Conceptos formales de las base de datos

Conceptos formales de las bse de datos

Federación Internacional de Documentación (FID): “ Conjunto de datos homogéneos, ordenados de una forma estructurada que se presenta en forma legible por ordenador y se refiere a una materia determinada, organización o problema ” .

ANSI SQL 93: “ Conjunto de datos consistente y usualmente persistente , organizado en un modo sistemático específico que permita acceder a su contenido de forma pertinente, fácil y rápida.

Colección compartida de datos relacionados desde el punto de vista lógico, junto con una descripciónde esos datos (metadatos), diseñada para satisfacer las necesidades de información de una organización.

Conjunto exhaustivo yno redundante de datos estructurados, organizados de forma independiente a su utilización o implantación en máquina, accesibles en tiempo real y compatibles con usuarios concurrentes y sus respectivas necesidades (peticiones) de información.

Para que sirven las bd

El propósito de una BD es almacenar información de un entorno específico, referente a un determinado tema, en un medio de almacenamiento magnético – óptico, de forma segura, que se encuentra a disposición de un ordenador (computador o dispositivo de procesamiento electrónico de datos), para permitir su acceso en cualquier momento y en el tiempo requerido (en la mayor parte de aplicaciones (OLTP On Line Transact, de forma instantánea, en aplicaciones de análisis, en el menor tiempo posible).

En el entorno de aplicaciones o sistemas informáticos, las BD almacenan los datos para que sean procesados y traducidos a información contextualizada (es decir de interés de la temática o entorno particular).

El usuario ejecuta una aplicación que tiene acceso a los datos de la base de datos y los presenta al usuario en un formato inteligible (es decir, comprensible para quien los interpreta).

Las aplicaciones de bases de datos involucran a todos los aspectos de las empresas e Instituciones: Banca, Aerolíneas, Instituciones Públicas, Universidades, Empresas de comercialización (Ventas, control de inventarios, control de clientes, de proveedores), de producción (cadena de manufactura y distribución), de servicios (clientes, Recursos Humanos)

Elementos de la bd

DATOS 

Deben ser integrados, es decir, recogen toda la información (tratando de eliminar redundancia). Deben ser compartidos a nivel de aplicación (todos pueden acceder a los datos).

HARDWARE 

El hardware se refiere al equipo de cómputo de soporte, con características de servidor, que incluye unidades de disco, generalmente de alto nivel de almacenamiento y seguridad.

SOFTWARE 

El SGBD (Sistema gestor de bases de datos) (Data Base Management System, DBMS). Es el encargado de gestionar la base de datos, (administrar su contenido, garantizar consistencia, persistencia, estabilidad, disponibilidad); esto es, debe ofrecer facilidades para la inserción, borrado y modificación de la información, adicionalmente presentará una interfaz abstracta al usuario.

USUARIOS 

Programadores de aplicaciones.- diseñar y programar las aplicaciones necesarias para la utilización de la bases de datos, realizando las peticiones pertinentes al SGBD.

Usuario final.- trabaja sobre los datos almacenados en la base de datos, a través de aplicaciones. Hay usuarios finales avanzados que por medio del lenguaje de interrogación SQL pueden acceder a los datos.

Administrador de base de datos.- Diseñar, modificar la estructura de la base de datos. Gestionar asignación de almacenamiento, respaldos y recuperación de la BD.

Ventajas de las bd

• Globalización de la información : recurso corporativo al servicio de toda la organización.Todos en la organización tienen acceso a los datos almacenados.
• Elimina la redundancia de datos (guardados en más de una locación) y minimiza costes
• Elimina la inconsistencia de datos. Es decir, hay solo un dato almacenado (por ej. la dirección de un cliente), no diversas copias de los mismos (problema: no concuerdan entre sí).
• Elimina anomalías de acceso concurrente debido al uso simultáneo por parte de múltiples usuarios. Por ejemplo, dos clientes accesando a la misma cuenta bancaria desde dos cajeros diferentes.
• Elimina problemas de integridad con el uso de restricciones para los datos, en relación a los valores admisibles y su relación con otros datos de la BD. Por ejemplo, un valor de edad, debe ser un entero entre 18 y 65.
• Fácil acceso a los datos (a través de un lenguaje de interrogación llamado SQL).
• Independencia de datos : entre programas de aplicación y datos. Muchas aplicacioe pueden utilizar los mismos datos, de la misma base de datos. Por ejemplo, en un banco, la información de la BD le sirve al cliente en el cajero automático (una aplicación) y al ejecutivo de cuenta (otra aplicación).
• Escalabilidad, soporta el crecimiento en el volumen de datos.
• Flexibilidad, soporta nuevas tipologías de datos.
• Mayor seguridad, frente a cambios no autorizados o pérdida de datos.
• Traduce las reglas de negocio datos contextualizados. Por ejemplo, solo los clientes VIP tienen descuento en compras.

Arquitectura de las bd

Las arquitecturas de bases de datos han evolucionado mucho desde sus comienzos, aunque la considerada estándar hoy en día es la descrita por el comité ANSI/X3/SPARC (Standard Planning and Requirements Committee of the American National Standards Institute on Computers and Information Processing), que data de finales de los años setenta. 

Este comité propuso una arquitectura general para DBMSs basada en tres niveles o esquemas: el nivel físico, o de máquina, el nivel externo, o de usuario, y el nivel conceptual. Así mismo describió las interacciones entre estos tres niveles y todos los elementos que conforman cada uno de ellos.

NIVEL DEL USUARIO (visión del usuario)

Esquema externo

Describe la BD en los términos que interesa a cada usuario

• Datos y relaciones que necesite
• Restricciones de uso (que puede hacer el usuario)
• Aplicaciones (tantas visiones como perfiles de usuarios)

NIVEL LÓGICO-GLOBAL (visión de la organización)

Esquema conceptual

• Describe la estructura de toda la BD para la organización. Como se ha definido la estructura de la BD. (Todos los datos, sus relaciones, consideraciones del modelo)
• Restricciones de integridad y confidencialidad
• Una sola visión corporativa
• Los esquemas son definidos usando DDL (Data Definition Language), los datos son consultados y modificados usando DML (Data Manipulation Language)

NIVEL FÍSICO (estructura física de la BD)

Esquema interno

Describe la estructura física del almacenamiento de la BD

• Estrategia de almacenamiento
• Algoritmos de indexación
• Compresión de datos
• Caminos de acceso
• Una sola visión (no lo percibe el usuario)

Que permiten las abstracciones

Permiten que la información solicitada por el usuario en términos del esquema externo sea correctamente extraída de la BD en términos del esquema conceptual y recuperada del almacenamiento físico en términos del esquema interno.

Por ejemplo, los niveles de abstracción en una entidad bancaria, se vería así

[pic 1]:

Clasificación de la bd

Las bases de datos pueden clasificarse atendiendo a tres criterios:

• Contenido
• Modo de almacenamiento
• Modelo de administración de datos

Por su contenido  

• Bases de datos bibliográficas

• Solo contienen un surrogante (representante) de la fuente primaria, que permite localizarla. Un registro típico de una base de datos bibliográfica contiene información sobre el autor, fecha de publicación, editorial, título, edición, de una determinada publicación, etc. Puede contener un resumen o extracto de la publicación original.

• Bases de datos de texto completo o documentales

• Almacenan las fuentes primarias, como por ejemplo, todo el contenido de todas las ediciones de una colección de revistas científicas.

• Bases multimediales (imágenes, audio, video)

• Un ejemplo son las bases de datos geográficas; las bases de datos para reconocimiento de patrones faciales.

• Bases de datos o "bibliotecas" de información biológica

• Son bases de datos que almacenan diferentes tipos de información proveniente de las ciencias de la vida o médicas. Un ejemplo son las bases de datos para identificación de genotipos (ADN).

• Directorios

• Un ejemplo son las guías telefónicas en formato electrónico.

• Bases de datos empresariales.

• Mantienen información para el soporte del manejo empresarial. Son soportes transaccionales o de toma de decisiones.

Por su mode de almacenamiento

• Bases de datos centralizadas

• Datos almacenados en repositorios localizados en un único servidor o un cluster de servidores

• Bases de datos distribuidas

• Una base de datos distribuida es un conjunto de múltiples bases de datos lógicamente relacionadas las cuales se encuentran distribuidas en diferentes espacios lógicos (pej. un servidor corriendo 2 maquinas virtuales) e interconectados por una red de comunicaciones
• Un sistema distribuido de bases de datos se almacenan en varias computadoras. 
• Los principales factores que distinguen un SBDD de un sistema centralizado son los siguientes:

• Hay múltiples computadores, llamados sitios o nodos.
• Estos sitios deben de estar comunicados por medio de algún tipo de red de comunicaciones para transmitir datos y órdenes entre los sitios.

• Distribución de los datos: Una de las decisiones más importantes que el diseñador de bases de datos distribuidas debe tomar es el posicionamiento de la data en el sistema y el esquema bajo el cuál lo desea hacer. Para esto existen cuatro alternativas principales: centralizada, replicada, fragmentada, e híbrida. 
• Centralizada: es muy similar al modelo de Cliente/Servidor en el sentido que la BDD está centralizada en un lugar y los usuarios están distribuidos. Este modelo solo brinda la ventaja de tener el procesamiento distribuido ya que en sentido de disponibilidad y fiabilidad de los datos no se gana nada.
• Replicada: el esquema de BDD de replicación consiste en que cada nodo debe tener su copia completa de la base de datos; este esquema tiene un alto costo en el almacenamiento de la información. Debido a que la actualización de los datos debe ser realizada en todas las copias, también tiene un alto costo de escritura.
• Particionada: este modelo consiste en que solo hay una copia de cada elemento, pero la información está distribuida a través de los nodos. En cada nodo se aloja uno o más fragmentos disjuntos de la base de datos. Como los fragmentos no se replican esto disminuye el costo de almacenamiento, pero también sacrifica la disponibilidad y fiabilidad de los datos. La fragmentación se puede realizar también de tres formas: horizontal, vertical y mixto.
• Híbrida: este esquema simplemente representa la combinación del esquema de partición y replicación. Se particiona la relación y a la vez los fragmentos están selectivamente replicados a través del sistema de BDD.

Por su administracion de datos  

• El modelo de datos es un grupo de herramientas conceptuales para describir datos, sus relaciones, su semántica y sus limitantes.
• Los modelos de datos son abstracciones que permiten la implementación de un sistema eficiente de BD; por lo general se refieren a algoritmos y conceptos matemáticos. Un modelo de datos consiste de dos elementos:

• Una notación matemática para expresar los datos
• Operaciones en los datos para expresar consultas

Se han propuesto varios modelos de datos diferentes, los cuales pueden dividirse en tres grupos:

1. Modelo lógico basado en objetos
2. Modelo lógico basado en registros
3. Modelos físicos de datos

1.- Modelo lógico basado en objetos

Estos modelos se utilizan para describir los datos en los niveles conceptuales y de vistas. Se caracterizan por el hecho de que perciben una estructura bastante flexible y hacen posible especificar claramente las restricciones de los datos. Algunos de estos modelos son:

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