Introducción al Modelo Relacional de Bases de Datos

Unidad 3
Modelo
Relacional
Modelo Relacional
3.1 Introducción al Modelo Relacional
3.2 Conversión de Modelo E-R a MR
3.3 Esquema de la base de datos
3.4 Restricciones
3.4.1 Integridad de entidad
3.4.2 Integridad referencial
3.4.4 Integridad de dominio
Introducción al Modelo Relacional
Conceptos
Herramientas





Diseño lógico
Modelo Relacional
Las 12 reglas de Codd
Esquema e instancia
Más sobre la “C” en ACID
Introducción al Modelo Relacional
Conceptos
Herramientas
 Herramientas gratuitas
Introducción al Modelo Relacional
Conceptos
Herramientas





Diseño lógico
Modelo Relacional
Las 12 reglas de Codd
Esquema e instancia
Más sobre la “C” en ACID
Diseño de Bases de Datos
Conceptos
Diseño Lógico
• Es el proceso de definir el esquema lógico de una base de
datos, normalmente después de haber definido el esquema
conceptual
• Más cercano a la implementación que el modelo conceptual
• Aún de alto nivel, sirve para comunicar el diseño y como
guía para la implementación
• Hay herramientas, como brModelo, que nos ayudan a
generar el esquema lógico semi-automáticamente, a partir
del modelo conceptual
Conceptos
Modelo Relacional
• Propuesto por Edgar Codd en 1970 (A Relational Model
of Data for Large Shared Data Banks), es:
• Lenguaje para realizar el diseño lógico (MER  MR)
• Un modelo de datos basado en la lógica de
predicados y la matemática
• Una forma de “ver” el diseño de una base de datos
relacional (MR  BD)
• Aplican las extensiones vistas de lógica y matemática
Conceptos
Modelo Relacional
• En la teoría:
Dados conjuntos A1, A2, …, An, una relación R n-aria es un
conjunto de n-tuplas tales que R IN (A1 × A2 × … × An)
C = {42881163, 43378842}
A = {'Pérez', 'Gómez'}
N = {'Juan', 'Ana', 'Pedro'}
T = {099555333, 094111222}
r(P) = { (42881163, 'Juan', ‘Pérez', 099555333),
(43378842, 'Ana', 'Gómez', 094111222) }
P es una relación, o más formalmente una “variable de
relación”, y r(P) es una instancia de relación
Conceptos
Modelo Relacional
• En la práctica, la relación se puede ver como una tabla
(RELACIÓN = TABLA)
PERSONAS Cedula
Nombre
Apellido
Telefono
42881163
Juan
Gómez
099555333
43378842
Ana
Gómez
094111222
• Las nombraremos en plural
• Relacional viene de relación entendida de esta forma, no
confundir con relación como “asociación entre entidades” en
el MER
Conceptos
Modelo Relacional
• SQL propone términos alternativos a los del
Modelo Relacional, y tal vez más intuitivos
Lenguaje formal
Lenguaje coloquial /
SQL
Relación
Tabla
Tupla
Fila
Atributo
Columna
Dominio
Tipo
• Utilizaremos indistintamente los términos
Conceptos
Modelo Relacional
• En una relación (tabla):
•
•
•
•
•
Cada fila representa una n-tupla de R (fila = tupla)
Las filas no están ordenadas
Todas las filas son distintas
Las columnas sí tienen orden
El significado de cada columna es transmitido
nombrándola con el correspondiente dominio (e.g.
cedula, nombre, apellido, telefono)
• TELEFONO es el conjunto de todos los posibles
teléfonos, o sea un dominio o un tipo de datos
Conceptos
Modelo Relacional
• Superclave
• Dado R(A1, A2, …, AN), se dice que X IN {A1, A2, …, AN}
es superclave en una relación R, si no pueden existir dos
tuplas en r(R) con valores iguales en cada columna de X
PERSONAS(CEDULA, CREDENCIAL, NOMBRE, APELLIDO)
PROYECTOS(NUM_PROYECTO, NOM_PROYECTO)
ASIGNACIONES(CEDULA, NUM_PROYECTO, CARGO)
• ¿Qué superclaves pueden tener las relaciones?
• ¿El conjunto de todas las columnas, es una superclave?
Conceptos
Modelo Relacional
• Clave (o clave candidata)
• Es una superclave mínima, en el sentido que no
contiene propiamente a una superclave
PERSONAS(CEDULA, CREDENCIAL, NOMBRE, APELLIDO)
PROYECTOS(NUM_PROYECTO, NOM_PROYECTO)
ASIGNACIONES(CEDULA, NUM_PROYECTO, CARGO)
• ¿Qué claves candidatas pueden tener las relaciones?
• Cada relación debe tener al menos una clave
candidata
Conceptos
Modelo Relacional
• Clave primaria
• Es una clave candidata (debía haber al menos una) que
elegimos para tratarla especialmente
En la relación PERSONAS:
Claves candidatas: {CEDULA} y {CREDENCIAL}
Clave primaria: {CEDULA}
• Su elección es arbitraria (por ahora)
• Las claves primarias no deben admitir valores NULL
Conceptos
Modelo Relacional
• Clave foránea
• Es una combinación de atributos en una relación cuyos
valores deben coincidir con los valores de una clave
candidata de otra relación (Restricción referencial)
En la relación ASIGNACIONES:
ASIGNACIONES(CEDULA) referencia a PERSONAS(CEDULA)
• Esto se conoce como integridad referencial:
“Si B referencia a A, A debe existir”
Conceptos
Modelo Relacional
• Clave foránea
• Las podemos definir durante el diseño lógico
• El RDBMS se encargará de que siempre se cumpla la
integridad referencial
Conceptos
Las 12 reglas de Codd
• R1: Regla de la información
Toda la información se debe representar en tablas
• R2: Regla de la garantía de acceso
Todo valor escalar debería ser accesible a través del
nombre de la tabla, el nombre de la columna y la clave
primaria de la fila...
...por esto debía existir al menos una clave candidata
Conceptos
Las 12 reglas de Codd
• R3: Tratamiento sistemático de los valores NULL
Un RDBMS debe tener soporte para valores NULL
(desconocidos o que no apliquen), deben ser
independientes del tipo y deben implementarse de una
forma diferente a cualquier valor válido de cualquier tipo
• R4: Catálogo en línea basado en el Modelo Relacional
Una base de datos debe describirse a sí misma
mediante un catálogo basado en el Modelo Relacional,
accesible para los usuarios autorizados
Conceptos
Las 12 reglas de Codd
• R5: Lenguaje de datos completo
Un RDBMS debe tener un lenguaje relacional (como
SQL) que soporte DDL, DML, seguridad y restricciones
de integridad, y transacciones (commit, rollback).
• R6: Actualización de vistas
Todas las vistas que sean teóricamente actualizables
deben ser actualizables en la práctica
Conceptos
Las 12 reglas de Codd
• R7: INSERT, UPDATE y DELETE de alto nivel
Un RDBMS debe soportar operaciones INSERT,
UPDATE y DELETE de alto nivel (de conjuntos) para
cualquier conjunto recuperable de datos
• R8: Independencia de la representación física
Los usuarios y aplicaciones son inmunes a los cambios
realizados en la representación física o métodos de
acceso a los datos.
Conceptos
Las 12 reglas de Codd
• R9: Independencia de las modificaciones lógicas
Los usuarios y aplicaciones son inmunes a los cambios
en la estructura lógica de la base (agregado de una
relación, agregado de un atributo a una relación,
modificación del orden de los atributos de una relación).
• R10: Independencia de las restricciones de integridad
Las restricciones de integridad se deben almacenar en el
catálogo, y su modificación no debe afectar a las
aplicaciones existentes.
Conceptos
Las 12 reglas de Codd
• R11: Independencia distribuida
Las aplicaciones deben seguir funcionando bien cuando:
(a) se introduce una versión distribuida del DBMS y (b)
los datos distribuidos existentes son redistribuidos.
• R12: No subversión
No debe haber otra forma de modificar la base que a
través de un lenguaje de múltiples tuplas como SQL (si
la base provee cursores no deben poder usarse para
evitar la integridad o seguridad).
Conceptos
Las 12 reglas de Codd … son 13 !
• R0: Un RDBMS sólo debe utilizar las capacidades
relacionales para gestionar la base de datos
• En la práctica, no todas las reglas se respetan
• Oracle no respeta el tratamiento sistemático de los
valores NULL
• Todos los RDBMSs soportan parcialmente la
actualización de vistas, y debido a ello, la independencia
de las actualizaciones lógicas (e.g. sustituir una tabla por
dos más una vista UNION ALL)
Conceptos
Esquema e instancia
• El esquema de la base es el conjunto de las variables
de relación, es decir, la definición de las tablas,
incluyendo sus restricciones (tipo de datos, NOT NULL,
PRIMARY KEY, UNIQUE KEY, FOREIGN KEY,
CHECK)
• No debería cambiar muy a menudo, sólo si cambian los
requerimientos
Conceptos
Esquema e instancia
• En un RDBMS, el esquema se define mediante un lenguaje
llamado DDL (Data Definition Language)
Estudiantes (cedula, nombre, apellido, fec_nac)
Estudiantes (
cedula: número,
nombre: texto(20),
apellido: texto(20),
fec_nac: fecha)
CREATE TABLE ESTUDIANTES(
CEDULA NUMBER NOT NULL PRIMARY KEY,
NOMBRE VARCHAR(20) NOT NULL,
APELLIDO VARCHAR(20) NOT NULL,
FEC_NAC DATE);
Conceptos
Esquema e instancia
• La instancia de la base es el conjunto de las relaciones, es
decir, los valores de las variables de relación
• La instancia cambia todo el tiempo
Conceptos
Esquema e instancia
• En un RDBMS, la instancia se modifica mediante un
lenguaje llamado DML (Data Manipulation Language)
• Altas / inserciones
INSERT INTO ESTUDIANTES ...
• Bajas / eliminaciones
DELETE FROM ESTUDIANTES ...
• Modificaciones
UPDATE ESTUDIANTES ...
(ACID es un acrónimo de Atomicity, Consistency, Isolation and Durability:
Atomicidad, Consistencia, Aislamiento y Durabilidad en español)
Conceptos
Más sobre la “C” en ACID
• Uno de los trabajos de un RDBMS es soportar
transacciones ACID, ahora podemos profundizar un poco
más en la “C” (Consistency)
• Mediante el DDL se definen restricciones de integridad
• El RDBMS debe asegurar que la instancia, en todo
momento, tenga un estado consistente, es decir, que cumpla
con las restricciones... especialmente cuando se ejecutan
operaciones de DML
• ¿Qué puede pasar durante una operación DML?
Conceptos
Más sobre la “C” en ACID
• INSERT
Imagine que se quiere insertar una nueva tupla en
INSCRIPCIONES con un valor de CEDULA que no existe en
la columna CEDULA de ESTUDIANTES; si se permite esta
inserción se viola la restricción de Integridad Referencial.
En ESTUDIANTES se debe impedir que se inserte una
CEDULA repetida, NULL o que no sea un número.
Conceptos
Más sobre la “C” en ACID
• UPDATE
Piense en las consecuencias de modificar el valor de
CEDULA de una tupla en la relación ESTUDIANTES o en la
relación INSCRIPCIONES. ¿Y qué sucede si descubrimos
que una cédula está mal?
• DELETE
¿Qué pasa si se elimina una tupla de ESTUDIANTES cuyo
valor de CEDULA está en INSCRIPCIONES?
Agenda
Conceptos
Herramientas
 Herramientas gratuitas
Conceptos
Herramientas gratuitas
• Hay muchas herramientas gratuitas que permiten realizar
diseño lógico:
• Oracle SQL Developer Data Modeler
http://www.oracle.com/technetwork/developer-tools/datamodeler/overview/index.html
• MySQL Workbench
http://dev.mysql.com/downloads/workbench
• Open ModelSphere
http://www.modelsphere.org/download_open_modelsphere_m.html
Conceptos
Herramientas gratuitas
• brModelo:
• Permite realizar el diseño lógico desde cero
• Permite realizar el diseño conceptual y generar el diseño
lógico de forma semi-automática
• Reverse Snowflake Joins:
http://snowflakejoins.com/revj
• Permite visualizar consultas SQL en un formato de
diseño lógico (lo veremos más adelante)