Bases de Datos I Introducción - Facultad de …hp.fciencias.unam.mx/~alg/bd/introduccion.pdfBases...

Bases de Datos IIntroduccion

Dra. Amparo Lopez Gaona

Posgrado en Ciencia e Ingenierıa de la ComputacionFac. Ciencias, UNAM

Dra. Amparo Lopez Gaona () Bases de Datos IIntroduccionPosgrado en Ciencia e Ingenierıa de la Computacion Fac. Ciencias, UNAM 1

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Introduccion

El mundo esta lleno de datos:

Pacientes/Doctores.

Alumnos/Profesores.

Cuentas bancarias.

Deportistas /Deportes.

Actores/Pelıculas.

Recetas de cocina.

Superheroes, etc.

¿Que queremos hacer con ellos?

Consultarlos.

Actualizarlos.

Con el proposito de obtener informacion.


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Bases de datos en la vida diaria

Compras en la web.

Servicios al cliente.

Servicios bancarios.

Sistema de inscripciones.

Compras en el supermercado.

Prestamos bibliotecarios.

Sistemas de reservaciones.

Sistemas de registros medicos. (hospitalizaciones, expedientes, etc.)

Nominas u otros servicios para empleados.

etc.


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Ejemplo de desarrollo de una aplicacion

Supongamos que requerimos hacer una aplicacion para almacenar/obtenerinformacion acerca de:

Estudiantes

Cursos

Profesores

¿Quien cursa que?¿Quien ensena que?


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Necesidades

¿Que necesidades se tienen?

1 Almacenar los datos por mucho tiempo.

2 Manipular grandes volumenes de datos (cientos de GB).

3 Proteger los datos contra desastres.

4 Proteger los datos contra usos no-autorizados.5 Consultar/actualizar:

¿Quien imparte BD?¿Esta Andrea Lopez en el curso de BD?

6 Permitir acceso simultaneo a cientos o miles de usuarios.

7 Permitir modificar el esquema.


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Caracterısticas del procesamiento dearchivos

Cada usuario define e implementa los archivos necesarios para unaaplicacion especıfica con la subsecuente duplicidad de datos.

Los datos se almacenan en diversos archivos independientes.

Se deben escribir programas para actualizar los archivos.

Inconsistencia en los datos.

Cambios a la estructura de un archivo requieren cambiar todos losprogramas que acceden a este archivo.

Los datos almacenados se pueden acceder solo de la forma definida.

Dificultad de acceso en los datos.

La definicion de datos es parte de los programas de aplicacion.

Aislamiento de datos.


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Intento con archivos

El almacenamiento de datos:

El sistema de archivos limita el tamano de estos.Cuando el sistema se cae, los datos pueden perderse.La autorizacion basada en passwords es insuficiente.

Consulta/actualizacion:

Se necesita escribir un nuevo programa para cada nueva consulta.Es necesario implementar polıticas para lograr un buen rendimiento.

La concurrencia proporciona una proteccion limitada:

Necesitas preocuparte que los usuarios no interfieran entre sı.No puedes proporcionar diferentes vistas de los mismos datos:(registros, estudiantes, profesores).

Al cambiar la estructura de los archivos se requiere cambiar casi todaslas aplicaciones.


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Definiciones basicas

Base de Datos (BD): coleccion de datos relacionados.Datos: Hechos que pueden registrase y tienen significado implıcito.Propiedades implıcitas:

Representa aspectos del mundo real.Coleccion de datos con algun significado inherente.Disenada, construida y poblada con datos para un proposito especıfico.

Database Management System (SABD): software que facilita elproceso de definir, construir, manipular y compartir datos en una BDpara diversas aplicaciones.

Definir involucra especificar los tipos, estructuras y restricciones de losdatos almacenados en la BD.

Construir es el proceso de almacenar los datos en algun medio dealmacenamiento controlado por el SABD.Manipular incluye funciones tales como consultas, recuperacion yactualizacion de datos.Compartir es permitir el acceso a mas de un usuario.

Sistema de base de datos: BD + SABDDra. Amparo Lopez Gaona () Bases de Datos IIntroduccion

Posgrado en Ciencia e Ingenierıa de la Computacion Fac. Ciencias, UNAM 8/ 31





Definir involucra especificar los tipos, estructuras y restricciones de losdatos almacenados en la BD.Construir es el proceso de almacenar los datos en algun medio dealmacenamiento controlado por el SABD.

Manipular incluye funciones tales como consultas, recuperacion yactualizacion de datos.Compartir es permitir el acceso a mas de un usuario.







Definir involucra especificar los tipos, estructuras y restricciones de losdatos almacenados en la BD.Construir es el proceso de almacenar los datos en algun medio dealmacenamiento controlado por el SABD.Manipular incluye funciones tales como consultas, recuperacion yactualizacion de datos.

Compartir es permitir el acceso a mas de un usuario.







Definir involucra especificar los tipos, estructuras y restricciones de losdatos almacenados en la BD.Construir es el proceso de almacenar los datos en algun medio dealmacenamiento controlado por el SABD.Manipular incluye funciones tales como consultas, recuperacion yactualizacion de datos.Compartir es permitir el acceso a mas de un usuario.



Sistema de base de datos

Usuarios / Programadores

Sistema de BDProgramas de aplicación

SABD

Software para proceso de consultas/programas

Software para accesoa datos almacenados

Definición de la BD

(Meta−Datos)

Base de datosalmacenada


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Construccion de una aplicacion con BD

Modelado de requerimientos (conceptual, grafico).

Se decide cuales entidades deben ser parte de la aplicacion y comorelacionarlas.

Diseno e implementacion del esquema.

Se decide que repositorios se requieren.Se implementan los repositorios en el SABD.Se pueblan tales repositorios.

Escritura de la aplicacion usando el SABD (posiblemente desde Java)

Facil pues ya no hay problemas con los datos.


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Modelo Conceptual

Alumno

#Cuenta Nombre

Calif.

Clave

Creditos

Nombre

Curp Nombre Direccion Aula

Carrera

Asistir

ImpartirProfesor Semestre

Curso


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Diseno e implementacion del esquema

Definicion de los datos:

Se define el esquema con anterioridad al llenado de datos.

Se pueden definir nuevos depositos (rectangulos) a partir de losexistentes, omitiendo porciones de alguno o combinando varios.

Se puede restringir cada columna, por ejemplo:

Teniendo un valor unico por cada renglon del rectangulo.Siendo un subconjunto del dominio total.El dominio como conjunto de valores de otro rectangulo.


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... Definicion de los datos

Alumnos:

NumCuenta Nombre Categorıa

123456 Andrea Lopez normal103438 Blanca Hernandez pasante124567 Jorge Luis Reyes graduado... ... ...

Toma:

NumCuenta ClaveCurso

123456 CS644123456 CS678102438 CS145

.. ..

Cursos:

Clave Nombre Creditos

CS644 Bases de Datos 10CS678 Redes de Computadoras 10CS145 Seminario de Titulacion 18... ... ...

Separacion de aspectos logicos y fısicos de los datos.Dra. Amparo Lopez Gaona () Bases de Datos IIntroduccionPosgrado en Ciencia e Ingenierıa de la Computacion Fac. Ciencias, UNAM 13

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Consultas de la base de datos

SQL = Structured Query Language.Obtener todos los cursos que toma Andrea.

SELECT C.nombreFROM Alumnos A, Cursos C, Toma TWHERE A.nombre = "Andrea" AND A.numCuenta = T.clave

AND T.clave = C.clave


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Enfoque de bases de datos

Un solo deposito de datos definido una sola vez y puede accederse porvarios usuarios.Representacion de relaciones complejas entre datos.El SABD tiene la BD y su descripcion completa.Los programas de acceso se escriben con independencia de archivosespecıficos.Los datos en las BD son integrados y compartidos.Control de redundancia.Restricciones de acceso.Restricciones de integridad.Proporciona respaldo y recuperacion.Reduccion de tiempo de desarrollo.Disponibilidad de datos actualizados.

¿Cuando no usar una BD?


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Archivos vs Bases de Datos

Descripciónde datos

PROGRAMA 3


PROGRAMA 2


PROGRAMA 1

ARCHIVO 1

ARCHIVO 2

DA

TO

S R

ED

UN

DA

NT

ES

ARCHIVO 3

PROGRAMA 1

PROGRAMA 2

PROGRAMA 3

Descripcion de Datos

Manipulacion de Datos

...

BASE

DE

DATOS


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El estudio de bases de datos

Incluye diferentes aspectos:

Modelado y diseno de bases de datos.

Programacion de bases de datos: creacion y explotacion.

Implementacion de bases de datos (SABD).


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Arquitectura ANSI/SPARC

Esquema de la BD: Descripcion de la estructura de la BD.Esquema 6= BDEstado de la BD: Valores de la BD en un momento dado.Niveles para la representacion de los datos:

. . .

. . .

Vista 2Vista 1 Vista n Nivel externo

Nivel conceptual/logico

Nivel físico


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Ejemplo

ESTUDIANTE: Nombre, NoCta, Año, Carrera

MATERIA: Clavem, Nombre, Créditos

CALIF: NoCta, Curso, Calif.

PRERREQUISITO: ClaveC, ClavePreR

CURSO: ClaveC, ClaveM, Semestre, Año, Prof.

PROMEDIOS: Nombre, NoCta, PromHISTORIAL: Nombre, NoCta, ClaveC, Año, Semestre, Calif

Prom >= 9

...

NombreDato Posición Long(Bytes)

Nombre 1 30

NoCta 31 10

Año 41 2

Carrera 43 1

NombreDato Posición Long(Bytes)

ClaveC

ClavePreR

1 5

6 5


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Independencia

Independencia de datos: Capacidad de modificar la definicion del esquemaen un nivel sin que esto afecto a las definiciones de esquemas en nivelessuperiores.

Independencia logica.

Independencia fısica.


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Funcionalidad de un SABD

Lenguaje para definicion de datos DDL.

Lenguaje para manipulacion de datos DML.

Lenguaje para consulta de datos QL.

Administracion de almacenamiento.

Administracion de consultas.

Administracion de transacciones.

Control de concurrencia.Recuperacion.


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Arquitectura de un SABD

Autorizaciony

Integridad

Estadist.

Esquemade la BD

Procesador de

Consultas

Administrador deAlmacenamiento

TransaccionesAdministrador

deProgramador

sofisticados

UsuariosUsuarios

Admistrador

de DML

Compiladorde QL

Intérpretedel DDL

Memoria

de Archivos

Administrador

Administrador

Interfaces deaplicaciones

Programas Consulta

Motor deEvaluación

de Consultas

Diccionario de datosArch. Datos

Indices

CódigoObjeto

de aplicacion

ComunesAplicaciones

Usuarios

en disco.Almacenamiento

SABD

Compilador


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Administrador de AlmacenamientoProporciona la interfaz entre los datos en la BD y los programas deaplicacion y las consultas suministradas al sistema.Es responsable de la interaccion con la gestion de archivos.Administrador de ConsultasSu objetivo es convertir una consulta expresada en un lenguaje de altonivel en una secuencia de peticiones para datos almacenadosLa optimizacion implica seleccionar un buen plan de consulta osecuencia de peticiones al sistema de almacenamiento.Administrador de TransaccionesTransaccion: Unidad logica de trabajo con las propiedades de ACID.

Atomicidad (Atomicity).Consistencia (Consistency). Una base de datos esta en estadoconsistente si los datos cumplen las expectativas.Aislamiento (Isolation). Los efectos causados por la ejecucion detransacciones simultaneas no debe ser distinta que se realizaran enforma secuencial.Persistencia (Durability). El efecto de la transaccion no se debe perderaunque el sistema falle, aun si la falla ocurre en cuanto termina latransaccion.


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Aplicaciones

Tradicionales

Sistemas de nominas.Sistemas de inventarios.Sistemas estudiantiles.Sistemas de reservaciones.Sistemas bancarios. etc.

Nuevas aplicaciones.

Aplicaciones de diseno auxiliado por computadora.Sistemas multimedia.Sistemas de informacion geografica (GIS).Minerıa de Datos.Almacenes de datos (dwh).Aplicaciones de hipertexto. etc.


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Caracterısticas de las nuevas aplicaciones

Tienen necesidades y caracterısticas particulares.

Otros tipos de datos (imagenes, sonido, texto, etc.).

Datos con estructura mas compleja.

Grandes volumenes de datos y con interacciones mas complejas.

Conservacion de distintas versiones de un mismo diseno.

Interoperacion entre bases de datos preexistentes.


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Modelos de datos

Modelo de datos: es un conjunto de conceptos que pueden usarse paradescribir la estructura de una BD.Estructura: Tipos de datos, sus relaciones, restricciones y operaciones quedeberıan permitir a los datos.Modelo relacional: Los datos se perciben como tablas y solo hay tablas. Esun sistema cerrado en el sentido que el resultado de las operaciones essiempre una tabla.Modelo de objetos: Los datos se modelan como objetos en los cualesademas del estado se tiene modelado su comportamiento.Modelo de datos semiestructurados: Los datos no tienen una estructurarıgida y mucho menos predefinida.


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Ejemplo de un MR

La mayorıa de los productos desarrollados desde finales de los 70’s sebasan en el modelo relacional. Un SABDR = SABD + modelo relacional.


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Modelo de Objetos

Los datos se modelan como objetos en los cuales ademas del estado setiene modelado su comportamiento. SABDO = SABD + MO.

Proyecto Documento

objetivos: STRING

documento*

plan_trabajo*

sub_proyecto

balance: NUMERO

nombre_proy: STRING

participantes(): *

acrónimo: STRING

nombre: STRING

clasificacion: STRING

Reporte Técnico

tema: STRING

fecha_final: DATE

fecha_inical: DATE

cambios_a

autor*

tipo_publicación: STRING

lugar_publicacion: STRING

fecha: DATE

Artículo

Grupo

InvetigadorTarea

fecha_inicio: DATE

fecha_fin: DATE

descripcion: TEXT

participantes

lider

precedentes

nombre: STRING

miembro *

lider

nombre:STRING

especializacion: STRING

sueldo: NUMERO

salario_promedio: NUMERO

salario_mensual(): NUMERO

Los atributos con * son multivaluados. Los metodos y atributos de la clase(no de los objetos) aparecen subrayados.


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Modelo de datos semiestructurados

Dato semiestructurado es sinonimo de irregular y autodescriptivo.

o1

o12

o24

o29o96

o25

o43

o43

o43"Serge"

"Abiteboul"

Ullman

Jennifer

Widom

"..."

"..."

122

133

Hector Garcia−Molina

"Querying SSD"

1998

"..."

"..."

"..."

nombre

primera

autor

autor

libroBib

referencias

editorial

refe

renc

ias

apellido

año

URL

apellido

Jeffreynombre

artíc

ulo

artículo

apellido

nombre

título

autorautor

nombre

apellido

página

título

autor

"Addison Wesley"

última

refe

renc

ias

autor

título


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Bases de Datos y Web

Enfoques:

Poner interfaces a una BD relacional para que pueda accesarse desdeInternet.

Considerarla como BD y emplear tecnicas de bases de datos para labusqueda de los mismos.

Interfaces para acceder a bases de datos desde Internet

Vıa formularios se construye la consulta.

Generacion dinamica del contenido de documentos.

El resultado puede personalizarse de acuerdo a datos del usuario,almacenados en una base de datos.


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¿La Web es una base de datos?

Problemas con los datos en sı:

Alto porcentaje de datos volatiles.Datos redundantes y sin estructura.Evoluciona libremente.Los datos cambian en forma y ubicacion.Calidad de datos.Datos heterogeneos.

Relacionados con el usuario y su interaccion con los sistemas derecuperacion.

¿Como especificar una consulta?¿Como interpretar la respuesta proporcionada?


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