Chapter 1 Dbs

8/16/2019 Chapter 1 Dbs

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Capıtulo 1: Conceptos Basicos de Bases de Datos

Dr. Jose Torres JimenezLaboratorio de Tecnologıas de Informaci´ on

Centro de Investigaci´on y de Estudios Avanzados del IPN

Cinvestav-Tamaulipas

Dr. Jose Torres Jimenez (Cinvestav-LTI) Capıtulo 1 Bases de Datos 1 / 57

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Denici on de base de datos

Outline1 Denicion de base de datos2 Sistemas Manejadores de Bases de Datos

Busqueda SecuencialBusqueda binariaBusqueda indizada

3 Tipos de datos en una base de datos

4 Enfoques para bases de datosEnfoque JerarquicoEnfoque de Redes

5 Introduccion a los Sublenguajes de Datos (DSL)SQLDML del SQL

6 Componentes de un Sistema de Base de Datos7 Ventajas de Utilizar una Base de Datos8 Conceptos Adicionales

9 Una Arquitectura para un SMBDDr. Jose Torres Jimenez (Cinvestav-LTI) Capıtulo 1 Bases de Datos 2 / 57

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Base de datosUna base de datos es una coleccion de archivos relacionados con lanalidad de permitir el manejo de la informacion de alguna companıa.

Cada uno de dichos archivos pueden ser vistos como una coleccion deregistros y cada registro esta compuesto de una coleccion de campos.Cadauno de los campos de cada registro permite llevar informacion n de algunacaracterıstica o atributo de alguna entidad del mundo real.


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Base de DatosSi hablamos de una UNIVERSIDAD, las entidades de interes podrıanser: ALUMNOS, PROFESORES, SALONES, etc. Respecto a laentidad ALUMNO, los atributos o caracterısticas importantes podrıanser: NOMBRE,DIRECCION,TELEFONO,CARRERA, MATRICULA,etc.Si hablamos de una INDUSTRIA, las entidades de interes podrıan ser:

DEPARTAMENTOS,EMPLEADOS,PRODUCTOS, etc. Respecto a laentidad DEPARTAMENTO, los atributos a caracterısticasimportantes podrıan ser: NOMBRE DEL DEPARTAMENTO,NOMBRE DEL DIRECTOR DEL DEPARTAMENTO, FUNCIONDEL DEPARTAMENTO, etc.

Un archivo de una base de datos tambien puede ser pensado como unatabla en la que tenemos renglones y columnas, cada rengloncorrespondiendo a un registro del archivo y cada columna correspondiendoa un campo.


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Sistemas Manejadores de Bases de Datos



3 Tipos de datos en una base de datos

4 Enfoques para bases de datosEnfoque JerarquicoEnfoque de Redes

5 Introduccion a los Sublenguajes de Datos (DSL)SQL

DML del SQL6 Componentes de un Sistema de Base de Datos7 Ventajas de Utilizar una Base de Datos8 Conceptos Adicionales

9 Una Arquitectura para un SMBDDr. Jose Torres Jimenez (Cinvestav-LTI) Capıtulo 1 Bases de Datos 5 / 57

Si j d d d

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SMBDLos sistemas manejadores de bases de datos han sido usados ampliamentepara:ORGANIZAR Y MANIPULAR GRANDES VOLUMENES DE DATOS DELAS EMPRESAS.

Estos Sistemas Manejadores de Bases de Datos solo podrıan ser corridosen instalaciones computacionales grandes (MAINFRAMES).Afortunadamente esta situaci on empezo a cambiar debido al bajo costo delas mini/microcomputadoras y a la aparicion de Sistemas Manejadores deBases de Datos para las microcomputadoras.

Un sistema manejador de base de datos no es mas que UN SISTEMACOMPUTARIZADO PARA LLEVAR REGISTROS.


Si t M j d d B d D t

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SMBD

Algunas de las facilidades que proporciona el sistema a los usuarios son:Agregar Nuevos Archivos a la Base de Datos.Agregar Nuevos Registros a los Archivosexistentes.Recuperacion de Datos.Actualizacion de Datos.Borrar registros.Borrar Archivos.Proporcionar los mecanismos para el control del acceso concurrente alos datos.



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Una base de datos es una coleccion de informacion util organizada en unamanera especıca. Por ejemplo para llevar el control de los telefonos de

personas podrıa ser util una base de datos que constarıa de los datos de latabla agenda.



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Nombre TelefonoVargas Ruben 18-20-67Dıaz Ra ul 13-67-90Ruiz Pedro 12-89-90Martınez Ra ul 12-54-46

Cuadro 1: Tabla para llevar una agenda telef onica


Sistemas Manejadores de Bases de Datos Busqueda Secuencial

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Busqueda SecuencialEl problema de la tabla agenda es que, dado que los datos no estanordenados, buscar un telefono en partıcular puede ser lento. Asumiendoque tenemos N renglones en la tabla, localizar un elemento en particular

tendrıa los siguientes casos:Mejor Caso: Solo se busca en 1 renglon.Peor Caso: Se busca en los N renglones.Caso Promedio: Se busca en N +1

2 renglones.



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Los casos Mejor y Peor son faciles de derivar para calcular el casopromedio se ha hecho uso de la formula: CasoPromedio = Σ TodosCasos

N umeroCasos . Y

tenemos que: Σ TodosCasos =N

i =1i . Para obtener simb olicamente el valor

de esta sumatoria sumemos dos veces de la siguiente manera:

1 2 3 ... N − 1 N N N − 1 N − 2 ... 2 1

(N + 1) ( N + 1) ( N + 1) ... (N + 1) ( N + 1)

de donde

N (N + 1) = 2

N

i =1 i



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j q

Concluyendo entonces que:N

i =1i =

N (N +1)2 . El valor de NumeroCasos es N

por lo que concluimos que: CasoPromedio =N (N +1)

2N = (N +1)

2 . Este tipo de

busqueda se le conoce como busqueda secuencial y es la unica alternativade busqueda cuando los datos no estan ordenados y no se cuenta conestructuras auxiliares.


Sistemas Manejadores de Bases de Datos Busqueda binaria

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j q

Busqueda binariaSi los datos anteriores son ordenados (lo cual podrıa hacerse con unalgoritmo similar al QuickSort que tiene un orden de N logN ) esto se

ilustra en la tabla 2. Podemos utilizar una busqueda binaria. La ventaja dela busqueda binaria es que en cada operacion el tamano del problema sereduce a la mitad.



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j q

Nombre TelefonoDıaz Ra ul 13-67-90Martınez Ra ul 12-54-46Ruiz Pedro 12-89-90Vargas Ruben 18-20-67

Cuadro 2: Tabla para llevar una agenda telef onica



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Originalmente el tamano del problema de busqueda de un elemento enparticular es N , con el primer intento el tamano del problema se reduce a:N

2 con el segundo intento se reduce a:N

22 = N

22 , y con el iesimo intento se

reduce a: N

2i , de esta manera en el peor de los casos se tendrıan querealizar tantos intentos como el valor de i en la expresion N

2i , despejandode esta formula tenemos que: i = ⌈log2(N )⌉ .



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Como conclusion tenemos entonces:

Mejor Caso= 1

Peor Caso= ⌈log2(N )⌉ .Caso Promedio= 1+ ⌈log2(N )⌉

2


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Sistemas Manejadores de Bases de Datos Busqueda indizada



Los casos para este tipo de busqueda son:Mejor Caso= 1Peor Caso= ⌈logm (N )⌉ .

Caso Promedio= 1+ ⌈logm (N )⌉

2Donde m indica el numero de vıas que tiene el arbol. La gran ventaja deun indice es que el algorimo de mantenimiento es mucho mas eciente queel algoritmo para mantener un archivo ordenado, y por otro lado es muchomas rapido dado que m es mayor que 2.


Tipos de datos en una base de datos

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3 Tipos de datos en una base de datos4 Enfoques para bases de datos

Enfoque JerarquicoEnfoque de Redes


DML del SQL6 Componentes de un Sistema de Base de Datos7 Ventajas de Utilizar una Base de Datos8 Conceptos Adicionales9 Una Arquitectura para un SMBD



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Tipos de datos en una base de datosLos datos pueden ser divididos en dos grandes categorıas:

ALFANUMERICA

NUMERICALos datos alfanumericos consisten de caracteres alfabeticos (A a la Z, o ala z), caracteres numericos (0 al 9) y de algunos sımbolos especiales como# $% . v.g. el n umero de serie de un televisor: RTA-XA100



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Los datos numericos estan compuestos por los dıgitos del 0 al 9, puntodecimal y signo. v.g. el sueldo de un empleado: 1000000.00Adicionalmente a estos tipos existen otros tipos que son utilizados como:

LOGICOFECHAMEMOGENERAL (Puede contener objetos audio, vıdeo, imagenes,...)


Enfoques para bases de datos

l

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Enfoques para bases de datosExisten 3 enfoques principales para el manejo de BASES DE DATOS:

ENFOQUE RELACIONALENFOQUE JERARQUICOENFOQUE DE REDES



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Enfoque relacionalEl enfoque relacional “ve” a los datos como un conjunto deTABLAS (ARCHIVOS ) constando de un conjunto deRENGLONES (REGISTROS ) y cada RENGLON constando de unconjunto de COLUMNAS (CAMPOS ). La RELACION entre lasTABLAS (ARCHIVOS ) se establece solo por nombres de atributoscomunes.



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EjemploTenemos una empresa en la que se necesita tener la informacion de lasPARTES que utiliza, los PROVEEDORES de la empresa y el detalle deQUE PARTES SUMINISTRA UN PROVEEDOR y LOS PROVEEDORES

DE UNA PARTE (Relacion N a M). Se sabe que un proveedor puedesuministrar 0 o mas partes y que una parte puede ser suministrada por 0o mas proveedores. Nuestra base de datos podrıa ser vista como lo ilustrala gura 1.



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PROVE NOMBRE CALIDAD

S1 JUAN 9

S2 PEDRO 8

S3 RAMÓN 10

S4 ANA 7

PARTE NOMBRE COLOR

P1 TUERCA GRIS

P2 CLAVO GRIS

P3 TUERCA BLANCO

P4 LÁPIZ AMARILLO

PROVE PARTE CANTIDAD

S1 P1 100

S2 P2 300

S2 P3 500

S3 P4 200

S4 P1 100

S4 P2 150

S4 P3 200

S4 P4 300

Figura 1: Modelo Relacional de la Base de Datos de Partes-Proveedores y Pedidos


Enfoques para bases de datos Enfoque Jerarquico

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Enfoque jerarquicoPermite “ver” una base de datos como compuesta de un CONJUNTO DERELACIONES PADRE-HIJO, v.g. la base de datos anterior se verıa como

en la gura 2. En donde se modela claramente las partes que suministra unproveedor, pero no serıa posible representar partes que no seansuministradas (NO PUEDE HABER HIJOS SIN PADRE).



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S1 JUAN 9

PARTE NOMBRE COLOR CANTIDAD

P1 TUERCA GRIS 100


S2 PEDRO 8


S3 RAMÓN 10


S4 ANA 7


P2 CLAVO GRIS 300

P3 TUERCA BLANCO 500


P4 LAPIZ AMARILLO 200


P1 TUERCA GRIS 100

P2 CLAVO GRIS 150

P3 TUERCA BLANCO 200

P4 LAPIZ AMARILLO 300

Figura 2: Modelo Jerarquico de Bases de Datos de Partes, Proveedores y PedidosDr. Jose Torres Jimenez (Cinvestav-LTI) Capıtulo 1 Bases de Datos 28 / 57


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Ademas no es facil saber quien suministra una determinada parte, por loque se podrıa modelar la misma base de datos como se ilustra en la gura

3



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PARTE NOMBRE COLOR

P1 TUERCA GRIS

PROVEE NOMBRE CALIDAD CANTIDAD

S1 JUAN 9 100

S4 ANA 7 100

PARTE NOMBRE COLOR

P2 CLAVO GRIS

PARTE NOMBRE COLOR

P3 TUERCA BLANCO

PARTE NOMBRE COLOR

P4 LAPIZ AMARILLO


S2 PEDRO 8 300

S4 ANA 7 150


S2 PEDRO 8 500

S4 ANA 7 200

PROVEE NOMBRE CALIDAD CANTIDAD

S3 RAMON 10 200

S4 ANA 7 300

Figura 3: Otra forma del Modelo Jerarquico de Bases de Datos de Partes,Proveedores PedidosDr. Jose Torres Jimenez (Cinvestav-LTI) Capıtulo 1 Bases de Datos 30 / 57


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Pero, en este caso, no es posible tener la informacion de proveedores queno suministran algo, y no es facil identicar las partes que suministra unproveedor. En ambos casos el enfoque jerarquico tiene la desventaja deuna gran redundancia de datos.


Enfoques para bases de datos Enfoque de Redes

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Enfoque de redesModela la informacion como conjuntos, donde hay dos tipos de conjuntos:PROPIETARIOS(Equivale a un padre en el enfoque jerarquico) yMIEMBROS (Equivale a un hijo dentro del enfoque jerarquico).En el enfoque de REDES la redundancia se reduce al maximo, no se pierdeinformacion debido a que una parte no se suministre o a que un proveedorno suministre alguna parte.Es el enfoque mas eciente para representar relaciones N a M, sinembargo, tiene la desventaja de ser MUY COMPLEJO. El modelo debases de datos de este enfoque se puede ver en la gura 4



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PROVEE NOMBRE CALIDAD

S1 JUAN 9

CANTIDAD

100


S2 PEDRO 8


S3 RAMON 10


S4 ANA 7

CANTIDAD

300

CANTIDAD

500

CANTIDAD

200

CANTIDAD

100

CANTIDAD

300

CANTIDAD

150

CANTIDAD

200

PARTE NOMBRE COLOR

P1 TUERCA GRIS

PARTE NOMBRE COLOR

P2 CLAVO GRIS

PARTE NOMBRE COLOR

P3 TUERCA BLANCO

PARTE NOMBRE COLOR

P4 LÁPIZ AMARILLO

Figura 4: Modelo de redes de Bases de Datos de Partes, Proveedores y Pedidos



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De los tres enfoques el mas usado y el que tiene bases mas formales es elenfoque relacional, motivo por el cual casi el 100 de los manejadores son

construidos con este enfoque.


Introducci´on a los Sublenguajes de Datos (DSL)

Outline

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Introducci´on a los Sublenguajes de Datos (DSL)

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Muchos sistemas manejadores de base de datos tienen un SUBLENGUAJE

DE DATOS (Data Sub Language) que esta constituido en dos partes:Lenguaje de Denicion de Datos (Data Denition Language DDL)Lenguaje de Manipulacion de Datos (Data Manipulation LanguageDML)

El lenguaje de denicion de datos esta constituido por las instruccionesque permiten crear/mantener:Las estructuras de almacenamiento de los archivos de datos. La estructurade las estrategias de acceso(Heap, Indice, Hash, etc.)El lenguaje de manipulacion esta compuesto por las instrucciones que

permiten realizar ALTAS, BAJAS, CAMBIOS y OBTENCION DEINFORMACION de los archivos de datos.


Introducci´on a los Sublenguajes de Datos (DSL) SQL

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SQLDentro de los sublenguajes de datos mas difundidos y de amplio usotenemos el SQL (Structured Query Language).

DDL del SQLComo ejemplo del DDL del SQL veremos como se crea una tabla.Supongamos que deseamos crear una base de datos simple(Compuesta por

una sola tabla), para llevar el control de calicaciones de los examenes dealumnos de una materia, suponiendo que los atributos importantes son:MATRICULANOMBRE

PARCIAL 1PARCIAL 2PARCIAL 3FINAL



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La forma de crear esta tabla serıa:CREATE TABLE CALIF(MATRICULA INTEGER NOT NULL,NOMBRE CHAR(35),PARCIAL1 SMALLINT,PARCIAL2 SMALLINT,

PARCIAL3 SMALLINT,FINAL SMALLINT);Para soportar el concepto de llave (No duplicados) es necesario crear unındice unico sobre los atributos llave (que fueron especicados con NOTNULL):

CREATE UNIQUE INDEX CALIX ON CALIF (MATRICULA);



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Supongamos que ya se cargaron datos, un ejemplo de contenido es dadoen la tabla 3.

MATRICULA NOMBRE PARCIAL1 PARCIAL2 PARCIAL3 FINAL331243 JUAN MARTINEZ 8 8 6 7335467 PEDRO LOPEZ 10 10 6 9337890 MARIA ALONSO 9 9 6 10558967 FRIDA GUTIERREZ 7 8 7 10578990 DIANA CAMACHO 6 7 8 9654321 LUIS PEREZ 8 5 9 9723445 FRANCIS RIQUELME 8 6 10 8

Cuadro 3: Tabla para control de calicaciones


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Introducci´on a los Sublenguajes de Datos (DSL) DML del SQL



ConsultaSELECT AVG(PARCIAL1)FROM CALIF;

SELECT MATRICULA, NOMBREFROM CALIFWHERE PARCIAL1=PARCIAL2;


Componentes de un Sistema de Base de Datos

Outline

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1 Denicion de base de datos2 Sistemas Manejadores de Bases de Datos








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Componentes de un sistema de base de datosInvolucra los siguientes componentes: Datos +Hardware +Software

+Usuarios

DatosLos datos dentro de una base de datos estan integrados y soncompartidos: INTEGRADOS Puesto que la base de datos es la unicacionde varios archivos con redundancia parcial o totalmente eliminada.COMPARTIDOS Esto implica que los datos pueden ser accesadosconcurrentemente por diferentes usuarios.

HardwareConsiste basicamente de unidades de almacenamiento secundario,principalmente discos duros, discos compactos, cintas magneticas etc.



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SoftwareEntre la base de datos fısica y los usuarios existe una capa de Software

denominada SISTEMA MANEJADOR DE BASE DE DATOS(SMBDo DBMS). Todos los requerimientos de acceso a la base de datos sonmanejados por el SMBD.

Usuarios

Hay 3 tipos de Usuarios:Programador de Aplicaciones: Se encarga de escribir programas parael manejo de la Base de Datos Usando un lenguaje de alto nivel.Usuario Final: Es el que utiliza un lenguaje de comandos (QueryLanguage) y/o Programas de aplicaci on.Administrador de la base de datos (DBA): Es el responsable de denirpolıticas de acceso a la Base de Datos.


Ventajas de Utilizar una Base de Datos

Outline

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Ventajas de utilizar una base de datosCompactez No se necesitan voluminosos archivos de papel.Velocidad. La velocidad de operacion es mayor a la que se tiene conun sistema manual.Menos TedioActualizacion. La informacion se puede mantener mas facilmenteactualizada.



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Ventajas de Tener el Control Centralizado de una Base de DatosSe puede reducir la redundancia. Se evita la inconsistencia. Los datospueden ser compartidos. Se pueden reforzar los estandares. Se tiene el

control del acceso. La integridad puede ser mantenida. Se puedenbalancear requerimientos conictivos.


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Independencia de DatosSe dice que un sistema tiene INDEPENDENCIA DE DATOS:Si los programas de aplicacion no tienen que ser modicados al cambiar: laestructura de almacenamiento y/o la estrategia de acceso.

Dicho de otro modo es:LA INMUNIDAD DE LAS APLICACIONES A LOS CAMBIOS EN LAESTRUCTURA DE ALMACENAMIENTO Y/O LA ESTRATEGIA DEACCESO.


Conceptos Adicionales

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6 Componentes de un Sistema de Base de Datos7 Ventajas de Utilizar una Base de Datos8 Conceptos Adicionales9 Una Arquitectura para un SMBD



Conceptos adicionales

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Campo Almacenado: Es la unidad de datos mas pequena que seencuentra almacenada.

Registro Almacenado: Es una coleccion de campos almacenados queestan relacionados.Archivo Almacenado: Es el conjunto de todas las ocurrencias de unregistro almacenado.Representaci´ on de Datos Numericos: Se pueden almacenar como: UnString de Caracteres, un Decimal Empacado, en Binario.Representaci´ on de Datos Caracter: Se Pueden almacenar en ASCII,EBCDIC, etc.Manejo de Objetos: Se pueden manejar como campos objeto que puedenser Gracas, Sonido, Hojas de Calculo, Textos, etc.Codicaci on de Datos: Resulta util en ocasiones almacenar los datos enforma codicada. v.g. En lugar de almacenar los nombres de los colorespodrıamos codicarlos para ahorrar espacio y facilidad de uso de acuerdo ala tabla 4.



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Color N umeroNegro 0Cafe 1Rojo 2Naranja 3Amarillo 4Verde 5Azul 6Violeta 7Gris 8Blanco 9

Cuadro 4: Tabla de Codicacion de Colores



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Materializacion de DatosExisten campos virtuales, debido a que no tienen equivalencia con uncampo almacenado, y para poder ser accesados deben ser calculados. v.g.

Un campo virtual llamado PROMEDIO que depende de otros datos, deforma que para ser accesado debe ser calculado primero.


Una Arquitectura para un SMBD

Outline ´ d b d d

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6 Componentes de un Sistema de Base de Datos7 Ventajas de Utilizar una Base de Datos8 Conceptos Adicionales9 Una Arquitectura para un SMBD



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Una arquitectura para un SMBD

La arquitectura consta de 3 niveles que son ilustrados en la gura 5, losniveles son:

Nivel Interno: Es el mas cercano al almacenamiento fısico. Se reerea la forma de almacenamiento de los datos.

Nivel Externo: Es el mas cercano al usuario, se reere a la forma enque el usuario nal velos datos.Nivel Conceptual: Es un nivel de indirecci´on entre los otros dos, sereere a la forma en que los disenadores de sistemas ven los datos.

Trata de expresar como son los datos realmente.



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VISTA EXTERNA 1 VISTA EXTERNA 2 VISTA EXTERNA N

VISTA CONCEPTUAL

VISTA INTERNA

Figura 5: Arquitectura de un SMBD de tres niveles



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Vistas

Solo existe una vista interna.Solo existe una vista conceptual.Existen tantas vistas externas seg un se necesiten.Entre una vista externa y la vista conceptual existe un mapeo

EXTERNO / CONCEPTUAL.Entre la vista conceptual y la vista interna existe un mapeoCONCEPTUAL / INTERNO.El nivel interno se reere a la forma en la que son almacenados /

accesados fısicamente los datos.


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Chapter 1 Dbs

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