Training

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Tema 2 Diseño de bases de datos
Bases de datos Máster en Tecnologías de
Información Geográfica
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1. Introducción

• Diseño
• Proceso de creación de un esquema de la base de
  datos.
• Fases
• Conceptual.
• Lógico.
• Físico.

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Ejemplo Diseño de una base de datos para la
secretaría de una facultad

• Se desea gestionar (almacenar, consultar,
  actualizar, ) la información correspondiente a
  la secretaría de una facultad.
• Ésta es la información de la que partimos
• Por cada alumno se requiere la información DNI,
  Apellidos y nombre, domicilio, teléfono y acceso
  (que indica el tipo de acceso a la universidad).
  También se precisa conocer en cada momento las
  asignaturas en las que el alumno está
  matriculado, así como la nota en cada asignatura.
  Un alumno sólo puede matricularse en una
  asignatura una vez, y debe matricularse al menos
  en una.
• Por cada asignatura se requiere código, título y
  núm de créditos. Puede haber varias asignaturas
  con el mismo número de créditos, pero todas
  tienen distinto código y distinto título.

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Ejemplo Diseño de una base de datos para la
secretaría de una facultad

• Cada asignatura puede estar impartida por uno o
  más profesores. Del profesor se deben conocer los
  mismo datos que en el caso de los alumnos, salvo
  el de acceso DNI, Apellidos y nombre, domicilio
  y teléfono. El número máximo de asignaturas que
  puede impartir un profesor es 6, aunque puede que
  no imparta ninguna.
• Algunos profesores tienen un supervisor (sólo
  uno), que es otro profesor.
• Dados un profesor concreto y una asignatura de
  las que imparte, se debe conocer el aula en la
  que el profesor da esa asignatura (es siempre la
  misma). El aula se identifica mediante el nombre
  de edificio y el número de aula. Se supone que
  dentro del mismo edificio cada aula tiene un
  número diferente.

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2. Diseño conceptual

• Conceptos
• Entidad.
• DNI 01234567Z,
• Nombre y apellidos Manuel Vázquez Prieto,
• Teléfono 91-12345678
• Domicilio Calle del Jazmín 7, 4 Izq.
• Atributo.
• Monovalorados/multivalorados
• Simples/Compuestos
• Relación.
• (José García, Bases de datos)

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2. Diseño conceptual

• Conceptos
• Tipos de entidad.
• Alumno
• Tipos de relación.
• Matrícula

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2. Diseño conceptual

• Conceptos
• Clave. Identificador/es unívoco de una entidad.
• DNI en Alumnos
• Tipos de clave
• Superclave.
• Clave primaria.
• Clave candidata.

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Diagrama Entidad-Relación

• Modelo de datos de alto nivel.
• Consta de elementos básicos (entidades) y de
  relaciones entre ellos (relaciones).
• Las entidades se describen por un conjunto de
  atributos.

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Diagrama Entidad-Relación

• Diagrama E-R
• Rectángulos gt entidades
• Elipses gt atributos
• Rombos gt relaciones
• Además es posible representar ciertas
  restricciones
• Clave
• Cardinalidad
• Participación

Asignaturas
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Atributos simples y compuestos

• Se dice que un atributo es compuesto cuando
  puede descomponerse en otros componentes o
  atributos más pequeños, y simple en otro caso.
• Ej. En el caso del nombre de una persona puede
  que nos interese descomponerlo a su vez en
  nombre, primer apellido y segundo apellido por
  separado.
• Se representan como elipses (atributos simples)
  unidos a otra elipse (atributo compuesto) que se
  une a la entidad.

Simple A
Simple B
Compuesto
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Atributos monovalorados y multivalorados

• Se llaman atributos multivalorados a aquellos
  que pueden contener más de un valor
  simultáneamente, y monovalorados a los que sólo
  pueden contener uno.
• Ej. Una persona puede tener varios números de
  teléfono (casa, trabajo, móvil) y puede que nos
  interese tenerlos todos.
• En este caso haremos de teléfono un atributo
  multivalorado.
• Los atributos multivalorados se representan con
  dos elipses concéntricas

Mu
Multivalor
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Ejemplo atributos
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Atributos de una relación

• Una relación puede incluir un nombre y unos
  atributos que la caractericen

Fecha_devolución
ISBN
DNI
tiene_prestado
Usuario
Libro
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Atributos de una relación

• Pero es recomendable que estos últimos sólo
• aparezcan en ella si no pueden ser añadidos
• a alguna de las entidades que participan de la
  relación.

Fecha_apertura
NºCUENTA
DNI
es_titular
Cliente
Cuenta
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Valores nulos

• El valor nulo tiene dos modos de uso
  semánticamente distintos
• No existencia del dato el atributo no tiene
  sentido en la entidad particular.
• Ej. atributo PISO en una entidad CLIENTES donde
  el elemento insertado corresponde a un cliente
  con domicilio en una casa unifamiliar.
• Desconocimiento el atributo se deja en blanco
  por no disponer de la información.
• Ej. atributo ALTURA en una entidad JUGADORES.
• Ambigüedad a veces no es posible distinguir si
  el valor de un atributo no existe o si se
  desconoce.
• Ej. atributo TELF_MOVIL en una entidad ALUMNOS

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Grado de una relación

• Grado de una relación es el número de entidades
  que asocia
• Relación binaria asocia dos entidades
• Relación ternaria asocia tres entidades
• Relación recursiva asocia una entidad consigo
  misma

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Roles

• La función que desempeña una entidad en una
  relación se denomina rol de esa entidad.
• En general, los roles están implícitos y no se
  suelen especificar.
• Resultan útiles cuando el significado de una
  relación necesita aclaración
• P.ej en relaciones recursivas

Profesor
Supervisor
Supervisado
supervisa
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Diseño conceptual

• Un buen diseño debe ser
• Conciso
• Fácil de comprender
• Fácil de mantener
• Eficiente
• El diseño del modelo E-R a partir del análisis
  inicial NO es directo.
• A un mismo análisis le corresponden muchos
  diseños candidatos.
• Dos peligros importantes a evitar
• Redundancia
• Información repetida
• Incompletitud
• Aspectos mal modelados

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Pasos básicos a seguir

• Pasos en el diseño de un diagrama E-R
• Elección de los tipos de entidad y sus atributos.
• Elección de los tipos de relación y sus
  atributos.
• Restricciones.

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Del punto 1 de la especificación del problema de
  la secretaría se deduce que va a haber un tipo de
  entidad ALUMNOS, pero no cuáles son sus
  atributos
• Debe incluir las asignaturas (punto 2) en las
  que está matriculado?
• La respuesta es NO y hacerlo así sería un error
  grave.
• Aparte de la idea filosófica (cada asignatura
  es un objeto con significado propio, es decir,
  una entidad), al mezclar en una sola entidad
  alumnos y asignaturas cometemos varios errores.

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Un alumno no tiene una asignatura asociada sino
  un conjunto de asignaturas asociadas.
• En cambio, sí tiene un DNI asociado, una
  dirección asociada, etc.
• Por tanto las entidades serían de la forma
• DNI12345678V, Nomb.ApeLuis Martínez,
  Telf.01234567, CodMD, TítuloMatemática
  Discreta, Créditos9
• DNI12345678V, Nomb.ApeLuis Martínez,
  Telf.01234567, CodIS, TítuloIngeniería del
  Software, Créditos12
• DNI12345678V, Nomb.ApeLuis Martínez,
  Telf.01234567, CodLPI, TítuloLaboratorio de
  programación I, CréditosX
• ERROR Redundancia (información de alumnos
  repetida)

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Esto se puede solucionar si admitimos que los
  atributos contengan conjuntos de valores
  (multivalor)
• DNI12345678V, Nomb.ApeLuis Martínez,
  Telf.01234567, , Asignaturas CodMD,
  Título, CODIS,Título, CodLPI,Título
  
• Errores
• Difícil de manejar ? Poco escalable cuando el
  conjunto de valores es muy elevado ?
• Tablas de Varias Dimensiones ? NO es Relacional
  ?

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Además, las asignaturas son siempre las mismas,
  con lo que por cada alumno que se matricula en la
  misma asignatura hay que repetir la información
  de ésta.
• DNI12345678V, Nomb.ApeLuis Martínez,
  Telf.01234567,Asignaturas CodMD, Título,
  CODIS,Título, CodLPI,Título
• DNI0000001, Nomb.ApeEva Manzano,
  Telf.01234567,, Asignaturas CodMD,
  Título, CODIS,Título, CodBDSI,Título
  
• Error
• Redundancia (otra vez, información de asignaturas
  repetida)

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Además, en cualquiera de estas soluciones no se
  pueden guardar los datos de una asignatura hasta
  que no se matricule un alumno en ella.
• Puede ser que en secretaría quieran meter los
  datos de las asignaturas antes de empezar el
  proceso de matrícula de alumnos
• No pueden ?
• Podría pensarse las incluimos con los datos de
  los alumnos vacíos (nulos).
• Olvídaloes una chapucilla ?

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Del punto 3 de la especificación, por cada
  profesor hay que apuntar las asignaturas que
  imparte.
• La información de las asignaturas debe estar por
  tanto relacionada con la de los profesores, pero
  ya está incluida con los alumnos
• Error se vuelve a repetir la información de las
  asignaturas ? más Redundancia ?

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Por tanto hay que distinguir entre el tipo de
  entidad ALUMNOS y el tipo de entidad ASIGNATURAS.
• Ambas se relacionarán mediante un tipo de
  relación MATRICULA.
• Parece claro que los restantes tipos de entidad
  serán PROFESORES y AULAS.
• Los atributos de cada tipo de entidad serán
• Alumnos DNI, Apellidos y Nombre, Domicilio,
  teléfono y acceso
• Asignaturas Código, título, y núm. Créditos
• Profesores DNI, Apellidos y nombre, Domicilio y
  teléfono
• Aulas Edificio y núm. edificio

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Elección de los tipos de entidad y sus atributos

• Aún nos falta un atributo la Nota
• Dónde la ponemos?
• En alumnos?
• NO, porque un alumno tiene muchas notas
• En asignaturas?
• NO porque una asignatura tiene muchos alumnos
• Posible solución
• Nota será un atributo del tipo de relación
  Matrícula.

(vimos que esto se debe evitar por
sencillez...pero es posible)
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Elección de los tipos de relación

• El primer tipo de relación es MATRÍCULA que
  relaciona cada alumno con las asignaturas en las
  que está matriculado.
• Además, está relación tiene un atributo, Nota,
  que se asocia cada posible relación.
• Además, hay otro tipo de relación
• SUPERVISA que va de profesores a profesores y
  que incluye los roles supervisor y supervisado.

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Elección de los tipos de relación

• La última relación es IMPARTE que relaciona cada
  profesor con la asignatura que imparte y el aula
  en la que da esa asignatura.
• Aquí también surgen varias posibilidades
• a) Hacer 2 relaciones binarias
• PROFESOR -ASIGNATURA y
• ASIGNATURA -AULA.
• b) Hacer 1 relación ternaria
• PROFESOR- AULA- ASIGNATURA
• c) Hacer 3 relaciones binarias
• PROFESOR ASIGNATURA
• PROFESOR AULA
• ASIGNATURA -AULA

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Ejemplo Diseño de una base de datos para la
secretaría de una facultad
Telf.
Direcc
Título
N_Cred
COD
Ap Nom
Acceso
Matrícula
Alumno
Asignatura
DNI
Nota
Supervisa
supervisado
supervisor
Imparte
Aula
Profesor
DNI
Domicilio
Ap Nom
Telf.
Edificio
Número
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Restricciones

• Con los elementos anteriores tenemos una primera
  aproximación a los diagramas ER, en la que
  tenemos definidos los elementos principales de
  los diagramas.
• Sin embargo, en el modelo ER también se pueden
  definir numerosas restricciones sobre los tipos
  de entidades y tipos de relaciones

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Restricciones

• Las restricciones son propiedades que se asocian
  a un tipo de entidad o de relación.
• Las instancias válidas del tipo de entidad o
  relación son aquellas en las que se verifique el
  conjunto de restricciones asociadas.
• Observaciones
• Las restricciones son parte del diseño de la BD
  igual que los tipos de entidades o de relaciones.
  
• Los SGBD se encargan de comprobar que la
  instancia verifica las restricciones más usuales.
  
• Ej.En el caso anterior, una vez incluida la
  restricción, el SGBD no nos permitiría insertar
  la segunda tupla.

 

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Restricciones de clave

• Ej. En la relación SUPERVISA un profesor puede
  tener a lo sumo un supervisor, pero el diagrama
  anterior permite
• es decir, que un profesor tenga p.e. dos
  supervisores
• Pero NO debería ser una instancia válida de la
  relación porque según enunciado un supervisor
  (sólo uno)
• Solución imponer restricción de clave.

 
Instancia
Tuplas
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Restricciones de clave

• Las entidades deben poder distinguirse unas de
  otras a través de los valores de sus atributos.
• Interesa encontrar un conjunto de atributos lo
  más pequeño posible que nos permita distinguir
  unas entidades de otras.
• Estos conjuntos serán las claves.
• Aparecen como atributos subrayados en el diagrama
  E-R.

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Restricciones de cardinalidad

• Fijado un alumno puede haberse matriculado en
  cualquier número de asignaturas
• no hay restricción sobre el tipo de entidad
  asignatura en la relación matrícula.
• Restricción de cardinal para asignatura N.
• Fijada una asignatura, puede haberse matriculado
  sobre ella un número cualquiera de alumnos
• no hay restricciones sobre el tipo de entidad
  alumnos en la relación matrícula.
• Restricción de cardinal para alumnos N.

 

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Restricciones de cardinalidad

• El supervisor de un profesor, si lo tiene, es
  único.
• El tipo de entidad profesor, en el papel
  supervisado tiene cardinal 1.
• Restricción de cardinal para profesor
  (supervisado) 1
• El tipo de entidades profesor, en el papel
  supervisor no tiene ninguna restricción de
  cardinal
• un profesor puede supervisar a un número
  indeterminado de profesores.
• Restricción de cardinal para profesor
  (supervisor)
• N

 

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Restricciones de cardinalidad

• Cada persona tiene un único país de nacimiento
  es decir, fijada una persona, existe un país.
• Restricción 1 para el tipo de entidad país en el
  tipo de relación nacida.

• Dado un país hay una cantidad no determinada en
  general de personas nacidas allí,
• Restricción N para el tipo de entidad personas
  en el tipo de relación nacida.

Nacida
1
N
Personas
País
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Representación de cardinalidad en diagramas E-R

• Hay VARIAS formas de expresar las restricciones
  de cardinalidad sobre tipos de relaciones en los
  diagramas E-R

 
R
1
1
Entity_1
Entity_2
one-to-one
R
N
1
Entity_1
Entity_2
one-to-many

R
1
N
many-to-one
Entity_1
Entity_2
R
N
N
Entity_1
Entity_2
many-to-many
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Restricción de participación

• Se dice Participación de una entidad en una
  relación
• Participación
• Se dice que Ej tiene participación total en r si
  cada entidad ej ? Ej se encuentra en alguna tupla
  de r.
• En otro caso se dice que la participación es
  parcial.

 

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2. Diseño lógico

• Herramienta
• Modelo relacional.
• Resultado
• Esquema lógico.

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Modelo relacional

• El concepto principal es la tabla o relación
• Cada tabla o relación es un conjunto de tuplas
  donde cada una de ellas corresponde a una fila de
  la tabla
• Cada tupla corresponde a la descripción, en el
  diagrama ER, de una entidad particular o a la
  descripción de una relación particular entre
  varias entidades particulares.
• No hay que confundir las tablas con las
  relaciones del modelo Entidad Relación.
• Las tablas (o relaciones) valen para tipos de
  relaciones igual que para tipos de entidades.

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Terminología del modelo relacional

• Relación
• Igual que en el esquema ER.
• Las entidades particulares se representan como
  tuplas o filas de la tabla.
• Atributo
• Igual que en el esquema ER.
• Se representan como las columnas de la tabla.
• Los valores de los atributos de las tuplas deben
  ser atómicos.
• No puede haber atributos compuestos
• O se representan sus componentes individuales
  como atributos
• O se junta toda la información en un único
  atributo
• Ej secretaría gt domicilio como atributo simple
  con toda la información
• No puede haber atributos multivalorados
• Veremos como convertirlos en atributos
  monovalorados

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Terminología del modelo relacional

• Esquema de una tabla o relación
• viene dado por el nombre de la tabla y una lista
  de atributos.
• Alumnos (DNI, Apellidos, Nombre, teléfono,
  acceso)
• El orden de los atributos en la lista no importa.
• Lo fijamos porque nos viene bien para
  representarlo como tabla, pero cualquier
  permutación es válida.
• Instancia de una tabla gt Conjuntos de entidades
  particulares.
• Cada entidad particular se representa como una
  tupla.
• Cada componente de la tupla corresponde con el
  valor del atributo correspondiente, según el
  orden enunciado en el esquema de la tabla.

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Ejemplo secretaría

• Ejemplo Instancia de la tabla Alumnos
• (01234567Z, Vázquez , Manuel, 9112345678,
  normal), ....

DNI Apellido Nombre teléfono acceso
01234567Z Vázquez Manuel 9112345678 normal

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Terminología del modelo relacional

• Un tabla no puede contener tuplas repetidas
• Existe un conjunto de atributos que determina
  unívocamente a cada tupla
• Los conceptos de superclave, clave candidata y
  clave primaria explicados en el modelo ER son
  válidos para el modelo relacional
• Cada tabla debe tener una clave primaria
• Los atributos que forman la clave primaria nunca
  pueden tomar valores nulos

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Paso del modelo ER al modelo relacional

• Se puede transformar un diagrama ER (diseño
  conceptual) en un modelo relacional (diseño
  lógico) mediante una serie de transformaciones
• Entidades
• Relaciones
• Restricciones de cardinalidad
• Atributos multivalorados

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Entidades

• Para cada entidad que no sea débil se crea una
  tabla con el mismo nombre y conjunto de
  atributos.
• La clave primaria es la del diagrama ER
• En este punto no se indica nada acerca de las
  relaciones en los que participa el tipo de
  entidades.

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Ejemplo secretaría

• En el caso de la BD de secretaría los tipos de
  entidades dan lugar a las tablas
• Alumnos(DNI, Apellidos, Nombre, teléfono, acceso)
• Suponiendo teléfono atributo monovalor
• Asignaturas(Código, título, núm créditos)
• Profesores(DNI, ApellidosYNombre, domicilio,
  teléfono)
• Aulas(Edificio, núm. aula)

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Relaciones binarias restricciones de
cardinalidad varios a varios

• Varias a varias

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Relaciones binarias restricciones de
cardinalidad varios a varios

• Sea R relación binaria entre E1 y E2.
• Clave primaria de E1
• Conjunto de atributos c1
• Clave primaria de E2
• Conjunto de atributos c2
• Relación construida a partir de R
• Atributos de T c1 c2 Atributos de R
• Superclave para R
• c1 ? c2

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Ejemplo secretaría

• Ej En el caso de la BD de secretaría los tipos
  de relación dan lugar a las tablas
• Matrícula(DNI, código, nota)
• Supervisa(DNISupervisor, DNISupervisado)
• Imparte(DNI, código, edificio, num. aula)

ALUMNOS (DNI, ..) MATRICULA (DNI, Código,
Nota) ASIGNATURAS (Código, ..)
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Ejemplo secretaría

• Ejemplo Instancia de la tabla Matrícula
• (01234567Z, 520, 8), ....

DNI código nota
01234567Z 520 8

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Relaciones con restricciones de cardinalidad 1 a M

• Una a varias

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Relaciones con restricciones de cardinalidad 1 a M

• Relación binaria con restricciones varios a uno
• Incluir en el esquema de tabla de la entidad con
  restricción varios
• Añadir como clave externa (foreign key) a la
  clave primaria del otro esquema
• Añadir los de de la relación.
• Mantener los atributos de la propia entidad
• Mantener las claves primarias

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Relaciones con restricciones de cardinalidad 1 a M

• Esquema
• Personas(DNI,Apell, PaisNac)
• Países(Nombre)
• Integridad referencial
• Personas.PaisNac -gt Países.Nombre

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Anexo
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Ejercicio de Clase. Modelo E-R