Sistema Gestor de una base de datos.ppt

1
Tema 1: Introducción
Bases de datos
Máster en Tecnologías de Información Geográfica

2
Introducción
1. Información y datos
2. Ficheros vs. Bases de datos
3. Sistemas gestores de bases de datos
4. Bases de datos con información geográfica
5. Visión de los datos
6. Modelo relacional de bases de datos
7. Diseño de bases de datos
8. Lenguajes de consulta: QBE, SQL
9. Arquitectura de un SGBD
10. Rendimiento
11. Aplicaciones

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1. Información y datos
La información se registra mediante datos.
 Los datos se pueden mecanizar.
Los datos se interpretan para obtener una
información.
 La interpretación depende del hombre, no se
“puede” mecanizar.
Es necesario un almacenamiento
persistente.

4
Datos
Tipo de información representada con
datos:
 Atómica:
 Números (enteros, coma flotante)
 Cadenas de caracteres
 Estructurada:
 Números complejos (partes real e imaginaria)
 Registros
 Ej: coche(matrícula,modelo,color)

5
Datos
Información geográfica y espacial:
 Datos por líneas (raster):

6
Datos
Información geográfica y espacial:
 Datos vectoriales

7
Fichero: almacenamiento persistente (no
volátil) de datos usado para representar
información.
 Ejemplos: Ficheros de texto, documentos XML
Base de datos: colección persistente de
datos relacionados usada para representar
información.
 Ejemplos MS Access, MS SQL Server, MySQL,
PostgreSQL, Oracle, IBM DB2
2. Ficheros vs. Bases de datos

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Ficheros secuenciales
Application
Cola aplicaciones para
acceso a los datos
Application
Application
Archivo Application
Acceso
serializado
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300

10
Problemas de las
organizaciones de ficheros
Redundancia e inconsistencia de datos
Costes de mantenimiento de los programas:
 Dificultad en el acceso. Cada consulta de datos
implica generalmente escribir un nuevo programa
 Aislamiento de datos. Formatos diferentes y en
medios diferentes
 Integridad. Para implementar restricciones de
integridad es necesario modificar todos los
programas que accedan a los datos

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Problemas de las
Atomicidad.
 Cuando hay un fallo informático (corte de
corriente, error de disco, ...) se puede
producir una inconsistencia en una
transferencia bancaria. La transferencia
debe ser una operación atómica (ocurre
totalmente o no ocurre).

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Problemas de las
 Acceso concurrente.
Application
Application
Trabajo con
una copia de
los datos
Trabajo con una
copia de los datos
Yo
también!
Archivo
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
Archivo
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
Archivo
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
Application

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Problemas de las
Las bases de datos solucionan los problemas
de los ficheros.
Sin embargo, no sustituyen a los ficheros en
todas las aplicaciones.
 Por ejemplo: ficheros temporales, datos no
relacionados.
 Además, las bases de datos se implementan con
ficheros.

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Problemas de las
Los ficheros se prefieren a los SGBD
cuando:
 BD y aplicaciones simples, bien definidas
y sin visos de cambio.
 Requisitos de tiempo real que no pueden
cubrir los SGBD.
 No se requiere acceso concurrente.

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3. Sistemas gestores de
bases de datos (SGBDs)
Usuario 1 Aplicación 1
Usuario n Aplicación m
SGBD
BD 1 BD k
... ...
...

16
Tipos de SGBDs
Relacionales.
Orientados a objetos.
Geográficos.
Temporales.
XML.

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Los SGBDs proporcionan:
Concurrencia
Integridad
Seguridad

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Concurrencia a nivel de fila
Last
Name
First
Name Address Phone
Adams Bobby 1426 Main 555-1423
Adams Sandy 214 Cisco Lane 555-4297
Brown Terry 45 River Walk 555-8495
Caldwell Simone 122 42ND ST 555-5367
Fridrich John 956 Billings 555-4311
Gaines Lois 6094 Beaker 555-0945
Jones Larry 567 Yale Ave. 555-6932
Jones Larry 240 Boston Blvd. 555-5390
Jones LaVerne South Star Route 555-2345
Mitchell Jean 504 1ST Ave. 555-1777
Mitchell Ted 504 1ST Ave. 555-1778
Smith Diana 2253 Dahlia 555-6098
Smith Grace 983 Fairfax 555-8764
Wise Sara 9023 Colorado Blvd. 555-3242
Application
¡Estoy
leyendo la 3ª
fila!
Application
Application
¡Estoy
cambiando
la 6ª fila!
¡Estoy
leyendo la 8ª
fila y luego la
modificaré!

19
Transacción (unidad de trabajo)
UPDATE B
El programa transfiere 1000€ desde la cuenta A a la B
A 2000 1000 1000 1000
B 3000 3000 4000 4000
A 2000 1000 1000 2000
B 3000 3000 4000 3000
UPDATE A
UPDATE A
UPDATE A UPDATE B
X
X
X
X
X
X
COMMIT
ROLLBACK
Logical Unit of Work

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Integridad
Restricciones de integridad:
 Dominio.
 Clave primaria.
 Clave externa.
 Definidas por el usuario.

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Seguridad
Un SGBD es un sistema software capaz de
manejar grandes colecciones de datos:
 Relacionados.
 Compartidos.
 Persistentes.
Aseguran su fiabilidad y privacidad.
 Usuarios.
 Roles.
 Restricciones de acceso.

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Ventajas
Como consecuencia de estas características se
obtienen las siguientes ventajas:
 Normalización.
 Tiempo de desarrollo de aplicaciones reducido.
 Flexibilidad.
 Facilidad para añadir o eliminar datos necesarios.
 Disponibilidad inmediata de las actualizaciones de
datos para todos los usuarios.

23
SGBDs
 SQL/DS de IBM, 1981
 ORACLE de RSI, 1981
 DB2 de IBM, 1983
 Informix, 1985
 Sybase, 1991
 MS SQL Server (1989, 1992)
 MS Access (1992)
 MySQL (1995)
 PostgreSQL (1995)
 HyperSQL (2001) IBM: Industrial Business Machines
RSI: Relational Software, Inc.
MS: Microsoft
Gestores de ficheros
("databases")
 DBase
 Paradox

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SGBDs con extensiones espaciales
 MS SQL Server 2008. Free/Commercial
 Oracle Spatial. Commercial
 PostgreSQL (PosGIS). Open-source
 MySQL Spatial Extensions. Open-source
 IBM DB2 Spatial Extender. Commercial
 IBM DB2 Geodetic Extender. Commercial
 Informix Spatial DataBlade. Commercial
 Informix Geodetic DataBlade. Commercial
 Spatial Query Server for Sybase. Commercial

25
4. Bases de datos con
información geográfica

26
Tipos de datos SGBDRs
Texto
Memo
Numérico
Autonumérico
Fecha/Hora
Moneda
Sí/No
Objeto OLE
Hipervínculo

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Tipos de datos SGBDRs espaciales
MS SQL Server
 geography
 geometry
Spatial Query Server (for Sybase)
 Circle
 Ellipse
 Point - a point in 2D space. (x,y) plane.
 Voxel - a point in 3D space. (x,y,z)
volume.
 Polygon
 Polygon(n)
 Polygon set
 Gpolygon
 Gpolygon(n)
 Gpolygon_set
 Line
 Line(n)
 Line_set
 Rectangle
 Rectangle_set
 Llbox
 Llbox_set

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5. Visión de los datos
Objetivo de un SGBD:
 Proporcionar una visión abstracta de los datos
 Se ocultan los detalles de cómo se almacenan y
mantienen los datos.
Niveles:
 Físico
 Cómo se almacenan los datos.
 Lógico
 Qué datos y qué relaciones se almacenan.
 Vistas
 Subconjunto del nivel lógico.

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Vistas
CREATE VIEW BLUEDEP AS
SELECT *
FROM EMPL
WHERE DEP LIKE 'BLU%;
JOB SAL
S 31000
S 30000
C 27000
S 29000
J
OB SAL DEP
S 31000 BLU
M 32000 RED
S 30000 BLU
C 27000 GRE
S 33000 GRE
M 31000 BLU
S 32000 RED
C 28000 GRE
S 30000 RED
M 33000 GRE
S 31000 RED
S 35000 GRE
C 27000 BLU
S 29000 RED
S 29000 BLU
S 31000 BLU
S 30000 BLU
M 31000 BLU
C 27000 BLU
S 29000 BLU
Columns and rows
defined by BLUEDEP
SELECT JOB, SAL
FROM BLUEDEP
WHERE JOB <> 'M';

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6. Modelo relacional
Los modelos de datos se usan para poder
definir una interpretación de los datos
conforme a su estructura, relaciones y
operaciones que se les pueden aplicar.
Def: Colección de conceptos que se usan para
describir la estructura de una BD.
La estructura son los tipos de datos, las
relaciones y las restricciones.
Llevan asociados operaciones básicas.

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Modelo relacional
Se usa una colección de tablas para
representar los datos y sus relaciones.
PROPIET1.TABLA_A
COL1 COL2 COL3
ABC 7 1987-11-14
DEF 4 1963-01-01
GHI 6 1946-07-12
JKL 7 1951-12-30
MNO 0 1992-08-12
PROPIET2.TABLA_B
Una "BBDD
relacional"
es una "BBDD
de Tablas"
"RELACION" = TABLA
COL1 COL2 COL3
ABC 7 1987-11-14
DEF 4 1963-01-01
GHI 6 1946-07-12
JKL 7 1951-12-30
MNO 0 1992-08-12
RDBMS = Sistema de Gestión de Bases de Datos Relacionales

32
7. Diseño de bases de datos
Proceso de creación de un esquema de
la base de datos.
Fases:
 Conceptual.
 Lógico.
 Físico.

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Conceptual: Modelo entidad-relación
Dept Locations
M
Skills
Employees Projects
1
M
M
M
M
M
1 1
1
1
1
1
1
1
1
A LOCATION
HAS MANY
DEPTS
MANY
EMPLOYEES
WORK ON
MANY
PROJECTS

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Lógico: Relaciones (modelo relacional)
Depts(Id, Name)
Employees(Id, Name, Address)
Skills(Id, Skill)
Belongs(IdEmployee, IdDept)
Has(IdEmployee, IdSkills)

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Físico: Tablas, vistas e índices
TABLE
EMPL
INDEX
NDX1
INDEX
NDX2
INDEX
NDX3
VIEW
BLUEDEP

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8. Lenguajes de consulta
QBE (Query By Example)
 Gráfico.
SQL (Structured Query Language)
 Textual.

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Lenguaje SQL
 Es el lenguaje de facto para
el acceso a los datos en las
bases de datos relacionales.
 Se divide en tres partes:
 Lenguaje de definición de
datos (DDL)
 Lenguaje de manipulación de
datos (DML)
 Lenguaje de control de datos
(DCL)

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SQL
CREATE DATABASE MTIGDB;
USE MTIGDB;
CREATE TABLE Districts
(DistrictName nvarchar(20),
DistrictGeo geometry);
INSERT INTO Districts (DistrictName, DistrictGeo)
VALUES ('Downtown',
geometry::STGeomFromText
('POLYGON ((0 0, 150 0, 150 150, 0 150, 0 0))', 0));
SELECT StreetName, DistrictName
FROM Districts d, Streets s
WHERE s.StreetGeo.STIntersects(DistrictGeo) = 1
ORDER BY StreetName;

40
9. Arquitectura de un SGBD
Componentes del sistema
• Concurrencia.
• Gestor de almacenamiento
• Procesamiento de consultas
• Estructuras de datos

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Usuarios normales
(administrativos,
cajeros
automáticos, ...)
Programadores de
aplicaciones
Usuarios
avanzados
Administrador de
base de datos
Interfaces de
aplicaciones
Programas de
aplicación
Consulta Esquema de base
de datos
Usuarios
Precompilador del
DML incorporado
Compilador del
DML
Intérprete del DDL
Código objeto de
los programas de
aplicación
Procesador
de
consultas
Gestor
de
transacciones
Gestor de
memoria
intermedia
Gestor
de
ficheros
Gestor
de
almacenamiento
Sistema
de
gestión
de
bases
de
datos
Índices Datos estadísticos
Ficheros de datos
Diccionario de
datos
Motor de
evaluación de
consultas
Almacenamiento
en
disco

43
10. Rendimiento
Índices sobre datos atómicos.
 Índices secuenciales
 Índices B
 Índices B+
Índices sobre datos geográficos.
 Árboles k-d
 Árboles cuadráticos (quad-trees)
 Árboles R

44
Índices secuenciales
A
B
C
D
E
B
D
A
C
D
B
E
D
C
B
Clave
secundaria
Clave
primaria
Cajones
Índice
secundario 1
2
2
3
4
4
4
5
6
6
A
B
C
D
E
Valores
Clave
primaria
Índice
primario A
A
B
B
B
B
C
D
D
E

45
Índices B+
Clustered Index
8 13 25 33 45 61 67 75 88
25 61 88
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
Non-clustered Index
8 13 25 33 45 61 67 75 88
25 61 88
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
datarow
Root Page
Non-leaf
Pages
Leaf Pages

49
11. Aplicaciones
Programas de aplicación
 Python, Java, C#, C++, …
Formularios
API de acceso a la BD
Dominios de aplicación
 Sistemas de información geográfica
 Inventario (Stocks)
 Facturación
 Medicina (BOT)
 Construcción
 …

50
Ciclo de vida de las aplicaciones
NECESIDADES
ANALISIS
DATOS
DISEÑO
BBDD
RELACIONALES
AJUSTE
MODELO DATOS
ANALISIS
PROCESOS
DISEÑO
PROCESOS
AJUSTE
MODELO PROCESOS
CAPACITY PLANNING
PERFORMANCE ESTIMATES
CREACIÓN
PASO A
PRODUCCION
PRUEBA

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