Fundamentos de Bases de Datos: Estructura, Modelos y Optimización

Estructura de una Base de Datos

Las bases de datos están compuestas por datos y metadatos. Los metadatos son datos que sirven para especificar la estructura de la base de datos, por ejemplo: qué tipo de datos se almacenan o qué nombre se le da a cada dato.

Los datos pueden tener dos tipos de estructura:

Estructura Lógica

La estructura lógica puede ser entendida por un software e indica la composición y distribución teórica de la base de datos. Sirve para que las aplicaciones puedan utilizar los elementos de la base de datos sin necesidad de conocer su almacenamiento físico, permitiendo idealizar la base de datos. Sus elementos son: objetos, entidades, nodos, relaciones, enlaces, etc., que realmente no tienen una presencia física en el sistema. Por ello, para acceder a los datos, debe existir la posibilidad de traducir la estructura lógica a la estructura física.

Estructura Física

La estructura física se refiere a los recursos utilizados para construir una base de datos y es la estructura de los datos tal como se almacenan en las unidades de disco. Las correspondencias entre la estructura lógica y la física se almacenan en la base de datos (específicamente, en los metadatos).

Ventajas de las Bases de Datos

• Independencia de los Datos y los Programas/Procesos: Permite modificar los datos sin necesidad de alterar el código de las aplicaciones.
• Menor Redundancia: Evita la repetición innecesaria de datos.
• Integridad de los Datos: Reduce la probabilidad de pérdida de datos o de inconsistencias.
• Mayor Seguridad en los Datos: Facilita la limitación del acceso a usuarios específicos.
• Datos Más Documentados: Los metadatos describen la información de la base de datos, mejorando su comprensión.
• Acceso a los Datos Más Eficiente: La organización optimizada de los datos resulta en un mejor rendimiento.
• Menor Espacio de Almacenamiento: Gracias a una estructuración más eficiente de los datos.

Desventajas de las Bases de Datos

• Instalación Costosa: El control y la administración de una base de datos requieren software y hardware potentes.
• Requiere Personal Cualificado: Debido a la complejidad en el manejo de estos sistemas.
• Implantación Larga y Difícil: La adaptación del personal puede ser complicada y consumir mucho tiempo.
• Ausencia de Estándares Reales: Existe una excesiva dependencia hacia los sistemas comerciales del mercado.

Modelos para la Representación de Información del Mundo Real

Modelo Entidad-Relación (ER)

Ideado por Peter Chen en 1976 y 1977, este modelo permite observar la realidad, diseñar en papel y luego digitalizar. Sirve para crear esquemas conceptuales de bases de datos y es prácticamente un estándar para esta tarea. Sus siglas más populares son E/R, ya que sirven tanto para el inglés como para el español. Inicialmente, solo incluía los conceptos de entidad, relación y atributos. Posteriormente, se añadieron otras propuestas que forman el Modelo Entidad-Relación Extendido.

Las características que describen cada entidad se denominan atributos. Para la relación entre entidades, debe haber un identificador único e irrepetible; si no se encuentra, debe ser creado por el administrador de la base de datos.

Modelo Relacional

Utilizado, por ejemplo, en sistemas como Access, este modelo emplea tablas bidimensionales para la representación lógica de los datos y sus relaciones.

Características del Modelo Relacional:

• Puede ser entendido y utilizado por cualquier usuario.
• Permite ampliar el esquema sin modificar las aplicaciones de gestión.
• Los usuarios no necesitan saber dónde se encuentran los datos físicamente.

El elemento principal es la relación, que se representa mediante una tabla. Se puede decir que una base de datos está compuesta por un conjunto de relaciones. Una relación se representa por una tabla compuesta por filas (tuplas) y columnas (atributos).

El dominio es el conjunto de valores que puede tomar un atributo, y existen dos tipos: generales y restringidos.

Pasos para Transformar Datos a Tablas en el Modelo Relacional:

1. Toda entidad se transforma en una tabla.
2. Todo atributo se transforma en una columna.
3. El identificador de la entidad se convierte en la clave primaria.
4. Toda relación de "muchos a muchos" se convierte en una tabla que tendrá como clave primaria las dos claves de las entidades que asocia.
5. En las relaciones de "uno a muchos", la clave principal con cardinalidad "uno" pasa a la tabla de la entidad cuya cardinalidad es "n" (muchos).
6. Existen tres posibilidades para relaciones "uno a uno" o "uno a cero o uno":
   • Si la cardinalidad es (0,1) y la de la otra tabla es (1,1), se suele pasar la clave primaria de la (1,1) a la de (0,1).
   • Si la cardinalidad de ambas es (1,1), se pasa la clave de cualquiera de ellas a la otra.