Modelos de Datos Lógicos: Jerárquico y de Red en Bases de Datos

Diseño Lógico de Bases de Datos

El objetivo del diseño lógico es traducir el diseño conceptual (el que representa los requerimientos) en un diseño lógico que pueda ser implementado sobre un Sistema de Gestión de Bases de Datos (DBMS).

Existen varias representaciones para el modelo lógico de la base de datos (BD), entre las que se encuentran:

• Modelo jerárquico
• Modelo reticular (o de red)
• Modelo relacional
• Modelo orientado a objetos

Modelos Jerárquicos

El desarrollo de los modelos jerárquicos y del concepto de BD se sitúa entre 1960 y 1970. Un ejemplo notable de BD jerárquica es IMS de IBM, desarrollada a finales de los 60. Sus características iniciales incluían:

• Definición de independencia y seguridad.
• Definición de lenguajes de BD.

En 1975, se produjo la creación y trabajos del comité SPARC/BD (ANSI), que propuso una arquitectura de SGBD en 3 niveles. Hasta 1980, se observó el desarrollo de sistemas en red y jerárquicos avanzados.

Características del Modelo Jerárquico

En los modelos jerárquicos, los elementos tienen una relación padre/hijo, donde un hijo tiene un solo padre, mientras que un padre puede tener varios hijos. Este modelo representa un conjunto de asociaciones entre entidades, del tipo 1:1 y 1:M, es decir, una jerarquía de entidades (o árbol).

En una jerarquía, un padre (registro propietario, uno) puede tener muchos hijos (registros subordinados, muchos), pero un hijo solo puede tener un padre. El árbol que se forma puede tener varios niveles, lo que significa que un hijo en un cierto nivel puede a su vez ser padre de otros hijos de nivel menor. Sin embargo, en todos los niveles debe cumplirse que, mientras cada padre puede tener varios hijos, cada hijo puede tener solo un padre.

Interrelaciones y Almacenamiento

Todas las interrelaciones de los datos se basan en jerarquías. Los archivos se conectan entre sí mediante punteros físicos (dirección física que indica dónde puede encontrarse un registro sobre el disco) o campos añadidos a los registros individuales.

Ventajas y Desventajas

• En organizaciones jerárquicas, se hace difícil expresar las relaciones en las cuales un hijo se relaciona con varios padres (relaciones M:N).
• Resulta fácil de implementar, modificar y mantener la BD.

Limitaciones del Modelo Jerárquico

• Una restricción importante de este modelo es la existencia de un padre único para cada entidad.
• Las limitaciones del modelo radican en que no todas las interrelaciones se pueden representar en una estructura jerárquica.

Para solucionar esto, se intentaron desarrollar los sistemas de BD en red.

Modelos de Red

Este modelo representa los datos como un conjunto (set) de tipos de registro y asociaciones entre ellos. Se utiliza como estructura de datos un grafo, por lo que un tipo de registro puede tener numerosas asociaciones con otros tipos de registros, del tipo 1:1, 1:M y M:N.

Características y Flexibilidad

• Resulta más flexible que el jerárquico.
• Es una extensión del modelo jerárquico, en la que un hijo puede tener más de un padre.
• Este modelo es menos restrictivo que el jerárquico y los sistemas de BD también utilizan punteros físicos.

Desventajas y Contexto Histórico

• La desventaja es que, en este tipo de modelo de datos, su estructura comienza a tomar apariencia de "tela de araña" con apuntadores que salen en todas direcciones.
• A principios de los 70, se desarrollaron y comercializaron varios SGBD en red, y este modelo de datos se normalizó como el modelo CODASYL.

Ejemplos de BD en red son: ADABAS, TOTAL, IMAGE.

Representación de Asociaciones M:N

• En este modelo es posible representar asociaciones M:N. Para ello, es necesario transformarlas en dos asociaciones unidas a través de un tipo de registro de intersección denominado NUB. Con esto, se elimina la redundancia generada en el modelo jerárquico.
• Los problemas de insertar, borrar y modificar la BD, planteados en el modelo jerárquico, se simplifican enormemente.
• Solo hay que tener cuidado al borrar registros que intervienen en asociaciones M:N, pues es posible que se creen inconsistencias si no se eliminan los registros NUB involucrados.