Unidad 3. El Modelo de Bases de Datos Relacional

Eva Tortosa Sánchez
Dpto. Informática y Comunicaciones

Módulo:
Gestión de Bases de Datos
Ciclo Formativo: Administración de Sistemas Informáticos y Redes

Unidad 3: El Modelo de Bases de Datos Relacional
3.1 Introducción.
3.2 Estructura y elementos del modelo relacional. Conceptos básicos.
3.3 Restricciones.
3.4 Esquema de una relación.
3.5 Álgebra y cálculo relacional.
3.5.1 Operaciones básicas de Álgebra relacional.
3.6 Lenguajes relacionales.
3.7 Lenguaje de consulta estructurado o SQL.

Diapositivas realizadas a partir de los apuntes elaborados por Eva Tortosa Sánchez
para el módulo “Gestión de Bases de Datos” e inscritos en el Registro de la
Propiedad Intelectual “SafeCreative” con todos los derechos reservados.


Módulo:
Unidad 3:
El Modelo de Bases de Datos Relacionales.

3.1 Introducción
Como vimos en la Unidad 2:
==> Una Base de Datos es una colección de datos almacenados en un
soporte informático de acceso directo. Los datos de una base de datos
están lógicamente relacionados entre sí y estructurados de acuerdo con
un modelo capaz de recoger el máximo contenido semántico,
describiendo, así, un modelo del mundo real.
==> Un Sistema Gestor de Bases de Datos es un conjunto coordinado de
programas, procedimientos, lenguajes, etc.., que suministra, tanto a los
usuarios informáticos, como no informáticos y al Administrador, los
medios necesarios para describir, recuperar y manipular los datos
integrados en la BD, asegurando su confidencialidad y seguridad.


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3.1 Introducción
==> Las Bases de Datos se estructuran según un Modelo de Datos. Existen
varios:
➢
➢
➢
➢
➢
➢

Modelo Jerárquico (obsoleto)
Modelo en Red (obsoleto)
Modelo Relacional
Modelo Orientado a objtetos.
Modelo Relacional Orientado a Objetos
Modelo No Relacional o NoSQL


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Unidad 3:

3.1 Introducción
==> El modelo relacional se ha establecido como el principal modelo de
datos para aplicaciones de procesamiento de datos y gestión de empresas, por
lo que a partir de ahora nos centraremos en este modelo.
==> El modelo No Relacional (NoSQL) ==> Los datos en Internet tienen
otras necesidades: Velocidad, Gran volumen de datos, ...
* Estas nuevas necesidades priman frente a la necesidad de
Integridad y la No redundancia
Por tanto, hoy por hoy, si nuestro Sistema de Información es:
1. Para gestionar datos de empresas, banca, etc.
==> Modelo relacional parece más adecuado
2. Para gestionar empresa en Internet
==> Modelo No Relacional parece más adecuado


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Unidad 3:
El Modelo de Bases de Datos Relacionales

3.2 Estructura y elementos del modelo relacional
En el modelo Relacional:
DATOS ==> tablas organizadas en columnas (campos)
RELACIONES ==> Asociaciones entre tablas a través de valores
comunes en ciertas columnas
(Ej// codcliente de factura == codcliente de clientes)
Una BD Relacional ==> Colección de relaciones (tablas) normalizadas que varían
en el tiempo.
Estructura de toda BD Relaciónal ==> Según mod. de ref. ANSI/SPARC
Nivel Interno ==> Definido mediante sentencias de DDL
Nivel Conceptual ==> Definido mediante sentencias de DDL
Nivel Externo ==> Definido mediante sentencias de DML y objetos como vistas


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3.2 Estructura y elementos del modelo relacional
Elementos del modelo Relacional:
Entidad.- Objeto real o abstracto de interés para la empresa sobre la que se
almacena información
Relación o Tabla relacional.- Estructura formada por filas y columnas que
sirve para almacenar los datos de una entidad
Tupla.- Cada fila de una tabla relacional
Atributo.- Cada columna de una tabla relacional
Clave primaria.- Identificador de una sola fila de una tabla relacional
Vista.- Subconjunto de una o varias tablas relacionadas definida mediante
operaciones relacionales, servirá para definir los subesquemas externos
Dominio.- Conjunto de valores posibles de un atributo
Grado.- Número de atributos de una tabla relacional
Cardinalidad.- Número de tuplas de una tabla relacional


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Unidad 3:

Características de una relación o tabla relacional


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El Modelo de Base de Datos Relacional

3.3 Restricciones
Las RESTRICCIONES garantizan la
INTEGRIDAD de los datos ==>
Limitan los posibles valores de los
datos.
NECESITAMOS SABER QUÉ ES:
CLAVE PRIMARIA ==>
Campo o conjunto de campos
que identifican univocamente a una
sola fila de una tabla.
CLAVE FORÁNEA ==>
Campo o conjunto de campos
que son clave primaria en la misma
o en otra tabla


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Unidad 3:

3.3 Restricciones
CLAVE PRIMARIA ==>
•
•
•

CLAVE FORÁNEA ==>

Una tabla ==> una clave primaria.
Menor núm. posible de atributos
Atributo/s de menor tamaño
posible


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3.3 Restricciones
Ejercicio: Identifica
CLAVES PRIMARIAS ==>
departamentos (numde)
empleados
(numem)
alumnos
(numexped)
materias
(codmateria)
matriculas
(codmateria,
numexped)
CLAVES FORÁNEAS ==>
departamentos --empleados
(numde)
alumnos
--materias
--matriculas
(numexped)
(codmateria)


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3.3 Restricciones
TIPOS
DE
RESTRICCIONES

DE USUARIO
==> Impuestas por los usuarios de la BD
Ej// Los empleados tienen un departamento
DE INTEGRIDAD DE CLAVE o ENTIDAD
==> La clave primaria debe existir, es única y no
puede tomar valores nulos
Ej// El núm de empleado existe y es único para
cada empleado, ya que lo identifica)
DE INTEGRIDAD REFERENCIAL
==> No puede existir un valor donde es clave
foránea si no existe donde es clave primaria
Ej// No puede haber un empleado con un núm de
depto que no exista en la tabla deptos


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3.3 Restricciones
PARA EL SEGUNDO
EJEMPLO
numexped

matricula
nummateria nota
1
1
1
2
1
5
2
2
2
3
2
5
2
87

codmateria

DE USUARIO
==> Impuestas por los usuarios de la BD
Ej// Los alumnos se matriculan de 1 o más materias
DE INTEGRIDAD DE CLAVE o ENTIDAD
==> La clave primaria debe existir, es única y no
puede tomar valores nulos
Ej// El núm de expediente existe y es único para
cada alumno/a, ya que lo identifica
DE INTEGRIDAD REFERENCIAL
==> No puede existir un valor donde es clave
foránea si no existe donde es clave primaria
Ej// No puede haber un alumno/a matriculado de
una materia que no exista

materias
nommateria ….
1 Matemáticas
2 Lengua
3 CCNN
4 CCSS
5 Inglés
6 Francés


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3.3 Restricciones.
EN LA RESTRIC DE INTEGR. REFERENCIAL SE PLANTEA:

OBJETIVO ==> Asegurar que después de la MODIFICACIÓN/ELIMINACIÓN de
datos relacionados, la BD sigue siendo INTEGRA.
SOLUCIONES ==> Los SGBD Relacionales proponen varias posibilidades que
utilizaremos según nuestras necesidades y la estructura de nuestra BD.
Podemos optar por
SOLUCIONES
A) RESTRINGIDA
distintas soluciones
ANTE
Para distintas tablas e
MODIFICACIÓN/
B) EN CASCADA
incluso en la misma tabla
ELIMINACIÓN
para modificación /
DE DATOS
C) ANULACIÓN
eliminación
RELACIONADOS


Módulo:
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3.3 Restricciones.

EJEMPLO
==> numde en la tabla EMPLEADOS es clave foranea ==> hace referencia a
numde de la tabla DEPTOS
==> numde en la talba DEPTOS es clave primaria
OPCIONES PARA LA RESTRICCIÓN DE INTEGRIDAD REFERENCIAL:
OPCIÓN A)
RESTRINGIDA en ELIMINACIÓN ==> No se permite eliminar un departamento si
existen empleados de ese departamento
RESTRINGIDA en MODIFICACIÓN ==> No se permite modificar el código de
departamento si existen empleados de ese departamento
OPCIÓN B)
ELIMINACIÓN en CASCADA ==> Si eliminamos un departamento, se eliminarán en
cascada todos los empleados de ese departamento
MODIFICACIÓN en CASCADA ==> Si modificamos el código de un departamento,
se eliminarán en cascada todos los codigos de depto en la tabla empleados que
tuvieran ese departamento


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3.3 Restricciones.

SEGUIMOS CON NUESTRO EJEMPLO:
==> numde en la tabla EMPLEADOS es clave foranea ==> hace referencia a
numde de la tabla DEPTOS
==> numde en la talba DEPTOS es clave primaria
OPCIONES PARA LA RESTRICCIÓN DE INTEGRIDAD REFERENCIAL:
OPCIÓN C)
ANULACIÓN en ELIMINACIÓN ==> Si eliminamos un departamento, se pondrá el
valor NULL en todos números de deptos de los empleados de ese departamento
ANULACIÓN en MODIFICACIÓN ==> Si modificamos el código de un
departamento, se pondrá el valor NULL en todos los codigos de depto en la tabla
empleados que tuvieran ese departamento
NOTA ==> Podremos combinar las distintas opciones como creamos mejor, según el caso
EJ1// Eliminación restringida y modificación en cascada
EJ2// Eliminación en cascada y modificación en cascada
…...


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3.4 Esquema de una Relación
➔

➔

➔

➔

➔

Es la estructura lógica de una tabla relacional en el esquema relacional.
Para cada tabla relacional o relación, se representan todos sus atributos y sus
dominios.
Por simplicidad obviamos los dominios.
==> Suponemos que son evidentes dado su nombre
La clave primaria se representará con un subrayado doble.
Las claves foráneas se representarán mediante un asterisco (*) a la derecha del
atributo o atributos que es o son clave foránea:

Ejercicio// Obtén el esquema de las relaciones de los ejemplos de las diapositivas
anteriores


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3.4 Esquema de una Relación.

Ejercicios: Obtén los siguientes esquemas. Describe las claves foráneas
Ejercicio 1. Departamentos y Empleados
deptos(numde, nomde, presupuesto, ...)
empleados(numem, numde*, nomem, extelem, fecnacim, fecingreso, …)
DESCRIPCIÓN DE CLAVES FORÁNEAS:
deptos ==> no tiene
empleados ==>
(numde) REFERENCES deptos(numde)
ON DELETE

ON UPDATE

Ejercicio 2. Alumnos – Materias – Matrículas ==> Hazlo tú


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Unidad 3:
EJERCICIO
En el siguiente Esquema de relaciones o relacional: elige las claves primarias
y foráneas.
Describe las claves foráneas teniendo en cuenta lo siguiente:
1. Podemos tener productos cuya categoría sea NULL
2. No hay categorías sin proveedor
3. No se pueden modificar datos de proveedores
4. No puede haber un pedido sin producto


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3.5 Algebra y Cálculo Relacional
Álgebra relacional
==> Conj. de operaciones que opera con relaciones (tablas relacionales)
==> El resultado de las operaciones siempres es otra relación (tab. Relacion.)
==> Las operaciones se pueden anidar.
Cálculo relacional
==> Mediante fórmulas, se opera sobre conjuntos de tuplas o vistas.
==> El resultado es un conjunto de filas o vistas.
Ejemplos de cálculo relacional
http://users.dsic.upv.es/~emarzal/bda/PDF%20Anteriores/Tema2b_ejer.pdf


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3.5.1 Operaciones de Algebra Relacional
Operaciones básicas ==> SELECCIÓN
PROYECCIÓN
PRODUCTO CARTESIANO
UNIÓN
DIFERENCIA
Operaciones derivadas ==> INTERSECCIÓN
REUNIÓN NATURAL (JOIN)
DIVISIÓN
AGRUPACIÓN
TODAS ==> Operan con 1 o 2 relaciones y como resultado
obtienen otra relación

SON
IMPRESCINDIBLES

SE PODRÍAN
OBTENER
COMBINANDO LAS
BÁSICAS


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0. OPERADOR DE ASIGNACIÓN (←)
Cuando necesitamos guardar el resultado de efectuar una o varias operaciones, de
forma que podamos reutilizar dicho reusltado usaremos el operador de asignación:
RAUX ← R1 U R2
Esto es, la relación o tabla relacional RAUX contendrá el resultado de la operación
R1 U R2
Nota.- Tanto R1 como R2 son relaciones o tablas relacionales


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1. SELECCIÓN – SELECT ==> SELECCIÓN DE FILAS QUE CUMPLAN UNA
CONDICIÓN
➢
Operación unaria ==> Opera con una relación.
R ==> Una relación (tabla relacional)
P ==> Expresion/es lógica/s (<, >, =, <>, …)
También combinadas con AND, OR

TAMBIÉN: R2 <---

(Cuando necesitemos reservar el resultado)


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Unidad 3:

2. PROYECCIÓN – PROYECT ==> NOS QUEDAMOS CON LA/S COLUMNAS
QUE NOS INTERESEN
➢
Operación unaria ==> Opera con una relación.
R ==> Una relación (tabla relacional)
A1,A2, An ==> Atributo/s separados por ','
También expresiones (+, *, concatenac, ...)

TAMBIÉN: R2 <---

(Cuando necesitemos reservar el resultado)


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Unidad 3:

3. REUNIÓN NATURAL – JOIN ==> REUNIMOS 2 Ó MAS TABLAS
HORIZONTALMENTE (columna a columna)
CADA FILA O TUPLA DE LA TABLA RESULTANTE ==>
SE REUNEN UNA FILA O TUPLA DE CADA TABLA
PARA LAS QUE SE CUMPLE ==> COINCIDE EL VALOR DE LAS COLUMNAS
POR LAS QUE HACEMOS LA REUNIÓN
Operación binaria ==> Opera con más de una relación.
Operación derivada ==> Podríamos obtener el mismo resultado combinando varias
operaciones básicas
Es una de las operaciones más útiles del modelo relacional


Módulo:
Unidad 3:

2. REUNIÓN NATURAL – JOIN a relación.
EJEMPLO

R y S==> Relaciones (tablas relacionales)

REUNIMOS CADA FILA
DE EMPLEADOS CON
CADA FILA DE DEPTOS
EN LAS QUE COINCIDA
LOS CAMPOS DE
REUNIÓN


Módulo:
Unidad 3:

3.5.1 Operaciones de Algebra Relacional (select – proyect - join)
EJEMPLO.- Nombre de alumnos matriculados en la materia 2
numexped

numexped

matricula
nummateria nota
1
1
1
2
1
5
2
2
2
3
2
5
2
87

nomalumno
1 Juán
2 María
3 Isabel
4 Lourdes
5 Julián

EN ÁLGEBRA RELACIONAL

1. R_AUX ←σ(1)(matricula)
2. R_AUX_2 ← alumnos

diralumno
…
C/ Agua
C/ Viento
C/ Luz
C/ Andalucía
Avda. Del Mar

RESULTADO
Juán
María

(2)

R_AUX

3. RESULTADO ←π (R_AUX_2)
(3)

DONDE:
(1) nummateria = 2
(2) alumnos.numexped = R_AUX.numexped
(3) nomalumno

En un solo paso:
RESULTADO ←π

(3)

(alumnos

(2)

σ(1)(matricula))


Módulo:
Unidad 3:

3.5.1 Operaciones de Algebra Relacional (select – proyect - join)
EJEMPLO 2.- Dado el esquema relacional de nuestro centro, averigua el nombre de
los alumnos matriculados en “Lengua”
materias
codmateria
matricula
numexped
nummateria nota
1
1
1
2
1
5
2
2
2
3
2
5
2
87

numexped

nomalumno
1 Juán
2 María
3 Isabel
4 Lourdes
5 Julián

ÁLGEBRA
RELACIONAL

diralumno
…
C/ Agua
C/ Viento
C/ Luz
C/ Andalucía
Avda. Del Mar

nommateria ….
1 Matemáticas
2 Lengua
3 CCNN
4 CCSS
5 Inglés
6 Francés

RESULTADO
Juán
María


Módulo:
Unidad 3:


ﾺ

EJEMPLO 2.- Dado el esquema relacional de nuestro centro, averigua el nombre de
los alumnos matriculados en “Lengua”
Reunimos la materia lengua con las
matriculas y los alumnos matriculados
VEÁMOSLO MÁS DESPACIO ==>

π(4)(σ(1)(materias)
ﾺ

RESULTADO <==
Por último, nos
quedamos solo con
el nombre del
alumnado que es
lo que nos interesa

(2)

matriculas

(3)

alumnos)

Buscamos la fila de
la materia lengua
(1) nommateria = 'Lengua'
(2) materias.codmateria = matriculas.nummateria
(3) matriculas.numexped = alumnos.numexped
(4) alumnos.nomalumno


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Unidad 3:

4. UNIÓN ==> UNIMOS 2 Ó MAS TABLAS (VERTICALMENTE)
LAS TABLAS QUE QUERAMOS UNIR DEBEN CUMPLIR:
==> MISMO NÚMERO DE COLUMNAS (MISMO GRADO)
==> LAS COLUMNAS QUE OCUPEN LA MISMA POSICIÓN EN LAS
DISTINTAS TABLAS, DEBEN CONTENER EL MISMO TIPO DE DATOS
(MISMO DOMINIO)
Operación básica ==> No podemos obtener el mismo resultado combinando otras.
➢

Esta operación tiene muchas aplicaciones, por ejemplo nos va a permitir añadir
filas nuevas a una tabla relacional, por ejemplo un alumno nuevo a la tabla
alumnos.


Módulo:
Unidad 3:

3.5.1 Operaciones de Algebra Relacional (union)

EJEMPLO.- Se acaba de matricular en nuestro centro “Sonia” cuya dirección es
“Avda. Del Sol nº 9”
numexped

nomalumno
1 Juán
2 María
3 Isabel
4 Lourdes
5 Julián

diralumno
…
C/ Agua
C/ Viento
C/ Luz
C/ Andalucía
Avda. Del Mar

alumnos←alumnos U (6,'Sonia','Avda. Del Sol nº 9','')

U
6 Sonia

numexped


Avda. Del Sol, nº 9

alumnos
nomalumno diralumno
…
1 Juán
C/ Agua
2 María
C/ Viento
3 Isabel
C/ Luz
4 Lourdes
C/ Andalucía
5 Julián
Avda. Del Mar
6 Sonia


Módulo:
Unidad 3:

5. DIFERENCIA ==> La diferencia entre dos tablas: R – S será una tabla que
contendrá todas las filas de R que no estén en S.
R y S DEBEN CUMPLIR:
==> MISMO NÚMERO DE COLUMNAS (MISMO GRADO)
==> LAS COLUMNAS QUE OCUPEN LA MISMA POSICIÓN EN LAS
DISTINTAS TABLAS, DEBEN CONTENER EL MISMO TIPO DE DATOS
(MISMO DOMINIO)
Operación básica ==> No podemos obtener el mismo resultado combinando otras.
➢

Esta operación tiene muchas aplicaciones, por ejemplo nos va a permitir eliminar
filas filas de una tabla relacional, por ejemplo un alumno que se da de baja en
nuestro centro.


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Unidad 3:

3.5.1 Operaciones de Algebra Relacional (diferencia)

EJEMPLO.- Nuestra alumna “Sonia” ha decidido darse de baja de nuestro centro.
numexped

alumnos
nomalumno diralumno
…
1 Juán
C/ Agua
2 María
C/ Viento
3 Isabel
C/ Luz
4 Lourdes
C/ Andalucía
5 Julián
Avda. Del Mar
6 Sonia

6 Sonia

numexped

nomalumno
1 Juán
2 María
3 Isabel
4 Lourdes
5 Julián


diralumno
…
C/ Agua
C/ Viento
C/ Luz
C/ Andalucía
Avda. Del Mar

Primero ==> Debemos obtener la fila correspondiente
RAUX ←σ (alumnos)
(1)

Donde:
(1) nomalumno = 'Sonia'
Segundo ==> Le quitamos a alumnos la fila
almacenada en RAUX
alumnos←alumnos – RAUX
Si lo hacemos en un solo paso:
alumnos←alumnos – σ (alumnos)
(1)

Donde:
(1) nomalumno = 'Sonia'


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Unidad 3:

Modificaciones = Union + Diferencia

En álgebra relacional no existe una operación de actualización o modificación, si no
que una actualización implica:
1. Eliminar el registro, fila o tupla original
2. Insertar el regisro modificado


Módulo:
Unidad 3:

Modificaciones = Union + Diferencia

EJEMPLO.- Hay un error en el nombre del alumno 1, ya que no se llama “Juan” sino
“Juan Antonio”.
Primero ==> Debemos obtener la fila correspondiente al alumno 1
RAUX ←σ (alumnos)
(1)

Donde:
(1) numexped = 1
Segundo ==> Quitamos de alumnos la fila correspondiente a dicho alumno
alumnos←alumnos – RAUX
Tercero ==> Añadimos a alumnos el contenido de RAUX con el nombre modificado
alumnos←alumnos U (π
Donde:
(2) numexpediente
(3) diralumno, ...

(2)

(RAUX), 'Juan Antonio',π (RAUX))
(3)


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CONTINUARÁ ...


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