Unidad 2 Modelo De Datos

Bases de Datos Unidad II Modelos de Datos Sergio Sánchez Rios. Ingeniero en Informática – Licenciado en Informática

Introducción “ Un modelo de datos es una herramienta intelectual (conjunto de conceptos y reglas) que permite representar las propiedades estáticas y dinámicas del mundo real objeto de estudio”. Independiente de las particularidades de los modelos, todos deben representar estas propiedades: Propiedades estáticas: objetos de información (entidades), propiedades de los objetos (atributos), relaciones entre objetos, y restricciones sobre los objetos o sus relaciones. Propiedades dinámicas: operaciones sobre los objetos o sus relaciones, relaciones entre operaciones (transacciones), y restricciones sobre la evolución de los objetos y sus relaciones.

Introducción La representación del mundo real utilizando un modelo de datos se denomina esquema . Por lo tanto, un conjunto de datos estructurado según un cierto esquema es una base de datos , y un sistema de gestión de base de datos es el software que proporciona los lenguajes asociados a un modelo de datos: lenguaje de definición de esquemas y el lenguaje de manipulación de datos (consulta y actualización). Los modelos de datos han experimentado una larga evolución: Modelo de Datos primitivos. Modelo de Datos Clásicos. Modelo Orientado a Objetos. Modelo de datos semántico.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Aunque los modelos de datos no son idénticos, es posible identificar en ellos conceptos que, definidos con terminología y formalismo distinto, tienen el mismo significado. Estos conceptos son: Desde un punto de vista estático: Objeto. Relación. Restricción de integridad estática. Desde un punto de vista dinámico: Operaciones. Transacciones. Restricciones de integridad dinámica.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipo de Objeto “ Un objeto es cualquier persona, concepto, suceso o evento (en definitiva, cualquier “cosa” ) con existencia independiente sobre la cual se desea almacenar información” En el esquema no se puede representar de forma individual cada uno de los objetos observados, sino que se va representando la clase o tipo genérico al que pertenecen. “ Un tipo de objeto en un modelo de datos es el concepto que permite representar a un conjunto de objetos similares”. Un tipo de objeto define de forma genérica a un conjunto de objetos a través de sus propiedades (o atributos), es decir, a través de cualquier información que interesa guardar sobre los objetos del tipo.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipo de Objeto Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). En este sistema hay tres tipos de objetos: Profesor, Asignaturas y Departamento. Los atributos que interesan del tipo de objeto Profesor son el código, el nombre, el teléfono y la categoría. Del tipo Asignatura son el código, nombre de práctica asignado en el plan de estudios, y el curso y semestre en que se imparte. Del tipo Departamento son el código, el nombre del director y el teléfono.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipo de Relación “ Una relación es una asociación entre objetos”. En el esquema no se pueden representar de forma individual cada una de las relaciones existentes. Estas relaciones se representan mediante tipos de relación . “ Un tipo de relación en un modelo de datos es el concepto que permite representar un conjunto de relaciones de características similares.” Los tipos de relaciones relevantes se obtienen clasificando las relaciones observadas en la realidad. Los tipos relación pueden tener atributos que describen la relación, pero que no pertenecen a ninguno de los objetos que conecta.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipo de Relación Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Se pueden identificar tres tipos de relaciones: Relación entre profesor y departamento, que representa al departamento al que pertenece cada profesor. A la relación se le denomina PERTENECE. Relación entre Asignatura y Departamento, que representa el departamento al que está adscrita cada asignatura. A está relación se le va a denominar ADSCRITA. Relación entre Profesor y Asignatura, representa las asignaturas que imparte cada profesor, le denominamos DOCENCIA. Esta relación tiene dos atributos, que indican el número de grupos de teoría y práctica asignadas a un profesor.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática “ Una restricción estática es una propiedad del mundo real, representado por el esquema, que limita sus extensiones válidas”. Estas consisten generalmente en: Restricciones sobre atributos. Restricciones sobre objetos. Restricciones sobre relaciones.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre atributos. Restricción de valor : limita el conjunto de valores posibles de un atributo. Estas restricciones se logran asociando al atributo un dominio , lo que significa la especificación del conjunto de valores que lo forman y del conjunto de operadores asociados. Restricción de valor no nulo: se define sobre aquellos atributos que necesariamente deben tener un valor para cada ocurrencia del objeto.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre atributos. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Restricción de Valor: los créditos de las asignaturas deben ser valores reales positivos y los grupos asignados deben ser valores enteros positivos. Se deben generar dos dominios Grupos y Créditos, estos no se pueden sumar pero si multiplicar entre si. Restricciones de valor no nulo: Podrían ser el nombre del profesor, de la asignatura, etc..

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre objetos Limitan el conjunto de ocurrencias posibles de un tipo de objeto. Restricciones de Identificación: cada objeto debe identificarse de forma única, para diferenciarlo del resto de objetos del mismo tipo. Para ello cada objeto deber ser identificable por un atributos o un conjunto de atributos únicos. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Para el tipo Departamento el atributo identificador debe ser el código al igual, que para los tipos de objetos Profesores y Asignaturas.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre relaciones Estas restricciones limitan la participación del objeto en las relaciones, y se denomina restricciones de cardinalidad . Las propiedades que interesa expresar son las referentes al número mínimo (cardinalidad mínima) y máximo (cardinalidad máxima) de objetos de tipo A que se puedan relacionar a través de R con un objeto de tipo B, así como el número mínimo (cardinalidad mínima) y máximo (cardinalidad máxima) de objetos de tipo B que se puede relacionar a través de R con un objeto de tipo A. La notación es la siguiente: R(A(min A ,max A ),B(min B ,max B ))

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre relaciones Ejemplo de notación Sea la restricción de cardinalidad R( A(1,1), B(2,n) ). El significado de esta restricción es la siguiente: “Una ocurrencia de A debe relacionarse con una y sólo una ocurrencia de B (min A =1, max A =1), y una ocurrencia de B puede relacionarse con cualquier número de ocurrencias de A mayor o igual que 2 (min B =2, max B =n)”.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre relaciones Cardinalidades más frecuentes R ( A(0,n), B(0,n) ): R representa una relación “muchos a muchos” (M : M) entre A y B. R ( A(0,n), B(0,1) ): R representa una relación “uno a muchos” (1 : M) entre A y B. R ( A(0,1), B(0,1) ): R representa una relación “uno a uno” (1 : 1) entre A y B. R ( A(1,n), B(0,n) ): R representa una relación “muchos a muchos” entre A y B con restricción de existencia de A respecto a B.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de integridad estática Restricciones sobre relaciones Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). La relación Docencias entre Profesor y Asignatura es una relación “muchos a muchos”: Docencias( Profesor (0,n), Asignatura (0,n) ). La relación Pertenece entre Departamento y Profesor es una relación “uno a muchos”, Donde Profesor tiene restricción de existencia respecto a Pertenece: Pertenece ( Departamento(0,n), Profesor (1,1) ). La relación Adscrita entre Departamento y Asignatura es una relación “uno o muchos”, donde Asignatura tiene restricción de existencia respecto a Adscrita: Adscrita ( Departamento(0,n), Asignatura(1,1) ).

Conceptos básicos de los modelos de Datos Operación “ Una operación es una acción elemental (indivisible) sobre un objeto o una relación”. Las operaciones permiten crear, eliminar, modificar o consultar objetos y relaciones. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Añadir y borrar ocurrencias de tipos de objetos Profesor, Asignatura y Departamento, así como para modificar los atributos de las ya existentes. Añadir y borrar ocurrencias de los tipos de relación Pertenece, Adscrita, y Docencias, así como para modificar los atributos “grupo de teoría” y “grupo de practica” de la Relación Docencia.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Transacción “ Una transacción es una secuencia de operaciones que se considera atómica en lo que se refiere a su ejecución (se ejecutan todas sus operaciones o ninguna de ellas)”. Las transiciones son necesarias porque en ocasiones no es posible representar la evolución del mundo real con operaciones aisladas. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). El objeto profesor sufre restricciones de existencia respecto a la relación Pertenece, para añadir nuevos profesores sería necesario una transacción que incluyera dos operaciones básicas: una para añadir el profesor (nueva ocurrencia de profesor), y otra para añadir la información de su departamento (nueva ocurrencia de pertenece). Solo ejecutándolas las dos juntas tienen sentido.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Restricciones de Integridad Dinámica “ Las restricciones dinámicas representan propiedades del mundo real que restringen la posible evolución en el tiempo de la base de datos, limitando la secuencia de extensiones válidas del esquema”. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Restricción de transición: “Los créditos de teoría de una asignatura no puede desminuir”. Restricción dinámica: “Un profesor no puede pasar a tener categoría de catedrático sino ha impartido alguna vez asignaturas de segundo ciclo”.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Primitivos Estos modelos coinciden con los “modelos de fichero” , base de los sistemas de gestión de ficheros, que constituyeron el soporte de los sistemas de información durantes los años sesenta. Los objetos se representan como registros organizados en ficheros. Los lenguajes de manipulación de datos son totalmente dependientes de la organización física de estos ficheros (modos de acceso, tipo índice, etc.). Las operaciones básicas que proporcionan para manipular los objetos son las operaciones primitivas sobre archivos: lectura y escritura de registros.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos. En estos modelos se han basado los sistemas de gestión de bases de datos comerciales. La evolución de estos sistemas siempre ha estado guiada por el objetivo de conseguir un mayor grado de independencia de datos , es decir, separar la definición estructural (lógica) de la base de datos de su definición física (interna), de forma que los programas sean independientes.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Jerárquico. Los primeros sistemas de gestión de base de datos que se construyeron fueron sistemas de tipo jerárquico, en lo que los datos se estructuraban en árboles . Las estructuras de datos de este modelo son el segmento y el árbol. Segmento : coincide con la estructura registro. Se define por una secuencia de nombres de campos. Esta estructura permite representar los tipos de objetos. Árbol: va a permitir representar las relaciones “uno a muchos” entre objetos. Se define en términos de segmentos: los nodos del árbol son tipos de segmentos y los arcos representan las relaciones.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Jerárquico. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Supongamos que es más frecuente la consulta “obtener las asignaturas que imparte un profesor” que la consulta “obtener los profesores que imparten una asignatura”; el esquema jerárquico sería. Segmento Relaciones “uno a muchos” Departamento Profesor Asignatura

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Jerárquico. Las limitaciones mas graves son: No se puede representar cualquier relación “unos a muchos”. No se pueden representar relaciones entre objetos más complejas que la puramente jerárquica: Un objeto no puede ser subordinado de dos objetos distintos a través de relaciones unos a muchos. No se pueden representar relaciones muchos a muchos entre objetos.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Red. Fue definido para superar las limitaciones de los sistemas jerárquicos, la organización CODASYL (Conference on Data System Languages) lo público en 1971, naciendo así la segunda familia de sistemas de gestión de bases de datos. Las estructuras de datos de este modelo son: el registro, el fichero y el set. Registro: permite representar los tipos de objetos. Fichero: permite organizar todas las ocurrencias de un mismo tipo de registro. Está estructura no se define explícitamente, ya que se supone que para cada tipo de registro existe un fichero del mismo nombre. Set: permite representar relaciones jerárquicas “uno a muchos” entre objetos. Un tipo set se define en términos de dos tipos de registros: el registro propietario (objeto cardinalidad máxima n) , y el registro miembro (objeto de cardinalidad 1).

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Red. El esquema de una base de datos en red consiste en la definición de registros y sets. Una base de datos consistirá en un conjunto de ocurrencias de estas estructuras. No existe ninguna limitación en el número de sets en los que puede participar un tipo de registro como registro propietario o registro miembro, superándose de esta forma la limitación del modelo jerárquico. Esta solución permite descomponer una relación “muchos a muchos” en dos “uno a muchos” entre los registros que representan los objetos relacionados entre si y un nuevo registro (registro enlace).

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Red. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Registros Relaciones “uno a muchos”. Registro Enlace Departamento Profesor Asignaturas Docencias Dpto-Prof Dpto-Asg Prof-Doc Asg-Doc

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Relacional. Este modelo fue propuesto por E. F. Codd en 1970, imponiéndose en la década de los ochenta sobre los modelos previos. Actualmente es el modelo elegido para la construcción de casi todos los SGBD comerciales (Oracle, INFORMIX, RDB, DB2, Sql Server, MySQL, etc.). La estructura de datos básica de este modelo es la relación . Esta estructura permite representar tanto los objetos como la relaciones entre ellos. Una relación tipo viene definida por un conjunto de nombres de atributo, cada uno de los cuales tiene asociado un dominio.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Relacional. El esquema de una base de datos relacional consiste en la definición de una o más relaciones. Para cada relación del esquema, se pueden especificar las siguientes propiedades: Clave Primaria , que permite expresar la restricción de identificación. Claves Ajenas, que permiten representar relaciones “uno a muchos”. Valores no nulos, para los atributos .

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Relacional. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Departamento (código: tira(5), nombre: tira(100), director: tira(50), teléfono: tira (11)) Clave Primaria: {código} Asignatura (código: tira(5), nombre: tira(100), semestre: tira(2), teo: real, prac: real, gteo: entero, gpra: entero, dpto: tira(5)) Clave Primaria: {código} Clave Ajena: {dpto} hace referencia a Departamento Valor No Nulo: {dpto}

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos de Datos Clásicos – Modelo Relacional. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Profesor (código: tira(5), nombre: tira(100), teléfono: tira(11), categoría: tira(3), dpto: tira(5)) Clave Primaria: {código} Clave Ajena: {dpto} hace referencia a Departamento Valor No Nulo: {dpto} Docencia (cod_pro: tira(5), cod_asg: tira(5), gteo:entero, gpra: entero) Clave Primaria: {cod_pro, cod_asg} Clave Ajena: {cod_asg} hace referencia a Asignatura Clave Ajena: {cod_pro} hace referencia a profesor.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Semánticos. Estos modelos surgen por la necesidad de disponer de modelos que permitan una representación de la realidad más próxima a la percepción que de ella tiene los usuarios. Además de los conceptos básicos (objeto, relación, restricción, etc.), se incorporan nuevos mecanismos de abstracción que permiten modelar (representar) la realidad de forma más natural. Estos mecanismos son la agregación y la generalización .

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Semánticos – Agregación. Este mecanismo permite definir un nuevo objeto a partir de una asociación entre objetos. El nuevo objeto, objeto agregado , hereda todos los atributos de los objetos participantes, así como los atributos de la relación sobre la que se define la agregación. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Supóngase que se desea completar la información sobre la programación docente introduciendo los grupos de los alumnos asignados a cada profesor en cada asignatura que imparte.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Semánticos – Agregación. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). En el caso expresado la relación Docencia entre Profesor y Asignatura adquiere un nuevo significado, ya que, como tal, va asociarse con uno o varios grupos de alumnos. El esquema se ampliaría con los siguientes elementos: Un nuevo tipo de objeto, Grupo, que representa un grupo de alumnos. Un objeto agregado, Docencia, definido sobre la relación Docencia entre Profesor y Asignatura. Un nuevo tipo de relación, Asignación, entre el objeto agregado Docencia y el objeto Grupo, que representa la asignación de grupos a un profesor en una asignatura determinada.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Semánticos – Generalización. La generalización/especialización es el mecanismo que permite definir relaciones de subtipos entre tipos de objetos. Cuando un objeto A (objeto general) se especializa en varios objetos A 1, A 2 …. A n (objetos especializados), esto significa que cada ocurrencia de los objetos A 1, A 2 …. A n es también una ocurrencia del objeto A, heredando todas sus propiedades (atributos, relaciones con otros objetos, etc.). Además de heredar propiedades particulares, los objetos pueden tener sus propias propiedades.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Semánticos – Generalización. Ejemplo: Sistema de Información para la gestión del Plan de Ordenación Docente (POD). Se desea incorporar información sobre los estudios de postgrado que están sujetos a una programación distinta. Esta ampliación aconsejaría definir el objeto Asignatura como un objeto general con los atributos comunes a las asignaturas de grado y de postgrado, y dos objetos especializados de Asignaturas, Grado y Postgrado con sus atributos y relaciones especificas.

Conceptos básicos de los modelos de Datos Tipos de modelos de datos Modelos Semánticos Aunque estos modelos aparecieron con la intención de aumentar la capacidad expresiva de los modelos clásicos, no han llegado a convertirse en modelos de implementación, es decir, en modelos de base para la construcción de SGBD comerciales. Estos modelos se utilizan para el diseño de base de datos en su primera etapa (diseño conceptual), dando lugar a lo que se conoce como un esquema conceptual. Este esquema debe ser traducido al modelo clásico soportado por el SGBD disponible (diseño lógico).

Conceptos Relevantes Bibliografía “ Introducción a los Sistemas de Base de Datos”, C. J. Date, Prentice Hall – Séptima Edición, 2001. “ Bases de Datos Relacionales”, Matilde Celma Giménez & Juan Casamayor & Laura Mota, Prentice Hall, 2003. Cátedra “Introducción a las bases de datos”, Profesor L. Marti, Universidad de Valparaíso, 2004.

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