Ejemplos base de datos jerárquica

Restricciones en modelo de red

Cuando hablamos de restricción, hemos hablado de restricciones estructurales que gobiernan la forma como están estructurados los tipos de registros de conjuntos. Dichas restricciones de comportamiento que se aplican a los miembros de los conjuntos, o bien al comportamiento de dichos miembros, cuando se realizan operaciones de inserción, eliminación y actualización con esos conjuntos. Podemos especificar varias restricciones sobre la pertenencia a un conjunto, y estas suelen dividirse en dos categorías principales, llamadas opciones de inserción y opciones de retención en la terminología CODASYL. Para determinas estas restricciones durante el diseño de la base de datos hay que conocer como deberá comportarse un conjunto cuando se inserten registros miembros o cuando se eliminen registros miembros o propietario. Las restricciones se especifican al SGBD cuando se declara la estructura de la base de datos empleando el lenguaje de definición de datos. No todas las combinaciones de las restricciones son posibles.

Uso de la transformación ER-Red

Un diagrama o modelo entidad-relación (a veces denominado por sus siglas, E-R "Entity relationship", o, "DER" Diagrama de Entidad Relación) es una herramienta para el modelado de datos de un sistema de información. Estos modelos expresan entidades relevantes para un sistema de información así como sus interrelaciones y propiedades.

El Modelo Entidad-Relación.

Se elabora el diagrama (o diagramas) entidad-relación.

Se completa el modelo con listas de atributos y una descripción de otras restricciones que no se pueden reflejar en el diagrama.

Dado lo rudimentario de esta técnica se necesita cierto entrenamiento y experiencia para lograr buenos modelos de datos.

El modelado de datos no acaba con el uso de esta técnica. Son necesarias otras técnicas para lograr un modelo directamente implementable en una base de datos. Brevemente:

Transformación de relaciones múltiples en binarias.

Normalización de una base de datos de relaciones (algunas relaciones pueden transformarse en atributos y viceversa).

Conversión en tablas (en caso de utilizar una base de datos relacional).

Base Teórica y Conceptual

El modelo de datos entidad-relación está basado en una percepción del mundo real que consta de una colección de objetos básicos, llamados entidades, y de relaciones entre esos objetos.

Entidad

Representa una “cosa” u "objeto" del mundo real con existencia independiente, es decir, se diferencia unívocamente de cualquier otro objeto o cosa, incluso siendo del mismo tipo, o una misma entidad.

Algunos Ejemplos:

Una persona. (Se diferencia de cualquier otra persona, incluso siendo gemelos).

Un automóvil. (Aunque sean de la misma marca, el mismo modelo,..., tendrán atributos diferentes, por ejemplo, el número de bastidor).

Una casa (Aunque sea exactamente igual a otra, aún se diferenciará en su dirección).

Una entidad está descrita y se representa por sus características o atributos. Por ejemplo, la entidad Persona puede llevar consigo las características: Nombre, Apellido, Género, Estatura, Peso, Fecha de nacimiento, etc.

Atributos

Los atributos son las características que definen o identifican a una entidad. Estas pueden ser muchas, y el diseñador solo utiliza o implementa las que considere más relevantes. Los atributos son las propiedades que describen a cada entidad en un conjunto de entidades.

En un conjunto de entidades, cada entidad tiene valores específicos asignados para cada uno de sus atributos, de esta forma, es posible su identificación unívoca.

Ejemplos:

A la colección de entidades «alumnos», con el siguiente conjunto de atributos en común, (id, nombre, edad, semestre), pertenecen las entidades:

(1, Sofía, 38 años, 2)

(2, Josefa, 19 años, 5)

(3, Carlos, 20 años, 2)

Transformación ER- jerárquico para el diseño de bases de datos jerárquicas

Cuando la relación tiene atributos descriptivos, la transformación de un diagrama E-R a estructura de árbol se lleva a cabo cubriendo los siguientes pasos:

Crear un nuevo tipo de registro.

Crear los enlaces correspondientes.

    Consideremos que a la relación Alumno-Materia añadimos el atributo Cal a la relación que existe entre ambas, entonces nuestro modelo E-R resulta:

Añadir el diagrama E-R

    Según las cardinalidades los diagramas de estructura de árbol pueden quedar de la siguiente manera:

Cuando la relación es uno a uno.

Cuando la relación es uno a muchos.

Cuando la relación es Muchos a uno.

Restricciones de integridad en el modelo jerárquico

Estos problemas derivan del hecho de que el sistema gestor de base de datos no implementa ningún control sobre los propios datos, sino que queda en manos de las aplicaciones garantizar que se cumplen las condiciones invariantes que se requieran (por ejemplo, evitar la duplicidad de registros). Dado que todas las aplicaciones están sujetas a errores y fallos, esto es imposible en la práctica. Además dichas condiciones suelen romperse ex profeso por motivos operativos (generalmente, ajustes debidos a cambios en el negocio) sin evaluarse sus consecuencias.

• Duplicidad de registros

No se garantiza la inexistencia de registros duplicados. Esto también es cierto para los campos "clave". Es decir, no se garantiza que dos registros cualesquiera tengan diferentes valores en un subconjunto concreto de campos.

• Integridad referencial

No existe garantía de que un registro hijo esté relacionado con un registro padre válido. Por ejemplo, es posible borrar un nodo padre sin eliminar antes los nodos hijo, de manera que éstos últimos están relacionados con un registro inválido o inexistente..

• Desnormalización

Este no es tanto un problema del modelo jerárquico como del uso que se hace de él. Sin embargo, a diferencia del modelo relacional, las bases de datos jerárquicas no tienen controles que impidan la desnormalización de una base de datos. Por ejemplo, no existe el concepto de campos clave o campos únicos.

La desnormalización permite ingresar redundancia de una forma controlada, seguir a una serie de pasos conlleva a:

• Combinar las relaciones
• Duplicar los atributos no claves
• Introducción de grupos repetitivos
• Crear tablas de extracción

Cuando se debe desnormalizar:

Se debe desnormalizar para optimizar el esquema relacional

Para hacer referencia a la combinación de 2 relaciones que forman una sola relación

Ejemplo:

Proveedor (Nro_proveedor, calle, ciudad, cod_postal, descripción) La relación Proveedor esta desnormalizada, ya que para normalizarla deberíamos crear una tabla con ciudad y código postal

Vínculos virtuales padre- hijo de base de datos jerárquico

En el modelo jerárquico sólo se pueden modelar relaciones 1:N, aunque esto se podía arreglar mediante el uso de los llamados "vínculos virtuales" que posibilitan las relaciones N:M. Para conocer mejor este modelo conviene revisar el sistema IMS y su lenguaje DL/1.

Al igual que con el modelo de red, el principal problema de los sistemas de bases de datos jerárquicos es el de la poca independencia de los programas respecto a cómo están almacenados los datos, lo que dificulta además la programación de software de acceso a estos sistemas.

La implementación del modelo Jerárquico en los productos se lleva a cabo en base a punteros; estructura física que varía según los productos, e incluso un mismo producto proporciona distintas organizaciones físicas a fin de que el usuario pueda conseguir una mayor eficiencia en el diseño físico de la base de datos.

El producto comercial de tipo Jerárquico más extendido y el único que ha llegado hasta nuestros días es el IMS de IBM con su lenguaje de datos DL/I2. Otro sistema Jerárquico, el System 2000 también tuvo una alta aceptación comercial y fue adquirido posteriormente por el Instituto SAS.

Estructura de una base de datos jerárquico

Una base de datos jerárquica es un tipo de sistema de gestión de bases de datos que, como su nombre indica, almacenan la información en una estructura jerárquica que enlaza los registros en forma de estructura de árbol (similar a un árbol visto al revés), en donde un nodo padre de información puede tener varios nodos hijo.

Esta relación jerárquica no es estrictamente obligatoria, de manera que pueden establecerse relaciones entre nodos hermanos. En este caso la estructura en forma de árbol se convierte en una estructura en forma de grafo dirigido. Esta variante se denomina Bases de datos de red.

Los datos se almacenan en la forma de registros, el equivalente a las filas del modelo relacional. Cada registro consta de un conjunto de campos, el equivalente a las columnas del modelo relacional. Un conjunto de registros con los mismos campos se denomina fichero (record type, en inglés), el equivalente a las tablas del modelo relacional.

El modelo jerárquico facilita relaciones padre-hijo, es decir, relaciones 1:N (de uno a varios) del modelo relacional. Pero a diferencia de éste último, las relaciones son unidireccionales. En justicia, dichas relaciones son hijo-padre, pero no padre-hijo.

  Un diagrama de estructura de árbol es similar a un diagrama de estructura de datos en el modelo de red. La principal diferencia es que en el modelo de red los registros se organizan en forma de un grafo arbitrario, mientras que en modelo de estructura de árbol los registros se organizan en forma de un árbol con raíz.

Características de las estructuras de árbol:

El árbol no puede contener ciclos.

Las relaciones que existen en la estructura deben ser de tal forma que solo existan relaciones muchos a uno o uno a uno entre un padre y un hijo.

Diagrama de estructura de árbol

    En este diagrama podemos observar que las flechas están apuntando de padres a hijos. Un padre (origen de una rama) puede tener una flecha apuntando a un hijo, pero un hijo siempre puede tener una flecha apuntando a su padre.

Diagrama de esquema de red para una base de datos

Un diagrama de estructura de datos es un esquema que representa el diseño de una base de datos de red. Este modelo se basa en representaciones entre registros por medio de ligas, existen relaciones en las que participan solo dos entidades(binarias ) y relaciones en las que participan más de dos entidades (generales) ya sea con o sin atributo descriptivo en la relación.

La forma de diagramado consta de dos componentes básicos:

     Celdas: representan a los campos del registro.

     Líneas: representan a los enlaces entre los registros. 

    Un diagrama de estructura de datos de red, especifica la estructura lógica global de la base de datos; su representación gráfica se basa en el acomodo de los campos de un  registro en un conjunto de celdas que se ligan con otro(s) registro(s), ejemplificaremos esto de la siguiente manera:

Programacion en base de datos de red

Una estructura de base de datos de red, llamada algunas veces estructura de plex, abarca más que la estructura de árbol, porque un nodo hijo en la estructura red puede tener más de un nodo padre. En otras palabras, la restricción de que en un árbol jerárquico cada hijo puede tener sólo un padre, se hace menos severa.

Así, la estructura de árbol se puede considerar como un caso especial de la estructura de red.

Ejemplo

Para ilustrar la estructura de los registros en una base de datos de red, mostraremos la base de datos alumno – materia, con los siguientes registros (en el Lenguaje de programación Pascal):

type materia = record

     clave: string[7]

     nombreM: string[25]

     cred: string[2];

     end;

type alumno = record

     nombre: string[30];

     control: string[8];

     materia: Materia; {Enlace a materia}

     end

El modelo de base de datos de red

Un modelo de base de datos o esquema de base de datos es la estructura o el formato de una base de datos, descrita en un lenguaje formal soportada por el sistema de gestión de bases de datos. En otras palabras, un "modelo de base de datos" es la aplicación de un modelo de datos usado en conjunción con un sistema de gestión de bases de datos.

Los esquemas generalmente son almacenados en un diccionario de datos. Aunque un esquema se defina en un lenguaje de base de datos de texto, el término a menudo es usado para referirse a una representación gráfica de la estructura de la base de datos.

Un modelo de base de datos es una teoría o especificación que describe como una base de datos es estructurada y usada. Varios modelos han sido sugeridos.

Modelos comunes:

•  Modelo jerárquico
• Modelo de red
• Modelo relacional
• Modelo entidad-relación
• Modelo objeto-relacional

Modelo de red

El modelo de red (definido por la especificación CODASYL) organiza datos que usan dos fundamental construcciones, registros llamados y conjuntos. Los registros contienen campos (que puede ser organizado jerárquicamente, como en el lenguaje COBOL de lenguaje de programación). Los conjuntos (para no ser confundido con conjuntos matemáticos) definen de uno a varias relaciones entre registros: un propietario, muchos miembros.