones
Los atributos se asocian a entidades y a relaciones, pero no se asocian a las líneas que las conectan
Cuando una entidad participa en una relación, se debe indicar siempre la cardinalidad con la que participa
Un atributo es una propiedad de una entidad o de una relación. Cada atributo se dibuja sólo una vez en el esquema.
Puede haber nombres de atributos iguales en distintas entidades siempre que tengan significados diferentes.
Los atributos simples se representan mediante círculos pequeños conectados directamente a la entidad o la relación con una línea en la que se especifica la cardinalidad.
Los atributos compuestos se representan mediante un óvalo, especificando su nombre en el interior, y tendrán uno o varios atributos simples conectados directamente a él mediante una línea

2.4 Modelo E-R Extendido.

El modelo entidad/relación extendido describe con un alto nivel de abstracción la distribución de datos almacenados en un sistema. Existen dos elementos principales: las entidades y las relaciones. Las extensiones al modelo básico añaden además los atributos de las entidades y la jerarquía entre éstas. Estas extensiones tienen como finalidad aportar al modelo una mayor capacidad expresiva. El modelo Entidad-Relación extendido o ampliado, incorpora todos los elementos antes vistos en el modelo E-R incluyendo los conceptos de subclase y superclase así como también el concepto de especialización y generalización.

Generalización y Especialización.

La generalización es el resultado de la unión de dos o más conjuntos de entidades, de bajo nivel, para producir un conjunto de entidades de más alto nivel.

La especialización es el resultado de tomar un subconjunto de un conjunto de entidades de alto nivel, para formar un conjunto de entidades de más bajo nivel.

Existen cuatro tipos de especialización :

1.-Especialización Exclusiva: Cada ocurrencia de la superclase solo puede materializarse o existir en una de las especializaciones o subclases.

2.-Especialización Inclusiva: Es cuando una ocurrencia de la superclase puede materializarse en más de una subclase.

3.-Especialización Total: Se da cuando una ocurrencia en la entidad padre o superclase tiene que materializarse obligatoriamente en una de las especializaciones.

4.-Especialización Parcial: La entidad superclase no tiene porqué materializarse en una de las especializaciones.

2.5 La Notación con E-R con UML.

Los diagramas entidad-relación ayudan a modelar el componente de representación de datos de un sistema software. La representación de datos, sin embargo, sólo forma parte de un diseño completo de un sistema.

Otros componentes son modelos de interacción del usuario con el sistema, especificación de módulos funcionales del sistema y su interacción, etc. El lenguaje de modelado unificado (UML, Unified Modeling Language) es un estándar propuesto para la creación de especificaciones de varios componentes de un sistema software. Algunas de las partes de UML son:

Diagrama de clase: Un diagrama de clase es similar a un diagrama E-R.
Diagrama de caso de uso: Los diagramas de caso de uso muestran la interacción entre los usuarios y el sistema, en particular los pasos de las tareas que realiza el usuario.
Diagrama de actividad: Los diagramas de actividad describen el flujo de tareas entre varios componentes de un sistema.
Diagrama de implementación: Los diagramas de implementación muestran los componentes del sistema y sus interconexiones tanto en el nivel del componente software como el hardware.

El Lenguaje Unificado de Modelado (UML) fue creado para forjar un lenguaje de modelado visual común y semántica y sintácticamente rico para la arquitectura, el diseño y la implementación de sistemas de software complejos, tanto en estructura como en comportamiento. UML tiene aplicaciones más allá del desarrollo de software, p. ej., en el flujo de procesos en la fabricación.

Es comparable a los planos usados en otros campos y consiste en diferentes tipos de diagramas. En general, los diagramas UML describen los límites, la estructura y el comportamiento del sistema y los objetos que contiene.

UML no es un lenguaje de programación, pero existen herramientas que se pueden usar para generar código en diversos lenguajes usando los diagramas UML. UML guarda una relación directa con el análisis y el diseño orientados a objetos.

UML y su función en el modelado y diseño orientados a objetos.

Hay muchos paradigmas o modelos para la resolución de problemas en la informática, que es el estudio de algoritmos y datos. Hay cuatro categorías de modelos para la resolución de problemas: lenguajes imperativos, funcionales, declarativos y orientados a objetos (OOP). En los lenguajes orientados a objetos, los algoritmos se expresan definiendo 'objetos' y haciendo que los objetos interactúen entre sí. Esos objetos son cosas que deben ser manipuladas y existen en el mundo real. Pueden ser edificios, artefactos sobre un escritorio o seres humanos.

Los lenguajes orientados a objetos dominan el mundo de la programación porque modelan los objetos del mundo real. UML es una combinación de varias notaciones orientadas a objetos: diseño orientado a objetos, técnica de modelado de objetos e ingeniería de software orientada a objetos.

UML usa las fortalezas de estos tres enfoques para presentar una metodología más uniforme que sea más sencilla de usar. UML representa buenas prácticas para la construcción y documentación de diferentes aspectos del modelado de sistemas de software y de negocios.

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Si te a servido de utilidad la información que haz encontrado aquí acerca del tema dos de Fundamentos de Base de Datos y te gustaría complementar lo que ya has visto, te invitamos a que nos escuches en el Podcast de Encoders justo aquí: https://bit.ly/3j6ZY6H

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Bienvenida.

Presentación.

Objetivos.

1.1 Conceptos básicos.

1.2 Objetivo de las Bases de Datos.

1.3 Áreas de Aplicación de los Sistemas de Base de Datos.

1.4 Modelos de bases de datos.

1.5 Clasificación de Bases de Datos.

1.6 Arquitectura de bases de datos.

1.7 Arquitectura del SGBD.

2.1 El Proceso del Diseño.

Cualidades de los esquemas conceptuales.

Metodología de diseño conceptual.

2.2 Modelo Entidad - Relación.

Entidad.

Atributos.

Dominio.

Relación.

Cardinalidad.

2.3 Diseño con diagramas E-R.

Recomendaciones.

2.4 Modelo E-R Extendido.

Generalización y Especialización.

2.5 La Notación con E-R con UML.

UML y su función en el modelado y diseño orientados a objetos.

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