UF2175: Diseño de bases de datos relacionales

Elaborado por: Ana Belén García Mariscal

Edición: 5.0

EDITORIAL ELEARNING S.L.

ISBN: 978-84-16492-58-9

No está permitida la reproducción total o parcial de esta obra bajo cualquiera de sus formas gráficaso audiovisuales sin la autorización previa y por escrito de los titulares del depósito legal.

Impreso en España - Printed in Spain

Presentación

Identificación de la Unidad Formativa:

Bienvenido a la Unidad Formativa UF2175: Diseño de bases de datos rela-cionales. Esta Unidad Formativa pertenece al Módulo Formativo MF0226_3: Programación de bases de datos relacionales que forma parte del Certifi-cado de Profesionalidad IFCD0112: Programación de lenguajes orientados a objetos y bases de datos relacionales, de la familia de Informática y comunicaciones.

Presentación de los contenidos:

La finalidad de esta Unidad Formativa es enseñar al alumno a interpretar las estructuras de datos y el diseño de la base de datos, de forma que pueda realizar correctamente las tareas de programación encomendadas, así como manipular el contenido de bases de datos relacionales de forma interactiva y programar módulos de manipulación de la base de datos.

Para ello, en primer lugar se realizará una introducción a las bases de datos, se analizarán los modelos conceptuales de bases de datos, el modelo relacional, para terminar con el ciclo de vida de un proyecto y la creación y diseño de bases de datos.


Objetivos de la Unidad Formativa:

Al finalizar esta Unidad Formativa aprenderás a:

– Comprender y aplicar los fundamentos conceptuales y las técnicas de las bases de datos relacionales.

– Determinar los elementos de la base de datos que se han de manipular, mediante la interpretación del diseño de la base de datos y el análisis de los requisitos de usuario.

Índice

UD1. Introducción a las bases de datos ................................... 9

1.1. Evolución histórica de las bases de datos ............................. 11

1.2. Ventajas e inconvenientes de las bases de datos .................. 13

1.3. Conceptos generales ........................................................... 15

1.3.1. Concepto de base de datos ....................................... 17

1.3.2. Objetivos de los sistemas de bases de datos.............. 21

1.3.2.1. Redundancia e inconsistencia de datos ............ 22

1.3.2.2. Dificultad para tener acceso a los datos ............ 24

1.3.2.3. Aislamiento de los datos ................................... 25

1.3.2.4. Anomalías del acceso concurrente .................... 27

1.3.2.5. Problemas de seguridad ................................... 30

1.3.2.6. Problemas de integridad ................................... 31

1.4. Administración de los datos y administración de base de datos . 33

1.5. Niveles de arquitectura: interno, conceptual y externo ........... 36

1.6. Modelos de datos. Clasificación ........................................... 40

1.7. Independencia de los datos ................................................. 45

1.8. Lenguaje de definición de datos ........................................... 48

1.9. Lenguaje de manejo de base de datos. Tipos ....................... 52


1.10. El sistema de Gestión de la base de datos (DBMS). Funciones . 57

1.11. El administrador de la base de datos (DBA). Funciones ......... 61

1.12. Usuarios de las bases de datos ........................................... 63

1.13. Estructura general de la base de datos. Componentes funcionales .......................................................................... 65

1.14. Arquitectura de sistemas de bases de datos ......................... 67

UD2. Modelos conceptuales de bases de datos .................... 77

2.1. El modelo entidad-relación ................................................... 79

2.1.1. Entidades .................................................................. 83

2.1.2. Interrelaciones: Cardinalidad, Rol y grado .................... 84

2.1.3. Dominios y valores ..................................................... 91

2.1.4. Atributos .................................................................... 92

2.1.5. Propiedades identificadoras ........................................ 95

2.1.6. Diagramas entidad – relación. Simbología ................... 96

2.2. Modelo entidad - relación extendida ..................................... 99

2.3. Restricciones de integridad ................................................ 102

2.3.1. Restricciones inherentes........................................... 103

2.3.2. Restricciones explicitas ............................................ 104

UD3. El modelo relacional .................................................... 113

3.1. Evolución del modelo relacional .......................................... 115

3.2. Estructura del modelo relacional ......................................... 119

3.2.1. El concepto de relación. Propiedades de las relaciones 120

3.2.2. Atributos y dominios de los atributos ......................... 123

3.2.3. Tupla, grado y cardinalidad ....................................... 125

3.2.4. Relaciones y tablas .................................................. 127

3.3. Claves en el modelo relacional ........................................... 130

3.3.1. Claves candidatas .................................................... 131

3.3.2. Claves primarias ....................................................... 132

3.3.3. Claves alternativas ................................................... 133

3.3.4. Claves ajenas .......................................................... 134

Índice

3.4. Restricciones de integridad ................................................ 137

3.4.1. Valor “Null” en el modelo ........................................... 138

3.4.2. Integridad de las entidades ....................................... 139

3.4.3. Integridad referencial ................................................ 139

3.5. Teoría de la normalización ................................................... 140

3.5.1. El proceso de normalización. Tipos de dependencias funcionales .............................................................. 142

3.5.2. Primera forma normal (1FN) ...................................... 144

3.5.3. Segunda forma normal (2FN) .................................... 146

3.5.4. Tercera forma normal (3FN) ....................................... 147

3.5.5. Otras formas normales (4FN, 5FN) ............................ 149

3.5.6. Desnormalización. Razones para la desnormalización .. 150

UD4. El ciclo de vida de un proyecto ................................... 159

4.1. El ciclo de vida de una base de datos ................................ 161

4.1.1. Estudio previo y plan de trabajo. Actividades ............. 162

4.1.2. Concepción de la BD y selección del equipo físico y lógicos .......................................................................... 165

4.1.2.1. Conceptos generales acerca del análisis de aplicaciones ................................................... 166

4.1.2.2. Concepción de la base de datos .................... 167

4.1.2.3. Selección del equipo físico y lógicos necesarios 169

4.1.3. Diseño y carga ......................................................... 170

4.1.3.1. Conceptos generales acerca del diseño de aplicaciones ................................................... 171

4.1.3.2. Diseño lógico ................................................. 174

4.1.3.3. Diseño físico .................................................. 175

4.1.3.4. Carga y optimización de la base de datos ....... 176

4.2. Conceptos generales del control de calidad ........................ 179

4.2.1. Control de calidad de las especificaciones funcionales . 180

4.2.2. Seguimiento de los requisitos de usuario .................. 181


UD5. Creación y diseño de bases de datos ......................... 189

5.1. Enfoques de diseño ........................................................... 191

5.1.1. Diseños incorrectos. Causas .................................... 191

5.1.2. Enfoque de análisis. Ventajas y desventajas .............. 192

5.1.3. Enfoque de síntesis. Ventajas y desventajas. ............. 193

5.2. Metodologías de diseño ..................................................... 195

5.2.1. Concepto ................................................................ 195

5.2.2. Diseños conceptual, lógico y físico ........................... 196

5.2.3. Entradas y salidas del proceso ................................. 199

5.3. Estudio del diseño lógico de una base de datos relacional .. 200

5.4. El diccionario de datos: Concepto y estructura .................... 204

5.5. Estudio del diseño de la BBDD y de los requisitos de usuario 207

Glosario ............................................................................. 215

Soluciones ......................................................................... 217

Anexo ................................................................................ 219

UD1Introducción a las bases de datos


1.1. Evolución histórica de las bases de datos1.2. Ventajas e inconvenientes de las bases de datos1.3. Conceptos generales

1.3.1. Concepto de base de datos1.3.2. Objetivos de los sistemas de bases de datos

1.3.2.1. Redundancia e inconsistencia de datos1.3.2.2. Dificultad para tener acceso a los datos1.3.2.3. Aislamiento de los datos1.3.2.4. Anomalías del acceso concurrente1.3.2.5. Problemas de seguridad1.3.2.6. Problemas de integridad

1.4. Administración de los datos y administración de base de datos1.5. Niveles de arquitectura: interno, conceptual y externo1.6. Modelos de datos. Clasificación1.7. Independencia de los datos1.8. Lenguaje de definición de datos1.9. Lenguaje de manejo de base de datos. Tipos1.10. El sistema de Gestión de la base de datos (DBMS). Funciones1.11. El administrador de la base de datos (DBA). Funciones1.12. Usuarios de las bases de datos1.13. Estructura general de la base de datos. Componentes funcionales1.14. Arquitectura de sistemas de bases de datos

11

1.1. Evolución histórica de las bases de datos

La utilización de las bases de datos viene dada por la necesidad de poder almacenar grandes cantidades de información. La primera vez que se escu-chó el término base de datos fue en 1884 a manos de Hernan Hollerith, que fue el creador de la máquina automática de tarjetas perforadas, fue el primer ingeniero estadístico.

Las tarjetas perforadas se trababan de una cartulina con una serie de orificios, cada orificio representaba un número o una letra, si era una sola perforación u orificio correspondía a un número y si eran dos perforaciones u orificios corres-pondía a una letra, cada tarjeta perforada podía contener 8 columnas.

La tarjeta perforada de Hollerith se utilizó para realizar un censo en Estados Unidos en el año 1890, así se agilizo y facilito el censo de este país. En los años 1950 se introdujo las cintas magnéticas, estas mejoraron notablemente las nuevas necesidades que se producían en la industria.

Así es como se comenzaron a automatizar las primeras informaciones. El pro-ceso consistía en pasar información de una cinta magnética a otra, esto se podía producir igualmente para pasar información de una tarjeta perforada a una cinta magnética. Este proceso se realizaba de forma secuencial.

De esta manera se empezó a guardar datos o informaciones importantes de forma que quedaba almacenada de forma secuencial.

En los amos 1960, se bajó o se mejoró el precio de las computadoras para que pudieran ser adquiridos por las empresas. En esta década se introdujo el disco como forma de almacenamiento, fue un gran avance en este medio, ya que a través de ellos se podían consultar los datos o informaciones de forma más rápida, con lo que se reduciría el tiempo de búsqueda de información.

A partir de este momento se empezaron a diseñar las bases de datos jerár-quicas y en red.


12

En los años 1970, se introdujo el modelo relacional gracias al científico infor-mático Edgar Frank Codd, además de introducir una secuencia de reglas para la utilización de este tipo de modelo de datos.

Poco después de introducirse el modelo relacional se creó un sistema para gestionar este tipo de base de datos relacionales, su creador fue Larry Ellison, este sistema se conoce hoy día como ORACLE, este software es el primero que se desarrolló para la gestión de una base de datos relacional.

Más tarde, sobre los años 80, apareció SQL (Structered Query Language), SQL es un tipo de lenguaje declarativo, se trata de un lenguaje de consulta que ser-virá para acceder a los datos contenidos en una base de datos racional. En los años 1980, se comenzó a comercializar los sistemas de bases de datos, y comenzó a utilizarse como estándar el lenguaje SQL.

Ordenadores

El modelo jerárquico y de red, dio paso a las bases de datos relacionales en el que predominaba el uso de tablas, filas y columnas, ya que este método resul-taba más sencillo y no se necesitaba de altos conocimientos de programación.

A partir de aquí se desarrolló constantemente y entro a formar parte importante en el mercado de bases de datos.

UD1

13

En los años 1990, se fue perfeccionando el lenguaje de consulta SQL, danto lugar a un SQL de alto nivel, se trata de un lenguaje estructurado y que por medio de él se podrán manipular grandes cantidades de datos e informacio-nes además de incorporar características de datos orientados a objetos.

En esta misma década se empezaron a comercializar y desarrollar bases de datos orientadas a objetos, como pueden ser, ACCESS o Excel de Microsoft. Con el surgimiento de la WWW (World Wide Web), a finales de los 90, se fa-cilitó la consulta de datos.

Actualmente, existen una gran variedad de sistemas de bases de datos, entre las cuales cabe destacar Google, Microsoft u Oracle.

1884. Hernan HollerithCreador de la máquina automática de tarjetas perforadas, se utilizó para realizar un censo en Estados Unidos en el año 1890.

En los años 1950Se introdujo las cintas magnéticas. Así es como se co-menzaron a automatizar las primeras informaciones.

En los amos 1960En esta década se introdujo el disco como forma de alma-cenamiento, a través de ellos se podían consultar los datos o informaciones de forma más rápida.

En los años 1970Se introdujo el modelo relacional por Edgar Frank Codd, además de introducir una secuencia de reglas para la utili-zación de este tipo de modelo de datos.

En los años 1980 Apareció SQL y comenzó a utilizarse como estándar

En los años 1990SQL de alto nivel. Incorporación características de datos orientados a objetos.

1.2. Ventajas e inconvenientes de las bases de datos

Las ventajas que ofrece utilizar un sistema de base de datos son:

∙ Independencia de datos.

∙ Seguridad.

∙ Integridad y redundancia de los datos.

∙ Consistencia de los datos.

∙ Rapidez y flexibilidad en la obtención de datos.

∙ Espacio de almacenamiento.


14

– Independencia de datos. La independencia de datos en un sistema de ficheros convencionales era un problema muy común. Para que exista independencia de los datos lo que hay que hacer es que los programas de aplicación sean independientes de la estructura de datos.

Así se podrán modificar los datos sin tener que modificar dichos progra-mas de aplicación que ya han sido escritos. Existen dos tipos de indepen-dencia de los datos:

∙ Independencia física de los datos. Este tipo de independencia se basa en la modificación de la distribución física de almacenamiento sin tener que realizar modificaciones en los programas de aplicación existentes.

∙ Independencia lógica de los datos. Este tipo de independencia se basa en la modificación de la descripción y estructura lógica de los datos sin tener que modificar los programas de aplicación que utilizan estos datos.

– Seguridad. Los usuarios acceden a los datos por medio de autorizacio-nes. Estas autorizaciones son administradas por el usuario administrador de la base de datos, que es la persona que tendrá el control de la base de datos, podrá crear niveles de acceso para los distintos usuarios de la base de datos.

– Integridad y redundancia de los datos. Una base de datos propor-cionara integridad a los datos, esto quiere decir que evitara que existan errores en los datos almacenados en la base de datos.

Mediante una base de datos se controlara la redundancia de datos, esto quiere decir, que se evitara la duplicidad o repetición de los datos.

– Consistencia de los datos. Una base de datos evita la redundancia, con esto lo que se consigue es, que cuando un usuario quiera modificar datos, todos los usuarios que tienen acceso a la base de datos podrán ver el cambio producido.

– Rapidez y flexibilidad en la obtención de datos. Los usuarios de la base de datos podrán tener acceso a la información o datos por medio de una serie de instrucciones de forma sencilla.

– Espacio de almacenamiento. Se reduce considerablemente el espacio de almacenamiento, gracias a la disminución de redundancias y a técni-cas de almacenamiento compacto o estructuración de los datos.

UD1

15

Usuarios trabajando

Las desventajas a considerar que se dan cuando se utiliza un sistema de ba-ses de datos son:

– Costo. La instalación de un sistema de administración de base de datos puede ser costoso, tanto por el software y hardware que pueda requerir como por la adquisición y mantenimiento de este.

– Tamaño. Un sistema de administración de base de datos, va a necesi-tar de bastante capacidad de disco duro, además de necesitar bastante memoria RAM.

– Personal cualificado. Algunos sistemas de bases de datos son difíciles de utilizar, esto hará que surja la necesitad de personal especializado que sepa aprovechar al máximo las base de datos.

1.3. Conceptos generales

Una base de datos consiste en un conjunto de datos que se encuentran relacionados entre sí y que por medio de esta se podrán realizar consultas, actualizaciones o modificaciones, inserciones y eliminaciones de datos que se encontraran en dicha base de datos.


16

Base de datos

está formada

se podrán realizarConjunto

de datos

Consultas

Actualizaciones

Inserciones

Eliminaciones

Las bases de datos se utilizan como una herramienta para la administración y recopilación de información. En una base de datos se podrán almacenar datos de todo tipo, se podrán almacenar tanto información sobre personas como de cosas, como por ejemplo, los empleados de una empresa, las nó-minas, los pedidos, etc.

Cuando una base de datos se prevea que va a contener grandes cantidad de volúmenes de datos, es imprescindible utilizar un sistema gestor de base de datos, el cual actuara como almacén de datos.

Una base de datos consiste en un conjunto de tablas, estas tablas se guardan en un solo archivo, además de guardar otros tipos de objetos como pueden ser funciones, formularios, módulos, etc.

Importante

Una tabla de una base de datos, consiste en la división de filas y columnas donde se almacenaran los datos. Cada fila que compone una tabla recibe el nombre de registro. Cada registro se compondrá de una serie de campos, como minino tendrá un campo, un campo se corresponde con las columnas de una tabla.

La forma de almacenar en tablas los datos de una base de datos, hace que sea más flexible y evita que existan redundancias.

Nombre Apellidos DNI

José Gómez Gutiérrez 78596345P

Almudena García López 24875966B

Adolfo Martínez Muñoz 78596314Y

Tabla empleado

Regis

tros

Campos

UD1

17

1.3.1. Concepto de base de datos

Una base de datos es el sitio donde se almacena un conjunto de datos o informaciones, que pueden ser texto, imágenes, videos, sonidos, etc. Estos datos e informaciones se encontraran relacionados entre si y podrán ser con-sultados y estar accesibles en cualquier momento por los usuarios que tengan acceso a estos.

Una base de datos almacena los datos o informaciones de forma organizada para poder seleccionar las informaciones o datos por separado.

Una base de datos se trata simplemente de un sistema de almacenaje de ar-chivos de forma electrónica, este sistema de almacenaje es capaz de guardar grandes volúmenes de datos e informaciones.

Base de datos

Consultar, modificar, insertar y borrar

es un se podrán

los datos pueden ser

Sistema de almacenamiento de

datos

Imágenes, videos, sonidos, texto, etc.

Imagen de una base de datos


18

Por ejemplo, una empresa que administra la venta de productos de papelería nivel nacional, esta empresa deseara tener almacenados todos y cada uno de los datos personales y números de teléfono de sus clientes, además de que-rer tener almacenados informaciones o datos sobre los productos, pedidos, empleados, etc.

Necesitará almacenarEmpleados, clientes,

productos pedidos, etc.Empresa

Esto puede crear bastantes cantidades de información y datos.

En el pasado la forma de gestionar los datos era utilizando archivos informá-ticos, pero eran difíciles de consultar por la gran cantidad de archivos que se podían generar, el acceso a estos no era muy rápido y efectivo.

Se ha desarrollado una evolución de estos hasta llegar al uso hoy día de los sistemas de bases de datos, el uso de este sistema se utiliza para automati-zar el acceso a los datos, lo que hará que el acceso a estos sea mucho más rápido, controlado y fácil.

La abreviatura de una base de datos es BD. Todas las bases de datos deben de tener las siguientes características:

∙ Seguridad.

∙ Integridad.

∙ Independencia.

∙ Consistencia.

∙ Uso de estándares.

∙ Recuperación de datos.

Mediante el uso de una base de datos se podrán realizar operaciones con los datos de esta, a estas operaciones se les llama transacción.

Importante

Una transacción consiste en una serie de operaciones que van a formas una unidad lógica de trabajo en una base de datos, serán realizadas mediante la utilización de una o más sentencias SQL. SQL es el lenguaje estándar de consulta de datos para una base de datos.

UD1

19

Una transacción está delimitada por una serie de instrucciones que darán ini-cio a la transacción y otra serie de instrucciones que darán fin a dicha transac-ción, se tratan de todas instrucciones que se iran ejecutando entre el inicio y el fin de la transacción. Con la utilización de transacciones lo que se consigue es mantener la integridad de los datos.

Ejemplo:

Vamos a realizar una transacción en la que queremos modificar el nombre de un empleado utilizando su DNI para consultar sus datos.

BEGIN TRANSentencia SQL utilizada para dar comienzo a una Transacción.

UPDATE empleado SET nombre= Adolfo

A través de esta sentencia avisaremos que campo de la tabla empleados queremos modificar y el valor del campo

WHERE DNI=’74528963Y’A través de la cláusula SQL WHERE se podrá localizar el registro a modificar.

COMMIT TRAN Sentencia SQL utilizada para dar final a la transacción.

Siempre que se ejecuta una transacción las operaciones se ejecutan y se confirma que se ha producido con éxito, si alguna instrucción que forma parte de la transacción no se produce no se producirá la transacción.

En conclusión, las operaciones de una transacción o se ejecutan todas o no se ejecuta ninguna.

Importante

Las bases de datos se organizan en campos, registros y archivos.

Un campo es un tipo de dato o información únicos. Un registro es un conjun-to de campos y un archivo o tabla que es un conjunto de registros.


20

Base de datos

CamposSe organiza

Registros

Archivo o tabla

Por ejemplo, tenemos el archivo empleados de una empresa que estará com-puesto por varios registros y cada uno de esos registros estará formado por uno o varios campos, como pueden ser el nombre, apellidos, DNI, y dirección de todos los empleados.

Importante

El aumento del uso de las bases de datos, hizo que se desarrollaran sistemas para la gestión de estas, con la ayuda de estos sistemas, proporcionara que se aproveche todas las funcionalidades de las bases de datos de forma sen-cilla. Útil y ágil.

Este tipo de sistemas son los llamados Sistemas Gestores de bases de datos.

Normalmente, cada base de datos proporciona su propio Sistema Gestor de base de datos, existen versiones de sistemas gestores que son gratuitos, algunos de ellos son:

∙ PostgreSQL.

∙ MySQL.

Y otras versiones que son de pago como pueden ser:

∙ IBM Informix.

∙ Microsoft SQL Server.

∙ Oracle.

UF2175: Diseño de bases de datos relacionales · a objetos y bases de datos relacionales, de la...

Documents

Transcript of UF2175: Diseño de bases de datos relacionales · a objetos y bases de datos relacionales, de la...