ModeloRelacional_intro.pdf

1
Tema 2. Modelo relacional de datos
Modelo relacional de datos
Objetivos
• Comprender los principios estructurales del modelo de
datos relacional formal
• Entender los conceptos integridad de entidad e
integridad referencial, y apreciar su importancia
• Entender los significados e implicaciones del concepto
nulo en el modelo relacional
• Comprender el concepto vista relacional, y la
problemática asociada a la modificación de datos a
través de vistas
• Conocer los lenguajes formales álgebra relacional y
cálculo relacional de tuplas, así como el lenguaje
relacional estándar SQL-92
2
Contenidos
2.1 Presentación y orígenes del modelo relacional
2.2 Estructura de datos relacional
2.3 Características generales de integridad de datos
2.4 Manipulación de datos: lenguajes relacionales
2.4.1 Álgebra relacional
2.4.2 Cálculo relacional de tuplas
2.4.3 SQL-92
3
Bibliografía
[EN 2002] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Fundamentos de Sistemas de
Bases de Datos. 3ª Edición. Addison-Wesley. (Cap. 7, 8 y 9)
[EN 1997] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Sistemas de bases de datos.
Conceptos fundamentales. 2ª Edición. Addison-Wesley
Iberoamericana. (Cap. 6 y 7)
[D 2001] Date, C.J.: Introducción a los sistemas de bases de datos. 7ª Edición.
Prentice-Hall. (Cap. 3 al 9)
[SKS 1998] Korth, H; Silberschatz, A., Sudarshan, S.: Fundamentos de bases de
datos. 3ª Edición. McGraw-Hill. (Cap. 3 y 4)
...
4
• Introducido por Codd, 1970
• Es un Modelo de Datos Lógico - de Representación -
(basado en registros)
• El modelo más usado en las aplicaciones comerciales de
procesamiento de datos convencional
• Dividido en 3 partes:
1. Estructura de Datos
2. Integridad de Datos (características generales)
3. Manipulación de Datos
Presentación y orígenes del MR

5
Base de Datos = Conjunto de Relaciones
• Relación
– Estructura de datos fundamental del modelo
– Tiene un nombre y representa una entidad genérica
– Conjunto de tuplas
• Cada tupla representa una entidad concreta
– Compuesta de atributos con nombre (y dominio)
• Cada atributo representa un atributo de la entidad
– Representada mediante una tabla con filas y columnas
• Modelo basado en Teoría matemática
– Analogía entre “Relación” (concepto matemático) y “Tabla”
– Teoría de Conjuntos y Lógica de Predicados de 1er orden
» Sólida Base Formal
Estructura de datos relacional
6
duración
nacionalidad
rodaje
género
director
título
117
122
118
110
138
145
España
Francia
España
España
EEUU
México
2002
2001
2001
1997
1999
2000
Drama
Comedia
Policiaco
Comedia
Ciencia-ficción
Drama
F. León
J. P. Jeunet
N. López
S. Segura
A. Wachowsky
A. González
Los lunes al sol
Amelie
Nos miran
Torrente
The Matrix
Amores Perros
tuplas
cardinalidad
grado
atributos
La relación PELICULA
--- ---
--- ---
Ciencia-ficción,
Drama,Thriller,
Comedia...
--- ---
--- ---
2002, 1997,
1999, 2001,
1994, 1972...
Italia,Argentina,
España, EEUU,
Francia,Japón..
--- ---
--- ---
dominios
Títulos Nombres
Géneros Años Países
Tiempo
7
Términos básicos
SQL-92
Formal
Procesamiento
de Archivos
Modelo Relacional
=
=
=
cabecera de
Columna
Fila
Tabla
Nombre de
Campo de registro
Registro concreto
Archivos
colección de valores permitidos
para ciertos atributos
nº atributos en una relación
nº de tuplas en una relación
Debe tener un nombre único
dentro de cada relación
Si la tupla t está en la relación
R, entonces t∈R
Dominio
Grado
Cardinalidad
Atributo
Tupla
Relación
8
• Conjunto de valores atómicos del mismo tipo, de
donde toman su valor los atributos
– La definición de dominios forma parte de la definición de la BD
– Cada atributo definido sobre un ÚNICO dominioÕ OBLIGATORIO
– Si A, B representan un mismo concepto, A y B con mismo dominio
– Dominio D puede contener valores no tomados por ningún atributo
{valores de A} ⊆ Dominio(A)
• Comparaciones Restringidas a Dominio
– La comparación de dos atributos sólo tiene sentido si ambos toman
valores del mismo dominio
– Si el SGBD soporta dominios, podrá detectar este tipo de errores
Definiciones formales: DOMINIO

9
Una relación R, sobre conjunto de dominios D1, D2 ... Dn
se compone de dos partes:
• Esquema o Cabecera
Conjunto de pares Atributo:Dominio
{ (A1:D1), (A2:D2) ... (An:Dn) }
– Cada Aj tiene asociado sólo un Dj
– Los Di no tienen por qué ser distintos entre sí
• Estado, Cuerpo o Instancia
– Conjunto de tuplas que contiene en un instante concreto
– tupla = conjunto de pares Atributo:Valor
{ { (A1:vi1), (A2:vi2) ... (An:vin) } }, donde i=1..m
Definiciones formales: RELACIÓN (1)
10
Un esquema de relación:
PELICULA (titulo:Titulos, duracion:Tiempo, director:Nombres, estreno:Fechas)
Un estado de la relación:
{ { (titulo:Torrente), (duracion:110), (director:S.Segura), (estreno:1997) }
{ (titulo:The Matrix), (duracion:138), (director:A.Wachowski), (estreno:1999) }
... }
• El estado de una relación es variable en el tiempo
– nuevas tuplas, modificación o borrado de existentes
• El esquema no suele variar
Ö costoso:
· reescritura de “miles” de tuplas
· ¿valores de nuevos atributos para tuplas ya existentes?
– Suele incluir un conjunto de Reglas de Integridad (se verá)
11
• Propiedades de una Relación
1. No existen tuplas repetidas
2. Las tuplas no están ordenadas
3. Los atributos no están ordenados
esquema = conjunto de pares Atributo:Dominio
4. Los valores de atributos son Atómicos
dominio = conjunto de valores atómicos
ƒ Intersección fila/columna = un solo valor (no lista de valores)
ƒ Si R cumple esta propiedad, R está en 1FN
12
• FORMAS NORMALES
R está en <determinada> FN si
cumple <cierto> conjunto de condiciones o restricciones
necesarias para estar bien diseñada
de acuerdo con el modelo relacional de datos.
• Toda relación ha de estar en 1FN (estructura de datos simple)

13
• Relación vs. Tabla
– Relación: Representación abstracta de un elemento de datos
– Tabla: Representación concreta de tal elemento abstracto
– Ventajas
ƒ Representación muy sencilla (tabla) del elemento abstracto
básico (relación) del Modelo Relacional
ƒ Fácil de utilizar, entender, razonar...
– Inconveniente
ƒ Aparente orden entre filas y entre columnas de la tabla
14
• Percibida por usuarios como una colección de relaciones
– de diversos grados (nº de atributos)
– que varían con el tiempo (nº de tuplas, estado)
• Las relaciones (tablas) son la estructura lógica de la BD
– Niveles externo y conceptual ANSI/X3/SPARC
• Toda BDR cumple el Principio de Información:
Todo contenido de información de la BD está representado
de una y sólo una forma: como valores explícitos
dentro de posiciones de columnas dentro de filas dentro de tablas
• Conexión lógica entre Relaciones (vínculo o interrelación)
– Representada mediante valores
– No existen punteros (visibles al usuario)
Definiciones formales: BD RELACIONAL (1)
15
• En una BDR distinguimos...
– Esquema de base de datos
ƒ Descripción de la base de datos
ƒ Conjunto de esquemas de relación
PELICULA ( titulo:Títulos, director:Nombres, género:Géneros,
rodaje:Años, nacionalidad:Países, duración:Tiempo )
ACTOR ( nombre:Nombres, nombreArtistico: Nombres,
agente:Nombres, cache:Dinero )
DIRECTOR ( nombre:Nombres, nacionalidad:Países, operaPrima:Títulos )
...
– Estado o instancia de base de datos
ƒ Visión del contenido de la base de datos en cierto instante
ƒ Conjunto de estados de relación
Definiciones formales: BD RELACIONAL (2)
16
• Todo estado de BD refleja la realidad
– es un modelo de una porción del mundo real (minimundo)
• Algunas configuraciones de valores NO tienen SENTIDO
– pues no representan ningún estado posible del minimundo
2 personas distintas con el mismo DNI
Un empleado sin NSS
Un alumno con -29 años
Una película sin director
Ö Definición de la BD (esquema) necesita incluir
REGLAS DE INTEGRIDAD
Características generales de
integridad de datos

17
Claves Candidatas y Primarias
Claves Ajenas (o foráneas o externas)
• Informan al SGBD de restricciones del mundo real
• Así, el SGBD evita configuraciones de datos imposibles
• Aumentan la capacidad expresiva del modelo relacional
• Cumplen que:
• Forman parte de la base de datos
• Se cumplen para cualquier estado de la BD
• No varían con el tiempo
• Son específicas de cada BD particular, pero el
Modelo Relacional incluye...
características generales de integridad
importantes y necesarias en toda BD
integridad de datos
Reglas de integridad
18
Sea R una relación R(A1:D1 , A2:D2 ,... An:Dn )
• Una superclave de R es un subconjunto SK de atributos
tal que cumple la restricción de Unicidad:
No existen dos tuplas distintas con la misma
combinación de valores para SK
• Una clave de R es una superclave tal que cumple la
restricción de Irreductibilidad:
Ningún subconjunto de CK cumple la r. Unicidad
• Clave Simple (1 atributo) o Compuesta (varios atributos)
• Cada clave es una restricción de integridad
integridad de datos
Superclave y Clave de una relación
19
• Claves como restricción de integridad
CLIENTE (codCliente, nombre, ciudad, telefono,...)
¿Qué implicaciones tiene establecer como clave...
a) CK = {codCliente, ciudad}
b) CK = {codCliente} …?
• Varias claves en una relación
«Relación para registrar las visitas de pacientes a sus médicos de familia. Un mismo
paciente puede visitar a su médico varias veces en un mismo día»
VISITAMEDICA (nssPaciente, historial, fecha, hora, numVisita, medico, observ)
Claves (VISITAMEDICA)={ {nssPaciente, numVisita}, {nssPaciente, fecha, hora},
{historial, numVisita}, {historial, fecha, hora} }
integridad de datos
Superclave y Clave: Ejemplos
20
• Si R tiene varias claves Ö Claves Candidatas
Claves (ACTOR) = { {nombre}, {nombreArtistico} }
Claves (EMPLEADO) = { {dni}, {nombre, fechaNac}, {nss} }
• La Clave Primaria (Primary Key, PK ) es la clave candidata
elegida para identificar las tuplas de R
Clave Primaria (ACTOR) = {nombreArtistico}
Clave Primaria (EMPLEADO) = {nss}
• Las Claves Alternativas (Alternative Keys, AK) son el resto
de claves candidatas
Claves Alternativas (ACTOR) = {nombre}
Claves Alternativas (EMPLEADO) = { {dni}, {nombre, fechaNac} }
integridad de datos
Clave Candidata, Primaria y Alternativa

21
• Conjunto de atributos FK de una relación R2, tal que:
1. Existe otra relación R1 con clave primaria PK , y
2. Cada valor de FK en R2 es idéntico al de PK en alguna tupla de R1
Conjunto de atributos de una relación que hace referencia a
la clave primaria de otra relación (o la misma)
• PELICULA (título, género, duración, director, ...)
DIRECTOR (nombre, nacionalidad, ...)
• EMPLEADO (codEmp, nombre, jefe, nss, ...)
• LIBRO (título, isbn, autor, editorial, edición, año, ...)
ESCRITOR (dni, nombre, ...)
ARTICULO (título, tema, autor, revista, página, ...)
integridad de datos
Clave Ajena (Externa o Foránea)
22
• Cada componente de una FK debe estar definido
sobre el mismo dominio que el correspondiente
atributo de la PK a la que referencia
PACIENTE (nss, nombre, dirección, ...)
HISTORIAL (nss, especialidad, fechaApert, ...)
VISITA (nss, especialidad, numVisita, fecha, ...)
• Clave Ajena Simple o Compuesta
• El uso de Claves Ajenas facilita...
– Eliminación de la Redundancia: Integridad entre archivos
– Mecanismo del Modelo Relacional de datos para establecer
VÍNCULOS ENTRE RELACIONES
integridad de datos
Clave Ajena (Externa o Foránea) (2)
23
CLIENTE
CUENTA
integridad de datos
...
505
Valencia
Plaza Mayor, 2
Pérez, C
821
Murcia
Ronda Norte, 3
López, B
505
Valencia
Paseo Nuevo, 9
Azorín, C
200
Murcia
Gran Vía, 6
García, A
cuenta
ciudad
dirección
nombre
...
50000
40000
35000
saldo
821
505
200
...
número
Cada cliente sólo puede tener
una cuenta a su nombre.
Una cuenta puede tener más de
un cliente como titular.
Vínculo
Cliente-Cuenta
24
• Restricción de Integridad Referencial
Todo valor de una FK debe coincidir
con un valor en la correspondiente PK
– La BD no debe contener claves ajenas sin correspondencia:
Si una tupla en una relación hace referencia a otra relación, debe
referirse a una tupla existente en esa relación
• 1 Puede existir algún valor de PK al que NO haga referencia
ningún valor de la FK
– ESCRITOR que no haya escrito artículos: ninguna tupla de ARTICULO
hará referencia a la tupla correspondiente a dicho escritor
integridad de datos
ESCRITOR
ARTICULO
FK

25
• Diagrama Referencial
– Expresión de la existencia de Claves Ajenas
• Camino Referencial
integridad de datos
Clave Ajena (Externa o Foránea) (y 5)
... editorial
nombre
dni
ESCRITOR
editorial ...
autor
isbn
título
LIBRO
revista pág ...
autor
tema
título
ARTICULO
...
dirección
nombre
EDITORIAL
• Ciclo Referencial
– Camino que empieza y acaba en la misma relación
– Caso especial: Autorreferencia jefe
...
codEmp
EMPLEADO
dep
...
codEmp
EMPL dire
...
codDep
DEPTO
26
• Las operaciones que no satisfacen –violan– la Integridad
Referencial, dejan la BD en un estado incorrecto
Ejemplo de un Hotel:
– ¿Qué pasaría si se eliminara la tupla (501, D, ...) en HABITACIÓN?
– ¿Y si se eliminara la tupla (100, D, ...)?
– ¿Y si se anotara la ocupación de la habitación 900?
integridad de datos
Mantenimiento de la Integridad Referencial
...
OCUPACIÓN habit
codClie
100
115
420
100
CLI10
CLI05
CLI02
CLI04
HABITACIÓN
D
501
I
405
304
100
420
115
numHabit ...
tipo
D
D
I
I
27
• ¿Cómo evita el SGBD esos estados incorrectos?
El SGBD puede...
‰ Rechazar toda operación que pueda provocar un estado ilegal,
o
‰ Aceptar (y ejecutar) tales operaciones, pero
realizar acciones que restauren la integridad de los datos
Ù Diseñador de la BD puede especificar al SGBD
Acciones de Mantenimiento
de la Integridad Referencial
para que la BD SIEMPRE alcance un estado final legal
integridad de datos
Mantenimiento de la Integridad Referencial (2)
28
R2 ⎯→ R1
Operación: Eliminar una tupla t de R1 que es referenciada
por otras de R2
Ejemplo: Eliminar la tupla (100, D, ...) de HABITACIÓN
Acciones posibles:
1. Rechazar la operación (acción por defecto)
Sólo permite borrar t si ninguna otra tupla hace referencia a t
2. Cascada. Propagar la eliminación
1º Borrar todas las tuplas de R2 que referencian a t
2º Eliminar t
3. Establecer nulos – (* se verá después *)
integridad de datos

29
R2 ⎯→ R1
Operación: Modificar el valor de una FK a un valor no
existente en la PK de R1
Ejemplo: Modificar (CLI02, 420,...) a (CLI02, 900,...) en OCUPACIÓN
Acción:
1. Rechazar la operación (SIEMPRE)
Õ Intento de violación de la restricción de Integridad
Referencial
integridad de datos
30
Operación: Modificar el valor de la PK de una tupla t de R1
que es referenciada por otras tuplas de R2
Ejemplo: Modificar la tupla (100, D,...) a (130, D,...) en HABITACIÓN
Acciones posibles:
Sólo permite modificar la PK de t si ninguna tupla referencia a t
2. Cascada. Propagar la modificación
- Toda tupla de R2 que referencia a t seguirá haciendolo:
modificar su valor de FK al nuevo valor de la PK de t
- Modificar el valor de la clave primaria de t
3. Establecer nulos – (* se verá después *)
integridad de datos
31
R2 ⎯→ R1
Operación: Inserción de una tupla t en R2 cuyo valor de FK
no se corresponde con ningún valor de la PK en
ninguna tupla de R1
Ejemplo: Insertar una tupla (CLI03, 555, ...) en OCUPACIÓN
Acciones posibles:
- Rechazar la operación (SIEMPRE)
Õ Intento de violación de la restricción de Integridad
Referencial
integridad de datos
32
• Encadenamiento de eliminaciones (análogo para Modificación)
R2 → R1, Acción de Eliminación en Cascada
R3 → R2, Acción de Eliminación X
X
- Eliminar una tupla de R1 Ö eliminar tuplas de R2 que la referencian
- Pero existen tuplas en R3 que referencian esas tuplas de R2...
¿cómo afecta la Acción de Eliminación X
X en esta operación?
ƒ Si X
X = en CASCADA, no-problem! Ö eliminar esas tuplas de R3
ƒ Si X
X = RECHAZAR Ö La operación completa fallará
• Las operaciones de actualización en una BD son siempre
atómicas: se realiza “TODO o NADA”
PROFESOR → ÁREA → DEPARTAMENTO
ASIGNATURA → TITULACIÓN → UNIVERSIDAD
integridad de datos
Mantenimiento de la Integridad Referencial (y 7)
R3 → R2 → R1

33
• En el mundo real existe...
– información perdida fechaNacimiento desconocida
– ausencia de información ¿tiene teléfono?
– valores no aplicables a ciertos atributos fechJubilac a empleado activo
• Para representar estas situaciones en los sistemas de BD
se utiliza el NULO (null)
– Si una tupla tiene un atributo que contiene un nulo,
significa que el valor real de tal atributo es desconocido
– Es posible especificar si un atributo puede o no contener nulo
0 nulo no es un valor en sí mismo,
sino un indicador de ausencia de información
" No hay dos nulos iguales (num_telefono NULL ≠ edad NULL)
integridad de datos
Nulos
34
• Nulo y Claves Primarias
Restricción de Integridad de Entidad:
Ningún atributo componente de una
clave primaria puede contener nulo
EMPLEADO (codEmp, nss, nombre, telefono, depto, jefe...)
¿Qué pasaría si codEmp pudiera contener NULO?
• Nulo y Claves Ajenas
El Modelo Relacional permite nulo
como valor de clave ajena
depto = null Ö empleados no asignados a ningún departamento
jefe = null Ö empleados sin jefe
integridad de datos
Implicaciones de los nulos en la integridad
35
• Hemos de extender la definición de clave ajena
Sea R2 una relación. FK es una clave ajena en R2 si es un
subconjunto de sus atributos tal que:
1. Existe otra relación R1 con clave primaria PK y
2. En todo momento, cada valor de FK en R2
a) es NULO, o
b) es idéntico a un valor de PK en alguna tupla de R1
• Restricción de Integridad Referencial
La Base de Datos no debe contener valores no nulos
de clave ajena sin correspondencia
integridad de datos
Implicaciones de los nulos en la integridad (2)
36
• Hay que extender algunas acciones de mantenimiento de
la Integridad Referencial: R2 ⎯→ R1
Operación: Eliminar una tupla t de R1 que es referenciada
por otras de R2
Acciones posibles:
2. Cascada. Propagar la eliminación
3. Establecer nulos
1 Sólo si la FK de R2 permite NULO
- Toda tupla de R2 que referencia a t pasa a contener NULL en FK
- Eliminar la tupla t
integridad de datos
Implicaciones de los nulos en la integridad (3)

37
R2 ⎯→ R1
Operación: Modificar el valor de la PK de una tupla t de R1
que es referenciada por otras tuplas de R2
Acciones posibles:
2. Cascada. Propagar la modificación
3. Establecer nulos
1 Sólo si la FK de R2 permite NULO
- Toda tupla de R2 que referencia a t pasa a contener NULL en FK
- Modificar el valor de la PK de t
integridad de datos
Implicaciones de los nulos en la integridad (y 4)
38
• Comprobar las claves candidatas (primaria y alternativas):
No existen dos tuplas distintas con igual valor para una clave
Definición de BD : indicar los Atributos Componentes de las Claves Candidatas
• Comprobar la restricción de Integridad de entidad
Ningún atributo componente de una clave primaria contiene nulo
Definición de BD : indicar los Atributos Componentes de la Clave Primaria
• Comprobar la restricción de Integridad Referencial...
El valor de la clave ajena en cualquier tupla, o es nulo, o coincide con
un valor de clave primaria de alguna tupla en la relación referenciada
Definición de BD : indicar los Atributos Componentes de las Claves Ajenas
• ... y mantenerla frente operaciones que puedan violar la integridad
Definición de BD : indicar Acciones de Mantenimiento de la Integridad Referencial
integridad de datos
Resumiendo, el SGBD se encarga de...
39
• Ejemplo de una Base de Datos y Definición de
algunos dominios
40
Esquema “PRODUCTORA”
PELICULA (codP:CODPEL, titulo:TITULOS, año:AÑO, genero:GENEROS, guion:CODGUI,
director:CODDIR, directorFotog:CODDIR, distrib:CODDIS, nacio:PAISES,
estreno:FECHA, numOscar:enteros(2), taquilla:DINERO)
DIRECTOR (codDir:CODDIR, nombre:NOMBRES, apellidos:APELLIDOS, nacio:PAISES,
fechaNacim:FECHA, operaPrima:CODPEL)
DIREC_FOTOG (codDF:CODDIR, nombre:NOMBRES, apellidos:APELLIDOS, nacionalidad:PAISES,
fechaNacim:FECHA, ultTrabajo:CODPEL)
GUION (codG:CODGUI, titulo: TITULOS, resumen: TEXTO,
nomAutorPpal:NOMBRES, fechaFin:FECHA, fechaEntrega:FECHA)
DISTRIBUIDORA (codDis:CODDIS, nombre:NOMBRES, cif:NIF, direccion:DOMICILIO,
telefono:TELEFONOS, porcentaje:PORCENT)
ACTOR (codA:CODACT, nombre:NOMBRES, nomReal:NOMBRES, nacionalidad:PAISES,
fechaNacim:FECHA, sexo:SEXOS, agencia:CODAGE, cache:DINERO)
AGENCIA (codAg:CODAGE, nombre:NOMBRES, direccion:DOMICILIO, telefono:TELEFONOS)
ACTUA_EN (actor:CODACT, film:CODPEL, papel:TIPO_PAPEL, paga:DINERO)

41
Dominio Definición del Dominio
CODPEL enteros(3)
CODGUI enteros(3)
CODDIR enteros(3)
CODDIS enteros(2)
CODACT enteros(4)
CODAGE enteros(2)
SEXOS { M, F }
TEXTO cadena caracteres variable (500)
PORCENT enteros (2)
DINERO enteros(9)
NIF cadena caracteres fija (12)
TITULOS cadena caracteres variable (120)
GENEROS {comedia,drama,terror,suspense,accion,romantica,gore,pulp,roadmovie}
PAISES {españa,francia,gran_bretaña,eeuu,australia,alemania,la_india,argentina}
AÑOS AÑO
FECHAS FECHA
NOMBRES cadena caracteres variable (35)
APELLIDOS cadena caracteres variable (80)
DOMICILIOS cadena caracteres variable (50)
TELEFONOS cadena caracteres variable (15)
TIPO_PAPEL {protagonista, secundario, reparto, figuracion}

ModeloRelacional_intro.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (18)

Similar a ModeloRelacional_intro.pdf

Similar a ModeloRelacional_intro.pdf (20)

Más de JoseEnriqueRojas4

Más de JoseEnriqueRojas4 (12)

Último

Último (20)

ModeloRelacional_intro.pdf