Manual de Base de datos, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Informática

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BASE DE DATOS

Teoría

• Presentación Página
• Red de contenidos
• Unidad de Aprendizaje - 1.1 Tema 1 : Introducción al curso SISTEMA DE BASE DE DATOS - 1.1.1 : Importancia del curso dentro de la carrera - 1.2 Tema 2 : Conceptos básicos - 1.2.1 : Surgimiento histórico de las bases de datos - 1.2.2 : Definición de la base de datos - 1.2.3 : Objetivos de la base de datos - 1.2.4 : Herramientas de modelado (DER): yED, Entorno de yED. - 1.2.5 : Obtención de un DER básico - 1.3 Tema 3 : Representación de la información - 1.3.1 : Niveles de abstracción referidos a la información - 1.3.2 : Reglas de negocio - 1.3.3 : Relaciones de correspondencia - 1.3.4 : Ejercicios de aplicación - 1.3.5 : Autoaprendizaje - 1.4 Tema 4 : Arquitectura de un sistema de base de datos - 1.4.1 : Arquitectura de un sistema de base de datos - 1.4.2 : Organizaciones de archivos y el nivel interno de la arquitectura
• Unidad de Aprendizaje - 2.1 Tema 5 : Modelo conceptual MODELO CONCEPTUAL - 2.1.1 : Modelo conceptual de datos - 2.2 Tema 6 : Diagrama Entidad-Relación - 2.2.1 : Entidades: Generalización / Especialización - 2.2.2 : Entidad fuerte/débil - 2.2.3 : Ejercicios de aplicación - 2.2.4 : Relaciones recursivas - 2.2.5 : Agregaciones - 2.2.6 : Ejercicios integradores
• Unidad de Aprendizaje
  • 3.1. Tema 7 : Normalización parte I MODELO RELACIONAL Y NORMALIZACIÓN - 3.1.1 : Modelo relacional - 3.1.2 : Primera Forma Normal - 3.1.3 : Segunda Forma Normal - 3.1.4 : Tercera Forma Normal - 3.1.5 : Integración: Ejercicios propuestos - 3.1.6 : Ejercicios de normalización básicos
  • 3.2. Tema 8 : Normalización parte II - 3.2.1 : Sin grupos repetitivos - 3.2.2 : Con un grupo repetitivo - 3.2.3 : Ejercicios - 3.2.4 : Múltiples grupos repetitivos - 3.2.5 : Ejercicios - 3.2.6 Diccionario de datos
    • 3.3. Tema 9 : Normalización parte III
      • 3.3.1 : Normalización Detalle del Detalle / Ítems
      • 3.3.2 : Ejercicios parte I
      • 3.3.3 : Ejercicios propuestos: Detalle del Detalle / Ítems Detalle
      • 3.3.4 : Ejercicios propuestos (adicionales)
• Unidad de Aprendizaje
  • 4.1. Tema 10 : Modelo lógico (DER a MER) DIAGRAMA ENTIDAD RELACIÓN - 4.1.1 : Obtención del modelo lógico-global de los datos a partir del DER - 4.1.2 : Modelo lógico. Ejercicios
  • 4.2. Tema 11 : Modelo físico (MER a DER) - 4.2.1 : Metodología de sistema de base de datos - 4.2.2 : Obtención del modelo lógico-global de los datos a partir del MER

PRESENTACIÓN

El presente manual está diseñado para que sea utilizado como herramienta de

trabajo en el curso de Bases de Datos. Por esto, se encuentra estructurado de

acuerdo con la organización del mismo.

Cada sesión contempla, entre otros aspectos, los logros que se persiguen y los

contenidos que se abordan en la misma, lo cual permite que el alumno pueda

tener una idea clara de los aspectos que se van a tratar y del alcance de éstos

en el curso.

En el desarrollo de los contenidos, las explicaciones están ilustradas con

ejemplos y figuras que facilitan la comprensión. Algunas sesiones están

completamente dedicadas a la ejercitación de los contenidos impartidos, de

modo que los alumnos puedan alcanzar habilidades en la aplicación de las

técnicas estudiadas.

Al final de cada sesión, se añade una Autoevaluación, en la cual se proponen

ejercicios para que los estudiantes los realicen independientemente, fuera de

clases, de manera que puedan aumentar sus habilidades y así comprobar sus

conocimientos. Para recordar, brinda, de modo resumido, las conclusiones más

importantes acerca de los contenidos tratados.

RED DE CONTENIDOS

Base de Datos Unidad 1: Sistema de base de datos

• Introducción al curso
• Conceptos básicos
• Representación de la información
• Arquitectura de un sistema de base de datos Unidad 2: Modelo Conceptual
• Modelo conceptual de datos
• Diagrama Entidad - Relación Unidad 3: Modelo relacional y Normalización
• Normalización parte I
• Normalización parte II
• Normalización parte III Unidad 4: Diagrama Entidad Relación
• Modelo lógico (DER a MER)
• Modelo físico (MER a DER)

1.1. Tema 1: Introducción al curso

1.1.1. Importancia del curso dentro de la carrera En un mundo globalizado, las Bases de Datos tienen una gran relevancia a nivel personal, pero más a nivel empresarial; ya que se consideran una de las mayores aportaciones que ha dado la informática a las empresas. En la actualidad, cualquier organización, por más pequeña que sea, debe contar con una Base de Datos y no basta tenerla; sino debemos saber cómo gestionarlas. Es por ello la importancia de incluir dentro de la carrera. El objetivo del curso es que los estudiantes logren sólidos conocimientos sobre los temas a tratar para involucrarse con seguridad en administrar una base de datos del mundo real.

1.2. Tema 2 : Conceptos Básicos

1.2.1. Surgimiento histórico de las bases de datos Al estudiar el desarrollo del procesamiento automatizado de datos, en lo que se refiere al aseguramiento técnico, se habla de diferentes generaciones. Desde el punto de vista del aseguramiento matemático y, en particular, del aseguramiento de programas, algunos autores reconocen tres generaciones :  Solución de tareas aisladas  Integración de tareas aisladas en sistemas particulares  Integración de sistemas particulares en sistemas automatizados de dirección Este proceso de integración ocurre paralelamente, aunque no simultáneamente, en dos esferas: a) Integración de los programas Los lenguajes de programación integran a las bases de datos con un propósito específico, el cual se manifiesta en sus aplicaciones Cliente-Servidor. Es así que en la actualidad los lenguajes de programación presentan un entorno sofisticado de desarrollo que permiten trabajar de manera integrada con las bases no necesariamente de un determinado proveedor de datos. Figura 1 : Cliente-Servidor Fuente .- Tomado de http://www.coders.me/wp-content/uploads/2008/03/cliente-servidor.gif

b) Integración de los datos Se han producido tres categorías de técnicas para su manipulación:  Sistemas orientados a los dispositivos Programas y archivos que son diseñados y empleados de acuerdo con las características físicas de la unidad central y los periféricos. Cada programa está altamente interconectado con sus archivos, por lo que la integración de datos de diferentes sistemas es imposible prácticamente.  Sistemas orientados a los archivos La lógica de los programas depende de las técnicas de organización de los archivos (secuencial, directo, etc.). Cada usuario organiza su archivo de acuerdo con sus necesidades y las relaciones entre los elementos se establecen a través de los programas de aplicación. Esta forma de trabajo implica redundancia de datos, que trae aparejada mayor gasto de memoria y complica las operaciones de actualización (modificar un dato donde quiera que aparezca). Esto aumenta el tiempo de tratamiento y atenta contra la integridad de la información. Cuando se habla de integridad, se está haciendo referencia a que, en todo momento, los datos almacenados estén correctos en correspondencia con la realidad. Además, en la vida real, se establecen relaciones entre los objetos que son muy difíciles de representar u obtener a partir de sistemas tradicionales de archivos. Por ejemplo, si se tiene información sobre trabajadores y estudiantes de una facultad, las aplicaciones requeridas van a definir la manera de organizar y estructurar los archivos. Si se desean obtener datos como promedio de las calificaciones de cada alumno, listado de estudiantes por grupo, categoría científica y docente de cada grupo, y salario de cada uno, resulta adecuado establecer dos archivos: uno de profesores y otro de estudiantes. ¿Qué ocurre si se quieren establecer vínculos entre los profesores y los estudiantes? Por ejemplo , si se desea obtener lo siguiente: o Los estudiantes de un profesor o Los profesores de un estudiante De esta manera, se estructuraría un archivo de profesores y estudiantes que resolvería algunas demandas, pero sería ineficiente para otras. Entonces. ¿Es posible representar de manera eficiente, utilizando los medios de cómputo, los casos o procesos de la realidad objetiva (procesos de negocio), aunque sea, por supuesto, de forma esquemática, pero en la que se establezcan determinados vínculos entre los elementos u objetos que forman parte de esos procesos o casos? Se observa que es posible hacerlo a través de la utilización de bases de datos (BD) y de los sistemas de gestión de bases de datos (SGBD) que dirigen su manipulación.  Sistemas orientados a base de datos Un Sistema de Gestión de Bases de Datos consiste en una colección de datos interrelacionados y un conjunto de programas para acceder a los mismos.

Los objetivos fundamentales de los SGBD son los siguientes:

1. Independencia de los datos y los programas de aplicación Se ha observado que, con archivos tradicionales, la lógica de la aplicación contempla la organización de los archivos y el método de acceso. Por ejemplo, si por razones de eficiencia se utiliza un archivo secuencial indexado, el programa de aplicación debe considerar la existencia de los índices y la secuencia del archivo. Entonces, es imposible modificar la estructura de almacenamiento o la estrategia de acceso sin afectar el programa de aplicación (naturalmente, lo que se afecta en el programa son las partes de éste que tratan los archivos, lo que es ajeno al problema real que el programa de aplicación necesita resolver). En un SGBD , sería indeseable la existencia de aplicaciones y datos dependientes entre sí, por dos razones fundamentales: a) Diferentes aplicaciones necesitarán diferentes aspectos de los mismos datos (por ejemplo, puede requerirse la representación decimal o binaria). b) Se debe modificar la estructura de almacenamiento o el método de acceso, según los cambios en el caso o proceso de la realidad sin necesidad de modificar los programas de aplicación (también para buscar mayor eficiencia). La independencia de los datos se define como la inmunidad de las aplicaciones a los cambios en la estructura de almacenamiento y en la estrategia de acceso. Todo esto constituye el objetivo fundamental de los SGBD. 2. Minimización de la redundancia Se ha comprobado cómo, con los archivos tradicionales, se produce redundancia de la información. Uno de los objetivos de los SGBD es minimizar la redundancia de los datos. Se dice disminuirla, no eliminarla, pues, aunque se definen las bases de datos como no redundantes, en realidad sí existe, pero en un grado no significativo que servirá para disminuir el tiempo de acceso a los datos o para simplificar el método de direccionamiento. Lo que se trata de lograr es la eliminación de la redundancia superflua. 3. Integración y sincronización de las bases de datos La integración consiste en garantizar una respuesta a los requerimientos de diferentes aspectos de los mismos datos por diferentes usuarios, de forma que, aunque el sistema almacene la información con cierta estructura y cierto tipo de representación, debe garantizar entregar al programa de aplicación los datos que solicita y en la forma en que lo solicita. Está vinculada a la sincronización, que consiste en la necesidad de garantizar el acceso múltiple y simultáneo a la base de datos, de modo que puedan ser compartidos por diferentes usuarios a la vez. Están relacionadas, ya que lo usual es que diferentes usuarios trabajen con diferentes enfoques y requieran los mismos datos, pero desde diferentes puntos de vista. 4. Integridad de los datos Consiste en garantizar la no contradicción entre los datos almacenados, de modo que, en cualquier momento del tiempo, sean correctos, es decir, que no se detecte inconsistencia entre los mismos. Está relacionada con la minimización de la redundancia, ya que es más fácil garantizar la integridad si se elimina ésta.

5. Seguridad y recuperación  Seguridad (también llamada protección): garantiza el acceso autorizado a los datos, la forma de interrumpir cualquier intento de acceso no autorizado, ya sea por error del usuario o por mala intención.  Recuperación: permite que el sistema de bases de datos disponga de métodos que garanticen la restauración de las bases de datos al producirse alguna falla técnica, interrupción de la energía eléctrica, etc. 6. Facilidad de manipulación de la información Los usuarios de una base de datos pueden acceder a ella con solicitudes para resolver muchos problemas diferentes. El SGBD debe contar con la capacidad de una búsqueda rápida por diferentes criterios, debe permitir que los usuarios planteen sus demandas de una forma simple, aislándolo de las complejidades del tratamiento de los archivos y del direccionamiento de los datos. Los SGBD actuales brindan lenguajes de alto nivel, con diferentes grados de facilidad para el usuario no programador, que garantizan este objetivo, los llamados sublenguajes de datos. 7. Control centralizado Uno de los objetivos más importantes de los SGBD es garantizar el control centralizado de la información. Permite comprobar, de manera sistemática y única, los datos que se almacenan en la base de datos, así como el acceso a ella. Lo anterior implica que debe existir una persona o un conjunto, que tenga la responsabilidad de los datos operacionales: el administrador de la base de datos puede considerarse parte integrante del SGBD.

1.2.4. Herramientas de Modelado (DER): yED, Entorno de yED.

Existen una variedad de herramientas que nos facilita de manera sencilla y eficaz elaborar el modelo de Diagrama entidad Relación de una base de datos. A continuación, podemos mencionar como, por ejemplo:  CASE Studio 2 o link: http://www.casestudio.com/enu/index.aspx  DIA o link: https://dia.uptodown.com/windows/all  Yed Graph Editor o link: https://www.yworks.com/products/yed  Etc. En el curso utilizaremos la herramienta yED Graph Editor ¿Qué es yED? Es una poderosa aplicación de escritorio que se puede utilizar para generar de forma rápida y eficaz diagramas de alta calidad. yED está libremente disponible y funciona en todas las plataformas: Windows, UNIX / Linux, y Mac OS X. yEd 3.16.2.

Solución: CASO 02: Cuentas El banco “ Préstame ya ” desea controlar la información de sus clientes con sus cuentas correspondientes. Para ello toma en cuenta los siguientes datos:  Cliente: Documento de Identidad, nombre y dirección.  Cuenta: Tipocuenta, nro_cuenta y saldo. Además, un cliente puede tener muchas cuentas, pero que una cuenta puede llegar a pertenecer a un solo cliente (Se indica que puede, ya que existen cuentas registradas a favor de más de una persona “En este caso”). Solución: CASO 03: Centro Educativo El centro educativo “ ANE ” desea controlar la información de sus estudiantes; así como la materia que está llevando. Para ello toma en cuenta los siguientes datos:  Estudiante: Código, nombre y dirección.  Materia: Código de materia, materia. Además, un estudiante puede cursar muchas materias, y una materia puede ser cursada por muchos estudiantes. Solución: 1 1 1 M N M

CASO 04: Compra Una empresa vende productos a varios clientes. Se necesita conocer los datos personales de los clientes (nombre, apellidos, DNI, dirección y fecha de nacimiento). Cada producto tiene un nombre y un código, así como un precio unitario. Un cliente puede comprar varios productos a la empresa, y un mismo producto puede ser comprado por varios clientes. Los productos son suministrados por diferentes proveedores. Se debe tener en cuenta que un producto puede ser suministrado por varios proveedores, y los proveedores puede suministrar diferentes productos. De cada proveedor se desea conocer su RUC, razón social y dirección.

1.3. TEMA 3 : REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN

En Base de Datos existen muchos términos que seguro lo tenemos como saber previo tal es así que debemos distinguir entre los términos dato e información para poder entender los demás que usaremos en este curso. Tomemos en cuenta que un dato es cualquier valor que puede representar algo, así como un número, imagen, sonido, símbolo, nombre, etc.; su característica principal es que no permite tomar ninguna decisión , ya que son simplemente datos que no tienen un significado concreto. Estos datos deben procesarse para dotarlos de significado y convertirlos en algo que nos pueda servir como información. En cualquier proceso y construcción de un sistema informático, el diseño de la base de datos ocupa un lugar importante, a tal punto que esta puede verse como un proceso relativamente independiente dentro del diseño del sistema y compuesto por una serie de etapas. Es por ello que resulta de interés el estudio de los problemas relacionados con el diseño de las bases de datos y el modelamiento de la información.

1.3.1. Niveles de abstracción referidos a la información

Cuando se habla de información, se hace referencia, de forma general, a tres niveles diferentes de abstracción, tendiéndose a saltar de uno a otro sin establecer una advertencia previa. 1° NIVEL: MUNDO REAL En este nivel encontramos a las entidades u objetos, que son elementos que componen nuestro universo y son considerados como elementos que existen y además están bien

Atributo Dominio Ocurrencia Color {Azul, Rojo, Gris} Gris Marca {Toyota, Kia, Chery} Kia Modelo {Rav4, Sportage, Tiggo} Sportage Ahora bien, una colección identificable de atributos es un registro y representa un objeto con sus propiedades. Una vez más, es imprescindible distinguir entre nombre y ocurrencia de artículo. Una ocurrencia de artículo o tupla consiste en un grupo de ocurrencias de campos relacionados, representando una asociación entre ellos. Por ejemplo, tenemos un artículo correspondiente al objeto profesor, en un caso o proceso de la realidad que pretenda representar el comportamiento de una facultad. El nombre o tipo de artículo puede ser PROFESOR , que esté formado por los siguientes tipos de campos o atributos: Atributo Descripción COD_PROF Código único del profesor. NOM_PROF Nombre completo del profesor. CAT_PROF Categoría asignada al profesor. SUE_PROF Sueldo asignado al profesor. Una ocurrencia de este artículo puede ser: PJQUISPE JULIO CASTRO VERA PARCIAL S/. 3500.  Archivo o archivos: Son un conjunto de ocurrencias de un mismo tipo de artículo. En la práctica, llama la atención las colecciones o conjuntos de objetos similares. Además, es necesario almacenar la información de las mismas propiedades para cada uno de ellos; por ejemplo, el conjunto de profesores de la facultad. Entonces, una base de datos contendrá muchas ocurrencias de cada uno de los tipos de artículos, lo que implica que la base de datos, por supuesto, también contendrá muchas ocurrencias de los distintos tipos de atributos. Uno de los momentos cruciales en el diseño de un caso de la realidad objetiva que se concreta en una base de datos es, precisamente, la selección de los conjuntos de objetos y sus propiedades. Además, existe otro concepto muy importante en este nivel que es el concepto de llave o clave. Se denomina a este último como un atributo o conjunto de atributos de un objeto o entidad que define que cada ocurrencia de del objeto de la base de datos sea única. En principio, cada objeto o entidad tiene una llave, ya que se tiene como hipótesis que cada elemento u ocurrencia del objeto o entidad es diferente de las demás. Por ejemplo, el código del profesor puede constituir la llave de la entidad profesor. 3º NIVEL: DATOS El tercer nivel corresponde a los datos propiamente dichos, los cuales son representados mediante cadenas de caracteres o de bits. En este nivel es necesario tener en cuenta la diferencia entre tipo de dato y valor del dato. El tipo de dato corresponde a un atributo o tipo de atributo, que está asociado a

un tipo de artículo correspondiente, mientras que, el valor corresponde a una ocurrencia del atributo. Sin embargo, una colección de bits o caracteres que representa un único valor de datos y que puede existir independientemente de cualquier información que se almacena adquiere significado solo cuando se le asocia a un tipo de atributo. Se puede, por ejemplo: almacenar permanentemente los valores ROJO, AZUL, VERDE, etc. y asociarlos en un momento determinado a un tipo de atributo a través de los valores que toma, representando una ocurrencia en una tupla. Veamos la integración de todos los niveles expresados en la entidad Auto : DOMINIO o CAMPO OCURRENCIA AUTO PLA_AUTO COL_AUTO PUE_AUTO MAR_AUTO MOD_AUTO AGI- 384 Rojo 5 Toyota Rav 4 FRG- 254 Azul 5 Kia Sportage PER- 120 Gris 4 Kia Rio 5 TER- 555 Negro 4 Nissan Almera

1.3.2. Reglas de negocio

Toda organización funciona siguiendo múltiples reglas o también llamada políticas, estas pueden ser explícitas o tácitas las cuales se encuentran integradas en los procesos, aplicaciones informáticas, documentos, etc. Así mismo, se podría decir que describe políticas, normas, operaciones, definiciones y restricciones presentes en una organización y que son de vital importancia para alcanzar los objetivos. Mencionaremos algunos ejemplos:  Un docente dictará únicamente en una sede.  Un cliente solo puede adquirir 3 promociones.  Después de 15’ se considera tardanza.  Por 5 minutos de tardanza equivale a una hora de descuento. Por otra parte, una aplicación informática permite reflejar parte del funcionamiento del mundo real, haciendo que un proceso sea manejado por un usuario de manera correcta; para que esto ocurra debemos aplicar restricciones, de modo que se prevea acciones de manera correcta. Para un sistema de base de datos podríamos nombrar las siguientes reglas de negocio:  Controlar el saldo negativo de un cliente.  Controlar el stock negativo de un producto.  Crear boletas de ventas a clientes que no se encuentran registrados.  Controlar el número de intentos al ingresar un usuario y una clave.  A los clientes de tipo A les aplicamos un descuento del 10% en pedidos superiores a 3.000.

1.3.3. Relaciones de correspondencia

Es importante notar que, en general, habrá asociaciones o relaciones enlazando las entidades básicas. Estos enlaces se pueden establecer entre diferentes objetos o tipos de artículos o entre un mismo tipo de artículo. Por ejemplo: ENTIDAD REGISTROS