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  1. 1. BASES DE DATOS Tutorial creado por Silvia y Quasi / Javier Fernández Rivera http://ircorion.net | javier@ircorion.netSISTEMAS GESTORES DE BASES DE DATOS Dentro de un sistema de información, la información se puede agrupar yalmacenar en ficheros a medida que crecen las necesidades de información en laempresa se van creando nuevos programas, para acceder a nuevos datos e integrar esainformación con los datos existentes. Además los diferentes departamentos de una empresa pueden compartir losmismos datos o utilizar datos diferentes y cada departamento va a tener sus propiosprogramas. En un momento determinado en el tiempo tenemos que crear programas queintegren los distintos departamentos y mantengan la información actualizada. Estoimplica una tarea dificultosa ya que los datos contenidos en los ficheros tienen unformato determinado y no todos los programas están realizados en el mismo lenguaje deprogramación, lo cual puede provocar un aislamiento de los datos. Esto implica quemuchas veces se producen repeticiones de información en diferentes ficheros queprovocaron redundancias. La redundancia puede provocar problemas de integridad yconsistencia.1. PROBLEMAS EN LA GESTIÓN CON FICHEROS DE DATOS Los principales problemas de los sistemas de gestores de ficheros los podemosagrupar en dos tipos:A) PROBLEMAS RESPECTO A LOS ARCHIVOS • Necesidad de controlar la integr idad semántica • Control de autorizaciones, que consiste en evitar accesos indebidos a los datos por lo que a cada usuario se le da un nombre de usuario y una clave. Pero como hay muchos ficheros hay que controlar todos los ficheros por lo que habría que dar en sitios diferentes distintas contraseñas. A la hora de quitar los permisos hay que quitarlos en todos los sitios. 1
  2. 2. BASES DE DATOS • No hay control de concurrencia( acceden muchas persona a los mismos datos) en el acceso a ficheros. Si acceden desde varios programas no podemos controlar la concurrencia.B)PROBLEMAS CON RESPECTO A LOS DATOS • Redundancia: repetición de datos en el mismo sitio. • Inconsistencia: hay datos redundantes pero no dicen lo mismo. • Aislamiento: cuando hay datos almacenados a los que es difícil acceder.2. CONCEPTO DE BASES DE DATOSLa aparición de la expresión de bases de datos se produce en los años 60 y en el año1963 tuvo lugar en Santa Monica un simposium en cuyo título se encontraba laexpresión Data Base. En este congreso se propuso una definición de base de datos queno fue admitida universalmente. En el año 1967 el grupo Codasyl decide cambia denombre y pasar a llamarse Data Base Task Group. Existen múltiples definiciones debases de datos. Todas las definiciones de bases de datos coinciden en que una base dedatos es un conjunto, colección o deposito de datos almacenados en un conjunto deinformación no volátil.2.1CARACTERÍSTICAS DE LAS BASES DE DATOS a) Los datos están interrelacionados y estructurados de acuerdo con un modelocapaz de recoger el máximo contenido semántico. b)La redundancia de los datos debe ser controlada de forma que no existanduplicaciones perjudiciales ni innecesarias y que las redundancias físicas (referidas alalmacenamiento; modifica automáticamente el sistema) conve nientes muchas veces, encaso de existir sean tratadas automáticamente por el mismo sistema y que puedan existirinconsistencias. Esto se suele expresar de forma que no puede existir redundancia lógicaaunque si se admite cierta redundancia física. A todo esto se le llama redundanciacontrolada por el sistema. c)Independencia tanto física(datos almacenados en dos sitios diferentes) comológica de los datos. d) la definición o descripción del conjunto de datos contenidos en la base dedatos, esto es lo que se suele llamar estructura o esquema de una base de datos debe serúnica y estar integrada con los mismos datos. 2
  3. 3. BASES DE DATOSDespués de haber enunciado estas características podemos definir una base de datoscomo una colección o deposito de datos integrados, almacenados en un soportesecundario y con redundancia controlada, los datos han de ser compartidos pordiferentes usuarios y aplicaciones, deben mantenerse independientes de ellos y sudefinición única y almacenada junto con los datos se ha de apoyar en un modelo dedatos el cual ha de permitir captar las interrelaciones y restricciones existentes en elmundo real. Los procedimientos de actualización y recuperación comunes y biendeterminados facilitarán la seguridad del conjunto de datos. Se define sistema gestor de bases de datos como el conjunto de programas quepermiten la implantación, acceso y mantenimientos de la base de datos.Al SGBD junto con la base de datos y los usuarios se le llama sistema de base de datos.Las bases de datos tienen una serie de inconvenientes que vamos a citar: a)Instalación costosa b)Coste elevado c)Se necesita personal especializado d)Los conocimientos que resultan imprescindibles para una correcta y eficazutilización y sobretodo para el diseño y administración de la base de datos implican unanecesidad de personal especializado. e)implantación larga y difícil. f)falta de rentabilidad a corto plazo g)Escasa standarización en el software h)Desfase entre la teoría y la práctica(+ avanzada la teoría).3.NIVELES DE ABSTRACCIÓN DE UNA BASE DE DATOSExisten dos estructuras distintas que son: a)Lógica: vista del usuario. b)Física: forma en que se encuentran los datos en el almacenamiento.En las bases de datos aparece un nuevo nivel que se ha denominado nivel conceptual,lógico global. Esta estructura está entre las otras dos y pretende una representaciónglobal de los datos que se interponga entre las estructuras lógicas y físicas de la 3
  4. 4. BASES DE DATOSarquitectura a dos niveles, siendo independiente, tanto del equipo como de cada usuarioen particular. Puedes modificarlo sin conocer la estructura.Estructura lógica de usuario o esquema externo: es la visión que tiene de la base dedatos cada usuario en particular. Hay una estructura lógica de usuario. Puede serhuésped o autocontenido.Estructura lógica global: Tb. llamada esquema conceptual es la visión global de losdatos incluyendo la descripción de todos los datos y las interrelaciones entre ellas, asícomo las restricciones de integridad y confidencialidad .Forma en que se organizan losdatos en el almacenamiento físico.Estructura física: Es el esquema interno. El contenido del esquema interno dependemucho de cada SGBD, podemos distinguir tres aspectos que deben especificarse en él: a)Estrategia de almacenamiento: Incluye la asignación de espacios dealmacenamiento para el conjunto de datos. También hay que indicar donde están esosdatos para optimizar tiempos de respuesta y espacio de memoria secundaria b)Camino de acceso: Especificación de las claves, índices y punteros. c)Varios: El administrador de la base de datos debe especificar: 1)Dispositivos de memoria: donde se almacenan el tamaño de página,número de páginas asignadas a cada área de almacenamiento, tamaño de las áreas deE/S (buffers). 2)Organización física: de cómo se van a almacenar los datos en el discopara conseguir los mejores tiempos de respuesta, los controles de acceso 4.EL SGBD COMO INTERFACE ENTRE EL USUARIO Y LA BASE DE DATOS Habitualmente en una empresa (sistema de información) existen tres niveles degestión que son: a)Operacional: tareas administrativas básicas b)Nivel táctico: Gestión de la empresa, de que se cumplan los objetivosgenerales. c)Nivel estratégico: Se encarga de la elaboración de planes y la elaboración deobjetivos generales. 4
  5. 5. BASES DE DATOS Estrategia S B. DE G B DATOS Táctico D Operacional DISCOLos distintos usuarios de una base de datos podiamos clasificarlos en: A)Usuarios informáticosèQue tienen a su cargo las tareas de creación ymantenimiento de la base de datos, así como la realización de los procedimientos yprogramas que necesiten los usuarios finales. Entre los usuarios informáticos podemosdistinguir varios tipos: a)DiseñadoresèTienen la responsabilidad de identificar los datos que han deestar contenidos en la base de datos de acuerdo con las necesidades que les manifiesten 5
  6. 6. BASES DE DATOSlos usuarios, así como determinar las estructuras necesarias para conseguir estasnecesidades(objetivos). Dentro de los diseñadores podemos distinguir dos tipos: • Diseñadores lógicosèDeben ser capaces de determinar que tipo de datos deben estar contenidos en la base y conseguir plasmar el punto de vista del conjunto de usuarios en las estructuras lógicas más adecuados para estos. Para ello deben mantener constantes entrevistas con los usuarios(incluida la dirección) a fin de que la base de datos represente lo más fielmente el mundo real que se trata de recoger. o Diseñador físicoèSu objetivo es transformar las estructuras lógicas en físicas que proporcionen la mayor eficiencia de cara a la máquina, minimizando el tiempo de respuesta y el consumo de recursos. Muchas veces está tarea es realizada por el administrador. b)AdministradoresèTienen como misión vigilar y gestionar los datos de formaque no pierdan ni la integridad , confidencialidad y disponibilidad. c)Analistas y programadoresèTienen a su cargo el análisis y la programaciónde las tareas que no pueden ser llevadas a cabo por los usuarios finales facilitándoles aestos los programas o herramientas necesarias.B)Usuarios finalesèPersonas que tienen que tienen que acceder a los datos quenecesitan. Existen diferentes tipos de usuarios que son: a)HabitualesèSuelen tener formación por parte de los analistas y/oprogramadores. b)EsporádicosèNo necesitan estar continuamente utilizando la base de datos.Hay que tenerles preparados los programas.5.CONCEPTOS Y PRINCIPALES FUNCIONES DE UN SGBDSe puede definir un SGBD como un conjunto coordinado de programas,procedimientos, lenguajes...etc que suministra a los distintos tipos de usuarios losmedios necesarios para describir y manipular datos almacenados en la base de datosgarantizando su seguridad. Las operaciones típicas que deben realizar un SGBDpodriamos agruparlas en : A)Las que afectan a toda la base de datos: • Creación 6
  7. 7. BASES DE DATOS • Reestructuración • Consulta a todos los datos B)Las que afectan a registros concretos: • Operaciones de actualización(Inserción, borrado y modificación) • Consulta selectivaLas funciones esenciales de un SGBD son la función de: A)Descripción o definiciónèEs la que permite al diseñador especificar loselementos que integra la Base de datos, su estructura y las relaciones existentes entreellos, las reglas de integridad así como las características de tipo físico y las vistaslógicas de los usuarios. Está función la realiza el lenguaje DDL de definición de datospropio de cada SGBD. Debe suministrar los medios para poder hacer lo anterior B)ManipulaciónèUna vez creada la base de datos debemos realizar lasoperaciones necesarias para cargar datos dentro de la estructura de datos así como pararecuperar información. La operaciones de manipulación se suelen agrupar en: • Operaciones de consulta ü Selectiva : Para localizar los registros que cumplan una determinada condición. ü global :Todos los datos de la base • Operaciones de actualización ü modificar ü crear ü borrarLa función de manipulación permite a los usuarios de la base de datos realizar lasoperaciones anteriores siempre respetando las especificaciones y normas de seguridaddictadas por el administrador. La función de manipulación de datos (DML) que facilitalos instrumentos necesarios para realizar estas tareas, a veces el DML es un lenguajehuésped que se escribe en un lenguaje anfitrión.Lenguaje huéspedèAquel que se mete dentro de otro lenguaje. Conjunto de comandos 7
  8. 8. BASES DE DATOSLenguaje anfitriónèLenguaje de programación.Otras veces se trata de un lenguaje de autocontenido que no precisa apoyarse en ningúnotro lenguaje, ya que dispone el mismo del conjunto de instrucciones necesarias parallevar a cabo tanto la actualización como la recuperación de los datos. Este lenguaje estáorientado a los usuarios no informáticos, suelen usarse de forma interactiva.La mayoría de los SGBD actuales atienden la función de manipulación mediante ambostipos de lenguajes huéspedes y autocontenidos. C)ControlèEstá función proveé la interface que necesitan los diferentesusuarios para comunicarse con la base de datos y proporciona un conjunto deprocedimientos para el administrador. Está función debe proveer un conjunto de tareaspara facilitar la labor del administrador. En la mayoría de los SGBD existen funcionesde servicio como cambiar la capacidad de los ficheros y principalmente las relacionadascon la seguridad física(copias de seguridad, rearranque en caso de caída del sistema) yla seguridad lógica( se refiere a autorizaciones de acceso a la base de datos, que soloaccedan los que tienen permiso. 6.LENGUAJES DE LOS SGBD Los SGBD han de cumplir diferentes funciones por lo que es necesariodisponer de diferentes tipos de lenguajes, unos orientados hacia la función y otrosdirigidos a los diferentes tipos de usuarios o de aplicaciones. Si atendemos al tipo de función podemos distinguir entre lenguajes de definicióny lenguajes de manipulación. Si atendemos al tipo de usuario distinguiremos entreusuarios informáticos y usuarios finales, dentro de estos últimos distinguiremos: a)Aplicaciones formalizables: muy repetitivos en periodos fijos. Elprogramador se encarga en general de escribir los correspondientes programas, quemuchas veces se someten a tratamientos de proceso por lotes, con periodicidadfija(emisión diaria de recibos, obtención mensual de nómina, etc.) o a un tratamientointeractivo(consultas). b)Aplicaciones no formalizables: No tienen ningún periodo de repetición. Noresulta rentable escribir un programa y es más conveniente que el usuario final resuelvala consulta mediante los instrumentos que el SGBD pone a su alcance. Tipología de los lenguajes de los SGBD 8
  9. 9. BASES DE DATOS Definición Por tipo de función Manipulació n Informáticos Por tipos de usuarios y de aplicaciones Aplicaciones formalizables Finales Aplicaciones no formalizables6.1Lenguajes de definición de datos El administrador ha de disponer de los instrumentos que le permitan describir losdatos con facilidad y precisión, especificando las diferentes estructuras. Esto es lo quese llama un lenguaje de definición de datos. El SGBD tendrá que facilitar medios paradescribir la estructura lógica global(todos los campos de la base de datos, lasinterrelaciones entre ellos), para hacer especificaciones relativas a la estructurainterna(como se almacena en disco) y para declarar las estructuras externas que seannecesarias para el desarrollo de las diferentes aplicaciones que se necesiten. Las vistasexterna son visiones lógicas de lo que hay. Los lenguajes de definición de datos son deautocontenido.El lenguajes de definición de la estructura lógica global tiene que ser un lenguajeautocontenido. No pueden estar aislados las estructuras de los datos.6.2Lenguajes para la manipulación de datos 9
  10. 10. BASES DE DATOS Deben disponer de la posibilidad de referirse a determinados conjuntos de datosque cumplan ciertas condiciones. Los lenguajes de manipulación de datos pueden serlenguajes huésped o autocontenido.Estructura de un programa escrito en lenguaje anfitrión que llama a un lenguaje huésped SENTENCIAS DECLARATIVAS Área gestión E/S con la base de datos SENTENCIA MANIPULACIÓN DE DATOS SentenciasEjemplo de sentencia enaSQL autocontenido Llamada base de datos a través DML SELECT nombre, apellido FROM alumnos Where faltas>10 (no formalizables)7.FACILIDADES PROPORCIONADAS POR LOS SGBD Hoy en día además de las facilidades suministradas por los lenguajes demanipulación y definición, los SGBD deben disponer de facilidades deteleproceso(proceso a distancia). En estos casos o bien los propios sistemas disponen deesa función de teleproceso o el fabricante debe incluir alguna utilidad para hacerlo8.INTERACCIÓN DEL USUARIO CON EL SGBD 10
  11. 11. BASES DE DATOS Los usuarios de la base de datos sean diseñadores, administradores, informáticoso usuarios normales deben disponer de un conjunto de medios incluidos en el SGBDque les permite interactuar con la base.El diseñador ha de tener la posibilidad de realizar la definición de los datos a nivellógico tanto de forma global como de forma externa, así como a nivel físico.El administrador debe disponer de los instrumentos que le ofrezcan facilidades para lacreación, optimización, copias de seguridad...etc. Estás facilidades se suministranmediante un conjunto de procedimientos que varían según el SGBDEl, usuario informático que interactúa con la base de datos mediante un lenguajehuésped no le incumbe ni la descripción física ni lógica. Tampoco se le debería permitirrealizar vistas externas que las debería hacer el administrador, pero en la práctica se lesuelen permitir hacer estás vistas externas para que las incluya en sus programas através de los lenguajes huésped. En cuanto al lenguaje de manipulación de datos, losinformáticos suelen disponer de uno o varios lenguajes anfitriones, además degeneradores de informes y otras ayudas de programación. Los administradores tambiénpueden utilizar lenguajes autocontenidos aunque no es lo habitual, ya que se logra unamayor eficiencia utilizando lenguajes anfitriones.Los usuarios no informáticos se han dividido en dos grupos unos cuyas necesidades deinformación pueden concretarse y formalizarse de antemano y otros usuarios para losque no es posible formalizar este proceso. Por otra parte están los no formalizables, enlos que el SGBD suelen disponer de un lenguaje autocontenido que trabaje de modointeractivo(trabaja directamente con el servidor).9.INTERACCIÓN ENTRE EL SGBD Y EL SISTEMA OPERATIVO Desde la perspectiva del sistema de información el SGBD es un programa desoftware. El funcionamiento del SGBD está muy relacionado con el sistema operativoaunque cada sistema gestor de base de datos dependiendo del diseño y de la plataformaen que trabaje va a tener unas características propias y un modo de funcionamientoespecífico por lo que no es posible un análisis pormenorizado de dicho funcionamiento,ya que este habria que realizarlo para un SGBD en concreto.Si comparamos la forma en que trabajan los programas de aplicación basados en unsistema de ficheros o los que tienen una base de datos encontramos multiplesdiferencias. 11
  12. 12. BASES DE DATOSEn los basados en sistemas de ficheros suele ocurrir que cada aplicación tiene su propiofichero y suelen crear ficheros temporales. Esto implica que la aplicación va a tener queacceder a funciones incluidas en el SO.En los sistema que utilizan bases de datos las aplicaciones se desarrollan mediante unSGBD que a su vez suele estar integrado o apoyarse en el SO.Comparación entre la forma de acceso a un fichero y a una base de datos PROGRAMA DE APLICACIÓN SGBD Base fichero De datos SO10.STANDARIZACIÓN DE LA ARQUITECTURA DE LOS SGBDA principios de los años 70, se crean una serie de grupos para la standarización de lasbases de datos, dentro de los cuales podemos distinguir el grupo Codasyl y elANSI/X3/SPARC.La standarización de los SGBD permite conseguir que una vez desarrollado un sistemae instrumentado en un determinado SGBD, el cambio de uno a otro sistema no suponganingún nuevo diseño de la base de datos ni transformación de la información.10.1Actividades de ISO 12
  13. 13. BASES DE DATOSANSI es una parte de ISO, comité americano que forma parte de ISO. ISO viendo laevolución de las bases crea un comité de datos del que forma parte todos los organismosnacionales. Este comité se llama JTC1.Las funciones principales de este grupo son: • Lenguajes de base de datos: Se ocupa del NDL(lenguaje para bases de datos en red) y del SQL para bases de datos relacionales. • Modelos de referencia : proporciona un marco conceptual para los sistemas de base de datos, identificando funciones, procesos e interfaces, de está forma se provee una base común para el desarrollo de stándares en está área , facilitando su coordinación. • Acceso remoto a datos(RDA):Estudia el comportamiento de un servidor de base datos de forma que se puedan establecer los servicios y protocolos de comunicaciones para que los usuarios puedan acceder remotamente a los servidores.10.2Actividades de Codasyl El grupo codasyl se dedica a definir lenguajes de manipulación y gestión(DDMy DML) que han sido aplicados a diversos SGBD. Sin embargo al no ser un grupo conrespaldo oficial, algunos constructores importantes como IBM no han seguido estánormativa.10.3Actividades del Grupo ANSI/X3/SPARCEsta Grupo forma parte de ANSI(American National Standards Institute) del grupoJTC1 . Este grupo se caracteriza por aportar como innovación la arquitectura de tresniveles :Físico ,lógico, conceptual.La arquitectura a tres niveles de ANSI/SPARC responde positivamente a las exigenciasde flexibilidad ,independencia y capacidad de evolución La transformación del esquemaconceptual por cambios en el sistema de información de la empresa , siempre que nosean muy drásticos, será admitida por el SGBD de forma que no haya que realizarninguna modificación en el nivel externo. Otra de las ventajas es que al introducircambios en el esquema interno(físico) solo afectará a procesos del SGBD sin tener querealizar ningún cambio en el SGBD. 13
  14. 14. BASES DE DATOSLa organización ANSI/X3/SPARC creo lo que se llama un modelo de referencia(MR)para la standarización de los SGBD . Se entiende por MR , una estructura conceptualque facilita el trabajo de standarización, identificando una serie de componentes yviendo como se interrelacionan..Para alcanzar los objetivos deseados en el estudio del MR , esto es hacer compatibleslos distintos SGBD, crear un sistema de evaluación y comparación de SGBD, el MRdebe cumplir una serie de requisitos que son: • Adaptación al desarrollo tecnológico. • Unificación de los modelos de datos. • Simplificación de la arquitectura ANSI/SPARC...etc.El MR está compuesto por las siguientes partes: • El sistema de control de transformación de datos que es el Kernel(núcleo) del SGBD. • Lenguaje de datos(LD), que permite a los usuarios y a los procesadores especificar sus peticiones para la recuperación y actualización de los datos por el SGBD. • Lenguaje de datos interno(LD-i), que permite el uso de los servicios de los procesadores que soportan el funcionamiento de los SGBD, en especial los del SO.Interfaces entre el SGBD y su entorno L L D STCD D SO i Programas para lo Kermel hacer informes que podemos ver11.CONCEPTO DE INDEPENDENCIA FÍSICO/LÓGICA EN RELACIÓN CON LA ARQUITECTURA 14
  15. 15. BASES DE DATOS La flexibilidad y versatilidad de que ha de estar dotado todo sistema deinformación es muy difícil, si no imposible, de alcanzar con la orientación haciaficheros propia de los primitivos sistemas de gestión de datos. La flexibilidad yversatibilidad que debe proponer un SGBD implica que los cambios en las estructurasde datos tengan una repercusión mínima en los programas de aplicación y viceversa. Elconcepto de independencia de los datos implica la separación entre el almacenamiento yla organización lógica de los datos.En relación con la independencia es posible considerar tres aspectos: • Infuencia en la arquitectura del SGBD(niveles de abstracción) • Características físicas o lógicas que implican el grado de dependencia. Esto es donde se indica cuales son las características que se pueden modificar en cada uno de los grados de abstracción sin que esto influya a otros niveles. A más grado de independencia mejor • La fase o etapa del proceso en la que se efectua la correspondencia o transformación(MAPPING) entre los distintos niveles.El concepto de independencia es visto por ANSI de la siguiente forma: La independencia de los datos es la capacidad de un SGBD para permitir que lasreferencias de los datos almacenadas especialmente en los programas y en susdescripciones estén aisladas de los cambios y de los diferentes usos en el entorno de losdatos como puede ser la forma como se almacenan los datos, el modo de compartirlos ycomo se relacionan 15

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