1. Sistemas de bases de datos Contenidos 1.1 Bases de datos y sus usuarios 1.2 Conceptos y arquitectura del sistema de bases de datos 1.3 Estructura general del sistema de bases de datos Anexos 1. Clasificación de los SGBD

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1

1. Sistemas de bases de datos Bibliografía [EN 2002] Elmasri, R.; Navathe, S.B. Fundamentos de Sistemas de Bases de Datos. 3ª Edición. Addison-Wesley. (Cap. 1 y 2) [EN 1997] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Sistemas de bases de datos. Conceptos fundamentales. 2ª Edición. Addison-Wesley Iberoameric. (Cap. 1 y 2) [MPM 1999] De Miguel, A.; Piattini, M.; Marcos, E. Diseño de bases de datos relacionales. Ra-Ma. (Cap. 1 y 2) [MP 1993] De Miguel, A.; Piattini, M.: Concepción y diseño de bases de datos: del Modelo E/R al Modelo Relacional. Ra-Ma. [SKS 1998] Korth, H; Silberschatz, A., Sudarshan, S.:Fundamentos de bases de datos. 3ª Edición. McGraw-Hill. (Cap. 1) [SKS 2002] Silberschatz, A.; Korth, H.F.; Sudarshan, S. “Fundamentos de Bases de Datos”. 4ª edición. Madrid, McGraw-Hill, 2002. (Cap. 1) [CBS 1998] Connolly, T.; Begg C.; Strachan, A. Database Systems: A Practical Approach to Design, Implementation and Management. 2nd edition. Addison-Wesley. (Cap. 1 y 2) [CCM 2003] Celma, M.; Casamayor, JC.; Mota, L. “Bases de datos relacionales”. Pearson Educación, 2003. (Cap. 1, 2 y parte del 6) Tema 1. Sistemas de bases de datos

2

1

1.1 Bases de datos y sus usuarios • Base de Datos (BD) ”Conjunto de datos relacionados entre sí”

demasiado general

Dato= algo conocido que quiere registrarse ¿Por qué esta transparencia no es una BD? Porque se tienen unas propiedades implícitas: Conjunto de datos persistentes lógicamente coherente, con significado implícito Representa aspectos del mundo real (minimundo, universo de discurso)

Los cambios en el minimundo se “reflejan” en la BD

Se DISEÑA, se CREA y se CARGA, para conseguir objetivos determinados

Datos ALMACENADOS para “algo”

Dirigida a un grupo de usuarios

Datos INTERESANTES para “alguien” 3

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.1 Bases de datos y sus usuarios Un ejemplo de una base de datos personal

LIBRO isbn

EDITORIAL nombre ...

AUTOR nombre apellidos ...

PERSONA id nombre

teléfono

...

Paulo

Coelho

...

2

Julia Ibáñez

555123456

Alfaguara ...

Oscar

Wilde

...

10 Eva Andrés

555654321

Planeta

...

Michael Ende

...

... ...

...

Alianza

...

...

...

3

Cristina Prats

555987654

...

...

1

Ginés Soriano 555221122

Obelisco

titulo

...

apAutor nomEdit

año

8420464988 Momo

Ende

Alfaguara 1982

8408049003 El retrato de Dorian Gray

Wilde

Planeta

2003

8477205302 El alquimista

Coelho

Obelisco

1996

8420432261 La historia interminable

Ende

Alfaguara 1998

8420616524 El fantasma de Canterville Wilde

Alianza

1996

8408048783 Once minutos

Coelho

Planeta

2003

...

...

...

... ... de bases de datos Tema 1. Sistemas

PRESTAMO idPer idLib

fecha

10

8408049003 23/9/03

3

8408048783 1/10/03

10

8420464988 2/3/03

1

8420432261 10/8/02

...

...

... 4

2

1.1 Bases de datos y sus usuarios Sistema de Gestión de Base de Datos (SGBD - DBMS) ”Conjunto de programas que permite DEFINIR, CONSTRUIR y MANIPULAR bases de datos para diversas aplicaciones” – Definir una BD es especificar... • estructura de datos, • tipos de datos y • restricciones de los datos

– Construir una BD es... • almacenar datos en algún medio de almacenamiento controlado por el SGBD

– Manipular la BD es... • consultar datos • introducir/modificar/eliminar datos, para reflejar cambios en el minimundo • generar informes a partir de los datos almacenados

Sistema de Base de Datos SBD = BD + SGBD + Software de Aplicación/Consultas 5

Tema 1. Sistemas de bases de datos

Entorno simplificado de un Sistema de Base de Datos

Usuarios / Programadores

SISTEMA DE BASE DE DATOS Programas de Aplicación / Consultas SOFTWARE DEL SGBD Software para procesar Consultas / Programas Software para tener acceso a los datos almacenados

Definición de la BD (Metadatos)

Tema 1. Sistemas de bases de datos

Base de Datos almacenada

6

3

1.1 Bases de datos y sus usuarios Características del enfoque de Bases de Datos (1) Naturaleza autodescriptiva Procesamiento de ficheros • Los programas de aplicación acceden a datos específicos, cuya estructura se describe en el propio código

Sistemas de bases de datos • SGBD = Sistema software de propósito general

BD = DATOS + METADATOS • El Catálogo del Sistema ... – Contiene metadatos: descripción de la estructura de la BD El SGBD “sabrá” acceder a datos de cualquier aplicación – Usado por el SGBD (a veces por usuarios) Tema 1. Sistemas de bases de datos

7

1.1 Bases de datos y sus usuarios Características del enfoque de Bases de Datos (2) Separación entre programas y datos Procesamiento de ficheros • Definición de datos forma parte de los programas de aplicación • Cambios en la estructura de ficheros de la BD modificación de programas que acceden a tales ficheros

Sistemas de bases de datos • Descripción de estructura y organización de ficheros almacenada en Catálogo, separada de los programas Independencia entre programas y datos ( posible gracias a la abstracción de datos proporcionada por SGBD, que veremos más adelante )

Tema 1. Sistemas de bases de datos

8

4

1.1 Bases de datos y sus usuarios Características del enfoque de Bases de Datos (y 3) Datos compartidos y procesamiento de transacciones multiusuario • Acceso simultáneo a datos sin interferencias ni inconsistencias • Control de concurrencia por el SGBD

Múltiples vistas de los datos • Cada usuario sólo interesado en ver la parte de la información que necesita vista de la BD • Vista = [ Subconjunto de ] BD [+ datos virtuales] • SGBD proporciona mecanismos de definición de vistas

Bibliotecario

BD

SBD BIBLIOTECA

Lector

Tema 1. Sistemas de bases de datos

9

1.1 Bases de datos y sus usuarios Actores en un sistema de base de datos (1) Administrador de la base de datos (ABD) – Responsable de administrar los recursos del SBD (nivel técnico): BD + SGBD + Otro Software (aplicaciones/programas de acceso)

– Las funciones del ABD incluyen: • Definir/Modificar la estructura de la BD y restricciones de los datos • Crear/Modificar estructuras de almacenamiento y métodos de acceso • Conceder/Denegar permisos de acceso y controlar dicho acceso a datos (seguridad de la BD) • Definir planes de copias de seguridad de los datos de la BD • Garantizar el funcionamiento correcto del sistema y proporcionar servicio técnico al usuario (respuesta lenta del sistema...) • Adquirir los recursos software y hardware necesarios

Tema 1. Sistemas de bases de datos

10

5

1.1 Bases de datos y sus usuarios Actores en un sistema de base de datos (2) Diseñadores de la base de datos Antes de implementar la BD, interactúan con sus futuros usuarios – Recogen y comprenden sus necesidades y objetivos --- Requisitos – Identifican datos que almacenar en la base de datos – Eligen estructuras para representar y almacenar los datos – Construyen... • Vista que satisface requisitos de cada grupo de usuarios • Diseño final de BD que satisface necesidades de todos los usuarios (resultado de la integración de las diferentes vistas)

Tema 1. Sistemas de bases de datos

11

1.1 Bases de datos y sus usuarios Actores en un sistema de base de datos (3) Usuarios finales – Ocasionales o Sofisticados • Acceso esporádico y distinto cada vez; usan lenguaje de consulta

– Paramétricos o Normales • Accesos constantes, repetitivos • Usan “transacciones programadas” para ellos

– Avanzados o Especializados • Implementan sus propias aplicaciones especializadas para cumplir sus complejos requisitos • Ingenieros, científicos, analistas de empresa, ...

– Autónomos • Usan BD personales, a través de aplicación/paquete comercial específico Tema 1. Sistemas de bases de datos

12

6

1.1 Bases de datos y sus usuarios Actores en un sistema de base de datos (4) Ingenieros de software (Analistas de sistemas y Programadores de aplicaciones) – Conocen perfectamente capacidades y recursos del SGBD – Analistas • Determinan necesidades de procesamiento de los usuarios finales (especialmente los paramétricos) • Especifican conjuntos de operaciones que satisfacen esas necesidades

– Programadores • Implementan estas especificaciones

Programas de aplicación

• Prueba, depuración, documentación y mantenimiento de programas

Tema 1. Sistemas de bases de datos

13

1.1 Bases de datos y sus usuarios Actores en un sistema de base de datos (5) Los siguientes son los encargados del diseño, creación y operación del software y entorno del sistema No están interesados en el contenido de la base de datos

Diseñadores e Implementadores del SGBD – Diseñan e Implementan los Módulos e Interfaces del SGBD

Operadores y Personal de mantenimiento – del Entorno hardware y software del sistema de BD

Tema 1. Sistemas de bases de datos

14

7

1.1 Bases de datos y sus usuarios Actores en un sistema de base de datos ( y 6) Desarrolladores de herramientas – Diseñan e Implementan paquetes software que: • Facilitan diseño y uso de los SBD, y • Permiten aumentar el rendimiento de los SBD

– Herramientas para • Diseño de BD, de aplicaciones de BD, de interfaces de usuario... • Creación de prototipos de aplicaciones de BD • Realizar simulaciones y generar datos de prueba • Supervisión de rendimiento del sistema • ...

Tema 1. Sistemas de bases de datos

15

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (1) • Disminución y control de la redundancia de datos – Procesamiento de ficheros varias copias de la misma información – Problemas debidos a la redundancia de datos • Duplicación del trabajo • Desperdicio de espacio de almacenamiento • Obligación de evitar las inconsistencias de datos

• Evitar inconsistencias en los datos – Sólo si existe redundancia y – se modifica un dato, actualizando algunas copias – Soluciones: • Eliminación de Redundancia, • Redundancia Controlada y Propagación de Actualizaciones Automática Tema 1. Sistemas de bases de datos

16

8

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (2) • Mantener la integridad – Asegurar que la información es correcta=refleja fielmente el minimundo – ¿Cuándo se viola la integridad (no existe)? • Si existe inconsistencia • Si existe información imposible fecha = 40 / MAYO / 1972 • Si existe información que no se ajusta a la realidad, es decir falsa o errónea Nº de teléfono de la policía = 063 – ¿Cómo se evitan estas situaciones? • Si los datos cumplen las Restricciones de Integridad ( RI ) – Restricciones sobre tipos de datos

« el nombre de una persona es una cadena de hasta 30 caracteres » – Restricciones semánticas

« todo libro tiene una editorial » « cada libro tiene un título diferente del resto » « ningún libro puede prestarse a más de una persona al mismo tiempo » Tema 1. Sistemas de bases de datos

17

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (3) • Mantener la integridad (cont.) – Las RI son identificadas durante el diseño de la BD – Control de la Integridad: fundamental en SBD Multiusuario – Verificación de Restricciones de Integridad en cada actualización de datos • Automática por el SGBD fecha = 40 / MAYO / 1972 • Mediante programas específicos

El SGBD debe permitir - Definir (crear) las RI, - Crear y ejecutar los programas de verificación – A veces se puede almacenar información falsa sin violar restricciones de integridad: título de libro =

“El señor de los aniyos”

Tema 1. Sistemas de bases de datos

18

9

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (4) • Aplicación de restricciones de seguridad ( RS ) – No todos los usuarios deberían poder acceder a toda la BD – Objetivo: control de acceso selectivo 1. Sólo usuarios autorizados 2. Sólo a ciertas partes de la base de datos 3. Sólo para realizar ciertas operaciones con los datos

– SGBD dispone de Subsistema de Seguridad y Autorización • Cuentas de usuario protegidas con contraseña (ok objetivo 1) • Restricciones de seguridad para cada cuenta (ok objetivos 2 y 3)

– SGBD fuerza el cumplimiento de las RS – Otros controles de la seguridad serían: • Sólo el ABD usa el software de administración y monitorización del SBD • Un usuario paramétrico sólo accede a la BD a través del programa que usa • ...

19

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (5) • Suministro de múltiples interfaces de usuario – Usuarios con diferentes niveles de conocimientos técnicos – El SGBD debe ofrecer interfaces para todos ellos: Lenguajes de consulta

usuarios ocasionales

Interfaces de lenguajes de programación

programadores de aplicaciones

Formularios y comandos

usuarios paramétricos

Interfaces controladas por menú y de lenguaje natural

usuarios autónomos

– Interfaces controladas por menú y de formularios = GUI – Acceso a bases de datos a través de la web

Tema 1. Sistemas de bases de datos

20

10

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (6) • Representación de relaciones complejas entre datos – Datos relacionados entre sí de diversas maneras • « El registro (Planeta, ...) del fichero EDITORIAL se relaciona con 2 registros del fichero LIBRO: (..., El retrato de Dorian Gray, ...) y (..., Once minutos, ...) » • « Cada registro de PRESTAMO se relaciona con un registro de PERSONA y con un registro de LIBRO » • « Cada registro de AUTOR se relaciona con varios registros de LIBRO »

– SGBD debe permitir ... • Representar relaciones entre los datos • Obtener y Actualizar datos relacionados « Obtener los títulos y editorial de los libros escritos por “Arthur Conan Doyle” » « Obtener nombres y teléfonos de personas con libros prestados más de cinco meses » 21

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.1 Bases de datos y sus usuarios Ventajas del uso de un SGBD (y 7) • Respaldo y Recuperación – Recuperación del sistema tras fallos del hardware o software – Subsistema del SGBD encargado de respaldo y recuperación

Estado INICIAL

Programa de ACTUALIZACIÓN de datos

BD KO !! Estado FINAL

BD ok

BD ok

Restauración de la BD “Deshacer” toda actualización de datos hecha por el programa Tema 1. Sistemas de bases de datos

XOR SGBD

Continuación y Finalización Correcta del programa

22

11

1.1 Bases de datos y sus usuarios Otras ventajas del enfoque de bases de datos (1) • Datos compartidos actualizados – Datos disponibles para todos los usuarios – El cambio de datos por un usuario es visto inmediatamente por el resto – Subsistemas de control de concurrencia y recuperación del SGBD

• Flexibilidad

Nuevas Necesidades de datos

Cambios en Requisitos

modificaciones en

estructura de la BD – SGBD permite cambios en la estructura de BD, sin afectar... • Datos almacenados • Programas de aplicación existentes 23

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.1 Bases de datos y sus usuarios Otras ventajas del enfoque de bases de datos (y 2) • Rápida creación de nuevas aplicaciones

Diseño e implementación inicial costosos

APL-3

APL-1

APL-2

• Cumplimiento de reglas, normas o políticas de empresa – ABD establece normas para usuarios de la base de datos • Intercambio de información y cooperación entre departamentos, proyectos...

– Estándares para • nombres y formatos de elementos de datos • documentación, formularios, informes ... Tema 1. Sistemas de bases de datos

24

12

1.1 Bases de datos y sus usuarios Cuándo NO usar un SGBD • Hay situaciones en las que emplear un SGBD puede generar costes innecesarios, evitables con el procesamiento de ficheros – Costes adicionales debidos a... • Gran inversión inicial en equipo, software y formación • Generalidad ofrecida por el SGBD para definir y procesar datos • Funciones de seguridad, control de concurrencia, recuperación, integridad

– Problemas adicionales si... • Diseñadores o ABD no han diseñado la base de datos apropiadamente • La implementación de las aplicaciones no es correcta

• Conviene utilizar procesamiento de ficheros si... – BD y aplicaciones son simples, bien definidas y no se espera que cambien – Requisitos de tiempo real que no se cumplirían por el coste extra del SGBD – No se necesita acceso multiusuario a los datos

Tema 1. Sistemas de bases de datos

25

1.2 Conceptos y arquitectura del sistema de bases de datos Modelos de datos, esquemas e instancias • Objetivo del enfoque de BD: Visión abstracta de datos – Ocultar detalles de almacenamiento y mantenimiento

• Modelos de datos para conseguir abstracción – Modelo de Datos: conjunto de conceptos – Sirve para describir la estructura de la BD: • Tipos de los datos • Relaciones entre los datos • Restricciones que deben cumplir los datos – Incluye operaciones básicas para especificar lectura/modificación

– Tipos de modelos de datos • Según conceptos que ofrecen para describir la estructura de la BD Tema 1. Sistemas de bases de datos

26

13

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Modelos de datos de alto nivel o conceptuales

Mundo Real

Modelo CONCEPTUAL de Datos

Esquema Conceptual

• Conceptos cercanos a cómo el usuario percibe la realidad (minimundo) • Realidad descrita como entidades que se relacionan entre sí – Entidad: cosa | objeto | concepto del minimundo – Atributo: propiedad interesante de alguna entidad – Relación: asociación | vínculo | interacción entre entidades

» Modelo Entidad/Relación, MER (ERM, entity-relationship model) » Modelos Orientados a Objetos (UML, Unified Modeling Language) Tema 1. Sistemas de bases de datos

27

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Modelos de datos de representación o lógicos (1) • Permiten describir la estructura lógica global: descripción de la implementación • Conceptos entendibles por usuarios finales, pero no lejos de organización física de datos • Ocultan detalles de implementación, pero conceptos implementables directamente en el sistema • Los más utilizados en los SGBD comerciales actuales (ORACLE) » Modelos basados en registros Relacional, Red, Jerárquico » Modelos orientados a objetos – Modelos lógicos próximos a los conceptuales

Tema 1. Sistemas de bases de datos

28

14

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Modelos de datos de representación o lógicos (y 2) MODELO RELACIONAL Cada cliente sólo puede tener una cuenta a su nombre. Una cuenta puede tener más de un cliente como titular.

CUENTA número saldo ... 200

35

505

40

821

50

...

CLIENTE nombre

dirección

ciudad

cuenta

García, A

Gran Vía, 6

Murcia

200

López, B

Ronda Norte, 3

Murcia

821

Azorín, C

Paseo Nuevo, 9

Valencia

505

Pérez, C

Plaza Mayor, 2

Valencia

505

... Tema 1. Sistemas de bases de datos

29

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Modelos de datos de bajo nivel o físicos • Conceptos que describen detalles de almacenamiento de los datos • Dirigidos a usuarios especialistas en informática • Describen la estructura física de la base de datos: - Formato y ordenamiento de registros en los ficheros de datos - Tamaños de página, de bloque,... - Caminos (o estructuras) de acceso a los datos (ficheros índices, etc.) ...

Tema 1. Sistemas de bases de datos

30

15

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Esquemas, instancias y estado de la base de datos Esquema = Descripción – Especificado en el diseño de la BD y rara vez modificado – Metainformación o metadatos

Diagrama del Esquema de la BD – Representación del esquema, en un modelo de datos – Compuesto de esquemas de tipos de registro (elementos del esquema) LIBRO

isbn titulo apAutor nomEdit año

PRESTAMO idPer idLib fecha ... Otra posible representación: LIBRO ( isbn, titulo, apAutor, nomEdit, año ) PRESTAMO ( idPer, idLib, fecha ) ...

1 Un diagrama de esquema sólo visualiza algunos aspectos del esquema, pero no muestra muchos otros: tipos de datos, relaciones entre elementos del esquema,... 31

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Esquemas, instancias y estado de la base de datos Una base de datos es un conjunto de datos reales relacionados que cambian continuamente • Estado de la base de datos – Conjunto de datos que contiene la BD en un momento concreto – Conjunto de instancias de los elementos del esquema de BD • 1 esquema

N estados

Estado Consistente (ok!!) – Satisface estructura y restricciones especificadas en esquema – SGBD asegura que todo estado de la BD sea consistente Nomenclatura: Esquema = Intensión ; Estado = Extensión Tema 1. Sistemas de bases de datos

32

16

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Arquitectura de tres esquemas de un SGBD • Recuperación eficiente de datos estructuras de datos complejas para representar la información en la BD • Complejidad oculta a través de niveles de abstracción Arquitectura ANSI/X3/SPARC ... ...

Ayuda a conseguir

Nivel Externo (vistas) Nivel Conceptual

– Separación entre programas y datos – Múltiples vistas de usuario

Nivel Interno Tema 1. Sistemas de bases de datos

33

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Arquitectura de tres esquemas ANSI/X3/SPARC (1) • Nivel Interno – Descrito mediante el Esquema Interno, el cual... • Define la estructura física de almacenamiento de toda la BD – – – – –

Tipos de registros almacenados, Secuencia física de los registros, Estructuras de almacenamiento (hashing,...), Estructuras de acceso (indexación,...) etc.

• Escrito utilizando un Modelo de Datos Físico • Muy cercano al nivel físico pero no trata con registros físicos (bloques, páginas, …) ni con unidades como cilindros o pistas.

Tema 1. Sistemas de bases de datos

34

17

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Arquitectura de tres esquemas ANSI/X3/SPARC

(2)

• Nivel Conceptual o Lógico – Descrito mediante el Esquema Conceptual o Lógico... • Define la estructura lógica de toda la BD – Entidades, Tipos de datos, – Relaciones, – Restricciones (integridad, seguridad,...)

• Oculta detalles físicos • Escrito usando un Modelo de Datos Conceptual o Lógico – Actualmente se considera el uso de dos esquemas en este nivel: • Esquema Conceptual: organizativo, cercano al usuario • Esquema Lógico: cercano al SGBD

35

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Arquitectura de tres esquemas ANSI/X3/SPARC

(3)

• Nivel Externo o de Vistas – Descrito mediante Esquemas Externos – Cada Esquema Externo o Vista... • Define la porción de la BD que interesa a un usuario • Para el usuario, esa porción es la base de datos • Pueden existir múltiples vistas del mismo esquema conceptual • Varias vistas pueden solaparse entre sí • Escrito usando Modelo de Datos Conceptual o Lógico

Tema 1. Sistemas de bases de datos

36

18

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Arquitectura de tres esquemas ANSI/X3/SPARC

(4)

• SGBD comerciales no distinguen del todo los 3 niveles – Algunos incluyen detalles físicos en el Esquema Conceptual (Lógico) – Usan el mismo modelo de datos para especificar • Esquemas Externos (vistas) y • Esquema Conceptual (lógico)

• Los 3 niveles son descripciones de datos – Los datos reales sólo están en el nivel físico

• Correspondencia entre esquemas

SGBD (el ABD)

– Externo Conceptual – Conceptual Interno

37

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Arquitectura de tres esquemas ANSI/X3/SPARC

(y 5)

• Nivel Externo (Lenguaje de Programación “tipo Pascal”) tipo empleado = registro (no acceso al salario) n_empleado: cadena(6); n_depto: cadena(4); fin; • Nivel Conceptual (Lenguaje de definición de datos, LDD) EMPLEADO ( NUMERO_EMPLEADO CARACTER(6) CLAVE PRINCIPAL, NUMERO_DEPARTAMENTO CARACTER(4) NO NULO, SALARIO NUMERICO(5) NO NULO )

• Nivel Interno

EMP_ALMACENADO PREFIJO EMP# DEPTO# PAGA Tema 1. Sistemas de bases de datos

LONGITUD=20 TIPO=BYTE(6), DESPLAZAMIENTO=0 TIPO=BYTE(6), DESPLAZAMIENTO=6, INDICE=IEMP TIPO=BYTE(4), DESPLAZAMIENTO=12 TIPO=PALABRA, DESPLAZAMIENTO=16 38

19

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Independencia de datos (1) « Capacidad de modificar el esquema de un nivel sin tener que cambiar el esquema del nivel inmediato superior »

• Independencia lógica de datos – Capacidad de modificar el esquema conceptual... • ampliar / reducir la BD • modificar restricciones

– ... sin alterar • esquemas externos • programas de aplicación

difícil de conseguir… 39

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Independencia de datos (2) • Independencia física de datos – Capacidad de modificar el esquema interno... • reestructurar alguna estructura de almacenamiento • crear nuevas estructuras de acceso, etc.

mejorar rendimiento de la obtención/actualización – ... sin alterar • esquema conceptual • programas de aplicación

es más fácil de lograr

Tema 1. Sistemas de bases de datos

40

20

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Independencia de datos (y 3) Pero... ¿cómo conseguir la independencia de datos? • El Catálogo de SGBD incluye información sobre correspondencias entre esquemas Modificación del esquema de un nivel implica... • cambios en la correspondencia entre niveles, • y el esquema del nivel superior no varía

☺ gracias a la Arquitectura de Tres Niveles

OK !!

– Mantenimiento de las correspondencias entre niveles... • gasto extra en compilación / ejecución de programas • menor eficiencia del SGBD » Pocos SGBD implementan Arquit. de Tres Niveles completa Tema 1. Sistemas de bases de datos

41

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Lenguajes e interfaces de bases de datos Lenguajes del SGBD (1) • LDD: lenguaje de definición de datos – Usado por ABD y diseñadores para especificar... • Esquema Conceptual • Esquema Interno – si SGBD sin separación estricta de niveles conceptual e interno

• Correspondencias entre los anteriores – Compilador de LDD: procesa sentencias escritas en LDD, para • identificar descripciones de elementos del esquema y • almacenarlas en el catálogo del SGBD

Tema 1. Sistemas de bases de datos

42

21

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Lenguajes e interfaces de bases de datos Lenguajes del SGBD (2) • LDD: lenguaje de definición de datos (cont.) CREATE TABLE Libro ( isbn CHAR(10) titulo VARCHAR(60) apAutor VARCHAR(15) nomEdit VARCHAR(15) año NUMERIC(4) ... );

PRIMARY KEY, NOT NULL UNIQUE, NOT NULL, NOT NULL,

Tema 1. Sistemas de bases de datos

43

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Lenguajes del SGBD (3) • LDA: lenguaje de definición de almacenamiento – En SGBD que distinguen entre niveles conceptual e interno, se usa... • LDA para especificar Esquema Interno detalles de implementación de estructuras de almacenamiento y de acceso • LDD para especificar el Esquema Conceptual entidades + relaciones + restricciones • LDD o LDA para definir Correspondencias entre los anteriores

Tema 1. Sistemas de bases de datos

44

22

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Lenguajes del SGBD (4) • LDV: lenguaje de definición de vistas – Para conseguir Arquitectura de Tres Esquemas “verdadera” – Usado para especificar • Esquemas Externos (o Vistas de usuario) • Correspondencias entre Vistas y el Esquema Conceptual – No obstante, la mayoría de SGBD utilizan LDD para definir vistas CREATE VIEW PrestamoLibro AS SELECT R.fecha, L.titulo, P.nombre FROM PRESTAMO R, LIBRO L, PERSONA P WHERE R.idLib = L.isbn AND R.idPer = P.id;

Tema 1. Sistemas de bases de datos

45

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Lenguajes del SGBD (5) • LMD: lenguaje de manipulación de datos – Obtención, Inserción, Eliminación y Modificación de datos – Dos tipos de DML: procedimental y declarativo

LMD procedimental, o de bajo nivel Qué datos obtener/manipular y cómo obtenerlos/manipularlos Siempre debe estar empotrado en un LP Es un LMD orientado a registros: Obtiene un solo registro y lo procesa por separado » Necesita usar elementos del LP (ej. bucles) para... – obtener registro a registro y – procesarlos individualmente

Tema 1. Sistemas de bases de datos

46

23

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Lenguajes del SGBD (y

6)

LMD declarativo, o de alto nivel

Qué datos obtener para manipular y no cómo manipularlos Usado para realizar operaciones complejas de BD... - Interactivamente -- Lenguaje de Consulta - Incorporado en un LP anfitrión (host) -- LMD Empotrado Es un LMD orientado a conjuntos: Obtiene/Actualiza muchos registros con una única sentencia

SELECT titulo, nomEdit, año FROM Libro WHERE apAutor = “Tolkien”; INSERT INTO Autor VALUES (“Jorge Luís”, “Borges”); DELETE FROM Prestamo WHERE idLib = 8420464988; UPDATE Persona SET telefono = 555111222 WHERE id = 1;

• SGBD comerciales actuales ofrecen único lenguaje integrado, mezcla de LDD, LDA, LDV y LMD (como SQL) 47

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD un apunte: acceso a BD desde programas de aplicación • Programas escritos en un lenguaje (C++, Java, ...) anfitrión • Dos modos de ejecutar instrucciones LMD desde el lenguaje anfitrión: – Usar Interfaz de Programa de Aplicación

(conjunto de procedimientos)

• ODBC, Open Data Base Connectivity (definido por Microsoft para C), • JDBC, Java Data Base Connectivity

– Extender la sintaxis del lenguaje anfitrión para incorporar llamadas LMD dentro de los programas • Instrucciones LMD precedidas de un carácter especial • El preprocesador de LMD convertirá estas instrucciones en llamadas a procedimientos normales del lenguaje anfitrión

Tema 1. Sistemas de bases de datos

48

24

1.2 Conceptos y arquitectura del SBD Interfaces del SGBD • Basadas en menús • Basadas en formularios • Gráficas • De lenguaje natural • Para usuarios paramétricos • Para el ABD (órdenes privilegiadas)

– Crear/eliminar cuentas de usuario y establecer autorizaciones – Establecer parámetros de ajuste del rendimiento del sistema – Modificación de esquemas y correspondencias – Acceso al catálogo – Reorganizar estructura de almacenamiento de la BD – Realizar/restaurar copias de seguridad – ... 49

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.3 Estructura general del sistema de bases de datos Módulos componentes de un SGBD (1) Arquitectura de los paquetes software de SGBD • Los actuales tienen un diseño modular, según una arquitectura cliente-servidor (dos capas) • Terminal • Estación de trabajo • PC

•SGBD •BD

SERVIDOR USUARIOS

CLIENTE

• Programas de aplicación • Interfaces (GUI) de acceso a BD Tema 1. Sistemas de bases de datos

-

Red de larga distancia (WAN) Red de área local (LAN) Líneas telefónicas Dispositivos de comunicación por satélite

50

25

1.3 Estructura general del sistema de bases de datos Módulos componentes de un SGBD (2) Compilador de Consultas Sentencias LMD interactivas

Compilador de Consultas

Análisis Sintáctico Optimización

Procesador de Consultas

51

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.3 Estructura general del SBD Módulos componentes de un SGBD (3) Precompilador y compilador de LMD

Programa escrito en LP HOST + LMD embebido

Precompilador de LMD

Sentencias LMD

Sentencias LP

Compilador de LMD

Compilador del LP HOST Código Objeto (del LMD)

Código Objeto (del LP) Enlazador

Transacción programada ejecutable Tema 1. Sistemas de bases de datos

Procesador de Consultas 52

26

1.3 Estructura general del SBD Módulos componentes de un SGBD (4) Compilador de LDD – Procesa definiciones de esquemas escritas en LDD – Almacena descripciones de los esquemas en el catálogo – Otros módulos del SGBD necesitan conocer estos metadatos Definición de Esquema de BD escrito en LDD

Compilador de LDD

BD SO 53

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.3 Estructura general del SBD Módulos componentes de un SGBD (5) Procesador de Consultas Solicitudes de RECUPERACIÓN y ACTUALIZACIÓN

Procesador de Consultas

Gestor de Datos Almacenados

BD SO Tema 1. Sistemas de bases de datos

54

27

1.3 Estructura general del SBD Módulos componentes de un SGBD (6) Subsistemas de control de... Concurrencia y Recuperación - Gestor de transacciones • Asegurar consistencia y coherencia de datos frente actualizaciones simultáneas de datos por múltiples usuarios • Detectar fallos o caídas del sistema • y Restaurar la BD a un estado consistente

Integridad y Seguridad ¿Son correctas las actualizaciones de los datos? • Detectar violación de Restricciones de Integridad • y realizar acción de recuperación de la integridad de datos ¿Se cumplen las restricciones de seguridad de acceso? • Comprobar las autorizaciones de acceso al SBD y a los datos 55

Tema 1. Sistemas de bases de datos

1.3 Estructura general del SBD Módulos componentes de un SGBD (7) Gestor de datos almacenados y memoria intermedia – Control de acceso a información almacenada (datos y metadatos) – Puede emplear servicios básicos del SO para la transferencia de datos a bajo nivel: disco memoria principal – Maneja los buffers de memoria (almacenam. intermedio) Gestor de Datos Almacenados

SO Tema 1. Sistemas de bases de datos

BD 56

28

1.3 Estructura general del SBD Módulos componentes de un SGBD (y 8) • Estructuras de Datos – Ficheros de datos en disco

SO

BD

– Catálogo: metadatos acerca de...

Estructura de BD, Restricciones de Integridad y de Autorización, etc.

• Acceso Continuo por diferentes módulos del SGBD Necesario buen diseño e implementación eficiencia – Estructuras de acceso (agilizan el acceso a los datos) – Datos estadísticos sobre los datos en la BD • Usados para optimización de consultas • Suele considerarse contenidos en el catálogo

Tema 1. Sistemas de bases de datos

57

1.3 Estructura general del SBD Utilidades del sistema de bases de datos SGBD = componente software más importante ¡ pero no es el único ! • Carga de datos – Intercambio de información entre BD de diferente tipo ( Oracle ↔ Access )

• Respaldo • Reorganización de ficheros de la BD – Para mejorar rendimiento del sistema

• Monitorización – Vigilancia del funcionamiento del sistema y su rendimiento – Datos estadísticos que el ABD usa para tomar decisiones de ajuste y mejora del sistema

• Control de Accesos de usuario • Acceso al Diccionario de datos • Otras utilidades – ordenamiento, compresión de ficheros, etc... Tema 1. Sistemas de bases de datos

58

29

Anexo 1. CLASIFICACIÓN DE LOS SGBD • Según el Modelo de Datos en el que está basado – Relacional, Red, Jerárquico, – Orientado a Objetos, – Objeto/Relacional, ...

• Según el nº de usuarios simultáneos – Monousuario – Multiusuario

• Según el nº de lugares en que se almacenan datos – Centralizado – Distribuido (SGBDD)

• SGBDD homogéneo: mismo software de SGBD en todos los sitios • SGBDD heterogéneo (ej. Multi-Base de Datos o BD Federadas)

• Según su propósito – de propósito General – de propósito Específico: construido para un tipo concreto de aplicaciones Tema 1. Sistemas de bases de datos

59

30