Fases del Diseño de Bases de Datos (BD)

La fase de diseño de una base de datos debería englobar tres etapas principales:

• Diseño Conceptual: Crearemos una estructura de la información independiente de la tecnología a emplear. Su resultado es el llamado esquema conceptual. Este esquema constituye una descripción de alto nivel de la estructura de la base de datos, independiente del SGBD final.
• Diseño Lógico: Partiremos del resultado del diseño conceptual, transformándolo y adaptándolo al modelo de SGBD que utilizaremos (relacional, orientado a objetos, etc.).
• Diseño Físico: Se transforma la estructura obtenida en el diseño lógico acorde al SGBD final y al hardware donde se implementará la base de datos con el objetivo de conseguir una mayor eficiencia. Cada SGBD ha desarrollado un lenguaje propio para implementar el diseño físico de la base de datos con el fin de obtener el máximo rendimiento del hardware y del sistema operativo.

Funcionalidades Clave de un Sistema de Gestión de Bases de Datos (SGBD)

1. Control de la Redundancia

   El SGBD ayuda a evitar que los datos se dupliquen innecesariamente, controlando la redundancia de los datos que era común porque diferentes programas creaban y modificaban archivos a lo largo del tiempo¹.

2. Independencia de los Datos (Física y Lógica)

   Se logra separar los datos contenidos en los archivos de los programas que los manipulan. Esto resuelve la dependencia de los datos física-lógica que obligaba a modificar y probar todos los programas si cambiaba la estructura física de los datos.

3. Centralización y Acceso Integrado

   El SGBD permite que todos los datos estén en un único repositorio. Esto soluciona la separación y aislamiento de los datos que ocurría al estar repartidos en varios archivos con distintos formatos, haciendo difícil su manipulación.

4. Gestión de la Concurrencia

   Los SGBD están diseñados para evitar la dificultad para el acceso concurrente, permitiendo a múltiples usuarios realizar sus tareas habituales con los datos mediante un conjunto coordinado de programas.

5. Garantía de Seguridad

   Los SGBD resuelven los problemas en la seguridad de los datos que se presentaban al ser difícil implantar restricciones a medida que las aplicaciones se añadían al sistema. El SGBD garantiza la seguridad⁶, y maneja diferentes perfiles de usuario y permisos específicos.

6. Garantía de Integridad y Consistencia

   El éxito del SGBD reside en mantener la seguridad e integridad de los datos. Esto elimina los problemas de integridad de datos que requerían añadir un gran número de líneas de código en los programas para asegurar que los valores almacenados cumplieran con restricciones de consistencia³.

7. Funciones y Herramientas de Administración

   El SGBD proporciona herramientas específicas que no se encuentran en los sistemas de archivos⁴⁸. Estas herramientas permiten crear y administrar la estructura de los datos, manipularlos (añadir, borrar, modificar o consultar), gestionar la comunicación, e incluso crear copias de seguridad y permitir su recuperación.

Transacciones y Propiedades ACID

Una transacción en bases de datos es una unidad lógica de trabajo que agrupa una o varias operaciones (INSERT, UPDATE, DELETE, etc.) que deben ejecutarse como un todo: o se completan todas correctamente, o no se realiza ninguna.

Para asegurar que las transacciones sean confiables, los sistemas de bases de datos implementan las propiedades ACID, un conjunto de garantías que preservan la integridad y consistencia de los datos.

A — Atomicity (Atomicidad)

La transacción es indivisible:

• O se ejecutan todas las operaciones,
• O se deshacen todas (rollback).

No pueden quedar cambios parciales.

C — Consistency (Consistencia)

Tras finalizar la transacción, la base de datos debe quedar en un estado válido, respetando:

• Reglas de negocio,
• Restricciones de integridad,
• Tipos de datos, claves foráneas, etc.

Una transacción no debe violar estas reglas.

I — Isolation (Aislamiento)

Cada transacción debe ejecutarse como si fuera la única en el sistema. El nivel de aislamiento evita problemas como:

• Lecturas sucias (dirty reads),
• Lecturas no repetibles (non-repeatable reads),
• Lecturas fantasmas (phantom reads).

Los SGBD ajustan esto mediante niveles de aislamiento.

D — Durability (Durabilidad)

Una vez una transacción es confirmada (COMMIT), sus cambios perduran incluso ante fallos:

• Caídas del sistema,
• Cortes de energía,
• Reinicios.

Se logra mediante técnicas como logs de recuperación, journaling, write-ahead logging, etc.

Componentes Fundamentales de un SGBD

1. Lenguajes de la Base de Datos

   Cualquier SGBD ofrece la posibilidad de utilizar lenguajes específicos³. Estos lenguajes permiten a los usuarios especificar:

   • Los datos que componen la Base de Datos (BD).
   • La estructura y las relaciones de la BD.
   • Las reglas de integridad y el control de acceso.
   • Las características físicas y las vistas externas que tienen los usuarios.

   Estos lenguajes se clasifican en:

   • Lenguaje de Definición de Datos (DDL).
   • Lenguaje de Manipulación de Datos (DML).
   • Lenguaje de Control de Datos (DCL).

2. Diccionario de Datos

   El Diccionario de Datos es el lugar donde se deposita la información referente a la totalidad de los datos que forman la base de datos. Contiene:

   • Las características lógicas de las estructuras que almacenan los datos.
   • El nombre, la descripción, el contenido y la organización de los datos.

3. Gestor de la Base de Datos (Gestor SGBD)

   El gestor es la parte software del SGBD⁴. Su función principal es garantizar que el acceso y el almacenamiento de los datos sean correctos, seguros, íntegros y eficientes.

   El gestor actúa como un intermediario entre el usuario y los datos, ya que proporciona una interfaz entre los datos almacenados y los programas de aplicación que se encargan de manipularlos.

4. Usuarios

   En un SGBD, existen diferentes perfiles de usuario, y cada uno de ellos posee permisos concretos⁵. Generalmente, se realiza una distinción entre:

   • El administrador de la base de datos (DBA)⁵.
   • El resto de usuarios, que incluyen programadores, analistas y usuarios finales, entre otros⁵.

5. Herramientas de la Base de Datos

   Las herramientas son aplicaciones que facilitan la administración y gestión del SGBD⁶. Estas herramientas permiten a los administradores:

   • Llevar a cabo la gestión de la base de datos.
   • Administrar los usuarios y sus permisos.
   • Incluyen elementos como generadores de formularios e informes, etc.