Tema 2 Diseño

Tema 2: Diseño de bases de datos
Bases de datos
Máster en Tecnologías de Información Geográfica
1. Introducción

Diseño:

Proceso de
creación de un
esquema de la
base de datos.
Especificaciones
(en lenguaje
natural)
Diseño conceptual
Esquema
conceptual
(Modelo
entidad-relación)
Diseño lógico

Fases:



Conceptual.
Lógico.
Físico.
Esquema lógico
(Diseño de
tablas
relacionales)
Diseño físico
Esquema físico
(Organización
de archivos e
índices)
2
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:
1.
2.
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.
3
Ejemplo: Diseño de una base de datos
para la secretaría de una facultad
3.
4.
5.
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.
4
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)
5
2. Diseño conceptual

Conceptos:

Tipos de entidad.
Alumno

Tipos de relación.
Matrícula
6
2. Diseño conceptual

Conceptos:

Clave. Identificador/es unívoco de una
entidad.
DNI en Alumnos

Tipos de clave:



Superclave.
Clave primaria.
Clave candidata.
7
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.
8
Diagrama Entidad-Relación
 Diagrama

E-R
Rectángulos => entidades
Asignaturas

Elipses => atributos
Teléfono
Alumnos

Rombos => relaciones
Alumnos
Matrícula
Asignaturas
 Además
es posible representar ciertas
restricciones:



Clave
Cardinalidad
Participación
9
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
10
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
Multivalor
Mu
11
Ejemplo atributos
12
Atributos de una relación
 Una
relación puede incluir un nombre y unos
atributos que la caractericen
Fecha_devolución
DNI
Usuario
tiene_prestado
ISBN
Libro
13
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
DNI
Cliente
es_titular
NºCUENTA
Cuenta
14
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
15
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
16
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
17
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
18
Pasos básicos a seguir

Pasos en el diseño de un diagrama
E-R:
1.
Elección de los tipos de entidad y sus
atributos.
2.
Elección de los tipos de relación y sus
atributos.
3.
Restricciones.
19
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.
20
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
{DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez,
Telf.=01234567, Cod=MD, Título=Matemática
Discreta, Créditos=9}
 {DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez,
Telf.=01234567, Cod=IS, Título=Ingeniería del
Software, Créditos=12}
 {DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez,
Telf.=01234567, Cod=LPI, Título=Laboratorio de
programación I, Créditos=X}
ERROR: Redundancia (información de alumnos repetida)


21
Elección de los tipos de entidad y
sus atributos
 Esto
se puede solucionar si admitimos que los
atributos contengan conjuntos de valores
(multivalor)

{ DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez,
Telf.=01234567, … , Asignaturas={ {Cod=MD,
Título=…}, {COD=IS,Título=…}, {Cod=LPI,Título=…}
}}
 Errores:


Difícil de manejar  Poco escalable cuando el conjunto
de valores es muy elevado 
“Tablas” de Varias Dimensiones  NO es Relacional 
22
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.


{ DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez,
Telf.=01234567,Asignaturas={ {Cod=MD, Título=…},
{COD=IS,Título=…}, {Cod=LPI,Título=…} } }
{ DNI=0000001, Nomb.Ape=Eva Manzano,
Telf.=01234567,…, Asignaturas={ {Cod=MD,
Título=…}, {COD=IS,Título=…},
{Cod=BDSI,Título=…} } }
 Error:

Redundancia (otra vez, información de asignaturas
repetida)
23
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).

Olvídalo…es una chapucilla 
24
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 
25
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
26
Elección de los tipos de entidad y
sus atributos

Aún nos falta un atributo: la Nota
 ¿Dónde

¿En alumnos?


NO, porque un alumno tiene muchas notas
¿En asignaturas?

NO porque una asignatura tiene muchos alumnos
 Posible

la ponemos?
solución:
Nota será un atributo del tipo de relación
Matrícula. (vimos que esto se debe evitar por sencillez...pero es posible)
27
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.
28
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

a) Hacer 2 relaciones binarias:



PROFESOR -ASIGNATURA y
ASIGNATURA -AULA.
b) Hacer 1 relación ternaria:


también surgen varias posibilidades:
PROFESOR- AULA- ASIGNATURA
c) Hacer 3 relaciones binarias:



PROFESOR –ASIGNATURA
PROFESOR –AULA
ASIGNATURA -AULA
29
Ejemplo: Diseño de una base de datos
para la secretaría de una facultad
Ap Nom
DNI
Direcc
Telf.
COD
Título
N_Cred
Acceso
Alumno
Matrícula
Asignatura
Nota
Supervisa
supervisado
supervisor
Profesor
Imparte
Aula
DNI
Ap Nom
Domicilio
Telf.
Edificio
Número
30
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
31
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.
32
Restricciones de clave


Ej.: En la relación SUPERVISA un profesor puede tener a
lo sumo un supervisor, pero el diagrama anterior permite:
SUPERVISADO
({DNI=666666,…},
{DNI=444444,…})
({DNI=000001,…},
{DNI=444444,…})
…es decir, que un profesor tenga p.e. dos supervisores


SUPERVISOR
Pero NO debería ser una instancia válida de la relación
porque según enunciado: “un supervisor (sólo uno)”
Solución: imponer restricción de clave.
33
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.
34
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.
35
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
36
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.

Personas
N
Nacida
1
País
37
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:
Entity_1
Entity_1
Entity_1
Entity_1
1
1
N
N
R
R
R
R
1
N
1
N
Entity_2
one-to-one
Entity_2
one-to-many
Entity_2
many-to-one
Entity_2
many-to-many
38
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.
Alumnos

Matrícula
Asignaturas
En otro caso se dice que la participación es parcial.
39
2. Diseño lógico

Herramienta:


Modelo relacional.
Resultado:

Esquema lógico.
40
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.
41
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 => domicilio como atributo simple con toda la
información
No puede haber atributos multivalorados

Veremos como convertirlos en atributos monovalorados
42
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 => 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.
43
Ejemplo secretaría
 Ejemplo:

Instancia de la tabla Alumnos:
{ (01234567Z, Vázquez , Manuel, 9112345678,
normal), ....}
DNI
01234567Z
Apellido
Nombre
Vázquez Manuel
teléfono
acceso
9112345678
normal
…
44
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
45
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
46
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.
47
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)
48
Relaciones binarias: restricciones
de cardinalidad varios a varios
 Varias
E1
a varias
R
E2
49
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
50
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, …..)
51
Ejemplo secretaría
 Ejemplo:

Instancia de la tabla Matrícula:
{ (01234567Z, 520, 8), ....}
DNI
código
nota
01234567Z
520
8
…
52
Relaciones con restricciones de
cardinalidad 1 a M
 Una
E1
a varias
R
E2
53
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
54
Relaciones con restricciones de
cardinalidad 1 a M
Nombre
Apell.
Personas
Nacida
Países
DNI
 Esquema:


Personas(DNI,Apell, PaisNac)
Países(Nombre)
 Integridad

referencial:
Personas.PaisNac -> Países.Nombre
55
Anexo
Ejercicio de Clase. Modelo E-R
57