3. El almacenamiento de datos es y ha sido relevante desde
siempre, antes de la era informática los datos eran
capturados y almacenados en documentos y planillas de
todo tipo. Luego, se almacenan por excelencia en planillas
digitales (recordarán Excel, Lotus y Multiplan)1, donde el
problema siempre ha sido el mismo, cómo asegurar el
ingreso de información correcta y cómo estructurar la
información.
Siempre se ha intentado recopilar los datos en forma
ordenada y sistemática de forma que este almacenamiento
contribuya a la extracción de infomación relevante.
Archivos
En el enfoque de archivos tradicionales (documentos) los
datos se almacenan en archivos individuales, exclusivos
para cada aplicación particular.
4. Hoy en día los documentos tradicionales para el
almacenamiento de datos es la planilla de Microsoft Excel
y su competidor más cercano Google Sheet. Muchos
departamentos dentro de organizaciones usan estos
archivos para la carga de datos, la razón sigue siendo su
simplicidad y rápidez para ingresar datos, para usuarios no
necesariamente especialistas en TI.
5. Figura 2.1: Una serie de archivos exporta datos en
formatos más simple de tipo ‘CSV’ para el intercambio de
datos.
La información en estas planillas se ingresa en forma
tabular con conceptos de fila y columnas que se han
agregado también a su uso en las bases de datos.
Es muy fácil ingresar datos en estas planillas de datos y
luego cargar esta información para análisis en programas
de análisis o en bases de datos especializadas.
Generalmente debe exportarse estos datos en un formato
más simple denominado CSV (“comma separated value”).
En estas planillas los datos pueden ser una alta fuente de
error y la actualización de los archivos es más lenta que en
una base de datos. Los problemas de utilización de estas
planillas se resumen en (solo una muestra):
6. redundancia
Al no existir algún tipo de control sobre el ingreso más que
el del usuario, es muy normal que existan este tipo de
errores de duplicidad en los registros.
error de ingreso
Errores comunes en el ingreso manual de datos, errores de
tipo ortográfico, números mal ingresados, etc.
estandarización Es el tipo de error más común y se
ejemplifica en el ingreso de fechas donde a pesar de poder
regir el formato de entrada, no impide que se ingrese otros
formatos que si bien pueden ser correctos, interfieren en la
forma de incluirse en una base de datos. 21-12-2021 o bien
21/02/2021, o 21/2/2021).
seguridad
No hay un control de uso y acceso por usuarios a los datos,
más que el control al archivo físico en el computador local
o servidor.
7. Planillas de Datos
Una mención especial debe hacerse al
respecto del uso de planillas electrónicas
como almacén de datos. Si bien
presentan las desventajas antes
descritas, también permiten en forma fácil
realizar un ingreso de datos masivo y
simple. Y las principales aplicaciones
(Microsoft Excel y Google Sheet) agregan
herramientas de análisis para este tipo de
documento.
8.
9. Sin embargo, no debe confundirse este tipo de documentos
con bases de datos como suele hacerse. Una planilla no
es una base de datos. Contiene datos efectivamente,
pero, constituye un repositorio de datos.
Enfoque de Base de Datos
Gran parte de los errores mencionados anteriormente
pueden ser evitados utilizando una base de datos para la
captura y almacenamiento de datos. Para lograr un efectivo
tratamiento del recurso dato las organizaciones han optado
por trabajar con Bases de Datos que permiten tener un
conjunto de datos relacionados y almacenados en forma
permanente y usados con variados propósitos por múltiples
usuarios y que permiten:
10. Integrar: significa que los diferentes archivos de datos han
sido lógicamente organizados para reducir la redundancia
de datos y facilitar el acceso a ellos.
Compartir: significa que todos los usuarios calificados
tienen acceso a los mismos datos, para usarlos en
diferentes actividades.
En una Base de Datos este conjunto de datos relacionados
(actualmente también incluye procedimientos y funciones
que operan sobre esos datos) son almacenados en forma
permanente y usados con variados propósitos por múltiples
usuarios.
En forma de síntesis se puede definir una base de datos
como
Elementos
Personal
11. Desarrolladores de Sistemas o Aplicaciones: personas
como analistas de sistemas y programadores que diseñan
nuevos programas de aplicación.
Administradores de Base de Datos: profesional
responsable por el diseño de la base de datos y por fijar
normas que resguardan la seguridad e integridad de ella.
Usuarios Finales: personas de la organización que
agregan, borran y modifican datos en la base de datos y
que consultan o reciben información desde la base de
datos.
Operacionales
Sistema Administrador de Base de Datos: El SGBD o
DBMS es un software (conjunto de programas) que permite
manejar una o más Bases de Datos que facilita el proceso
de definir, construir y manipular Bases de Datos. Sus
12. principales funciones son: Definición de Datos (se puede
realizar a través del lenguaje de definición de datos o DDL)
que provee el DBMS.
Manipulación de Datos: permite almacenar, modificar y
recuperar los datos de la Base de Datos. Esto se logra a
través del lenguaje de manipulación de datos o DML
provisto por el SGBD.
Seguridad de Datos: el SGBD provee de mecanismos
para controlar el acceso y para definir qué operaciones
puede realizar cada usuario. Además, debe proveer de
mecanismos de respaldo y recuperación de la Base de
Datos, También debe manejar el acceso concurrente a la
Base de Datos.
Base de Datos: Es el lugar físico donde quedan los datos
de un usuario. Puede ser una Base de Datos Centralizada
(completamente almacenada en un computador central) o
13. una Base de Datos Distribuida (donde los datos están
almacenados en distintos nodos de una red).
Repositorio: Lugar donde quedan las definiciones de los
datos, formatos de pantallas, reportes y definiciones de
otros sistemas de la organización. Se le conoce también
con el nombre de Diccionario de Datos.
Interface Usuarios/Sistema: Consiste de lenguajes o
paquetes generadores de interfaces, reportes, etc. que
permiten a los usuarios interactuar con la Base de Datos.
Programa de Aplicaciones: Programas computacionales
usados para crear y mantener las Base de Datos, además
para proveer información a los usuarios.
Herramientas CASE (Computer-Aided Software
Engineering): En un nivel más alto estas son herramientas
automatizadas que apoyan el desarrollo de software,
14. especialmente en lo que respecta al diseño de la Base de
Datos y sus programas de aplicación.
Sistemas Gestores de Bases de Datos
Las principales funciones del Sistema Gestor de Bases de
datos SGBD (en inglés Database Management System,
“DBMS” o también Relational Database management
System, “RDBMS”, se aplicará ene ste libro DBMS en
forma indistinta) son:
Definición de Datos: (se puede realizar a través del
lenguaje de definición de datos o DDL) que provee el
DBMS.
Manipulación de Datos: permite almacenar, modificar y
recuperar los datos de la Base de Datos. Esto se logra a
través del lenguaje de manipulación de datos o DML
provisto por el DBMS
15. Seguridad de Datos: el DBMS provee de mecanismos para
controlar el acceso y para definir qué operaciones puede
realizar cada usuario. Además, debe proveer de
mecanismos de respaldo y recuperación de la Base de
Datos, También debe manejar el acceso concurrente a la
Base de Datos.
Funciones Generales
Permitir a los usuarios almacenar datos, acceder a ellos y
actualizarlos, ocultando su estructura física.
Proporcionar un catálogo (diccionario de datos) accesible
por los usuarios.
Proporcionar un mecanismo que garantice el
procesamiento de las transacciones.
Proporcionar un mecanismo que realice el control de la
concurrencia.
Proporcionar un mecanismo para recuperación ante fallos.
16. Proporcionar un mecanismo de seguridad.
Integrarse con algu
́n software de
comunicación.
de mantener las reglas de
Encargarse
integridad.
Encargarse de mantener la independencia
entre los programas y la estructura de la base
de datos.
Proporcionar herramientas para administrar la
base de datos.
18. El procesador de consultas
Es el componente principal de un SGBD. Transforma las
consultas en un conjunto de instrucciones de bajo nivel que
se dirigen al gestor de la base de datos.
El gestor de la base de datos
Es la interface con los programas de aplicación y las
consultas de los usuarios. El gestor de la base de datos
acepta consultas y examina los esquemas externo y
conceptual para determinar qué registros se requieren para
satisfacer la petición. Entonces el gestor de la base de
datos realiza una llamada al gestor de archivos para
ejecutar la petición.
19. El gestor de archivos
El gestor de archivos o motor de almacenamiento (storage-
engine) maneja los archivos en disco en donde se almacena la
base de datos y se encarga de almacenar, manejar y recuperar
la información contenida en una tabla. Este gestor establece y
mantiene la lista de estructuras e índices definidos en el
esquema interno. Si se utilizan archivos dispersos, llama a la
función de dispersión para generar la dirección de los registros.
Pero el gestor de archivos no realiza directamente la entrada y
salida de datos. Lo que hace es pasar la petición a los métodos
de acceso del sistema operativo que se encargan de leer o
escribir los datos en el buffer del Sistema. Sin embargo, los hay
que gestionan en forma autónoma los archivos relacionados
con la base de datos. La gestión de archivos es dependiente
del tipo de motor de base de datos que se utilice. La gestión de
archivos es dependiente del tipo de motor de base de datos que
se utilice2.
20. MyISAM
En MySQL si se utiliza el que esta por defecto MyISAM,
cada tabla se almacena en tres (3) archivos distintos (.frm
.MYD .MYI). Esta permite una mayor velocidad al recuperar
la información de las tablas por lo que se utiliza en
aplicaciones donde predomina la lectura mediante el uso
de “SELECT” que las escrituras mediante UPDATE o
INSERT. No realiza comprobaciones de integridad
referencial ni ejecuta bloqueo de filas pero si de tablas. Por
ello no admite transacciones.
InnoDB
Por otro lado si se requieren características ACID, soportar
modelo InnoDB para el almacenamiento. Este es
indicado para aplicaciones con preponderancia
transacciones y el bloqueo de registros se utiliza el
el
de
escrituras con INSERT o UPDATE.
21. InnoDB permite un almacenamiento transaccional con
capacidad de confirmación (COMMIT) y de cancelación
(ROLLBACK) además de recuperación ante fallos.
También efectúa bloqueos a nivel de filas.
Memory
Crea tablas en memoria por lo que es bastante rápido. No
admite transacciones y se utiliza para crear tablas
temporales y busquedas rápidas. Como esta basado en
memoria los datos se pierden al reiniciar la base de datos.
ASM
Oracle utiliza un sistema de gestión de archivos más
compleja denominado Automatic Storage Management
(ASM)3 pero que facilita la administración. Implementa
archivos para diversas funciones (archivos de control, de
datos, de parámetro, de contraseñas, de recuperación, de
22. recuperación en línea, de archivado de recuperación en
línea, y registros de alertas y archivos de seguimiento) y un
gestor ASM que organiza todos los archivos y discos para
que trabajen como una sola entidad.
En el caso que una instancia ASM del clúster falla, Oracle
‘Clusterware’ inicia una instancia de ASM en sustitución en
un nodo diferente del clúster para mantener “ASM
Cardinality”, representa un modelo de “failover” de
instancias ASM.
23. El preprocesador del LMD
Lenguaje de Manejo de Datos. Convierte las sentencias del
LMD embebidas en los programas de aplicación, en llamadas
a funciones estándar escritas en el lenguaje anfitrión. El
preprocesador del LMD debe trabajar con el procesador de
consultas para generar el código apropiado.
El compilador del LDD
Lenguaje de Definición de Datos convierte las sentencias del
LDD en un conjunto de tablas que contienen metadatos.
Estas tablas se almacenan en el diccionario de datos. El DDL
sirve para definir estructuras de almacenamiento.
Convierte las sentencias DDL en archivos físicos que
almacenan la estructura lógica, esto es, la información acerca
de los datos que se almacenaran. Tipos de datos, atributos
de las tablas, restricciones y la relación con otras tablas.
24. Diccionario de datos
Contiene la información referente a la
estructura de la base de datos. El gestor del
controla los
de datos y se
diccionario
diccionario
mantenerlo.
componentes
La mayoría
del SGBD
accesos al
encarga de
de los
acceden al
diccionario de datos.
25. Indices
Permiten un rápido acceso a registros que contienen
valores específicos.
Modelo de componentes de Bases de Datos.
26. Ventajas
Mínima Redundancia de Datos: Al integrar los datos en una
sola estructura lógica y almacenando cada ocurrencia de un
ítem de dato en un solo lugar de la Base de Datos, se reduce la
redundancia.
Consistencia de Datos: Al controlar la redundancia de datos,
se reduce enormemente la inconsistencia, dado que al
almacenarse un dato en un solo lugar, las actualizaciones no
producen inconsistencia.
Integración de Datos: En una Base de Datos, los datos son
organizados de una manera lógica que permite definir los
relacionamientos entre ellos.
Compartir Datos: Una Base de Datos es creada para ser
compartida por todos los usuarios que requieran de sus datos;
muchos sistemas de Base de Datos permiten a múltiples
usuarios compartir la Base de Datos en forma concurrente,
aunque bajo ciertas restricciones.
27. Esfuerzo por Estandarización: Establecer la función de
Administración de Datos es una parte importante de este
enfoque, su objetivo es tener la autoridad para definir y fijar
los estándares de los datos, así como también posteriores
cambios de estándares.
Facilitar el Desarrollo de Aplicaciones: Este enfoque
reduce el costo y tiempo para desarrollar nuevas
aplicaciones.
Controles de Seguridad, Privacidad e Integridad: El
control centralizado que se ejerce bajo este enfoque, a
través de la función Administración de Base de Datos,
puede mejorar la protección de datos en comparación con
archivos tradicionales Flexibilidad en el acceso: Este
enfoque provee múltiples formas de recuperación de cada
ítem de dato, permitiendo a un usuario mayor flexibilidad
para ubicar datos que en archivos tradicionales.
28. Independencia de los Datos: Permite cambiar la
organización de los datos sin necesidad de alterar los
programas. Es uno de los objetivos principales del enfoque
de Base de Datos.
Reducción de la Mantención de Programas: Como los
datos son independientes de los programas se reduce la
necesidad de modificar (mantener) los programas aún
cuando existan una modificación constantes de éstos.
Desventajas
Personal Especializado: Generalmente se necesita
contratar o capacitar a personas para convertir sistemas
existentes, desarrollar y estimar nuevos estándares de
programación, diseñar Bases de Datos y administrarlas.
29. Necesidad de Respaldos: Al tener mínima redundancia se
requiere contar con respaldos independientes que ayuden
a recuperar archivos dañados, los DBMS generalmente
proveen de herramientas que permiten respaldar y
recuperar archivos.
Problemas al compartir Datos: El acceso concurrente a
los datos puede causar datos no consistentes o bloqueo de
datos (deadlock). Los DBMS deben ser diseñados para
prevenir o detectar tales interferencias, de una forma que
sea transparente para el usuario.
Conflicto Organizacional: El mantener los datos en una
Base de Datos para ser compartidos, requiere de un
consenso en la definición y propiedad de los datos como
también en la responsabilidad por la exactitud de ellos.
30. ACID
En bases de datos se utiliza el termino ACID para definir a
aquellas que cumplen ciertas características en sus
transacciones. Una transacción es una serie de procesos
que se aplican dentro de una base de datos en forma
secuencial u ordinal y que debe realizarse de una vez y sin
alterar la estructura de los datos.
Una base de datos es cumplimentaria ACID si presenta
estas cuatro propiedades dentro de las transacciones de
una BD:
Atomicidad
Referida a la propiedad que determina que la operación se
haya realizado o no, pero nunca a medias. Se ejecuta la
operación completa con todos sus pasos o no se ejecuta
del todo.
31. Consistencia
Solo se ejecutan las operaciones que no afectan la
integridad de la base de datos. Cualquier operación
que se lleva a cabo será de un estado válido a otro
con datos consistentes.
Aislamiento
(Isolation) Cada operación es única y no afecta a
otras aunque se realicen sobre la misma
información.
Durabilidad
Asegura que la operación una vez realizada, es
persistente y no se podrá deshacer a pesar de fallos
en el sistema.
32. Teorema CAP
El teorema CAP establece algunos atributos deseados en
todo gestor de base de datos que nos permita manejar los
datos con cierta seguridad y confianza en ellos. Son tres
características que los motores de bases de datos tratan
de equilibrar, en el sentido que algunos poseen mayor
fortaleza en alguno de los tres términos
involucrados; consistencia (Consistency), disponibilidad
(Availability), tolerancia a particiones (Partitioning
tolerancy).
Esta regla acuñada por Eric Brewer durante un simposio
de computación distribuida en el año 2000.
C-Consistencia
A- Disponibilidad
P- Tolerancia a particiones
33. Por regla general las bases de datos pueden garantizar
solo dos de los tres atributos lo que origina las siguientes
combinaciones:
CA: Consistencia y Disponibilidad - Se garantiza el
acceso a la información y el valor del dato es consistente
(igual) para todas las peticiones atendidas; de haber
cambios, se mostrarán inmediatamente. Sin embargo, la
partición de los nodos no es tolerada por el sistema de
forma simultánea.
Bases de datos relacionales: MySQL, PostgreSQL, Oracle,
SQL Server, etc.
AP: Disponibilidad y Tolerancia a la partición - Se
garantiza el acceso a los datos y el sistema es capaz de
tolerar (gestionar) la partición de los nodos, pero dejando
en segundo plano la consistencia de los datos, ya que no
34. se conserva y el valor de dato no estará replicado en los
diferentes nodos al instante.
Las bases que adoptan este modelo son principalmente
aquellas construidas para manejar un gran volumen de
datos en entornos distribuidos, con múltiples nodos de
datos interconectados entre sí.
Bases noSQL: MongoDB, DynamoDB, Cassandra
CP: Consistencia y Tolerancia a la partición - Se
garantiza la consistencia de los datos entre los diferentes
nodos y la partición de los nodos se tolera, pero
sacrificando la disponibilidad de los datos, con lo cual, el
sistema puede fallar o tardar en ofrecer una respuesta a la
petición del usuario.
35. La elección de la base adecuada está en directa relación
con lo que el negocio puede aceptar respecto de los datos
administrados. Un ejemplo son los bancos donde
prevalece el modelo CP, esto es, que la información debe
ser siempre consistente y no admitir fallos, y dejando la
disponibilidad en segundo plano. Podemos permitir estar si
acceso a los datos por un tiempo (caso de falla), pero estos
datos no pueden verse alterados de ninguna manera.
Lo anterior tambien aplicará en el entorno sanitario donde
se requiere alta seguridad de los datos administrados por
sobre la disponibilidad (¿cuantas veces ha oído que se ha
caído el sistema?).
36. Modelos BASE
Laboratorio 1
Genere una búsqueda con la información general de
las bases de datos más relevantes en el mercado. Que
responda a las siguientes preguntas:
Nombre y fabricante
Año de creación
Área de uso principal (industrias relevantes)
Características más relevantes
37. Laboratorio 2
Instale en su computador personal los siguientes motores
de bases de datos y programas complementarios.
Postgres
PostgreSQL es un motor de base relacional
https://www.postgresql.org/
PgAdmin4
Es el editor y herramienta de desarrollo más utilizado para
PostgreSQL.
pgAdmin 4 es una reescritura completa de pgAdmin,
construida con Python y Javascript/jQuery. Es un entorno
de ejecución de escritorio escrito en NWjs permite que se
ejecute de forma independiente para los usuarios
individuales, el código de la aplicación web puede ser
38. desplegado directamente en un servidor web para su uso
por uno o más usuarios a través de su navegador web.
https://www.pgadmin.org/
Monitor de actividad.
42. DBeaver
Herramienta gratuita de bases de datos
multiplataforma para desarrolladores,
administradores de bases de datos, analistas y
todas las personas que necesiten trabajar con
bases de datos. Soporta todas las bases de
datos populares: MySQL, PostgreSQL, SQLite,
Oracle, DB2, SQL Server, Sybase, MS Access,
Teradata, Firebird, Apache Hive, Phoenix,
Presto, etc.
https://dbeaver.io/
46. Mongodb
MongoDB es una base de datos distribuida, basada en
documentos y de uso general que ha sido diseñada para
desarrolladores de aplicaciones modernas y para la era de
la nube.
MongoDB es una base de datos documental, lo que
significa que almacena datos en forma de documentos tipo
JSON. Creemos que esta es la forma más natural de
concebir los datos; frente al tradicional modelo de filas y
columnas, esta es mucho más expresiva y potente.
https://www.mongodb.com/try/download/community
https://www.mongodb.com/es/developer-tools
