Modelización de Datos
INTRODUCCION
z
Modelo entidad-relación y Diagrama de Estructura de Datos, las cuales están
orientadas a representar gráficamente las
necesidades de información que posee la
unidad orgánica en estudio.
INTRODUCCION
z
Estos gráficos se diferencian en la notación y en los caminos que siguen para llegar a
converger en las estructuras de datos finales que se implantarán.
z
La comprensión de las necesidades del
usuario es especialmente importante para su
posterior representación, sin tener en cuenta
en esta primera fase, las necesidades de la
tecnología existente, ni otras restricciones.
INTRODUCCION
z
No confundir Modelización de Datos con Base de Datos.
z
La Modelización de Datos se orienta al
conocimiento en profundidad de los datos (mediante una estructura de datos o
semántica de la Real) que va a manejar la
unidad orgánica, con el fin de implantarlos
de forma óptima.
INTRODUCCION
z
El concepto de Base de Datos es la
representación de la realidad (entiéndase
como organización) en forma de datos.
INTRODUCCION
--- MD + SGBD = BD ---
z MD : MODELO DE DATOS
z SGBD: SISTEMA GESTOR DE BASE DE DATOS
z BD : BASE DE DATOS
¿Qué es un Modelo de Datos?
z
Un Modelo de Datos es una representación gráfica orientada a la obtención de las
estructuras de datos de una forma metódica y a la vez sencilla.
z
Es un "instrumento" que nos facilita la representación de las necesidades del usuario.
z
Ventajas de realizar un Modelo de Datos
Modelo de Datos
z Ventajas de realizar una buena modelización de datos:
z Control de los posibles errores desde el principio o al menos, darse cuenta de las deficiencias lo antes posible.
z Obtención de estructuras de datos independientes del entorno físico.
z Mejora del mantenimiento, por tener los datos localizados en las distintas estructuras.
OBJETIVOS
z El objetivo de la Modelización de Datos es tener el conocimiento profundo de los datos que se van a manejar y de alguna forma agruparlos en unidades mayores que se llamarán ENTIDADES.
z El Modelo de Datos debe ser una fiel representación del sistema de información objeto de estudio:
– La estructura del Modelo de Datos debe ser el reflejo de la estructura del sistema.
– El contenido del Modelo de Datos debe representar el estado final al que quiere llegar el sistema.
OBJETIVOS
z Cualquier cambio en el sistema de información se debe reflejar en el Modelo y viceversa.
z En el Modelo de Datos debe aparecer representada toda la información que necesita la unidad.
z El Modelo de Datos representa la parte lógica de la información. Se dejan a un lado las restricciones del sistema en que se van a implantar los datos. Por
ello, es independiente del entorno físico y debe proporcionar a los usuarios toda la información requerida y en la forma en que la necesitan.
OBJETIVOS
z
Por tanto, podríamos decir que el objetivo fundamental del Modelo de Datos es la
obtención de estructuras no redundantes, sin inconsistencias, seguras e íntegras.
z
Al modelo que surge como primera
aproximación de ese mundo real se le llama
ESQUEMA CONCEPTUAL.
CONCEPTOS BASICOS
z Cuando el usuario se plantea una serie de
necesidades o cambios para su unidad, es cuando el analista, encargado del análisis, comienza a
estudiar los datos.
z De la narrativa tradicional o "mundo real" debe llegar gráficamente al ESQUEMA CONCEPTUAL, de
donde posteriormente podrá deducirse el
ESQUEMA INTERNO y el EXTERNO (orientado a la máquina y al usuario respectivamente). Así, el esquema conceptual se considera como la
"indirección" entre los otros dos.
CONCEPTOS BASICOS
z Cada uno de estos esquemas se podrá representar mediante un conjunto de modelos o técnicas
.
Los tres esquemas de la Arquitectura de Datos
z
Esquema Externo Visión de los datos por las aplicaciones informáticas.
z
Esquema Conceptual
Fiel reflejo de la realidad, prescindiendo de los requisitos informáticos.
z
Esquema Interno
Forma de almacenar las estructuras que
surgen.
Esquema Externo
z
El esquema externo es la visión que de los datos del sistema tienen las aplicaciones informáticas.
z
Así por ejemplo, existirán distintos modelos o esquemas externos (una aplicación Web,
Cobol, C, etc.) para el mismo esquema
conceptual.
Esquema Conceptual
z El esquema conceptual permite representar
gráficamente las necesidades del usuario, sin tener en cuenta las restricciones del equipo físico y lógico propios del sistema en el que se va a ejecutar la
implantación.
z En este esquema, al analista sólo le concierne el aspecto global de la unidad o área funcional que se trata y en él se definen las entidades de datos y las relaciones entre ellas.
Esquema Conceptual
z Mediante un gráfico previo se representan las entidades, detectadas en principio, y sus relaciones.
z Posteriores entrevistas con el usuario podrán aportar mejor información y habrá que hacer correcciones sobre el gráfico, para subsanar posibles deficiencias o errores.
z Terminado este gráfico, se realizan sobre él una serie de refinamientos, dependiendo de la técnica o modelo de representación utilizada.
z Los refinamientos afectarán sólo a las estructuras de los datos en el modelo entidad-relación y también al gráfico, en el caso del Diagrama de Estructura de Datos.
Esquema Conceptual
z
Una vez hecha esta mejora, se establecerán una serie de pasos para llegar a estructuras de datos, lo más independiente posible,
aplicando la técnica de NORMALIZACION, con el fin de crear una definición más
rigurosa de las entidades de partida.
z
Este esquema debe ser independiente de los
condicionamientos de almacenamiento que
se puedan tener.
Esquema Interno
z
El esquema interno está orientado a la forma en que se almacenan las tablas en memoria.
z
Este esquema depende esencialmente de la memoria disponible y de los Dispositivos de Almacenamiento de Acceso Directo que se vayan a utilizar.
z
El conocimiento de las claves y el uso de
índices predefinidos puede servir de ayuda
para la localización óptima de los datos.
Esquema Interno
z Es en este momento cuando se comenzará a pensar en el lenguaje que se va a manejar y el equipo físico a utilizar.
z Por ello se debe encargar de esta fase una persona conocedora de las posibles restricciones o
limitaciones existentes, que será el ADMINISTRADOR del sistema.
z La estructura que se va a obtener es, en general, transparente al usuario.
DEFINICIONES
z
Las técnicas de Modelo de Datos, Modelo entidad-relación y Diagrama de Estructura de Datos, varían en la filosofía de la
concepción del Esquema Conceptual y
gráficamente en los iconos que utilizan.
Representación gráfica de ambas técnicas:
DEFINICIONES
z
A pesar de ser distinta la forma de
representación, representan la misma información.
z
Hay una serie de términos válidos para
cualquiera de las técnicas utilizadas:
DEFINICIONES
z ENTIDAD: Representan objetos, personas... sobre las que se quiere guardar información por ser relevante para nuestro
sistema.
z Un conjunto de entidades con las mismas características es lo que forma un Tipo de Entidad.
z Así, por ejemplo, el Tipo de Entidad EMPLEADO contendrá a PEPE, JUAN..., que son las Entidades que lo forman, con todas sus características propias.
z El tipo de entidad, internamente, se va a representar por medio de una TABLA.
z A partir de este momento se utilizarán indistintamente los términos entidad y tipo de entidad.
DEFINICIONES
z ATRIBUTO: Cada Tipo de Entidad tendrá una serie de características que serán necesarias para
describirla completamente. Cada una de esas
características van a ser los atributos de la Entidad.
En algunas ocasiones se llaman ELEMENTO o CAMPO.
z Más formalmente, se puede definir un atributo de una entidad como la unidad básica e indivisible de información acerca de dicha entidad, que sirve para identificarla o describirla. Ejemplo: NOMBRE DEL EMPLEADO, DNI.
DEFINICIONES
z
RELACION: Es la conexión que va a existir entre tipos de entidades.
z
TABLA: Representación física de un Tipo de Entidad. Como se verá más adelante, un
Tipo de Entidad podrá dar lugar a una o varias tablas.
z
La información que contienen estará
dispuesta en dos dimensiones.
DEFINICIONES
z
FILA: Conjunto de atributos de una entidad.
Se puede llamar OCURRENCIA o TUPLA.
z
COLUMNA: Atributo elegido para el conjunto de entidades de un Tipo de Entidad.
z
GRADO DE UNA TABLA: Número de
columnas de una tabla.
DEFINICIONES
z
CLAVE: Atributo o conjunto de atributos concatenados perteneciente al mismo tipo de entidad que hacen único el acceso a una entidad u ocurrencia de la tabla, es decir,
que determinan de forma única una entidad.
DEFINICIONES
DEFINICIONES
z De la tabla que origina esa entidad, alguno de los atributos debe permitirnos el acceso único a una fila, y puede ser un atributo o concatenación de atributos del dominio.
z En un principio podemos pensar en la existencia de varias claves sobre la misma tabla. Al conjunto de todas estas posibles claves se les va a llamar,
CLAVES CANDIDATAS, algunas de las cuales
pueden no servir por no darnos una única ocurrencia sobre la tabla.
DEFINICIONES
z Una vez seleccionada la clave, podremos ver si está compuesta por un único atributo, CLAVE SIMPLE o por un conjunto de atributos CLAVE MULTIPLE o CONCATENADA.
z Otro concepto importante es el de CLAVE AJENA, esto es: "Atributo de una tabla que es clave en otra".
z Será muy importante su localización para evitar inconsistencia de la información contenida en las estructuras de datos (Integridad Referencial).
DEFINICIONES
z OCURRENCIA DE ENTIDAD. Cada uno de los
posibles valores reales que puede tomar la clave de una entidad. Se entiende por valor real aquel que tiene existencia propia dentro del sistema en
estudio.
z CARDINALIDAD DE LA RELACION. Representa la participación en la relación de cada una de las
entidades afectadas, es decir, el número de las ocurrencias de una entidad que se relacionan con ocurrencias de la otra entidad.
DEFINICIONES
z Conceptualmente, se pueden identificar tres clases:
(1,1) Una ocurrencia de una entidad con una ocurrencia de la otra entidad.
Por ejemplo, en nuestro contexto cultural, un hombre sólo está casado con una mujer y viceversa.
(1,m) Una ocurrencia de una entidad con varias ocurrencias de la otra entidad.
Por ejemplo, una Unidad tiene varios empleados y cada empleado está asignado exclusivamente a una Unidad.
DEFINICIONES
(m,n) Varias ocurrencias de una entidad con varias ocurrencias de la otra entidad.
Por ejemplo, un paciente puede tomar varias
medicinas y una medicina puede ser tomada
por distintos pacientes.
ESTRATEGIAS DE DISEÑO
z
Top-Down: "De arriba a abajo".
z
Partimos de lo general para ir llegando al detalle. El usuario tiene una serie de
necesidades y se llegará a las estructuras de datos a implantar.
z
Se puede suponer que no existe nada hecho, esto es, ficheros en uso que
podemos aprovechar y por ello partimos de
las nuevas necesidades.
ESTRATEGIAS DE DISEÑO
z
Bottom-UP: "De abajo a arriba". Lo normal es que ya se esté trabajando con una serie de ficheros y lo que quiere el usuario es
mejorar o modificar lo existente por
ampliación de los servicios.
MODELO CONCEPTUAL
Independencia del Entorno Físico
z El hecho de realizar el Modelo de Datos, depurarlo y llegar a estructuras independientes, no exige pensar en ningún momento en la Base de Datos que se va a utilizar.
z Por ello se debe llegar a la forma más depurada de ese modelo y luego que sea el Administrador del Sistema el que se encargue de optimizar su
implantación, de acuerdo con las reglas que deba cumplir la Base de Datos elegida.
z De esta implantación, óptima dependerá el buen funcionamiento del manejo de los datos.
Técnicas de Construcción
z
Técnicas para construir el modelo conceptual:
z
Modelo Entidad-Relación
z
Diagrama de Estructura de Datos.
Técnicas de Construcción
z La diferencia fundamental entre ambas es la existencia en el Modelo Entidad-Relación de relaciones n-áreas (entre n entidades
simultáneamente).
z Esto hace que sea un modelo más "cercano" a la representación del mundo real y por ello es más aconsejable su utilización cuando se quiere
representar el modelo de información del sistema a muy alto nivel, como es el caso de un Plan de
Sistemas.
Técnicas de Construcción
z Ambas técnicas siguen los mismos criterios en
cuanto a construcción, por lo cual se ha unificado la descripción de dichos criterios en un solo apartado.
z a) Modelo Entidad-Relación
Es un Modelo N-ARIO, es decir, que las relaciones pueden asociar una, dos o más entidades. Se puede hablar de relaciones:
UNITARIAS: Una entidad consigo misma.
BINARIAS: Entidades relacionadas dos a dos.
TERNARIAS: Relación entre tres entidades.
Iconos utilizados en los gráficos
Técnicas de Construcción
z
La cardinalidad se representa con un número cerca de la entidad e indica el
número de veces que ésta puede aparecer.
Se puede poner la mínima y la máxima.
z
Existen dos tipos de entidades
representables:
Técnicas de Construcción
z Entidad Regular
Aquella sobre la que se puede definir la clave
primaria dentro de sus propios atributos, es decir, aquellas entidades que se identifican por sí mismas.
z Entidad Débil
Con sus atributos propios no se puede encontrar la clave, por estar asociada a otra entidad.
Técnicas de Construcción
z
Se representan tanto gráficamente como mediante la clave de esta entidad, que está formada por:
- La Clave de la entidad de la cual dependen.
- Un atributo identificativo de la ocurrencia de la entidad débil.
Técnicas de Construcción
Refinamiento del Modelo Entidad- Relación
z Al modelo construido según la técnica, se le aplican una serie de refinamientos sucesivos, mediante los cuales se obtiene un conjunto de tablas.
z Estas tablas serán posteriormente normalizadas
aplicando las técnicas de NORMALIZACION que se estudiarán más adelante.
z La figura siguiente representa gráficamente el procedimiento a seguir para refinar el modelo.
Diagrama de Estructura de Datos
z
Los Diagramas de Estructura de Datos tienen los siguientes elementos:
z
ENTIDAD. Se representa gráficamente mediante un rectángulo.
z
RELACION ENTRE ENTIDADES. Una línea recta que une las entidades que están
relacionadas. Esta línea puede terminar en
un tridente o una flecha para indicar una
cardinalidad de tipo m.
Diagrama de Estructura de Datos Características
z Es un modelo binario, es decir, permite representar gráficamente las relaciones o asociaciones entre pares de entidades.
z Se consideran sólo relaciones del tipo (1,m),
procediéndose para los otros tipos de relaciones, del modo siguiente:
- En el caso de las relaciones de cardinalidad (1,1), se
agrupan las dos entidades en una sola, añadiéndose los atributos de una entidad a la otra
- En el caso de relaciones de cardinalidad (m,n), se crea una entidad auxiliar que sirve de nexo entre las dos entidades iniciales, creándose así dos relaciones (1,m).
Diagrama de Estructura de Datos
Un ejemplo de esto puede verse en la figura.
Diagrama de Estructura de Datos
z Dada la función de nexo que cumple esta entidad auxiliar, puede no tener existencia real, por lo que pueden existir dificultades a la hora de nombrarla, en este caso se
recomienda denominarla como "Enlace Entidad 1/Entidad 2".
z La clave de esta entidad de enlace estará formada por la concatenación de las claves de cada una de las entidades originales.
z En una relación de cardinalidad (1,m) entre dos entidades, la entidad en el extremo 1, se denomina MAESTRA, y la entidad en el extremo M, se denomina DETALLE.
Relaciones Opcionales y Exclusivas
z
Sea una relación entre dos entidades A y B, siendo A la entidad maestra y B la entidad detalle.
z
Si para toda ocurrencia de A debe existir siempre al menos una ocurrencia de B
asociada y a la inversa, para una ocurrencia de B siempre existe una ocurrencia de A
asociada, se dice que la relación es
OBLIGATORIA en ambos extremos.
Relaciones Opcionales y Exclusivas
z Si para toda ocurrencia de A, pueden existir o no, una o varias ocurrencias de B asociadas, pero para una ocurrencia de B siempre ha de haber una
ocurrencia de A asociada, se dice que la relación es OPCIONAL en la entidad maestra y OBLIGATORIA en la entidad detalle.
z Si para una ocurrencia de A debe existir siempre al menos una ocurrencia de B asociada y para una
ocurrencia de B puede existir o no una ocurrencia de A asociada, esta relación es OBLIGATORIA en la entidad maestra y OPCIONAL en la entidad detalle.
Relaciones Opcionales y Exclusivas
z
Si para una ocurrencia de A puede existir o no una ocurrencia de B asociada y para una ocurrencia de B puede existir o no una
ocurrencia de A, esta relación es OPCIONAL
en ambos extremos.
Relaciones Opcionales y Exclusivas
z
Relaciones opcionales
Relaciones Opcionales y Exclusivas
z
Se dice que las relaciones entre varias
entidades son EXCLUSIVAS, si la existencia de una de esas relaciones entre dos
entidades implica la no existencia de las
otras relaciones.
Relaciones Opcionales y Exclusivas
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z 1. Identificar las entidades dentro del sistema Para identificar las entidades, el analista deberá conocer el funcionamiento del sistema en estudio.
Para ello, se basará principalmente en:
z Reuniones con los usuarios implicados.
z Estudio de la documentación existente sobre el funcionamiento de dicho sistema.
z Estudio de las necesidades de información
(reflejadas en el análisis de requisitos del sistema).
z Estudio de los principales tipos de información manejados por el sistema actual.
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z Para ir encontrando las diversas entidades, servirá de ayuda pensar en:
z Objetos reales (Máquinas, Edificios, Almacenes,...).
z Personas (Empleados, Funcionarios,...).
z Actividades del sistema (Licencias, Albaranes,...).
z Objetos abstractos (Categorías de personal,...).
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z 2. Determinar las Claves o Identificadores de las Entidades
z Para determinar las claves, se obtendrán aquellos atributos que identifiquen unívocamente cada
ocurrencia de cada entidad. Si para una entidad concreta hubiera varios, se elegirá uno de ellos.
Lógicamente, este atributo o conjunto de atributos que constituyen la clave, no podrá tener valores sin información (nulos), ya que esto no permitiría
determinar claramente una ocurrencia de entidad.
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z 2. Determinar las Claves o Identificadores de las Entidades
z Para determinar las claves, se obtendrán aquellos atributos que identifiquen unívocamente cada
ocurrencia de cada entidad. Si para una entidad concreta hubiera varios, se elegirá uno de ellos.
Lógicamente, este atributo o conjunto de atributos que constituyen la clave, no podrá tener valores sin información (nulos), ya que esto no permitiría
determinar claramente una ocurrencia de entidad.
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z
4. Dibujar el Modelo de Datos
z
Se dibujará el diagrama, utilizando los
símbolos que se han descrito.
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z
5. Identificar y describir los atributos de cada Entidad
z
Para identificar los atributos de cada entidad, habrá que tener en cuenta todas aquellas
propiedades de cada entidad en las que el
sistema tenga interés.
z 6. Verificaciones
z Se realizarán las verificaciones sobre el diagrama, eliminando del mismo las relaciones que sean
redundantes. Una relación o asociación será
redundante si puede expresarse exactamente por medio de una combinación de varias asociaciones.
z Es conveniente ser prudente a la hora de suprimir las relaciones redundantes, dado que su existencia puede obedecer a especificaciones propias del
sistema.
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
si todos los empleados pertenecen a un
servicio y todos los servicios a un
departamento, la asociación directa de departamento/
Empleados es redundante.
Fases en la Construcción del Modelo Conceptual
z si se da la
especificación o
requisito de usuario de que un empleado puede trabajar en un departamento sin
pertenecer a él (en comisión de servicio), esta asociación no sería redundante.
MODELO LOGICO: NORMALIZACION
z Objetivos
z Reducir las inconsistencias y redundancias de los datos.
z Facilitar el mantenimiento de los datos y programas.
z Evitar anomalías en operaciones de manipulación de datos.
z Reducir el impacto de los cambios en los datos.
MODELO LOGICO: NORMALIZACION
z Conceptos Básicos
z El resultado del análisis relacional de datos será un conjunto de tablas normalizadas o "relaciones" en el que se representarán todos los
datos del sistema.
z El objetivo será obtener un modelo lógico normalizado, que represente
"ENTIDADES NORMALIZADAS" y las "INTERRELACIONES" entre ellas. Este modelo se comparará con el que se obtuvo mediante la técnica del Diagrama de Estructura de Datos y de esa comparación se obtendrá el modelo lógico de datos definitivo del sistema.
z Es conveniente matizar que las entidades normalizadas obtenidas, pueden diferir de las entidades que se han identificado inicialmente de una manera subjetiva.
z A continuación, se definen una serie de conceptos que serán útiles a la hora de normalizar.
