Unidad II. Modelos de Base de Datos

Clasificación de las Bases de Datos.

Las Bases de Datos pueden clasificar en dos tipos:

Por la forma de Acceso.- Existen dos tipos básicos de base de datos de acuerdo a la forma de acceso por parte de los usuarios, o el lugar donde se encuentran ubicados:

»      Base de Datos Distribuidas

»      Base de Datos Centralizadas

Por el modelo (estructura) utilizado.- Existen tres tipos básicos de base de datos con una estructuración lógica, es decir por medio de su diseño físico, que considera la forma de almacenamiento de los datos y de sus interrelaciones, así como la mecánica del acceso.   Tenemos:

»      Base de Datos Jerárquicas

»      Base de Datos en Red

»      Base de Datos Relacional.

Qué es una Base de Datos Distribuida?

Es un conjunto de bases de datos almacenadas en más de un CPU en las cuales el modo que los usuarios la ven es como una simple gran base de datos, cuando en realidad son pequeñas bases de datos.  Cada base de datos local puede ser controlada localmente por su DBA (mantenimiento, inicialización, respaldos y así).  Es importante notar que cada CPU corre el Software para accesar a otra base de dato; no hay un software central el cual coordina todas las bases participantes.  Esta provee la ventaja de sitios autónomos y evita un potencial punto central de errores.

Un sistema de base de datos distribuidos incluye una base de datos distribuidas y herramientas de aplicación que pueden localizarse en CPU’s separados de la base de datos.  La diferencia a simple vista es que las aplicaciones están en diferentes CPU’s que los datos que se requieren.  Así las redes son usadas para que las aplicaciones accedan a los datos.

Qué es una Base de Datos Centralizada?

Como podemos notar al igual que en los procesos, la Base de datos Centralizada sería aquella en la cual existe una sola base de datos localizada en un único lugar, controlada por un único DBA (para el mantenimiento, inicialización, etc.), ubicación al cual deben acceder todos los usuarios para realizar las respectivas tareas con la Base de Datos.

Modelos de Base de Datos.

La base de datos según el modelo se clasifican en:

Bases de datos Jerárquicas.- Una de las aplicaciones más importantes de los sistemas de gestión de base de datos permitidos era el planeamiento de la producción para empresas e facturación.  Si un fabricante de automóviles decidía producir 10000 unidades de un modelo de coche y 5000 unidades de otro modelo, necesitaba saber cuántas piezas pedir a sus suministradores.  Para responder a la cuestión, el producto (un coche) tenía que descomponerse en ensamblajes (motor, chasis,) que a su vez se descomponen en subensamblajes  (válvulas, cilindros) y luego en subensamblajes, etc.  El manejo de estas listas de piezas, conocidos como una cuenta de materiales, era un trabajo a la medida para las computadoras.

La cuenta de materiales para un producto tenía una estructura jerárquica natural.  Para almacenar estos datos, se desarrolló el modelo de datos jerárquico, en este modelo, cada registro de la base de datos representa una pieza específica.  Los registros tienen relaciones padre/hijo, que ligaba cada pieza a su subpieza, y así sucesivamente.

Las estructuras jerárquicas en ocasiones se denominan árboles, porque los subordinados conectados a las entidades a las cuales pertenecen se asemejan  a las ramas de un árbol, aunque curiosamente dibujadas hacia abajo, como se puede apreciar en la figura anterior.

Para acceder a la base de datos jerárquica, un programa podría:

·      Hallar una pieza particular mediante su número (ej.: la puerta izquierda).

·      Descender al primer hijo.(el tirador de la puerta)

·      Ascender hasta su padre ( el cuerpo).

·      Moverse de todo hasta el siguiente hijo (la puerta derecha).

La recuperación de los datos en una base de datos jerárquica requería, por tanto, “navegar” a través de los registros, moviéndose hacia arriba, hacia abajo y hacia los lados un registro cada vez.

Uno de los sistemas de gestión de base de datos jerárquicos más populares fue la Information Managament System (IMS) de IBM, introducido primeramente en 1968.  Las ventajas del IMS y su modelo jerárquico son:

·      Estructura Simple.- La organización de una base de datos IMS era fácil de entender.  La jerarquía de la base de datos se asemejaba al diagrama de organización de una empresa o a un árbol familiar.

·      Organización Padre/hijo.- Una base de datos IMS era excelente para representar relaciones padre/hijo, tales como << A es una pieza de B >>, o << A es propiedad de B >>.

·      Rendimiento.- IMS almacenaba  las relaciones padre/hijo como punteros físicos de un registro de datos a otro, de modo que el movimiento a través de la base de datos era rápida.  Puesto que la estructura era sencilla, IMS podía colocar los registros padre e hijo cercanos unos a otros en el disco, minimizando la entrada / salida de disco.

“IMS sigue siendo el DBMS más ampliamente instalado en las maxicomputadoras IBM.  Se utiliza en el 25% de las instalaciones de maxicomputadores IBM”.

Base de datos en Red.- La estructura sencilla de una base de datos jerárquica se convertía en una desventaja cuando los datos tenían una estructura más compleja.  En una base de datos de procesamiento de pedidos, por ejemplo, un simple pedido podría participar en tres relaciones  padre/hijo diferentes ligando el pedido al cliente, al vendedor que lo aceptó y al producto ordenado, tal como se muestra en la figura:

La estructura de este tipo de datos simplemente no se ajustaría a la jerarquiza estricta de IMS.

Para manejar aplicaciones tales como el procesamiento de pedidos, se desarrolló un nuevo modelo de datos  en red.  El modelo de datos en red extendía el modelo jerárquico permitiendo que un registro participara en múltiples relaciones padre/hijo.

Estas relaciones eran conocidas como conjuntos en el modelo de datos en red en 1971 la conferencia sobre lenguajes de sistema de datos publicó un estándar oficial para base de datos en red, que se hizo conocido como el modelo CODASYL.  IBM nunca desarrolló un DBMS en red por sí mismo, eligiendo en su lugar extender el IMS a lo largo de los años.  Pero durante los años 70, compañías de software independientes se apresuraron en adoptar el modelo en red, creando productos tales como el IBMS de Cullinet, el total de Cincom y el DBMS Adabas que se hizo muy popular.

Para un programador, acceder a una base de datos en red era muy similar a acceder a una base de datos jerárquicos.  Un programador podría:

·      Hallar un registro padre específico mediante clave (como por ejemplo un número de cliente).

·      Descender al primer hijo en un conjunto particular (el primer pedido remitido por este cliente).

·      Moverse actualmente de un hijo al siguiente dentro del conjunto (la orden siguiente remitida por el mismo cliente).

·      Ascender desde un hijo a su padre en otro conjunto (el vendedor que acepto el pedido o el articulo).

Una vez más el programador tenía que recorrer la base de datos registro a registro, especificando cada vez que relación recorrer además de indicar la dirección.

·      Flexibilidad.- Las múltiples relaciones padre/hijo permitían a una base de datos en red representar datos que no tuvieran una estructura jerárquica sencilla.

·      Normalización.- El estándar CODASYL reforzó la popularidad del modelo de red, y los vendedores de minicomputadores tales como Digital Equipment Corporation y Duta General implementaron estas bases.

·      Rendimiento.- A pesar de su superior complejidad, las bases de datos en red reforzaron el rendimiento aproximándolo al de las bases de datos jerárquicos.  Los conjuntos se representaron mediante punteros o registros de datos Físicos, y en algunos sistemas, el administrador de la base de datos podía especificar la agrupación de datos basadas en una relación de conjuntos.

Las bases de datos en red tenían sus desventajas también.  Igual que las bases de datos jerárquicas, resultaban muy dirigidas.  Las relaciones de conjunto y la estructura de los registros tenían que ser especificadas de antemano.  Modificar la estructura de la base de datos requería típicamente la reconstrucción de la base de datos completa.

Tanto las bases jerárquicas como las bases en red eran herramientas para programadores.  Para responder a una cuestión tal como: “¿Cuál es el producto más popular ordenado por Acme Manufacturing?”  un programador tenía que escribir un programa que recorriera su camino a través de la base de datos.  La anotación de las peticiones para informes a medida duraba con frecuencia semanas o meses y para el momento en que el programa estaba escrito la información que se entregaba con frecuencia ya no merecía la pena.

Base de datos Relacional.- Las desventajas de los modelos jerárquicos y en red condujo a un intenso interés en el nuevo modelo de datos relacional, cuando fue escrito por primera vez por el DR. Codd en 1970.

El modelo relacional era un intento de simplificar la estructura de base de datos.  Eliminaba las estructuras explícitas padre/hijo de la base de datos anteriores, y en su lugar representaba todos los datos en la base de datos como sencillas tablas bidimensionales, las cuales contienen fila (registros) / columna (atributos) de valores de datos.  Una versión relacional de la base de datos en red para procesamiento de pedidos sería:

Los sistemas primeros de gestión de bases de datos relacionales fallaron en implementar algunas partes clave del modelo Codd, que solo ahora están encontrando su acomodo en productos comerciales.

Definición.- Una base de datos relacional es una base de datos en donde todos los datos visibles al usuario están organizados estrictamente como tablas de valores y en donde todas las operaciones de la base de datos operan sobre estas tablas.

La definición está destinada específicamente a eliminar estructura tales como los punteros incorporados de una base jerárquica o en red.  Un DBMS relacional puede representar relaciones padre/hijo, pero estas se representan estrictamente por los valores contenidos en las tablas de las bases de datos.

Base de Datos Orientada a Objetos.-    Gran parte de la investigación en el área de bases de datos durante los últimos años se ha concentrado en nuevos modelos de datos “posrelacionales”.  Al igual que el modelo relacional proporciona claras ventajas sobre los punteros modelos jerárquicos y de red el objetivo de esta investigación es desarrollar nuevos modelos de datos que puedan superar algunas ventajas del modelo relacional.  Hoy en día la mayoría de la investigación sobre nuevos modelos de datos está centrada en las llamadas bases de datos “orientadas a objetos”.  Los entusiastas defensores de las bases de datos orientadas a objetos proclama que son la generación siguiente a los sistemas de bases de datos y se supone que serían una verdadero reto a las bases de datos relacionales hacia el final del siglo.

No existe un acuerdo sobre que es una base orientada a objetos.  Cuando los investigadores utilizan el término están generalmente describiendo una base de datos que utiliza los mismos principios organizativos que la programación orientada a objetos estos principios son:

OBJETOS.- En una base de datos orientada a objetos cualquier cosa es un objeto y se manipula como tal la organización tabular de fila/columna de una base de datos relacional es sustituida por la noción de colecciones de objetos.  En general, una colección  de datas es ella misma un objeto y puede ser manipulada del mismo modo que se manipulan los restantes objetos.

CLASES.- Las bases de datos orientados a objetos sustituyen la noción relacional de tipo de datos atómicos con una noción jerárquica de clases y subclases.  Por ejemplo.  “Vehículos”  podría ser una clase de objeto, y los miembros individuales (“instancias”) de esa clase incluirían un coche, una bicicleta, un tren, o un bote.  La clase vehículos podría incluir subclases denominadas coches y botes representada una  forma más especializada de vehículo.  Análogamente, la clase coches podría incluir una subclase denominada convertible, etc.

HERENCIA. Los objetos heredan las características de sus clases y de todas las clases de nivel superior a la que pertenecen.  Por ejemplo, una de las características de un vehículo podría ser el “# de pasajeros” .  Todos los miembros de las clases coches, botes y convertibles, tendrían también el atributo “# de puertas”, y la clases convertibles heredaría este atributo, sin embargo, la clase bote no hereda el atributo.

MENSAJES Y METODOS.  Los objetos se comunican unos con otros mediante el envío y recepción de mensajes.  Cuando recibe un mensaje, un objeto responde ejecutando un método, un programa almacenado dentro del objeto que determina cómo se procesa el mensaje.  Por tanto un objeto incluye un conjunto de comportamientos descritos por sus métodos.  Generalmente un objeto comparte muchos de los mismos métodos con otros objetos de su clase.

Estos principios y técnicas hacen que las bases de datos orientadas a objetos estén bien adecuadas a aplicaciones que implican tipo de datos complejos, tales como documentos compuestos o de diseños asistidos por computador que combinan texto, gráfico y hoja de cálculo. 

La base de los datos proporciona un modo natural de representar las jerarquías que aparecen en los datos complejos.  Por ejem: Un documento entero puede presentarse como único objeto, compuesto de objetos más pequeños (secciones) compuestos de objetos aún más pequeños (párrafos, gráficos, etc.).  

La jerarquía de clases permite a la base de datos seguir la pista del “tipo” de cada objeto en el documento (párrafos, gráficos, ilustraciones, títulos, pies, etc.).  Finalmente el mecanismo de mensajes ofrece soporte natural para una interfaz de usuario gráfica.  El programa de aplicación puede enviar un mensaje “extráigalo Ud. mismo” a cada parte del documento pidiendo que se extraiga de la pantalla.  Si el usuario cambia la forma  de la ventana que visualiza el documento, el programa de aplicación puede responder enviando un mensaje “modifica tu tamaño” a cada parte del documento, etc.  

Cada objeto del documento tiene la responsabilidad de su propia visualización por lo que los nuevos objetos pueden ser añadidos fácilmente a la arquitectura del documento.

TAREA:

• Realice una comparación entre los diferentes modelos de base de datos. Cuál cree usted que es el más utilizado en la actualidad y por qué?
• ¿Cuáles son los DBMS utilizados en cada modelo? ¿Qué características tienen?
• ¿Qué características debe tener un DBMS para ser seleccionado dentro de una empresa?