Teoría Base de Datos Espaciales

Universidad Nacional del Nordeste
Facultad de Humanidades
Especialización en Tecnologías de la Información Geográficas
Teoría
Base de Datos Espaciales
Teoría Bases de Datos Espaciales
Contenidos Conceptuales
Unidad 1. Conceptos Básicos
Introducción a los Sistemas de Bases de Datos. Definición. Ventajas de su
utilización. Elementos y clasificación de las Bases de Datos.
El sistema de Gestión de Bases de datos (SGBD) Concepto y funciones.
Características. Elementos. Objetivos. Componentes. Desarrollo de una Base
de Datos. Bases de datos Geográficas. Diferencias entre SIG y CAD.
Unidad 2. Modelos de Datos
Los modelos de datos en el proceso de diseño de una base de datos.
Clasificación de los modelos de datos. El modelo entidad-relación. Conceptos
básicos del modelo Entidad-Relación (ER). Claves. Diagrama entidad-relación.
Introducción a la Teoría de la Normalización. La primera Forma Normal. La
Segunda Forma Normal. La Tercera Forma Normal. La Cuarta y Quinta Forma
Normal.
Unidad 3. El modelo relacional.
Estructura del Modelo Relacional: dominios y atributos, relaciones, claves
primarias y externas. Restricciones de integridad: integridad de entidades,
integridad referencial. Restricciones de dominio.
Lic. Jaquelina E. Escalante
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Unidad 1. Conceptos Básicos
Definición
Una base de datos es una colección de información organizada de forma que
un Gestor de Base de Datos, por ejemplo Microsoft Access, pueda seleccionar
rápidamente los fragmentos de datos que necesite.
Una base de datos es un almacén de información conformada por datos de
diferentes clases (Numéricos, Texto, Fecha, Moneda). La información de la base de
datos está estructurada en tablas relacionadas entre sí, de tal manera que al
consultarla, realizar informes o formularios, la información que se obtiene es útil al
usuario permitiendo una mejor operatividad en sus diversas actividades.
De forma sencilla podemos indicar que una base de datos no es más que un
conjunto de información relacionada que se encuentra agrupada o estructurada. El
archivo por sí mismo, no constituye una base de datos, sino más bien la forma en que
está organizada la información es la que da origen a la base de datos.
Las bases de datos manuales, pueden ser difíciles de gestionar y modificar, por
ejemplo, en una guía de teléfonos no es posible encontrar el número de teléfono de un
individuo si no sabemos su apellido, aunque conozcamos su domicilio. Del mismo
modo, en un archivo de pacientes en el que la información esté ordenada por el
nombre de los mismos, será una tarea bastante engorrosa encontrar todos los
pacientes que viven por una determinada calle o determinado barrio. Los problemas
expuestos anteriormente se pueden resolver creando una base de datos
informatizada.
Desde el punto de vista informático, una base de datos es un sistema formado
por un conjunto de datos almacenados en discos que permiten el acceso directo a
ellos y un conjunto de programas que manipulan ese conjunto de datos.
Desde el punto de vista más formal, podríamos definir una base de datos como
un conjunto de datos estructurados, fiables y homogéneos, organizados
independientemente en máquina, accesibles en tiempo real, compartibles por usuarios
concurrentes que tienen necesidades de información diferente y no predecibles en el
tiempo.
Según Engles una Base de Datos es un conjunto de datos de operación
almacenados y utilizados por los sistemas de aplicación de una empresa, y al
mencionar Empresa, se lo hace en sentido genérico y amplio, pero lo importante es
que necesita de DATOS DE OPERACION referente a su funcionamiento, por ejemplo
un Banco requiere datos de sus Clientes, una Mutual de sus Afiliados, un Hospital de
sus Pacientes, una Facultad de sus Alumnos y Profesores.
La idea general es que estamos tratando con una colección de datos que
cumplen las siguientes propiedades:
-
Están estructurados independientemente de las aplicaciones y del
soporte de almacenamiento que los contiene.
Presentan la menor redundancia posible.
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-
Son compartidos por varios usuarios y/o aplicaciones.
Ventajas de su utilización
 Facilidad de manejo de grandes volúmenes de información: la facilidad de
poder manejar una gran cantidad de información, a gran velocidad y en muy
poca cantidad de tiempo, que de otro modo sería muy dificultoso, por no decir
casi imposible. Los gestores de Bases de datos permiten el acceso, consulta y
recuperación de la información que se almacena en la base de datos a,
prácticamente, cualquier usuario con un mínimo de tiempo de aprendizaje.
 Independencia en el tratamiento de la información: Un factor fundamental,
que se deriva de la facilidad de manejo de la información, es la posibilidad de
utilizar independientemente subconjuntos, del volumen total de la información
almacenada. En efecto, una base de datos, correctamente diseñada y
desarrollada, permite el acceso no solamente al conjunto total de los datos de
la organización, sino a partes del mismo. Esto facilita el manejo de los datos, ya
que siempre es menos complejo manejar una pequeña parte de un conjunto
que la totalidad de ese conjunto.
 Seguridad de la información: Uno de los objetivos fundamentales de las
bases de datos es mantener accesible, a todos los usuarios autorizados, la
información que almacenan. Esto se logra a través de los sistemas gestores de
bases de datos (SGBD). Sin embargo, estos sistemas también poseen otra
serie de facilidades, como son las de proteger la información que manejan
frente a una serie de peligros como puede ser su perdida, modificación no
deseada, así como el acceso a ella de personas no autorizadas.
 No duplicidad de la información: La existencia de información duplicada en
cualquier tipo de archivo origina graves problemas por el aumento de
información almacenada y la escasez de espacio existente. En un sistema
informático la duplicidad de la información existente en la base de datos debe
evitarse puesto que el espacio y la velocidad de proceso son recursos
preciosos dentro de la configuración del sistema.
 Mejora la metodología de trabajo en una organización: En algunos casos,
la introducción de una base de datos en las tareas cotidianas de una
organización supone que el análisis de los requisitos a cumplir por el nuevo
sistema da lugar a que se descubran problemas en la metodología interna de
una empresa.
 Facilidad en la toma de decisiones: La ventaja más importante de la
utilización de una base de datos es que permite realizar consultas de la
información que contiene de forma rápida, sencilla y útil. Esta facilidad en el
manejo y recuperación de la información almacenada permitirá, a su vez,
poseer una serie de datos actualizados sobre los que poder tomar una decisión
correcta en un momento en que sea necesario tener más información de la que
se disponga.
Elementos de una base de dato s
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

Tablas se representan gráficamente como una estructura rectangular formada
por filas y columnas.
Cada columna o atributo almacena información sobre una propiedad
determinada de la tabla (se le llama también atributo), nombre, dni, apellidos,
edad,.... Es una pieza única de información, cada una de las características
que definen de los objetos que componen la tabla

Cada fila o tupla posee una ocurrencia, registro o ejemplar de la instancia o
relación representada por la Tabla. Es un sistema completo de campos, sería
un objeto de la tabla.

Archivo es una colección de registros.

Claves
o
clave candidata: Conjunto de atributos de una tabla que identifican
unívocamente cada tupla de la tabla.
o
clave primaria: Clave candidata que se escoge como identificador de las
tuplas.
o
clave alternativa: Cualquier clave candidata que no sea primaria
o
clave externa o secundaria: Atributo de una tabla relacionado con una
clave de otra tabla.
Figura 1. Elementos de una Base de Datos
Clasificación de las Bases de Datos
Bases de datos Jerárquicas
En esta estructura los datos completos de un determinado registro se
almacenan en diferentes niveles. Al diseñar esta estructura deben tenerse en cuenta
los diferentes accesos que van a necesitar los usuarios para consultar la información
que contiene almacenada.
Ventaja que presenta este tipo de base de datos es la rapidez en las consultas de
información ya que la propia estructura piramidal de los datos permite un rápido
acceso a ella.
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Desventajas:


Son muy complicadas las posteriores modificaciones, así como las labores de
mantenimiento de la base de datos.
El acceso a la información también presentan problemas, ya que sólo se ven
los registros situados en los niveles superiores, con lo cual se restringen las
posibilidades de acceder a la información por una gran cantidad de elementos.
Figura 3. Ejemplo de Base de Datos Jerárquica
Base de datos en Red
Las bases de datos en red surgieron como un intento de solucionar las
rigideces que ocasionaban las bases de datos jerárquicas. En este tipo de base de
datos, la información se almacena también en diferentes niveles pero tiene la ventaja
que si se puede acceder a datos situados en el mismo nivel.
Ventaja de este modelo es que los accesos a la información son más flexibles en
comparación con las bases de datos jerárquicas.
Desventajas la velocidad de acceso a la información es más lenta y que aumenta la
complejidad de diseño de la estructura de información almacenada en la base de
datos.
Figura 4. Ejemplo de Base de Datos en Red
Bases de datos Relacionales
Los datos se estructuran en una o varias tablas donde relacionan uno o varios
conjuntos de datos. Las tablas se pueden modificar fácilmente siguiendo un diseño
preestablecido, buscando la mejor manera posible de obtener una integridad total de la
información.
Las ventajas frente a las anteriores son la rapidez y facilidad con la que
permite transformar el modelo de datos, la sencillez de la propia estructura física de
este tipo de bases de datos y la posibilidad de adaptación a una serie de entornos de
datos más amplia que los tipos vistos anteriormente.
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Bases de datos Documentales
Las bases de datos documentales son unos tipos especiales de bases de datos
que almacenan información en forma de texto. La estructura lógica de ese tipo de
información es muy complicada de diseñar, puesto que los diferentes documentos
contenidos en la base de datos están almacenados en registros de longitud variable.
Los accesos a la información también presentan problemas de diseño, puesto
que los documentos han de tratarse como cadenas de caracteres, debiendo buscarse
el término deseado a través de todo el texto almacenado.
Para agilizar y mejorar el proceso de búsqueda a lo largo de los diferentes
textos que componen la base de datos se deben seguir diversas estrategias (índices,
búsquedas complejas, etc.) que hacen más lenta la recuperación de la información
deseada por los usuarios.
Textos enciclopédicos o de carácter jurídico son, fundamentalmente, los que se
almacenas en este tipo de base de datos.
Bases de datos Semánticas y Orientadas a Objetos
No existe una caracterización universal aceptada del término “orientación a
objetos”, por lo que cualquier intento de definir el concepto es necesariamente una
visión particular. Se va a considerar que son tres las características esenciales que
identifican este concepto.



Tipo Abstracto de Dato (TAD).
Herencia.
Identidad de objetos.
SGBD: Concepto, Evolución y Características
Los Sistemas de gestión de base de datos (SGBD, en inglés DBMS:
DataBase Management System) es un software que permite la definición de bases
de datos; así como la elección de las estructuras de datos necesarios para el
almacenamiento y búsqueda de los mismos ya sea de forma interactiva o a través de
un lenguaje de programación. Se compone de un lenguaje de definición de datos, un
lenguaje de manipulación de datos y un lenguaje de consulta.
Los sistemas de base de datos se diseñan para manejar grandes cantidades
de información, la manipulación de los datos involucra tanto la definición de
estructuras para el almacenamiento de la información como la provisión de
mecanismos para la manipulación de la información, además un sistema de base de
datos debe de tener implementados mecanismos de seguridad que garanticen la
integridad de la información, a pesar de caídas del sistema o intentos de accesos no
autorizados.
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Un objetivo principal de un sistema de base de datos es proporcionar a los
usuarios finales una visión abstracta de los datos, esto se logra escondiendo ciertos
detalles de cómo se almacenan y mantienen los datos.
El caso de lo SIG es un poco diferente ya que en principio las bases de datos
espaciales no son adecuadas para su manejo con SGBD tradicionales.
A lo largo del desarrollo de las tecnologías ligadas a los SIG desde los setenta
hasta la actualidad, una de las tendencias más claras es el papel, cada vez más
importante, que tiene el uso de SGBD para la gestión de datos temáticos como apoyo
al SIG. En principio se utilizaron para almacenar los atributos temáticos asociados a un
conjunto de entidades espaciales almacenadas en formato vectorial, hoy en día se
están empezando a utilizar además para el almacenamiento de la información
geométrica (conjunto de coordenadas) de las entidades espaciales. Aunque se han
hecho algunos intentos para almacenar información en formato raster en un SGBD,
esta opción no resulta eficiente.
Figura 5. Esquema cliente-servidor en una base de datos
Características de los SGBD

Permite crear y gestionar base de datos de forma fácil, cómoda y rápida.

Ofrece una gran flexibilidad para el trabajo con base de datos relacionales.

Ofrece un ambiente agradable dado por su interfaz gráfica.

Consiste, de cara al usuario, en un conjunto de tablas entre las que se
establecen relaciones.

Permite el almacenamiento, manipulación y consulta de datos pertenecientes a
una base de datos organizada en uno o varios archivos.

En lugar de primarse la visualización de toda la información, el objetivo
fundamental es permitir consultas complejas, cuya resolución está optimizada,
expresadas mediante un lenguaje formal.
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
El almacenamiento de los datos se hace de forma eficiente aunque oculta para
el usuario y normalmente tiene, poco que ver con la estructura con la que los
datos se presentan al usuario.

El acceso concurrente de múltiples usuarios autorizados a los datos, realizando
operaciones de actualización y consulta de los mismos garantizando la
ausencia de problemas de seguridad (debidos a accesos no autorizados) o
integridad (pérdida de datos por el intento de varios usuarios de acceder al
mismo archivo al mismo tiempo.

El diseño de una base de datos implica codificar en formato digital ciertos
aspectos del mundo real. Esta codificación implica:
o
Nivel conceptual
o
Nivel lógico
o
Nivel físico
Figura 6. Esquema y niveles en el diseño de una base de datos
Elementos de un Entorno DBMS

Campo almacenado: es la unidad de datos más pequeña
en una Base de Datos.

Registro almacenado: es un conjunto de campos de
iguales o de diferentes tipos, asociados de una Base de
Datos.

Ocurrencia o Instancia: es la unidad de acceso a la Base
de Datos, o la unidad que el DBMS puede recuperar o
almacenar en una Base de Datos.
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
Archivo almacenado: es el conjunto de ocurrencia de una Base de Datos o
colección de instancias almacenadas siguiendo una estructura homogénea.
Objetivos de un DBMS:
Los objetivos principales de un sistema gestor de base de datos es la de cumplir con el
máximo de eficacia con los siguientes aspectos:
1) Evitar la redundancia: al no tener la misma información en diferentes
archivos, a pesar de que a veces por estrategia comercial es conveniente, pero
acarrea otros problemas en la parte de actualización.
2) Evitar la inconsistencia: como consecuencia de lo anterior, la información
de un artículo actualizado y el otro no, es una base de datos inconsistente,
acarrea información incorrecta o contradictoria (Descripción, cantidad, precio).
Salvo la existencia de PROPAGACION DE ACTUALIZACIONES.
3) Datos Compartidos: la información de la base de datos, es utilizada por las
distintas aplicaciones de la empresa, y al crear nuevas aplicaciones solo se
agregan datos o se ocupa la que hay en la base, sin crear nuevos archivos.
4) Normas para los datos: siempre es conveniente unificar formatos de datos
almacenados, para el intercambio o migración de datos entre sistemas de
Bases de Datos.
a- La definición de campos en toda Base de Datos debe ser única para
todos los posibles valores del atributo. No se puede asignar el campo
Saldo de un cliente de Banco, para cierta situación 7 enteros y 2
decimales, y para otra 11 enteros y 3 decimales.
b- El DBA debe tener la libertad de modificar estructuras y accesos, sin
que esto signifique cambios en la aplicación.
c- La provisión de independencia de datos, es uno de los objetivos
esenciales de un sistema de bases de datos.
5) Seguridad de datos: con respecto al acceso, que sean por los canales
definidos oportunamente, estableciendo con esto niveles, y así tener el control
total de acceso a los datos. En los DBMS no centralizado es más difícil todavía.
La información de toda empresa es importante, aunque unos datos lo son más
que otros, por tal motivo se debe considerar el control de acceso a los mismos,
no todos los usuarios pueden visualizar alguna información, por tal motivo para
que un sistema de base de datos sea confiable debe mantener un grado de
seguridad que garantice la autentificación y protección de los datos. En un
banco por ejemplo, el personal de seguridad sólo necesita ver si la persona
que ingresa es cliente o no, no así si este tiene saldo acreedor o deudor, o si
tiene caja de ahorro y cuenta corriente.
6) Conservar la Integridad: con esto se garantiza que los datos de la base de
datos sean exactos. La inconsistencia entre dos entradas del mismo hecho.
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a- Es la inmunidad de las aplicaciones a los cambios de la estructura de
almacenamiento y la estrategia de acceso. La existencia de
independencia de datos es lo que hace que una base de datos crezca
sin afectar a las aplicaciones.
7) Evitar el aislamiento de los datos: Puesto que los datos pueden estar
repartidos en varias tablas o bases de datos, hay que proporcionar aplicativos
que tengan acceso a todos y cada uno de ellos. Un sistema de base de datos
debe contemplar un entorno de datos que le facilite al usuario el manejo de los
mismos.
Supóngase un banco, y que uno de los gerentes necesita averiguar los
nombres de todos los clientes que viven dentro del código postal 3400 de la
ciudad. El gerente pide al departamento de procesamiento de datos que
genere la lista correspondiente.
Puesto que esta situación no fue prevista en el diseño del sistema, no existe
ninguna aplicación de consulta que permita este tipo de solicitud, esto ocasiona
una deficiencia del sistema.
8) Anomalías del acceso concurrente: Para mejorar el funcionamiento global
del sistema y obtener un tiempo de respuesta más rápido, muchos sistemas
permiten que múltiples usuarios actualicen los datos simultáneamente.
En un entorno así la interacción de actualizaciones concurrentes puede dar por
resultado datos inconsistentes. Para prevenir esta posibilidad debe mantenerse
alguna forma de supervisión en el sistema.
9) Equilibrio de Requerimientos: el DBA deberá determinar, acordes a
normas de la empresa, las técnicas de acceso, manteniendo uniformidad y
equilibrio para cada uno de ellos. No debe modificar estructuras para facilitar el
acceso.
Componentes de un DBMS
A. Lenguajes de los SGBD
Todos los SGBD ofrecen lenguajes e interfaces apropiadas para cada tipo de
usuario: administradores, diseñadores, programadores de aplicaciones y usuarios
finales.
Los lenguajes van a permitir al administrador de la BD especificar los datos que
componen la BD, su estructura, las relaciones que existen entre ellos, las reglas de
integridad, los controles de acceso, las características de tipo físico y las vistas
externas de los usuarios.
Los lenguajes del SGBD se clasifican en:
• Lenguaje de definición de datos (LDD o DDL): se utiliza para especificar el
esquema de la BD, las vistas de los usuarios y las estructuras de
almacenamiento.
Es el que define el esquema conceptual y el esquema interno.
Lo utilizan los diseñadores y los administradores de la BD.
• Lenguaje de manipulación de datos (LMD o DML): se utilizan para leer y
actualizar los datos de la BD.
Es el utilizado por los usuarios para realizar consultas, inserciones,
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eliminaciones y modificaciones.
Los hay procedurales, en los que el usuario será normalmente un programador
y especifica las operaciones de acceso a los datos llamando a los
procedimientos necesarios. Estos lenguajes acceden a un registro y lo
procesan.
Las sentencias de un LMD procedural están embebidas en un lenguaje de alto
nivel llamado anfitrión. Las BD jerárquicas y en red utilizan estos LMD
procedurales.
No procedurales son los lenguajes declarativos. En muchos SGBD se pueden
introducir interactivamente instrucciones del LMD desde un terminal, también
pueden ir embebidas en un lenguaje de programación de alto nivel. Estos
lenguajes permiten especificar los datos a obtener en una consulta, o los datos
a modificar, mediante sentencias sencillas. Las BD relacionales utilizan
lenguajes no procedurales como SQL (Structured Quero Language) o QBE
(Query By Example).
Figura 7. Integración de los lenguajes de SGBD
La mayoría de los SGBD comerciales incluyen lenguajes de cuarta
generación (4GL) que permiten al usuario desarrollar aplicaciones de forma fácil
y rápida, también se les llama herramientas de desarrollo.
Ejemplos de esto son las herramientas del SGBD ORACLE: SQL Forms para la
generación de formularios de pantalla y para interactuar con los datos; SQL Reports
para generar informes de los datos contenidos en la BD; PL/SQL lenguaje para crear
procedimientos que interactúen con los datos de la BD.
B. El diccionario de datos
El diccionario de datos es el lugar donde se deposita información acerca de todos
los datos que forman la BD. Es una guía en la que se describe la BD y los objetos
que la forman.
El diccionario contiene las características lógicas de los sitios donde se almacenan
los datos del sistema, incluyendo nombre, descripción, alias, contenido y
organización. Identifica los procesos donde se emplean los datos y los sitios donde
se necesita el acceso inmediato a la información.
En una BD relacional, el diccionario de datos proporciona información acerca de:
• La estructura lógica y física de la BD.
• Las definiciones de todos los objetos de la BD: tablas, vistas, índices,
disparadores, procedimientos, funciones, etcétera.
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• El espacio asignado y utilizado por los objetos.
• Los valores por defecto de las columnas de las tablas.
• Información acerca de las restricciones de integridad.
• Los privilegios y roles otorgados a los usuarios.
• Auditoría de información, como los accesos a los objetos.
Un diccionario de datos debe cumplir las siguientes características:
• Debe soportar las descripciones de los modelos conceptual, lógico, interno y
externo de la BD.
• Debe estar integrado dentro del SGBD.
• Debe apoyar la transferencia eficiente de información al SGDB. La conexión
entre los modelos interno y externo debe ser realizada en tiempo de ejecución.
• Debe comenzar con la reorganización de versiones de producción de la BD.
Además debe reflejar los cambios en la descripción de la BD. Cualquier cambio
a la descripción de programas ha de ser reflejado automáticamente en la
librería de descripción de programas con la ayuda del diccionario de datos.
• Debe estar almacenado en un medio de almacenamiento con acceso directo
para la fácil recuperación de información.
C. Seguridad e integridad de datos
• Debe garantizar la protección de los datos contra accesos no autorizados,
tanto intencionados como accidentales. Debe controlar que sólo los usuarios
autorizados accedan a la BD.
• Los SGBD ofrecen mecanismos para implantar restricciones de integridad en
la BD.
Estas restricciones van a proteger la BD contra daños accidentales. Los valores
de los datos que se almacenan deben satisfacer ciertos tipos de restricciones
de consistencia y reglas de integridad, que especificará el administrador de la
BD. El SGBD puede determinar si se produce una violación de la restricción.
• Proporciona herramientas y mecanismos para la planificación y realización de
copias de seguridad y restauración.
• Debe ser capaz de recuperar la BD llevándola a un estado consistente en
caso de ocurrir algún suceso que la dañe.
• Debe asegurar el acceso concurrente y ofrecer mecanismos para conservar la
consistencia de los datos en el caso de que varios usuarios actualicen la BD de
forma concurrente.
D. El administrador de la BD
En los sistemas de gestión de BBDD existen diferentes categorías de usuarios.
Estas categorías se caracterizan porque cada una de ellas tiene una serie de
privilegios o permisos sobre los objetos que forman la BD.
En los sistemas Oracle las categorías más importantes son:
1-Programador de Aplicaciones: es el encargado de escribir programas en
lenguajes de manejadores de bases de datos, tiene por función recuperar,
crear, suprimir y modificar información existente.2-Usuario Final: es aquel que accede únicamente a la información, en
lenguajes de consultas (SQL) proporcionado como parte del sistema o
aplicativos.3-Administrador de Bases de Datos (DBA): es el que decide con respecto a
las bases, en que dispositivo físico, cuando reorganizar, cuando realizar un
backup, cuida la integridad de los datos, hace cumplir las normas de seguridad
con respecto al acceso de la información.
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El DBA tiene una gran responsabilidad ya que posee el máximo nivel de
privilegios. Será el encargado de crear los usuarios que se conectarán a la BD.
El objetivo principal de un DBA es garantizar que la BD cumple los fines previstos
por la organización, lo que incluye una serie de tareas como:
• Instalar SGBD en el sistema informático.
• Crear las BBDD que se vayan a gestionar.
• Crear y mantener el esquema de la BD.
• Crear y mantener las cuentas de usuario de la BD.
• Arrancar y parar SGBD, y cargar las BBDD con las que se ha de trabajar.
• Colaborar con el administrador del S.O. en las tareas de ubicación, dimensionado
y control de los archivos y espacios de disco ocupados por el SGBD.
• Colaborar en las tareas de formación de usuarios.
• Establecer estándares de uso, políticas de acceso y protocolos de trabajo diario
para los usuarios de la BD.
• Suministrar la información necesaria sobre la BD a los equipos de análisis y
programación de aplicaciones.
• Efectuar tareas de explotación como:
– Vigilar el trabajo diario colaborando en la información y resolución de las
dudas de los usuarios de la BD.
– Controlar en tiempo real los accesos, tasas de uso, cargas en los servidores,
anomalías, etcétera.
– Llegado el caso, reorganizar la BD.
– Efectuar las copias de seguridad periódicas de la BD.
– Restaurar la BD después de un incidente material a partir de las copias de
seguridad.
– Estudiar las auditorías del sistema para detectar anomalías, intentos de
violación de la seguridad, etcétera.
– Ajustar y optimizar la BD mediante el ajuste de sus parámetros, y con ayuda
de las herramientas de monitorización y de las estadísticas del sistema.
Desarrollo de una Base de datos
El primer paso para el desarrollo de una base de datos es el Análisis de
requisitos, es decir, el estudio del sistema que se pretende modelar de la forma más
precisa posible. Se debe especificar qué información es la que interesa y la que no, y
que tipo de problemas se va a querer resolver, es decir, de qué forma se va a utilizar
esta información.
El segundo paso es la presentación formal, a la que se llama Modelo
Conceptual para su elaboración se utiliza, mayoritariamente, el modelo Entidad
Relación.
El tercer paso es la traducción del modelo conceptual, a un Esquema
Conceptual que cumpla las restricciones propias del sistema gestor de base de datos
(SGBD), e incluso del modelo de datos que se vaya a utilizar.
Los SGBD más utilizados son:


MySQL
Microsoft Access
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
Oracle

DB2

Paradox

PostgreSQL

Visual FoxPro

Microsoft SQL Server
PostgreSQL
PostgreSQL es un Sistema Gestor de Bases de Datos Relacionales Orientadas
a Objetos, derivado de Postgres, desarrollado en la Universidad de California, en el
Departamento de Ciencias de la Computación de Berkeley. Es un gestor de bases de
datos de código abierto, brinda un control de concurrencia multi-versión (MVCC por
sus siglas en inglés) que permite trabajar con grandes volúmenes de datos; soporta
gran parte de la sintaxis SQL y cuenta con un extenso grupo de enlaces con lenguajes
de programación.
Posee una integridad referencial e interfaces nativas para lenguajes como
ODBC, JDBC, C, C++, PHP, PERL, TCL, ECPG; PYTHON y RUBY. Funciona en todos
los sistemas operativos Linux, UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris,
Tru64), y Windows. Debido a la liberación de la licencia, PostgreSQL se puede usar,
modificar y distribuir de forma gratuita para cualquier fin, ya sea privado, comercial o
académico.
La migración de bases de datos alojadas en productos comerciales hacia
PostgreSQL se facilita, gracias a que soporta ampliamente el estándar SQL.
PostgreSQL cuenta con una serie de características atractivas, como son la
herencia de tablas (clases) y, un conjunto amplio de tipos de datos que incluyen
arreglos, Binary Large Object Block (BLOB), tipos geométricos y direcciones de
red. PostgreSQL incluye también, el procesamiento de transacciones, integridad
referencial y procedimientos almacenados.
POSTGIS. Una extensión geoespacial para POSTGRESQL
POSTGIS es una extensión del sistema de base de datos PostgreSQL,
que permite el almacenamiento y la manipulación de objetos geométricos
vectoriales en bases de datos; incluyendo además, el Sistema de Referencia
Espacial; lo que la convierte en una base de datos espacial para su utilización en
Sistema de Información Geográfica.
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PostGIS ha sido desarrollado por la empresa canadiense Refraction
Research Inc, especializada en productos "Open Source", como un proyecto de
investigación de tecnologías de bases de datos espaciales. Está publicado bajo
licencia GNU/GPL y ha sido certificado, en 2006 por el Open Geospatial Consortium
(OGC), lo que garantiza la interoperabilidad con otros sistemas.
La especificación OpenGis define dos formas estándares de expresar los
objetos espaciales; estos son los formatos en Modo Texto (Well-Known Text
-WKT) y en Modo Binario(Well-Known Binary-WKB). Ambos incluyen la información
sobre el tipo de objeto y las coordenadas que conforman el objeto.
Bases de datos geográficas
Un sistema de información geográfica (SIG) es un “conjunto de programas,
equipamientos, metodologías, datos y personas (usuarios), perfectamente integrado,
de manera que hace posible la recolección de datos, almacenamiento, procesamiento
y análisis de datos georreferenciados, así como la producción de información derivada
de su aplicación”.
Cuando se habla de datos georreferenciados, se trata de datos referidos a una
posición con respecto a un sistema de coordenadas terrestres. La tecnología de los
SIG busca articular las bases de datos gráficas con las bases de datos alfanuméricas
que representan los diferentes rasgos del territorio, tales como caminos, cursos de
agua, asentamientos poblacionales, actividades económicas, etc.
Los ámbitos en que pueden ser aplicados los SIG son muy diversos, y
generalmente son implementados en entornos de trabajo interdisciplinarios. Hay
ejemplos de utilización de SIG en cartografía, investigaciones científicas, planificación
de políticas públicas, gestión ambiental del territorio, marketing, logística, demografía,
sólo por citar algunos casos.
Los SIG modelan la realidad territorial para convertirla en datos geográficos que
son manipulados en un entorno informatizado. Para ello utilizan los modelos de
representación raster y vectorial.
El modelo raster se utiliza habitualmente para representar fenómenos de la
realidad que se presentan de manera continua en el espacio. En este caso el espacio
se suele dividir en celdas regulares, donde cada una de estas celdas presenta un
valor. Los rasgos del territorio se reconocer al analizar en conjunto dichos elementos,
como sucede al visualizar una fotografía aérea compuesta de una infinidad de píxeles,
o una grilla que representa las precipitaciones caídas a lo largo de un año.
Este modelo fue el primero en ser utilizado, y está representado principalmente por
el uso de imágenes proveniente de satélites o fotografías aéreas digitales, aunque
cada vez es mayor la utilización de esta información matricial para realizar diversos
procedimientos de análisis espacial.
Por su parte, el modelo de representación vectorial, modeliza las datos valiéndose
de primitivas geométricas, tales como puntos, líneas y polígonos. Adosados a dichas
geometrías, se encuentran los atributos temáticos de los fenómenos que representan.
Por ejemplo, en el caso de los cursos de agua, modelizados a través de polilíneas, se
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pueden encontrar atributos como el nombre y categoría de los cursos de agua, el
régimen hídrico, el caudal anual, etc.
Figura 8. Componentes de un GIS
Diferencias entre SIG y CAD
La tecnología CAD (Computer-Aided Design) se basa en el uso de programas
informáticos para crear representaciones gráficas de los objetos físicos en 2D o 3D,
consisten básicamente en aplicaciones para generar archivos de dibujo.
La potencialidad de las aplicaciones SIG frente a los CAD se basa en su
capacidad de realizar operaciones espaciales integradas con una base de datos
alfanumérica.
En los SIG los elementos gráficos llevan asociados datos alfanuméricos
(identificadores y atributos) almacenados en una tabla. Para un programa de CAD, un
polígono representa una longitud de perímetro y un área encerrada, pero si este
polígono representa el contorno de un edificio, en el SIG, además llevará asociado
cierta información temática (el número de policía, el número de plantas, etc.) en la
correspondiente base de datos.
Aunque el CAD resulta mucho más cómodo para la edición gráfica y presenta
mejores resultados en el renderizado, la gran cantidad de funciones que presenta la
tecnología SIG no los hace comparables. En muchos de los casos, los datos obtenidos
en formatos CAD son más tarde transformados a formatos SIG.
Aunque es posible visualizar los formatos CAD (dwg, dgn, dxf, etc.) en
programas SIG, estos formatos, sin una transformación previa, solo sirven para dar un
contexto espacial ya que no permiten el análisis.
Lic. Jaquelina E. Escalante
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Unidad 2. Modelos de Datos
Modelos de Datos
Antes de entrar a la descripción del modelo relacional, es necesario definir lo
que es un modelo de dato en general.
La calidad del análisis y diseño de un sistema de información que se pretende
mecanizar dependerá de los modelos de datos que se utilizan para cada una de las
fases de desarrollo. Además, disponer de herramientas software basadas en modelos
de datos adecuados a la tarea hará más sencillo el diseño y mantenimiento.
Uno de los objetivos más importantes de un SGBD es proporcionar a los
usuarios una visión abstracta de los datos, es decir, el usuario va a utilizar esos datos
pero no tendrá idea de cómo están almacenados físicamente.
Los modelos de datos son el instrumento principal para ofrecer esa
abstracción. Son utilizados para la representación y el tratamiento de los problemas.
El diseño de un sistema de información, en lo que atañe a las bases de datos, tiene
tres fases:

Diseño conceptual: en la que se formalizan las estructuras que se observan
en el mundo real. Produciendo lo que se denomina Esquema Conceptual.
 Diseño Lógico: en la que se estructura el conjunto de información de la fase
anterior teniendo en cuenta el SGBD que se vaya a utilizar. En esta fase se
obtiene el Esquema Lógico.
 Diseño Físico: en la que se estructuran los datos en términos de
almacenamiento en los dispositivos de la computadora. Es lo que se conoce
como Esquema Interno.
 Nivel externo o de vistas: describe la parte de la BD a la que los usuarios
pueden acceder. Es la visión de estos datos que tiene un usuario cuando
ejecuta aplicaciones que operan con ellos, el usuario no sabe el detalle de los
datos, unas veces operará con unos y otras con otros, dependiendo de la
aplicación.
Si trasladamos el ejemplo a una BD relacional específica habrá, un único nivel interno
y un único nivel lógico o conceptual, pero puede haber varios niveles externos, cada
uno definido para uno o para varios usuarios.
Podría ser el siguiente:
Tabla 1. Vista de la Base de datos para el usuario.
Lic. Jaquelina E. Escalante
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• Nivel externo: Visión parcial de las tablas de la BD según el usuario. Por
ejemplo, la vista que se muestra en la Tabla 1 obtiene el listado de notas de
alumnos con los siguientes datos: Curso, Nombre, Nombre de asignatura y Nota.
• Nivel lógico y conceptual: Definición de todas las tablas, columnas,
restricciones, claves y relaciones.
En este ejemplo, disponemos de tres tablas que están relacionadas:
– Tabla ALUMNOS. Columnas: NMatrícula, Nombre, Curso, Dirección,
Población.
Clave: NMatrícula. Además tiene una relación con NOTAS, pues un alumno
puede tener notas en varias asignaturas.
– Tabla ASIGNATURAS. Columnas: Código, Nombre de asignatura. Clave:
Código.
Está relacionada con NOTAS, pues para una asignatura hay varias notas,
tantas como alumnos la cursen.
– Tabla NOTAS. Columnas: NMatrícula, Código, Nota. Está relacionada con
ALUMNOS y ASIGNATURAS, pues un alumno tiene notas en varias
asignaturas, y de una asignatura existen varias notas, tantas como alumnos.
• Nivel interno: En una BD las tablas se almacenan en archivos de datos de la
BD. Si hay claves, se crean índices para acceder a los datos, todo esto contenido
en el disco duro, en una pista y en un sector, que sólo el SGBD conoce. Ante una
petición, sabe a qué pista, a qué sector, a qué archivo de datos y a qué índices
acceder.
Los Modelos de Datos se utilizan como:





Herramienta de especificación, para definir tipos de datos y la organización de
los datos de una BD específica.
Soporte para el desarrollo de una metodología de diseño de BD.
Formalismo para el desarrollo de familias de lenguaje de muy alto nivel, para la
resolución de requerimientos y manipulación de datos.
Modelo soporte de la arquitectura de los SGBD.
Vehículo para investigar el comportamiento de diversas alternativas en la
organización de los datos.
En una primera aproximación, un modelo de datos es un conjunto de conceptos
y reglas de composición de esos conceptos que, combinados de alguna forma, son
capaces de representar un sistema de información, tanto en su parte estática como
dinámica.
Características de los modelos de datos
• Expresividad: cuantos más mecanismos o conceptos de representación tenga un
modelo, mayor será la cantidad de propiedades del sistema de información que pueda
captar, y menor el uso de aserciones en forma de restricciones de integridad que no se
pueden reflejar directamente sobre el esquema.
• Simplicidad: también es deseable que el modelo sea simple para que los esquemas
sean fáciles de entender por terceras personas. Debe llegarse, pues, a un equilibrio
entre la potencia del modelo mencionado en el punto anterior y esa simplicidad
deseable.
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• Minimalidad: cada concepto tiene un significado distinto de los demás conceptos
utilizados en el modelo de datos; no se puede expresar concepto en función de otros.
• Formalidad: todos los conceptos del modelo tienen una interpretación única, precisa
y bien definida. Puesto que el esquema pretende ser una especificación formal del
sistema de información a representar, esta cualidad permitiría el tratamiento
matemático de sus conceptos.
Si el modelo utiliza un lenguaje de definición gráfico, también se tendrá en cuenta:
• Compleción gráfica: un modelo es gráficamente completo si todos sus conceptos
poseen representación gráfica.
• Facilidad de lectura: que los símbolos gráficos sean fácilmente distinguibles unos de
otros.
Clasificación de los modelos de datos
A medida que han ido evolucionando el software y el hardware las posibilidades
y las demandas de los usuarios han ido creciendo paralelamente, los modelos de
datos fueron enriqueciéndose y salvando carencias de sus predecesores.
Cronológicamente, es posible clasificarlos de la siguiente forma:
-
Primitivos: basados en sistemas de ficheros convencionales
Clásicos - Jerárquico (el más conocido, IMS: IBM)
-
Red (CODASYL)
-
Relacional (desarrollado por E. Codd)
-
Semánticos
o
EER (Entidad-Relación Extendido: Chen)
o
RM/T (Relational Model/Tasmania: Codd)
o
Semántico General
o
Orientado a Objetos
o
Modelo Funcional
Se dice que tanto primitivos como clásicos están basados en registros,
mientras que los semánticos se apoyan en la filosofía Orientada a Objetos. Los
modelos de datos primitivos se usaron durante la década de los 70, cuando aun no se
utilizaban las técnicas de bases de datos. Los objetos se representaban como
registros organizados en ficheros, y las relaciones mediante referencias explícitas a
otros registros en algún campo del mismo.
Los lenguajes de manipulación dependen por entero de la organización física
de los datos, y las operaciones básicas son la lectura y la escritura.
Lic. Jaquelina E. Escalante
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Para garantizar, o al menos mejorar, la independencia de las aplicaciones
frente a los datos aparecen los primeros SGBD, basados en los modelos de datos
clásicos. Los primeros en aparecer fueron el jerárquico y el red de CODASYL, cuyos
nombres muestran cual es la estructura de datos subyacente en los modelos. Los
objetos siguen siendo representados por registros pero las relaciones entre objetos se
expresan, con ciertas limitaciones implícitas del modelo, mediante la estructura en que
se basan.
Sin embargo, la aparición del Modelo Relacional provocó la representación de
los objetos como relaciones (tablas en su denominación informal), cuyas tuplas (filas
en su denominación informal) identifican a ocurrencias del objeto patrón, y la vuelta a
las referencias explícitas (unos atributos que relacionan un objeto con un segundo por
comparación de valores iguales en uno y otro) para expresar las interrelaciones. La
estructura de datos más simple y la aparición de lenguajes de especificación
totalmente declarativos han hecho de este modelo el más ampliamente utilizado en los
SGBD comerciales actuales.
Uno de los grandes problemas que plantean los SGBD comerciales actuales,
en general, es que no soportan modelos con la suficiente expresividad como para
dejar libre al diseñador de sistemas de información de tediosas tareas de
administración de datos a bajo nivel. Es práctica habitual utilizar en la confección del
esquema conceptual (EC) modelos de datos con un fuerte potencial semántico para
traducirlo después a modelos que si tienen un software comercial disponible, pero muy
probablemente más pobres semánticamente.
Por eso, la aparición de los modelos de datos semánticos está justificada por la
pretensión de aumentar la capacidad expresiva de los modelos clásicos incorporando
conceptos y mecanismos de abstracción no contemplados en los anteriores. Se
utilizan preferentemente para la confección del Esquema Conceptual, y como modelo
subyacente de algunos SGBD aun en experimentación. Son los más potentes pero no
tienen un reflejo comercial en algún producto de amplia difusión; la representación del
EC ha de traducirse a un Esquema Lógico, en general a un modelo clásico, para poder
ser explotado eficientemente en algún SGBD.
Así y todo, parece que el EER está teniendo alguna penetración sobre todo en
herramientas de análisis y diseño de Sistemas de Información, en forma de módulo de
ciertas herramientas CASE que se puede traducir de forma automática al Modelo
Relacional. Otros modelos de datos, de propósito particular, se desarrollaron sobre
aplicaciones concretas: cartografía, CAD/CAM, hipertexto, etc.
Modelo ENTIDAD - RELACION
El modelo entidad-relación es el modelo conceptual más utilizado para el
diseño conceptual de bases de datos. Fue introducido por Peter Chen en 1976. Está
formado por un conjunto de conceptos que permiten describir la realidad mediante un
conjunto de representaciones gráficas y lingüísticas.
Originalmente, el modelo entidad-relación sólo incluía los conceptos de
entidad, relación y atributo. Más tarde, se añadieron otros conceptos, como los
atributos compuestos y las jerarquías de generalización, en lo que se ha
denominado modelo entidad-relación extendido.
Lic. Jaquelina E. Escalante
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Elementos del Modelo

Entidad: Es la representación de un objeto acerca del cual se desea guardar
información. Por ejemplo, una base de datos para una biblioteca tendrá una
entidad libro.
Pero una entidad es una categoría abstracta, es decir, no representa objetos
concretos, sino clases de objetos. De cada libro en concreto se va a decir que
es una ocurrencia de la entidad libro. Así Don Quijote de la Mancha es una
ocurrencia de la entidad libro.

Atributo: Cada entidad está caracterizada por un conjunto de atributos o
propiedades. El atributo es una unidad elemental de información que no se
puede descomponer en unidades más pequeñas. Los atributos solo van a
tomar valores en las ocurrencias concretas de las entidades.
Tipos de datos más habituales
Texto,
Numérico,
Moneda,
Fecha/Hora
Tabla 2. Algunos tipos de datos del estándar SQL3 en PostgreSQL
Tipo en
Postgres
Correspondiente
en SQL3
Descripción
bool
boolean
valor lógico o booleano (true/false)
char(n)
character(n)
cadena de caracteres de tamaño fijo
date
date
fecha (sin hora)
float4/8
float(86#86)
número de punto flotante con precisión 86#86
float8
real, double precision
número de punto flotante de doble precisión
int2
smallint
entero de dos bytes con signo
int4
int, integer
entero de cuatro bytes con signo
money
decimal(9,2)
cantidad monetaria
time
time
hora en horas, minutos, segundos y centésimas
timespan
interval
intervalo de tiempo
timestamp
timestamp with time
zone
fecha y hora con zonificación
varchar(n)
character varying(n)
cadena de caracteres de tamaño variable
Tabla 3. Algunos tipos de datos extendidos por PostgreSQL
Tipo
Descripción
box
caja rectangular en el plano
circle
círculo en el plano
line
línea infinita en el plano
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lseg
segmento de línea en el plano
path
trayectoria geométrica, abierta o cerrada, en el plano
point
punto geométrico en el plano
polygon trayectoria geométrica cerrada en el plano
Tabla 4. Tipos de datos de PostgreSQL
Tipo
Descripción
SET
conjunto de tuplas
aclitem
lista de control de acceso
bpchar
caracteres rellenos con espacios, longitud especificada al momento de creación
bytea
arreglo de bytes de longitud variable
cid
identificador de secuencia en transacciones
cidr
dirección de red
date
fecha ANSI SQL 'aaaa-mm-dd'
datetime
fecha y hora 'aaaa-mm-dd hh:mm:ss'
filename
nombre de archivo usado en tablas del sistema
inet
dirección de red
line
línea geométrica '(pt1, pt2)'
lseg
segmento de línea geométrica '(pt1, pt2)'
macaddr
dirección MAC
money
unidad monetaria '$d,ddd.cc'
name
tipo de 31 caracteres para guardar identificadores del sistema
numeric
número de precisión múltiple
oid
tipo de identificación de objetos
text
cadena de caracteres nativa de longitud variable
tid
tipo de identificador de tupla, localización física de tupla
time
hora ANSI SQL 'hh:mm:ss'
timestamp fecha y hora en formato ISO de rango limitado
tinterval
intervalo de tiempo '(abstime, abstime)'
unknown
tipo desconocido
varchar
cadena de caracteres sin espacios al final, longitud especificada al momento de
creación
xid
identificador de transacción
Por ejemplo, para describir una entidad libro se pueden tener atributos
como título, autor, fecha de adquisición, etc. En la ocurrencia Don Quijote de la
Mancha los valores de estos atributos serán: Titulo = Don Quijote de la
Mancha, Autor = Miguel de Cervantes, Fecha de Adquisición = 1982.

Relación (Cardinalidad): Una relación es una conexión entre dos entidades.
También se admiten relaciones reflexivas, es decir, relaciones de una entidad
consigo misma. Las relaciones pueden también ser atributos. En este caso,
dicha relación podría también representarse mediante una entidad.
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Cardinalidad
La correspondencia de cardinalidades, o razón de Cardinalidad, expresa
el número de entidades a las que otra entidad puede estar asociada vía un
conjunto de relaciones. La correspondencia de cardinalidades es la más útil
describiendo conjuntos de relaciones binarias, aunque ocasionalmente
contribuye a la descripción de conjuntos de relaciones que implican más de dos
conjuntos de entidades.
Para un conjunto de relaciones binarias R entre los conjuntos de
entidades A y B, la correspondencia de cardinalidades debe ser una de las
siguientes:
o
Relación 1:1 (uno a uno): se va representar mediante una línea que une
las dos entidades relacionadas. En este caso, a cada ocurrencia de la
entidad A le corresponde una ocurrencia de la entidad B, y viceversa.
o
Relación 1:N (uno a muchos): se va representar mediante una flecha
que une las dos entidades relacionadas. En este caso, a cada
ocurrencia de la entidad A le corresponden varias ocurrencias de la
entidad B, pero a cada ocurrencia de la entidad B sólo le corresponde
una ocurrencia de la entidad A.
o
Relación N:M (muchos a muchos): se va representar mediante una
línea con flechas en sus dos extremos que une las dos entidades
relacionadas. En este caso a cada ocurrencia de la entidad A le
corresponden varias ocurrencias de la entidad B, y a cada ocurrencia
de la entidad B le corresponden varias ocurrencias de la entidad A.
Figura 9. (a) Relación 1 a 1. (b) Relación 1 a N
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Figura 10. Relación N a M
Diagrama Entidad- Relación
La estructura lógica general de una base de datos se puede expresar
gráficamente mediante un diagrama ER, que consta de los siguientes componentes:
• Rectángulos, que representan conjuntos de entidades.
• Elipses, que representan atributos.
• Rombos, que representan relaciones entre conjuntos de entidades.
• Líneas, que unen los atributos con los conjuntos de entidades y los conjuntos
de entidades con las relaciones.
 Cada componente se etiqueta con la entidad o relación que representa.
Además de entidades y relaciones, el modelo E-R representa ciertas
restricciones que los contenidos de la base de datos deben cumplir. Una restricción
importante es la correspondencia de cardinalidades, que expresa el número de
entidades con las que otra entidad se puede asociar a través de un conjunto de
relaciones. Por ejemplo, si cada cuenta puede pertenecer sólo a un cliente, el modelo
puede expresar esta restricción.
Símbolos utilizados en la notación E-R
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Notaciones E-R alternativas
Considere el diagrama entidad-relación de la Figura 11, que consta de dos
conjuntos de entidades, cliente y préstamo, relacionadas a través de un conjunto de
relaciones binarias prestatario. Los atributos asociados con cliente son id-cliente,
nombre-cliente, calle-cliente, y ciudad-cliente.
Los atributos asociados con préstamo son número-préstamo e importe. Como
se muestra en la Figura 11, los atributos de un conjunto de entidades que son
miembros de la clave primaria están subrayados.
Figura 11. Diagrama E-R.
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El conjunto de relaciones prestatario puede ser varios a varios, uno a varios,
varios a uno o uno a uno. Para distinguir entre estos tipos, se dibuja o una línea
dirigida (→) o una línea no dirigida (—) entre el conjunto de relaciones y el conjunto de
entidades en cuestión.
• Una línea dirigida desde el conjunto de relaciones prestatario al conjunto de
entidades préstamo especifica que prestatario es un conjunto de relaciones uno a uno,
o bien varios a uno, desde cliente a préstamo; prestatario no puede ser un conjunto de
relaciones varios a varios ni uno a varios, desde cliente a préstamo.
• Una línea no dirigida desde el conjunto de relaciones prestatario al conjunto de
relaciones préstamo especifica que prestatario es o bien un conjunto de relaciones
varios a varios, o bien uno a varios, desde cliente a préstamo.
Volviendo al diagrama E-R de la Figura 11, se ve que el conjunto de relaciones
prestatario es varios a varios. Si el conjunto de relaciones prestatario fuera uno a
varios, desde cliente a préstamo, entonces la línea desde prestatario a cliente sería
dirigida, con una flecha apuntando al conjunto de entidades cliente (Figura 12).
Figura 12. Relación 1 a N.
Análogamente, si el conjunto de relaciones prestatario fuera varios a uno desde
cliente a préstamo, entonces la línea desde prestatario a préstamo tendría una flecha
apuntando al conjunto de entidades préstamo (Figura 13).
Figura 13. Relación N a 1.
Finalmente, si el conjunto de relaciones prestatario fuera uno a uno, entonces
ambas líneas desde prestatario tendrían flechas: una apuntando al conjunto de
entidades préstamo y otra apuntando al conjunto de entidades cliente (Figura 14).
Lic. Jaquelina E. Escalante
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Figura 14. Relación 1 a 1.
Si un conjunto de relaciones tiene también algunos atributos asociados a él,
entonces se unen esos atributos a ese conjunto de relaciones. Por ejemplo, en la
Figura 15, se tiene el atributo descriptivo fecha-acceso unida al conjunto de relaciones
impositor para especificar la fecha más reciente en la que un cliente accedió a esa
cuenta.
Figura 15. Atributo unido a un conjunto de relaciones.
Normalización de bases de datos
Las formas normales definidas en la Teoría de Base de Datos Relacionales
representan una guía y una orientación para el diseño de registros. Las reglas de
normalización están destinadas a prevenir anomalías en las actualizaciones e
inconsistencia en los datos.
Las directrices que se ofrecerán parten del supuesto de que aquellos campos
que no constituyen una clave serán actualizados frecuentemente. El propósito de la
normalización es mejorar la integridad de los datos a través de la minimización de la
redundancia y la inconsistencia, pero con algún posible costo en ciertas aplicaciones.
La normalización es el proceso de organizar los datos de una base de datos.
Se incluye la creación de tablas y el establecimiento de relaciones entre ellas según
reglas diseñadas tanto para proteger los datos como para hacer que la base de datos
sea más flexible al eliminar la redundancia y las dependencias incoherentes. Las
dependencias incoherentes pueden dificultar el acceso porque la ruta para encontrar
los datos puede no estar o estar interrumpida.
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Los datos redundantes desperdician el espacio de disco y crean problemas de
mantenimiento. Si hay que cambiar datos que existen en más de un lugar, se deben
cambiar de la misma forma exactamente en todas sus ubicaciones.
Un cambio en la dirección de un cliente es mucho más fácil de implementar si
los datos sólo se almacenan en la tabla Clientes y no en algún otro lugar de la base de
datos.
El término normalización se usa algunas veces en relación a una forma normal
particular. Esto es, un conjunto de registros puede ser normalizado con respecto a la
segunda forma normal pero no con respecto a la tercera.
PRIMERA FORMA NORMAL
 Elimine los grupos repetidos de las tablas individuales.
 Cree una tabla independiente para cada conjunto de datos relacionados.
 Identifique cada conjunto de datos relacionados con una clave principal.
No debe usarse varios campos en una sola tabla para almacenar datos
similares. Por ejemplo, para realizar el seguimiento de un elemento del inventario
que proviene de dos orígenes posibles, un registro del inventario puede contener
campos para el Código de proveedor 1 y para el Código de proveedor 2.
¿Qué ocurre cuando se agrega un tercer proveedor? Agregar un campo no es
la respuesta, se requiere modificaciones en las tablas y el programa, y no admite
fácilmente un número variable de proveedores.
En su lugar, colocar toda la información de los proveedores en una tabla
independiente denominada Proveedores y después vincular el inventario a los
proveedores con el número de elemento como clave, o los proveedores al
inventario con el código de proveedor como clave.
La Primera Forma Normal (1FN) trata con el modelo de un registro, es decir, la
forma básica o registro tipo.
“Cuando se manipulan las relaciones de un modelo de visión se les trata como
conjuntos matemáticos de eneadas (tuplas). Esto requiere entre otras cosas, que los
atributos dentro de cada eneada sean ordenados y completos, y que los dominios
permitan sólo valores simples. Los valores simples no pueden descomponerse en
múltiples valores y no pueden por sí mismos ser conjuntos o relaciones."
Según esto, una repetición anidada de un elemento (o de un grupo de
elementos) no puede ser representada en un modelo como una sola relación. Ahora
bien, si un grupo anidado tiene tamaño acotado y es pequeño, es posible representarlo
usando un número fijo de atributos asignados a diferentes papeles sobre el mismo
dominio. Debido a que los grupos pueden ser más pequeños que el número máximo
fijo, el dominio debe incluir el valor nulo o indefinido. Con mayor frecuencia se traslada
el grupo anidado a otra relación.
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Al proceso de eliminar grupos anidados se le denomina NORMALIZACION, y a
las relaciones resultantes se les considera expresadas en la PRIMERA FORMA
NORMAL.
SEGUNDA Y TERCERA FORMAS NORMALES
Estas tratan con la relación entre un campo clave y uno o más campos
dependientes. Bajo la Segunda y Tercera Formas Normales un campo dependiente
debe proporcionar un dato acerca de la clave (relacionado con la clave), con toda la
clave y con ningún otro campo. Además, debe satisfacer la primera forma normal.
Trataremos ahora solamente con datos de un solo valor. Un dato de un solo
valor sería una relación uno a muchos, tal como el Departamento de un empleado o
una relación uno a uno tal como la esposa de un empleado. Por lo tanto, la frase
“provee un dato acerca de X” significa relación uno a uno o uno a muchos entre X e Y.
SEGUNDA FORMA NORMAL
 Crea tablas independientes para conjuntos de valores que se apliquen a
varios registros.
 Relaciona estas tablas con una clave externa.
Los registros no deben depender de nada que no sea una clave principal de
una tabla, una clave compuesta si es necesario.
Por ejemplo, considerar la dirección de un cliente en un sistema de
contabilidad. La dirección se necesita en la tabla Clientes, pero también en las tablas
Pedidos, Envíos, Facturas, Cuentas por cobrar y Colecciones. En lugar de
almacenar la dirección de un cliente como una entrada independiente en cada
una de estas tablas, almacenarla en un lugar, ya sea en la tabla Clientes o en una
tabla Direcciones independiente.
La Segunda Forma Normal (2FN) es violada cuando un campo dependiente es
un dato acerca de un subconjunto de la clave. Par supuesto, esto es relevante sólo si
la clave es compuesta.
TERCERA FORMA NORMAL
 Elimina los campos que no dependan de la clave.
Los valores de un registro que no sean parte de la clave de ese registro no
pertenecen a la tabla. En general, siempre que el contenido de un grupo de campos
pueda aplicarse a más de un único registro de la tabla, hay que considerar colocar
estos campos en una tabla independiente.
Por ejemplo, en una tabla Contratación de empleados, puede incluirse el
nombre de la universidad y la dirección de un candidato. Pero necesita una
lista completa de universidades para enviar mensajes de correo electrónico en
grupo. Si la información de las universidades se almacena en la tabla
Candidatos, no hay forma de enumerar las universidades que no tengan
candidatos en ese momento. Crear una tabla Universidades independiente y vincularla
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a la tabla Candidatos con el código de universidad como clave solucionará el
inconveniente.
EXCEPCIÓN: Cumplir la tercera forma normal, aunque en teoría es deseable,
no siempre es práctico. Si se tiene una tabla Clientes y se desea eliminar todas las
dependencias posibles entre los campos, se debe crear tablas independientes para las
ciudades, códigos postales, representantes de venta, clases de clientes y cualquier
otro factor que pueda estar duplicado en varios registros. En teoría, la normalización
merece el trabajo que supone. Sin embargo, muchas tablas pequeñas pueden
degradar el rendimiento o superar la capacidad de memoria o de archivos abiertos.
Puede ser más factible aplicar la tercera forma normal sólo a los datos
que cambian con frecuencia. Si quedan algunos campos dependientes, diseñar
la aplicación para que pida al usuario que compruebe todos los campos
relacionados cuando cambie alguno.
La Tercera Forma Normal (1FN) es violada cuando un campo dependiente es
un dato acerca de otro campo dependiente.
CUARTA Y QUINTA FORMAS NORMALES
La cuarta forma normal, también llamada Forma normal de Boyce Codd
(BCNF, Boyce Codd Normal Form), y la quinta forma normal existen, pero rara vez
se consideran en un diseño real. Si no se aplican estas reglas, el diseño de la base de
datos puede ser menos perfecto, pero no debería afectar a la funcionalidad.
La Cuarta y Quinta Formas Normales tratan con datos multivaluados (múltiples
valores). Un dato multivaluado puede corresponder a una relación muchos a muchos,
como con EMPLEADOS y HABILIDADES, o a una relación muchos a uno, como con
los HIJOS de un EMPLEADO (asumiendo que sólo un pariente es empleado). Por
muchos a muchos entendemos que un empleado puede tener diversas habilidades y
que una habilidad puede residir en diversos empleados. Note que vemos la relación
muchos a uno entre hijos y padres como un dato de un solo valor acerca de un hijo
pero como un dato multivaluado acerca de un padre.
En un sentido, la Cuarta y Quinta Formas Normales están alrededor de claves
compuestas. Estas formas normales procuran minimizar el número de campos
involucrados en una clave compuesta.
CUARTA FORMA NORMAL
Bajo la Cuarta Forma Normal (4FN) un registro tipo no deberá contener dos o
más datos multivaluados independientes acerca de una entidad. Además, el registro
debe satisfacer la Tercera Forma Normal.
QUINTA FORMA NORMAL
La Quinta Forma Normal (5FN) trata con casos donde la información puede
ser reconstruida de muchas piezas de información las cuales pueden ser mantenidas
con poca redundancia. La Segunda, Tercera y Cuarta Formas Normales también
sirven a este propósito pero la Quinta Forma Normal generaliza los casos no cubiertos
por ellas.
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Unidad 3. El modelo relacional.
En el modelo relacional se utiliza un grupo de tablas para representar los datos
y las relaciones entre ellos. Cada tabla está compuesta por varias columnas, y cada
columna tiene un nombre único.
El modelo relacional es un ejemplo de un modelo basado en registros. Los
modelos basados en registros se denominan así porque la base de datos se estructura
en registros de formato fijo de varios tipos. Cada tabla contiene registros de un tipo
particular. Cada tipo de registro define un número fijo de campos, o atributos. Las
columnas de la tabla corresponden a los atributos del tipo de registro.
El modelo de datos relacional es el modelo de datos más ampliamente usado, y
una amplia mayoría de sistemas de bases de datos actuales se basan en el modelo
relacional. El modelo relacional se encuentra a un nivel de abstracción inferior al
modelo de datos E-R. Los diseños de bases de datos a menudo se realizan en el
modelo E-R, y después se traducen al modelo relacional.
Base de datos relacionales
Es el modelo más utilizado hoy en día. Una base de datos relacional es
básicamente un conjunto de tablas, similares a las tablas de una hoja de cálculo,
formadas por filas (registros) y columnas (campos).
Los registros representan cada uno de los objetos descritos en la tabla y los campos
los atributos (variables de cualquier tipo) de los objetos.
Las tablas comparten algún campo entre ellas. Estos campos compartidos van a
servir para establecer relaciones entre las tablas que permitan consultas complejas.
La idea básica de las bases de datos relacionales es la existencia de entidades
(filas en una tabla) caracterizadas por atributos (columnas en la tabla). Cada tabla
almacena entidades del mismo tipo y entre entidades de distinto tipo se establecen
relaciones. Las tablas comparten algún campo entre ellas, estos campos compartidos
van a servir para establecer relaciones entre las tablas. Los atributos pueden ser:
 Números enteros
 Números reales
 Cadena de caracteres de longitud variable
Estos tipos simples se denominan tipos atómicos y permiten una mayor eficacia
en el manejo de la base de datos pero a costa de reducir la flexibilidad a la hora de
manejar los elementos complejos del mundo real y dificultar la gestión de datos
espaciales, en general suponen un problema para cualquier tipo de datos geométricos.
Las relaciones que se establecen entre los diferentes elementos de dos tablas en una
base de datos relacional pueden ser de tres tipos distintos:
 Relaciones uno a uno, se establecen entre una entidad de una tabla y otra
entidad de otra tabla.
 Relaciones uno a varios, se establecen entre varias entidades de una tabla y
una entidad de otra tabla.
 Relaciones varios a varios, se establecen entre varias entidades de cada una
de las tablas.
Lic. Jaquelina E. Escalante
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Estructura de las Bases de Datos Relacionales
Dada una serie de conjuntos D(1),D(2),...,D(n), R es una relación sobre estos n
conjuntos, si es un conjunto de n-tuplas ordenadas d(1),d(2),..,d(n), tales que d(1)
pertenece a D(1),d(2) pertenece a D(2),..,d(n) pertenece de D(n). Los conjuntos
D(1),D(2),..,D(n) son los dominios de R, y n el grado de la RELACION.
TABLA 5. "ARTICULOS"
Nro_Art. Descripción Un_Medida
A001
Arroz
Tn.
A002
Maíz
Tn.
A003
Sorgo
Kg.
A004
Soja
Tn.
A005
Mandioca
Kg.
A006
Batata
Kg.
Existencia
1230
852
12580
872
9825
18228
El grado de esta relación es de 4. El conjunto D(1) es el dominio de los
códigos de artículo, el D(2) es el dominio de las descripciones, el D(3) es el dominio
de las Unidades de Medidas, etc. Puede ser que la descripción <Pimiento>
pertenezca al dominio de las descripciones pero no había ningún código de artículo
(A007), con esa descripción, en el instante específico en que se generó la tabla
(temporalidad de datos).
Cada renglón o fila de la tabla representa una TUPLA de la relación, el número
de tuplas de la relación se llama CARDINALIDAD de la relación, en el ejemplo anterior
de la tabla, la CARDINALIDAD de la relación ARTÍCULO es SEIS (6).
LEYES BÁSICAS del entorno relacional
Las leyes, surgen de la teoría matemática equivalente, la cual esta provista de
una sólida fundamentación teórica, que permiten mayor integración de datos y mejores
mecanismos para su recuperación, siendo estas:
1
2
3
4
5
6
7
8
1. En un sistema relacional, la tabla puede contener un solo tipo de registro.
2. Cada registro un número fijo de campos (columnas) con nombres
específicos.
3. La base de datos generalmente contendrá muchas tablas, o sea que los
diferentes tipos de registros, estarán en diferentes tablas, uno por tabla.
4. En la tabla el nombre de cada campo debe ser distinto, y para cada campo
solo se permite un solo valor y no un conjunto de valores (atomicidad de
datos).
5. Cada registro (instancia) de una tabla es único, no hay duplicados.
6. El orden de los registros no está determinado, son incorporados uno a
continuación del otro.
7. Para cada campo definido existe un conjunto de valores posibles que forman
el DOMINIO (de definición de ese campo).
8. Se pueden crear nuevas tablas, relacionando valores de campos
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procedentes de tablas ya existentes, mientras que en la nueva tabla se haya
definido el mismo dominio para los valores que puedan tomar el o los campos
que queremos RELACIONAR. La formación de nuevas tabla a partir de las
existentes es la esencia del PROCESO RELACIONAL.
DOMINIOS y ATRIBUTOS
Es importante diferenciar entre un dominio y atributo (columna). Un atributo
representa el uso de un dominio dentro de una RELACION. Para ver mejor esta
diferencia de la tabla 2, al atributo UNIDADES de MEDIDA lo llamaremos FORMAS de
MEDIR, entonces podemos decir que el atributo.
FORMAS de MEDIR usa los posibles valores del dominio UNIDADES de
MEDIDA (Tn., Kg.).
En una Base de Datos Relacional se requiere que todas las relaciones
satisfagan la condición de que cada valor de atributo en cada tupla sea ATOMICO,
esto es que en la intersección de una fila con una columna exista un solo valor y no un
conjunto de valores. Se permite es esa intersección hasta un valor NULO,
representando algo <<desconocido>>.
De una RELACION que satisface lo anterior, se dice que está NORMALIZADA.
Relación Grado 2
Tabla 6. Partimos de una tabla de PEDIDOS No Normalizada
Proveedor Art.- Cantidad
P001
A001 - 350
A002 - 200
A004 - 100
P002
A002
A003
- 150
- 240
P003
A001
A003
A005
- 550
- 400
- 600
Relación Grado 3
Tabla 7. N O R M A L I Z A D A
PROVEEDOR ARTICULO CANTIDAD
P001
A001
350
P001
A002
200
P001
A004
100
P002
A002
150
P002
A003
240
P003
A001
500
P003
A003
400
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P003
A005
600
El enfoque relacional solo admite relaciones normalizadas:


La selección no impone restricción real sobre lo que se puede representar.
La simplificación de la estructura de los datos, conduce a simplificaciones en
muchas otras Áreas (Programador de Aplicación, Usuarios Finales, etc.).
LLAVES o CLAVES
Dentro de una relación especifica, hay un atributo cuyos valores son únicos,
dentro de esta y por lo tanto se puede usar para identificar las tuplas de la relación.
También se denomina a esta Clave Primaria Simple o Llave Primaria Simple.
No toda relación posee llave primaria de un solo atributo, pero la relación
tendrá alguna combinación de atributos que tomados en conjunto, tienen la propiedad
de la identificación única, a esta llave se la denomina Compuesta.
Toda relación tiene una llave primaria (tal vez compuesta).
Se presenta también la situación de que una relación tenga más de un
atributo/s que posea/n la propiedad de identificación única, a los cuales se ha
denominado claramente como llave-clave CANDIDATA. Entonces una de ellas pasara
a ser la llave primaria y el/las llaves restantes pasaran a ser llaves ALTERNAS.
Por lo general las tuplas representan a la ENTIDAD del mundo real y la llave
primaria, es el identificador único para esas entidades.
REGLA DE INTEGRIDAD 1 (Integridad de la Entidad)
El/Los atributos (campos) que componen la llave (clave) primaria no deben ser
NULOS. Esto es porque las entidades deben ser distinguibles, o tener una
identificación única. La clave primaria realiza la función de identificación única en una
base de datos relacional.
Es común que una relación (PEDIDOS) incluya otras relaciones, como son la
de Proveedores y Artículos, de no cumplirse lo anterior una tupla de la relación
pedidos puede apuntar a un proveedor que no exista.
DOMINIO PRIMARIO: un dominio es primario si y solo si, existe alguna clave
primaria de un solo atributo definida sobre ese dominio.
Cualquier relación que incluya un atributo que se defina sobre un dominio
primario, debe cumplir con la siguiente regla:
REGLA DE INTEGRIDAD 2 (Integridad de Referencia)
Dada un dominio primario D, y sea R(1) una relación con atributo A (llave
alterna) que se define sobre D, entonces en un instante dado cada valor de A en R(1)
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debe ser no nulo e igual a V, donde V es el valor de la llave primaria de alguna tupla de
alguna relación R(2) con clave primaria definida en D. R(2) debe existir, y si A fuere
primaria es más fácil cumplir.
No se debe limitar a un solo acceso por clave primaria, se puede ocupar
muchas claves alternativas.
EXTENSIONES Y COMPRENSIONES
Una base de datos relacional tiene dos componentes, extensión y
comprensión.
 La extensión de una relación es el conjunto de tuplas que aparecen en esa
relación en un instante dado, esta puede cambiar en el tiempo, cuando se crea, borra
o modifica una tupla, es equivalente a una VISTA.
 La comprensión de una relación es independiente del tiempo, es la parte
permanente de la relación, es lo que se especifica en el esquema relacional, es la que
define todas las extensiones admisibles.
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Anexo
Actividades para poner en práctica los modelos conceptuales y lógicos.
1. Crear un esquema entidad-relación que permita almacenar datos geográficos
referidos a Argentina, teniendo en cuenta los datos censales 2010, según la
imagen precedente.


Se almacenará el nombre y cantidad de hogares encuestados de cada
localidad, además se tendrá en cuenta la disponibilidad de electrodomésticos.
Necesitamos también identificar inequívocamente las provincias que
conforman el territorio argentino y las localidades de la provincia de Corrientes
mediante un identificar único.

Organizar la información en forma de tabla o cuadro.

Tener en cuenta los tipos de datos necesarios.

Crear las relaciones que considere necesarias entre las tablas para el correcto
funcionamiento de la base de datos.
2. Realizar un esquema entidad/relación que sirva para almacenar información
geográfica. Para ello hay que tener en cuenta:

Se almacenan los siguientes accidentes geográficos: ríos, lagos, mesetas,
desiertos, llanuras y montañas.
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
De cada accidente se almacenan su posición horizontal y vertical según el eje
de la tierra, además de su nombre.

De los ríos se almacena su longitud, de las montañas su altura y de los lagos
su extensión (características).

Se almacena también información sobre cada país dónde se encuentra dicho
accidente geográfico: nombre, extensión, densidad y su población.

Se almacena también los nombres de cada región/localidad por dónde pasa
el accidente.

Organizar la información en forma de tabla o cuadro.

Tener en cuenta los tipos de datos necesarios.

Crear las relaciones que considere necesarias entre las tablas para el correcto
funcionamiento de la base de datos.
3. Realizar una Base de Datos para controlar el movimiento de una biblioteca. La
misma estará compuesta por tres tablas: socios, libros y préstamos.

Organizar la información en forma de tabla o cuadro.

Según las tablas precedentes tener en cuenta los tipos de datos necesarios,
analizar qué datos faltan, cambiarían, y/o utilizarían como clave:
Nro_socio
1
2
3
4
Nombre
Pedro Oil
José M. Foro
Elba Lazo
Marta Cana
Nro_Libro
1
2
3
4
Titulo
El meteorólogo
La fiesta
El golpe
La furia
Dirección
Los Tehuelches
Montevideo
Las piedras
Montevideo
Nro_tel
3794244858
379154352714
382154342007
3614635921
Autor
Aitor Menta
Encarna Vales
Marcos Corro
Elbio Lento
Fecha_Inscrip
12/12/84
02/03/97
02/06/00
15/08/08
Fecha_Edición
12/12/54
02/03/87
02/06/90
25/12/94
IDPretamo
Nro_Socio Nro_Libro
Fecha_retiro
Fecha_Entrega
1
1
1
12/12/03
22/12/03
2
2
1
02/02/03
12/02/03
3
5
2
02/02/03
12/02/03
4
2
4
03/08/03
13/08/03
 Crear las relaciones que considere necesarias entre las tablas para el correcto
funcionamiento de la base de datos.
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4. Teniendo en cuenta la imagen del diagrama E-R de una entidad bancaria
generar el enunciado, y las tablas indicando los tipos de datos necesarios.
5- Una compañía de seguros de autos de nivel nacional, nos pide que realicemos
el esquema conceptual y lógico necesario a fin de implementar una Base de Datos
que cumpla con los siguientes aspectos:
 Organizar la información en forma de tabla o cuadro con al menos cuatro
registros en cada tabla.
 Tener en cuenta los tipos de datos necesarios.

Crear las relaciones que considere necesarias entre las tablas para el correcto
funcionamiento de la base de datos.
Información a tener en cuenta:
 Ciudades= idCiudad + nombreCiudad

Autos= patente + idMarca + modelo + año

Marcas= idMarca + descripción

Propietarios= dni + nombre + apellido + idCiudad

Pólizas= nroPoliza + dniPropietario + patente + tipoCobertura

Participantes = nroInforme + nroPoliza + estado

ActasSiniestros = nroinforme + fecha + hora + tipoSiniestro + cobertura
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