Unidad i esp parte 2

Copyright © 2007 Ramez Elmasri and Shamkant B. Navathe
CAPITULO 2
Conceptos y Arquitectura de Base
de Datos.

Esquema
 Modelos de Datos y sus categorías
 Historia de los modelos de datos
 Esquemas, instancias y los Estados
 Arquitectura de tres capas
 Independencia de Datos.
 Idiomas e interfacesDBMS
 Utilidades y Herramientas de la base de datos.
 Arquitecturas cliente-servidor y Centralizada.
 Clasificación de los DBMS

Modelos de Datos.
 Modelo Dato:
 Un conjunto de conceptos para describir la estructura de
una base de datos, las operaciones para manipulación de
esas estructuras y certeras restricciones ( constraints)
que la base de datos debe obedecer.
 Estructura del Modelo de Datos y Constraints:
 Construcciones se utilizan para definir la estructura de base
de datos
 Construcciones suelen incluir elementos (y sus tipos de
datos), así como grupos de elementos (por ejemplo, la
entidad, registro, tabla), y las relaciones entre esos grupos.
 Restricciones especifican algunas restricciones en datos
válidos, estas restricciones deben aplicarse en todo
momento.

Modelos de Datos.
 Operaciones del Modelo de Datos:
 Estas operaciones se utilizan para especificar los
datos recuperados de bases de datos y
actualizaciones al referirse a los constructos del
modelo de datos.
 Las operaciones en el modelo de datos pueden
incluir operaciones básicas del modelo (por
ejemplo, insertar, eliminar, actualizar) y las
operaciones definidas por el usuario (por ejemplo,
compute_student_gpa, actualiza_inventario)

Categorias del modelo de datos
 Modelo de Datos Conceptual (high-level, Nivel Alto) :
 Proporcionar conceptos que están cerca de la forma en que
muchos usuarios perciben los datos.
 (Tambien llamado modelo basado en entity-based or object-
based .)
 Modelo de Datos Físico (low-level, internal):
 Proporcionar conceptos que describen los detalles de cómo los
datos se almacenan en el ordenador. Estos se suelen especificar
de manera ad-hoc a través del diseño y administración DBMS
 Modelo de datos de Implementación
(representación) :
 Proporcionar conceptos que se encuentren entre los dos
anteriores, utilizado por muchas implementaciones comerciales
de DBMS (por ejemplo, modelos de datos relacionales utilizan en
muchos sistemas comerciales).

Esquema versus Instancia.
 Esquema de Base de Datos:
 La descripción de una base de datos.
 Incluye descripciones de la estructura de base de
datos, tipos de datos, y las restricciones en la
base de datos.
 Diagrama del Esquema:
 Un ilustrativo despliegue de un esquema de base
de datos.
 Esquema de Construcción :
 Un componente del esquema o un objeto en el
esquema , ej: STUDENT, COURSE.

Esquema versus Instancia.
 Estado de la Base de Datos:
 Los datos reales almacenados en una base de
datos en un momento determinado en el
tiempo. Esto incluye la recopilación de todos los
datos en la base de datos.
 También llamado instancia de base de datos (
ocurrencia o snapshot).
 El término instancia también se aplica a los
componentes de base de datos individuales, por
ejemplo, instancia de registro, la instancia de tabla,
instancia de la entidad.

Esquema de Base de Datos vrs
Estado de Base de Datos
 Estado de la BD:
 Se refiere al contenido de una base de datos en
un momento en el tiempo.
 Estado Inicial de BD:
 Se refiere a l estado de la base de datos cuando
este es inicializada la recuperación dentro del
sistema.
 Estado Valido:
 Un Estado que cumple la estructura y las
limitaciones de la base de datos.

Esquema de Base de Datos vrs
Estado de Base de Datos
 Distinción
 El esquema de BD cambia muy
infrecuentemente.
 El estado de la BD cambia en cada momento que
la BD es actualizada.
 Esquema es llamado tambien intención.
 Estado también se llama extensión.

Ejemplo de esquema de BD

Ejemplo de Estado de BD.

Arquitectura de Tres Capas
 Propuesta para apoyar características de DBMS:
 Independencia del Programa de datos.
 Soporte de múltiples vistas de los datos.
No use explícitamente en los productos
comerciales de DBMS, pero ha sido útil para
explicar la organización de base de datos del
sistema

 El esquema en un DBMS define tres niveles:
 Esquema interno en el ámbito interno para describir las
estructuras físicas de almacenamiento y las vías de acceso
(por ejemplo , índices).
 Normalmente utiliza un modelo de datos físicos.
 Esquema Conceptual a nivel conceptual para describir la
estructura y las limitaciones de la base de datos para toda
una comunidad de usuarios.
 Usa un modelo de dato conceptual o una implementación .
 Esquema Externo a nivel externo para describir
las diversas vistas del usuarios.
 Por lo general, utiliza el mismo modelo de datos como el
esquema conceptual.

 Asignaciones entre los niveles de esquema se
necesitan para transformar las solicitudes y los
datos.
 Programas se refieren a un esquema externo, y se
asignan por el DBMS para el esquema interno
para su ejecución.
 Datos extraídos del nivel interior del DBMS se
formatea para que coincida con vista externa del
usuario (por ejemplo, el formato de los resultados
de una consulta SQL para mostrar en una página
web)

Independencia de Datos
 Independencia Lógica de Datos:
 La capacidad de cambiar el esquema conceptual
sin tener que cambiar los esquemas externos y
sus correspondientes programas de aplicación.
 Independencia Física de Datos:
 La capacidad de cambiar el esquema interno sin
tener que cambiar el esquema conceptual.
 Por ejemplo, el esquema interno se puede
cambiar cuando ciertas estructuras de archivos se
reorganizan o se crean nuevos índices para
mejorar el rendimiento de base de datos

Independencia de Datos.
 Cuando un esquema a un nivel inferior se
cambia, sólo los mapeos entre este esquema y
los esquemas de más alto nivel es necesario
cambiar de un DBMS que soporta plenamente la
independencia de los datos.
 Los esquemas de más alto nivel por si mismos
no se cambia.
 Por lo tanto, los programas de aplicación no necesita ser
cambiado ya que se refieren a los esquemas externos.

Lenguajes en los DBMS
 Lenguaje de Definición de Datos(DDL)
 Lenguaje de Manipulación de Datos(DML)
 Lenguajes no procedimentales o Alto nivel : Estos
incluyen el lenguaje relacional SQL .
 Puede ser usado en forma standalone o pueden ser
incorporados en un lenguaje de programación.
 Nivel Bajo o Lenguaje Procedimental :
 Esto deberá ser incorporados en un lenguaje de
programación.

Lenguajes en los DBMS.
 Lenguaje de Definición de Datos(DDL):
 Utilizado por los diseñadores de DBA y de base
de datos para especificar el esquema conceptual
de una base de datos.
 En muchos DBMS, el DDL también se utiliza para
definir esquemas internos y externos (vistas).
 En algunos DBMSs, separa lenguaje de
definición de almacenamiento (SDL) y lenguaje
de definición de vista (VDL) son usados para
definir esquemas internos y externos.
 SDL es tipicamente realizados via comandos
DBMS proveidos a los DBA y diseñadores de
Based de Datos.

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Lenguajes en los DBMS
 Lenguaje de Manipulación de Datos(DML):
 Usado para especificar recuperación y actualización
de BD.
 Comandos DML (sublenguaje de datos) se pueden
incrustar en un lenguaje de programación de propósito
general (lenguaje host), como COBOL, C, C + + o
Java.
 Una biblioteca de funciones también se pueden
proporcionar para acceder a los DBMS de un
lenguaje de programación
 Por otra parte, los comandos DML independientes se
puede aplicar directamente (llamado un lenguaje de
consulta).
Slide 2- 21

Tipos de DML.
 Lenguaje Alto Nivel o No procedimental:
 Por ejemplo, El lenguaje relacional SQL
 Tambien denominado lenguaje declarativo.
 Lenguaje Procedimental o Bajo nivel:
 Recuperar datos de un registro-en-un-tiempo;
 Construcciones tales como bucles son necesarios
para recuperar los registros múltiples, junto con
los indicadores de posición.

DBMS Interfaces
 Interfaces de consulta independiente d
 Ejemplo: Introducción de las consultas SQL en la
interface interactiva SQL (por ejemplo, SQL * Plus
de Oracle)
 Programador de interfaces para integrar los DML,
a los lenguajes de programación
 Interfaces de Usuario Amigables
 Basada en menús, formularios base, basada en
gráficos, etc.

Interfaz lenguaje Programación para
DBMS
 Programador de interfaces para incrustar DML en
un lenguaje de programación :
 Enfoque Embebido : por ejemplo, SQL embebido (para
C, C + +, etc), SQLJ (para Java).
 Enfoque de Llamada a procedimiento : por ejemplo,
JDBC para Java, ODBC para otros lenguajes de
programación
 Enfoque de Lenguaje de Programación a Base de
datos : por ejemplo, Oracle PL / SQL, un lenguaje de
programación basado en SQL, el lenguaje incorpora
SQL y sus tipos de datos como componentes
integrales

Interfaces Amigables DBMS
 Basada en menús, populares para la navegación en la
web.
 Basada en formularios, diseñado para los usuarios
ingenuos.
 Basada en gráficos
 (point and click, arrastrar y soltar, etc.)
 El lenguaje natural: las solicitudes por escrito en Inglés
 Las combinaciones de lo anterior:
 Por ejemplo, los menús y formularios que se utilizan
ampliamente en las interfaces de bases de datos web

Otras interfaces DBMS
 Discurso como de entrada y salida
 Navegador Web como interfaz
 Interfaces paramétrico, por ejemplo, cajeros de
banco usando las teclas de función.
 Interfaces para el DBA:
 Creación de cuentas de usuario, la concesión de
autorizaciones.
 Definición de los parámetros del sistema.
 Cambio de esquemas o vías de acceso.

Utilidades de Sistemas de Base de
Datos.
 Para llevar a cabo ciertas funciones, tales como:
 Carga de los datos almacenados en los archivos en
una base de datos. Incluye herramientas de
conversión de datos.
 Copia de seguridad de la base de datos
periódicamente en la cinta.
 La reorganización de las estructuras de base de datos
de archivo.
 Informe de los servicios públicos generación.
 Rendimiento servicios de vigilancia.
 Otras funciones, tales como la ordenación, el control
de usuario, la compresión de datos, etc.

Otras herramientas
 Diccionario de Datos/ repositorio:
 Se utiliza para las descripciones de esquemas de
almacenamiento y otras informaciones tales como
las decisiones de diseño, las descripciones de
programas de aplicación, la información del
usuario, las normas de uso, etc.
 Diccionario de datos activo se accede por el
software DBMS y los usuarios / DBA.
 Diccionario de datos pasiva se accede por los
usuarios / DBA solamente.

Otras herramientas
 Desarrollo de aplicaciones y entornos CASE
(ingeniería de software asistida por ordenador)
herramientas:
 Ejemplo:
 PowerBuilder (Sybase)
 JBuilder (Borland)
 Jdeveloper 11G (Oracle)
 .NET ( SQL Server)

Componentes de módulos de un
DBMS.

Centralizado y Arquitectura Cliente
Servidor de un DBMS
 DBMS Centralizado:
 Combina todo en un solo sistema-incluyendo
DBMS software, hardware, programas de
aplicación, la interfaz de usuario y software de
procesamiento.
 El usuario puede conectarse a través de un
terminal remoto - sin embargo, todo el
procesamiento se realiza en el sitio centralizado.

Una Arquitectura Física Centralizada

Básica 2-capas Arquitectura Cliente-
Servidor
 Servidores Especializados con funciones
especializadas
 Servidor de impresión
 Servidor de Archivos
 Servidor de DBMS
 Servidor Web
 Servidor Email ( de correos)
 Los clientes pueden acceder a los servidores
especializados, según sea necesario

Arquitectura Lógica de dos capas Cliente
– Servidor.

Clientes
 Se ofrece los interfaces adecuados a través de
un módulo de software de cliente para acceder y
utilizar los diferentes recursos del servidor.
Los clientes pueden ser máquinas sin disco o
PCs o estaciones de trabajo con los discos sólo
con el software cliente instalado.
Conectados a los servidores a través de algún
tipo de red.
(LAN: red de área local, red inalámbrica, etc.).

Servidor DBMS
 Proporciona una base de datos de consulta y transacción de
servicios a los clientes.
 Servidores DBMS relacionales son a menudo llamados servidores
SQL, servidores de consultas, o servidores de transacciones
 Aplicaciones que se ejecutan en los clientes utilizan un
Application Program Interface (API) para acceder a bases de
datos de servidor a través de interfaz estándar, tales como:
 ODBC: Abrir base de datos estándar de conectividad
 JDBC: Java para acceder a la programación.
 Cliente y el servidor debe instalar el módulo de cliente adecuado y el
software del módulo de servidor para ODBC o JDBC
 Véase el capítulo 9

Arquitectura de dos Capas Cliente-
Servidor.
 Un programa cliente puede conectarse a varios DBMS, a
veces llamado las fuentes de datos.
 En general, las fuentes de datos pueden ser archivos u
otro software no DBMS que gestiona los datos.
 Otras variaciones de los clientes son posibles: por
ejemplo, en algunos DBMS objeto, más funcionalidades
se transfiere a clientes, incluyendo las funciones de
diccionario de datos, optimización y recuperación en
varios servidores, etc.

Arquitectura de tres capas Cliente-
Servidor.
 Común para las aplicaciones Web
 Capa intermedia denominada Application Server o Web Server:
 Almacena el software de conectividad web y la parte lógica de
negocio de la aplicación utilizada para acceder a los datos
correspondientes desde el servidor de base de datos.
 Actúa como un conducto para el envío de datos parcialmente
procesados entre el servidor de base de datos y el cliente.
 Arquitectura de tres niveles puede mejorar la seguridad:
Única base de datos accesible a través de servidor de nivel medio.
 Los clientes no pueden acceder directamente a servidor de base de
datos

Arquitectura de tres capas Cliente-
Servidor.

Clasificación de DBMSs
 Basado en el modelo de datos utilizado
 Tradicional: relacional, de redes, jerárquica.
 Emergentes: orientada a objetos, objeto-
relacional.
 Otras clasificaciones.
 De usuario único (por lo general se utiliza con las
computadoras personales) vs multi-usuario (la
mayoría de los DBMS).
 Centralizado (utiliza una computadora con una
base de datos) vs distribuidos (utiliza las
computadoras múltiples, múltiples bases de datos)

Variaciones de DBMSs distribuida.
 Homogénea DDBMS.
 Heterogéneas DDBMS.
 Federados o sistemas Multidatabase.
 De sistemas distribuidos de bases de datos han
llegado a ser conocido como los sistemas cliente-
servidor de base de datos basada en :
 Ellos no son compatibles con un entorno
totalmente distribuido, sino más bien un conjunto
de servidores de base de datos de apoyo a un
conjunto de clientes.

Las consideraciones de costo para
los DBMS
 Gama de Costo : desde sistemas libres de código abierto para
configuraciones de un costo de millones de dólares
Ejemplos de libre DBMS relacional: MySQL, PostgreSQL, y otros.
 DBMS comerciales ofrecen más módulos especializados, por
ejemplo, módulo de series de tiempo, el módulo de datos espaciales,
el módulo de documento, el módulo XML
 Estos ofrecen funcionalidad adicional especializada cuando se
compra separadamente.
 A veces los cartuchos de llamada (por ejemplo, en Oracle) o
blade
 Diferentes opciones de licencia: licencia de sitio, el número máximo
de usuarios simultáneos (licencia de asiento), un solo usuario, etc

Historia de Modelo de Datos.
 Modelo de Red.
 Modelo Jerárquico.
 Modelo Relacional
 Modelos de Datos Orientado a objetos.
 Modelos de Objeto-Relacional.

Historia de Modelo de Datos
 Modelo Red:
 El DBMS de red fue por primera vez
implementado por Honeywell en 1964-65 (IDS
System).
 Aprobada en gran medida gracias al apoyo de
CODASYL (Conferencia de Lenguajes de
Sistemas de Base de Datos) (CODASYL - Informe
DBTG de 1971).
 Más tarde se implementa en una gran variedad de
sistemas - IDMS (Cullinet - ahora Computer
Associates), DMS 1100 (Unisys), IMAGEN (HP
(Hewlett-Packard)), VAX-DBMS (Digital Equipment
Corp., al lado de COMPAQ, HP ahora).

Ejemplo de modelo de red

Modelo de Red
Ventajas:
 Modelo de red es capaz de modelar las complejas
relaciones y representa la semántica de añadir o eliminar
en las relaciones.
 Puede manejar la mayoría de las situaciones para los
tipos de modelos y tipos de registro mediante la relación.
 El lenguaje es la navegación;
 utiliza construcciones como FIND, miembro de FIND,
propietario Buscar, Buscar siguiente en conjunto, GET,
etc
 Los programadores pueden hacer la navegación óptima a
través de la base de datos.

Modelo de Red
Desventajas:
 La naturaleza de procesamiento de navegación y
procedimientos
 Base de datos contiene un complejo conjunto de
punteros de hilo a través de un conjunto de
registros.
 Poco margen para la "optimización de la consulta"
automatizado

Historía de Modelo de Datos.
Modelo Jerárquico de Datos:
 Inicialmente implementado en un esfuerzo conjunto
por IBM y North American Rockwell alrededor de
1965. Dio lugar a la familia de los sistemas IMS.
 Producto de IBM IMS (y todavía tiene) una base de
clientes muy grande en todo el mundo.
 Modelo jerárquico se formalizó basado en el sistema
IMS.
 Otros sistemas basados en este modelo: Sistema de
2k (SAS inc.)

Modelo Jerarquico.
Ventajas:
 Fácil de construir y operar
 Corresponde a una serie de ámbitos naturales jerárquicamente
organizado, por ejemplo, la organización ("org") gráfico.
 El lenguaje es simple:
 Utiliza construcciones como GET, GET UNIQUE, estar cerca,
estar cerca PADRES EN, etc.
Desventajas:
 La naturaleza de procesamiento de navegación y procedimientos.
 Base de datos es visualizada como la disposición lineal de los
registros
 Poco margen para la "optimización de la consulta"

Historía de Modelo de Datos.
Modelo Relacional:
 Propuesto en 1970 por EF Codd (IBM), primer sistema
comercial en 1981-82.
 Ahora, en varios productos comerciales (por ejemplo,
DB2, Oracle, MS SQL Server, Sybase, Informix).
 Varias implementaciones de código abierto, por
ejemplo, MySQL, PostgreSQL
 Actualmente, la mayoría dominante en el desarrollo de
aplicaciones de bases de datos.
Relacional de SQL normas: SQL-89 (SQL1), SQL-92
(SQL2), SQL-99, SQL3, ...
 Los capítulos 5 a 11 describen este modelo en detalle

Historía de Modelo de Datos
 Orientado a objetos de datos de los modelos:
 Varios modelos han sido propuestos para la aplicación en
un sistema de base de datos.
 Un juego consta de los modelos de la persistencia de los
lenguajes de programación orientado a objetos como C + +
(por ejemplo, en ObjectStore o HIDROGRAFICAS), y
Smalltalk (por ejemplo, en la piedra preciosa).
 Además, los sistemas como O2, ORION (en MCC -
entonces ITASCA), IRIS (en HP-utilizado en el Open
OODB).
 Objeto de base de datos estándar: ODMG-93, ODMG-la
versión 2.0, ODMG-la versión 3.0.
 Capítulos 20 y 21 describen este modelo.

Historía de Modelo de Datos
Modelos de Objeto-Relacional:
 La mayoría de tendencia reciente. Introducción a
Informix Universal Server.
 Sistemas relacionales incorporar conceptos de
bases de datos objeto que lleva a objeto-
relacional.
 Ejemplificado en las últimas versiones de Oracle
10i, DB2 y SQL Server y otras bases de datos.
Las normas incluidas en SQL-99 y espera que sea
mayor en el futuro las normas de SQL.
 Capítulo 22 describe este modelo

Resumen
 Modelos de Datos y sus categorías
 Historia de los modelos de datos
 Esquemas, instancias y los Estados
 Arquitectura de tres capas
 Datos de la Independencia
 DBMS Idiomas e interfaces
 Utilidades del sistema de BD y herramientas
 Centralizada y arquitecturas cliente-servidor
 Clasificación de los DBMS

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