Clase 2 Modelo De Datos

MODELO DE DATOS FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA INFORMATICA Y SISTEMAS Ingº Oswaldo Daniel Chávez Moreno [email_address]

MODELO “ Construcción mental a partir de la realidad en la que se reproducen los principales componentes y relaciones del segmento de la realidad analizada”. Dos acepciones : Reproducción simplificada de la realidad (ciencias empíricas) Realidad propiamente dicha (pintor)

MODELO DE DATOS “ Dispositivo de abstracción que nos permite ver el bosque (esto es, la información contenida en los datos) en oposición a los árboles (valores individuales de los datos)”; Tsichritzis y Lochovsky (1982). ” Conjunto de herramientas conceptuales para describir la representación de la información en términos de datos. Los modelos de datos comprenden aspectos relacionados con: estructuras y tipos de datos, operaciones y restricciones”; Dittrich (1994). “ Conjunto de conceptos, reglas y convenciones que permiten describir y manipular los datos de la parcela de un cierto mundo real que deseamos almacenar en la base de datos”; De Miguel et al. (1999).

MODELO DE DATOS VS LENGUAJE DE DATOS

ESQUEMA "La descripción específica de un determinado mini-mundo en términos de un modelo de datos se denomina esquema (o esquema de datos) del mini-mundo. La colección de datos que representan la información a cerca del mini-mundo constituye la base de datos”, Dittrich (1994) . “ Representación de un determinado mundo real (universo del discurso) en términos de un modelo de datos”; de Miguel, Piattini y Marcos (1999).

ESQUEMAS Y EJEMPLARES Un ejemplar de un elemento de un esquema son los datos que en un determinado momento se encuentran almacenados en el citado elemento del esquema. La colección de ejemplares de todos los elementos de un esquema en un momento determinado constituyen un ejemplar del esquema . Al igual que en los lenguajes de programación existen variables (constituidas por un tipo y un contenido), las cuales tienen en un momento determinado un cierto valor; en las bases de datos se debería hablar de “variables de base de datos”, cuyo tipo sería el esquema y su contenido todos los posibles valores del esquema; su valor, en un momento determinado, sería un ejemplar del esquema. Nosotros utilizaremos la expresión “base de datos” en el sentido abstracto de todos los posibles ejemplares, y cuando queramos referirnos a su contenido en un cierto momento hablaremos de un ejemplar o bien de “la base de datos en el instante i” (BDi).

RELACION ENTRE MODELO, ESQUEMA Y EJEMPLAR

DEFINICION DE MODELO DE DATOS Aunque existen muchos MD es posible abstraer una serie de características comunes a todos ellos, definiendo así el concepto de modelo de datos en general, de forma más precisa: “ un conjunto de conceptos, reglas y convenciones bien definidos que nos permiten aplicar una serie de abstracciones a fin de describir y manipular los datos de un cierto mundo real que deseamos almacenar en una base de datos”. Los MD facilitan la creación de categorías mediante la aplicación de mecanismos de abstracción (clasificación, agregación, etc.). Esto lleva a diferenciar dos tipos de modelos (de forma similar a como ocurre con los lenguajes de programación): Fuertemente tipados , ← (son los utilizados en BD). Débilmente tipados.

PROPIEDADES ESTÁTICAS Elementos permitidos Objetos Asociaciones Características de los objetos Dominios Elementos no permitidos (restricciones) Inherentes De integridad o semánticas • DINÁMICAS Conjunto de operadores. Cada operador tiene dos componentes: Localización Acción

FORMALIZACION Un MD ha de proporcionar facilidades para recoger los aspectos estáticos y dinámicos de la realidad, por lo que se define formalmente como el par: MD = <G,O> donde G es el conjunto de reglas de generación que permiten representar la componente estática , es decir, describir las estructuras de nuestro universo del discurso, y O es el conjunto de operaciones autorizadas sobre la correspondiente estructura, operaciones que permiten representar la componente dinámica . La componente estática de un determinado MD expresado con una sintaxis determinada es el Lenguaje de Definición de Datos (LDD), y la componente dinámica el Lenguaje de Manipulación de Datos (LMD); ambos juntos constituyen el Lenguaje de Datos (LD). Los SGBD suelen tener además un Lenguaje de Consulta (Query Language -QL-) y un Lenguaje de Control (Control Language).

ESTATICA – ELEMENTOS PERMITIDOS Los elementos permitidos no son los mismos para todos los MD (varían especialmente en terminología), pero en general son: Objetos (entidades, relaciones, registros, etc.) Asociaciones entre objetos (interrelaciones, “set”, etc.) Propiedades o características de los objetos o asociaciones (atributos, campos, elementos de datos, etc.) Dominios , que son conjuntos nominados de valores homogéneos sobre los que se definen las propiedades. A estos elementos permitidos se les podrán aplicar aquellas abstracciones reconocidas por el modelo. La representación de estos elementos depende de cada modelo de datos, pudiendo hacerse en forma de grafos (E/R, UML) o de tablas (Relacional).

ESTATICA – ELEMENTOS NO PERMITIDOS Los elementos no permitidos se conocen como restricciones. Tipos: Restricciones inherentes (del modelo): Impuestas por la misma naturaleza del modelo de datos, el cual no admite ciertas estructuras. Restricciones de integridad o semánticas (de usuario): Permiten captar la semántica del universo del discurso que se quiere modelar y verificar la corrección de los datos almacenados en la BD. Según los instrumentos que proporcione el modelo de datos para definir y gestionar las restricciones, éstas pueden ser: Propias al MD: su definición le corresponde al diseñador, pero su gestión es responsabilidad del modelo de datos, el cual las reconoce y recoge en el esquema. Ajenas al MD: son, por completo, responsabilidad del diseñador, ya que el modelo de datos no las reconoce ni proporciona instrumentos para manejarlas.

ESTATICA - FORMALIZACION Podemos definir la componente estática del modelo de datos como: G = < Ge, Gr > donde Ge es el conjunto de reglas de generación de estructuras (objetos del modelo y restricciones inherentes) y Gr es el conjunto de restricciones de usuario . La aplicación de la componente estática de un MD a un determinado Universo del Discurso (UD) nos da como resultado un esquema (E): G[UD] = E E es la estructura de datos que describe, en el correspondiente modelo MD, las categorías que han resultado de las abstracciones aplicadas al mundo real (UD) que se trata de modelar.

DINAMICA - FORMALIZACION La componente dinámica consta de un conjunto de operadores que se definen sobre la estructura del correspondiente MD, ya que no todas las estructuras admiten el mismo tipo de operaciones. La aplicación de un operador a un ejemplar de un esquema transforma éste en otro ejemplar: O [BDi] = BDj Tanto BDi como BDj deben ser ejemplares válidos de la BD, es decir, los valores de ambos deben pertenecer a alguna de las categorías definidas en el esquema y cumplir las restricciones de integridad (también deben cumplir, en caso de que existan, las posibles restricciones asociadas al cambio de estado).

DINAMICA - LMD En un plano conceptual, sin seguir una sintaxis concreta, podemos expresar una sentencia del LMD de la siguiente forma: LOCALIZACIÓN <condición> ACCIÓN <objetivo> donde La Localización o “enfoque” consiste en localizar un ejemplar de un objeto indicando un camino (lenguaje navegacional) o un conjunto de ejemplares especificando una condición (lenguaje de especificación). La Acción se realiza sobre el(los) ejemplar(es) previamente localizado(s). Puede consistir en una recuperación o en una actualización (inserción, borrado o modificación). <condición> es una expresión lógica que deben cumplir los objetos que se desea localizar o señala el camino que permite llegar a esos objetos. <objetivo> indica los objetos (o las propiedades de éstos) sobre los que se aplica la acción.

MECANISMOS DE ABSTRACCION El proceso de abstracción nos ayuda a modelar los datos al hacer que nos centremos en lo esencial , pasando por alto aspectos que no consideramos relevantes para nuestros objetivos en la representación del mundo real. Ejemplo : El concepto de ambulancia como una abstracción en la que únicamente recogemos aquellas características (chasis, ruedas, sirena, etc.), comunes a todas las ambulancias y que la distinguen de otros vehículos, que son de interés para nuestros fines.

MECANISMOS DE ABSTRACCION Los MD ofrecen distintos mecanismos de abstracción a fin de facilitar la representación de los datos; siendo el esquema el resultado de aplicar un proceso de abstracción a un determinado mundo real. Los principales son: Clasificación, Agregación, Generalización y Asociación. (algunos autores piensan que es un tipo especial de agregación) Pueden combinarse entre sí ofreciendo interesantes mecanismos semánticos para estructurar los datos. Permiten establecer vinculaciones entre los elementos de un modelo. La clasificación establece una vinculación entre una categoría de objetos y cada objeto particular (ejemplar) de dicha categoría, mientras que en las otras tres el vínculo se establece entre categorías de objetos y, por tanto, también entre los correspondientes ejemplares de dichas categorías.

USO COTIDIANO Los mecanismos de abstracción los utilizamos - consciente o inconscientemente - de manera continua:

USO COTIDIANO Los mecanismos de abstracción los utilizamos - consciente o inconscientemente - de manera continua: Clasificación: El vehículo de matrícula CR-0978-Z es de la clase ambulancia. Agregación: Está formada por cuatro ruedas, un chasis, un motor, ... Generalización: Una ambulancia es un vehículo para recoger y transportar enfermos. Asociación: Su propietario es la empresa CUASER; su conductor es Fernández, ...

CLASIFICACION La Clasificación es la acción de abstraer las características comunes a un conjunto de ejemplares para crear una categoría a la cual pertenecen dichos ejemplares. El mecanismo contrario se llama Particularización. BRODIE (1984) define la clasificación como: Una forma de abstracción en la que una colección de objetos se considera como una clase de objetos de más alto nivel. Una clase de objetos es una caracterización precisa de todas las propiedades compartidas por todos los objetos en la colección. Un objeto es un ejemplar de una clase de objetos si tiene las propiedades definidas en la clase. Ejemplo: Clasificamos como Vehículos a las máquinas, animales o cosas, con medios de propulsión propios, que sirven para desplazar seres u objetos desde una posición a otra. Ambulancia => SI es un vehículo Grúa => NO es un vehículo (incumple la autopropulsión).

CLASIFICACION La clasificación se corresponde con el concepto de pertenencia a un conjunto: entre el elemento clase y los elementos miembros se establece una relación ES_MIEMBRO_DE. Los ejemplares de una clase tienen características similares por medio de las cuales describimos la correspondiente clase; estas características toman valores concretos para cada uno de los ejemplares de la clase. Los mismos objetos admiten clasificaciones distintas. Por ejemplo, podemos clasificar las asignaturas de varias maneras: obligatorias / optativas, anuales / semestrales, de primer curso, segundo curso, etc, teóricas / aplicadas, etc. Todos los MD de las bases de datos admiten la abstracción de clasificación.

CLASIFICACION - REPRESENTACION

AGREGACION La abstracción de Agregación consiste en construir un nuevo elemento del modelo como compuesto de otros elementos ( componentes ): Se establece una relación ES_PARTE_DE entre los elementos componentes y el elemento compuesto. El mecanismo contrario se llama Desagregación. Se pueden considerar tres tipos distintos de agregación: Agregación de clases para obtener una clase compuesta , (incluida en los MD semánticos: ER, UML) Agregación de propiedades para obtener una clase , y (admitida explícita o implícitamente por todos los MD) Agregación de propiedades para obtener una propiedad compuesta . (admitida por algunos MD: Codasyl Sí, Relacional No)

AGREGACION – de propiedades para obtener una propiedad compuesta

GENERALIZACION La Generalización es la acción de abstraer las características comunes a varias clases ( subclases ) para constituir una clase más general ( superclase ) que las comprenda: El conjunto de ejemplares de una subclase “es un” subconjunto de los ejemplares de la correspondiente superclase. Entre los elementos subclase y el elemento superclase se establece una relación del tipo ES_UN . Ejemplo: La superclase PERSONA es una generalización de las subclases PROFESOR y ESTUDIANTE. El mecanismo inverso de la generalización es la Especialización. Todo ejemplar de una subclase es también ejemplar de la superclase y, además de poseer las características específicas de la subclase, hereda todas las correspondientes a la superclase. Aunque esta abstracción es muy intuitiva y muy útil, no se contempla en bastantes modelos de datos (p.e. Relacional).

GENERALIZACION - representación

ASOCIACION La Asociación es una abstracción que se utiliza para relacionar dos o más clases (y, por tanto sus ejemplares), creándose un elemento de un tipo distinto. En algunos MD no aparece (p.e. Relacional). El mecanismo inverso es la Disociación . Algunos autores consideran que es un tipo especial de agregación, pero en De Miguel et al. (1999) se determinan las siguientes diferencias: Cuando se asocian dos o más categorías, el nuevo elemento que aparece tiene determinadas características que lo distinguen de las categorías normales, por lo que, en general, los MD crean un nuevo concepto para representarlo. El nuevo elemento no está compuesto, como en el caso de la agregación, por los elementos que asocia. En la agregación puede existir herencia, y no así en la asociación. Ejemplo:

COMPONENTES Una restricción de integridad tiene los siguientes componentes: La operación de actualización (inserción, borrado o modificación) cuya ejecución ha de dar lugar a la comprobación del cumplimiento de la restricción. La condición que debe cumplirse, la cual es en general una proposición lógica, definida sobre uno o varios elementos del esquema, que puede tomar uno de los valores de verdad (cierto o falso). La acción que debe llevarse a cabo dependiendo del resultado de evaluar la condición. Las restricciones de integridad se pueden considerar, en cierto modo, como reglas ECA (Evento, Condición, Acción): al ocurrir un evento (en este caso una actualización), se comprueba una condición y dependiendo de su resultado se pone en marcha una acción (rechazar la operación, informar al usuario, corregir el error, etc.). Además de estos elementos, también pueden tener un nombre , por medio del cual es posible identificarlas, y también puede indicarse el momento en el que ha de evaluarse la condición.

CLASIFICACION – semánticas propias Las restricciones propias se especifican al definir el esquema mediante las facilidades que proporciona la función de definición de datos, almacenándose en la base de datos (no en los programas), por lo que no pueden ser violadas por ninguna aplicación, es decir, cualquier actualización está obligada a respetarlas. Según sea o no preciso definir la acción tenemos existen tipos: De acción general : es preciso programar un procedimiento (en algún lenguaje) que determine la acción que hay que llevar a cabo. Se subdividen en: Procedimientos almacenados : se definen totalmente de forma procedimental (tanto la acción como la condición). Restricciones de disparo : se definen mediante disparadores (triggers). En ellas se formula una condición de forma declarativa, mediante una proposición lógica; el cumplimiento de la misma "dispara" una acción especificada de forma procedimental. De acción específica : la acción (en general rechazo, aunque puede ser otra, bien predeterminada bien elegida mediante opciones) está implícita en la misma restricción.

CLASIFICACION – de acción especifica En ellas se distinguen las siguientes clases: De condición general : la condición se define mediante una proposición lógica . La operación será una actualización. No se declara la acción porque siempre lleva asociado el rechazo: el sistema evalúa la condición y si el resultado es cierto se actualiza y si no es cierto no se lleva a cabo la operación. En SQL 92 se incluyen dos tipos: De verificación : La expresión lógica mediante la cual se formula la condición está definida sobre uno o varios atributos de un mismo elemento. Por ejemplo, una cláusula "CHECK” dentro de un CREATE TABLE. De aserción : son análogas a las anteriores pero pueden estar referidas a más de un elemento del esquema ya que tienen existencia por sí mismas (por tanto tienen un nombre). Ejemplo: CREATE ASSERTION . De condición específica : también llamadas de "caso especial" ó "implícitas”. Se refieren a las diversas opciones que facilitan los distintos MD cuando se definen los elementos de su esquema y que en realidad son restricciones. Por ejemplo, en el modelo Relacional: PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, NOT NULL ...

CLASIFICACION – otros criterios para clasificar A) Según la dimensión temporal : De Estado o Estáticas: las restricciones se aplican a un determinado estado de una BD y no hay necesidad de conocer los estados anteriores para saber si se cumple o no la condición. Ejemplo: edad>=0. De Transición o Dinámicas: la restricción hay que aplicarla a la transición entre dos estados. Ejemplo: el salario de un empleado no puede disminuir. B) Según el ámbito o alcance: Afectan a un único ejemplar de un tipo dado: edad > 14. Afectan a varios ejemplares de un tipo dado. A su vez, pueden afectar sólo a algunos o a todos los ejemplares de un cierto tipo. (el sueldo de un empleado menor que el sueldo de su jefe) C) Según los criterios de comparación : De valor : en la condición se comparan los valores que pueden tomar las propiedades. Estructurales: imponen limitaciones a la estructura de los elementos del modelo. Por ejemplo, que un atributo no puede tomar más de un valor.

TAXONOMIA DE LOS MODELOS DE DATOS Según el nivel de abstracción que consideremos en la arquitectura ANSI, tendremos modelos internos, globales y externos: También se utiliza la expresión “modelos lógicos” para hacer referencia tanto a los globales como a los externos, ya que ambos describen aspectos lógicos de los datos -frente a los modelos internos que describen aspectos físicos.

MODELOS GLOBALES – convencionales vs conceptuales

Los MD en el proceso de diseño de una BD Se conoce como proceso de diseño de una BD al conjunto de tareas necesarias para pasar de una determinada realidad (Universo del Discurso) a la BD que la representa. Los MD juegan un importante papel en el proceso de diseño de una BD al ofrecernos facilidades de abstracción que nos ayudan a representar la realidad. Los objetivos que persigue todo MD son de dos tipos: a) De Formalización : el MD permite definir formalmente las estructuras permitidas y las restricciones; también establece la base para la definición de un lenguaje de datos. b) De Diseño : el MD es un elemento fundamental en el desarrollo de una metodología de diseño de BD, en el cual se basan los otros componentes de la metodología (lenguajes, documentación y otras herramientas).

LOS MD en el proceso de diseño de una BD

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