Conceptos Fundamentales de los Sistemas de Bases de Datos y SGBD

Naturaleza Autodescriptiva de los Sistemas de Bases de Datos

Una característica clave de los sistemas de bases de datos es su capacidad para describirse a sí mismos. Esta descripción se almacena en un catálogo o diccionario de datos.

La información contenida en el catálogo se denomina metadatos (datos sobre los datos). El software del Sistema de Gestión de Bases de Datos (SGBD) consulta este catálogo para conocer la estructura de la base de datos. La información que se encuentra en el catálogo incluye:

• Definiciones y propiedades de los objetos (tablas, vistas, etc.).
• Nombres de cada tabla.
• Campos de cada tabla, junto con su tipo de dato y descripción.

Independencia entre Programa y Datos

La independencia entre los programas de aplicación y los datos es una ventaja fundamental de los sistemas de bases de datos.

• En Sistemas de Información (SI) tradicionales: La estructura de los archivos de datos está definida dentro de los propios programas. Por lo tanto, cualquier modificación en la estructura de los datos requiere una modificación en el código del programa que los utiliza.
• En Sistemas de Bases de Datos (BD): El programa es independiente de los datos. El SGBD se encarga de la gestión del acceso, por lo que no es necesario modificar el programa si la estructura de almacenamiento de los datos cambia.

Aplicaciones de los Sistemas de Bases de Datos

Aplicaciones Tradicionales

Inicialmente, las bases de datos se centraban en aplicaciones donde la mayoría de la información era de tipo alfanumérico. Las tareas básicas incluían:

• Introducción y actualización de información.
• Realización de consultas y generación de informes.

Nuevas Aplicaciones

Con el tiempo, han surgido aplicaciones más complejas y diversas, como:

• Bases de datos multimedia (imágenes, audio, video).
• Sistemas de Información Geográfica (GIS).
• Bases de datos en tiempo real.

Arquitectura y Niveles de Abstracción

El objetivo principal de un SGBD es ocultar a los usuarios los detalles de bajo nivel sobre cómo se almacenan, acceden y manipulan los datos. Para lograr esto, en 1975, el comité ANSI-SPARC propuso una arquitectura de bases de datos basada en tres niveles de abstracción.

Nivel Físico o Interno

Describe la estructura de la base de datos a nivel físico. Define cómo se almacenan realmente los datos en los dispositivos de almacenamiento. En este nivel se encuentran los ficheros, tablas, índices y registros. Es el nivel con el que trabajan los administradores de la base de datos.

Nivel Conceptual o Lógico

Describe la organización de todos los datos y las relaciones entre ellos mediante un esquema conceptual único para toda la base de datos. Oculta los detalles del almacenamiento físico y se centra en describir qué datos se guardan. Es el nivel de los programadores de bases de datos.

Nivel Externo o de Vistas

Describe la parte de la base de datos que es relevante para un usuario o grupo de usuarios en particular. Se extraen solo los datos que se necesitan, proporcionando una vista personalizada. Es el nivel con el que interactúan los usuarios finales a través de formularios, consultas e informes.

Funciones de un SGBD según Edgar Codd

Edgar F. Codd, pionero del modelo relacional, estableció varias funciones esenciales que un SGBD debe cumplir:

1. Proporcionar a los usuarios la capacidad de almacenar, acceder y actualizar los datos de forma eficiente.
2. Proporcionar un catálogo o diccionario de datos accesible para los usuarios, que contenga la descripción de los datos (metadatos).
3. Soportar un mecanismo de transacciones que garantice que todas las actualizaciones se realicen de forma atómica (o se completan todas o no se realiza ninguna). Una transacción es un conjunto de acciones que cambian el contenido de la base de datos.
4. Garantizar que la base de datos se actualice correctamente cuando varios usuarios la modifican simultáneamente (control de concurrencia).
5. Ofrecer un mecanismo para recuperar la base de datos a un estado consistente en caso de que se produzca un fallo o daño.
6. Proveer un mecanismo de seguridad y autorización para que solo los usuarios permitidos puedan acceder y manipular los datos.
7. Ser capaz de integrarse con software de comunicación para permitir el acceso remoto.
8. Garantizar que todos los cambios en los datos sigan ciertas reglas predefinidas para mantener la integridad de los datos.

Interfaces para los SGBD

Los SGBD ofrecen diferentes tipos de interfaces para que los usuarios puedan interactuar con la base de datos:

• Basadas en menú: Presentan listas de opciones en forma de menús para guiar al usuario en la petición de consultas.
• Gráficas (GUI): Muestran esquemas en forma de diagrama. Las consultas se especifican manipulando visualmente dicho diagrama con el ratón.
• Basadas en formularios: Ofrecen formularios con campos para rellenar, facilitando la entrada y consulta de datos a usuarios no expertos.
• De lenguaje natural: Aceptan la especificación de una consulta descrita en términos de un idioma concreto, como el español o el inglés, intentando comprender la petición del usuario.