1 tema 1: introducción bases de datos máster en tecnologías de información geográfica
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1
Tema 1: Introducción
Bases de datos
Máster en Tecnologías de Información Geográfica
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Introducción1. Información y datos2. Ficheros vs. Bases de datos3. Sistemas gestores de bases de datos4. Bases de datos con información geográfica5. Visión de los datos6. Modelo relacional de bases de datos7. Diseño de bases de datos8. Lenguajes de consulta: QBE, SQL9. Arquitectura de un SGBD10. Rendimiento11. Aplicaciones
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1. Información y datosLa información se registra mediante datos.
Los datos se pueden mecanizar.
Los datos se interpretan para obtener una información.
La interpretación depende del hombre, no se “puede” mecanizar.
Es necesario un almacenamiento persistente.
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DatosTipo de información representada con datos: Atómica:
Números (enteros, coma flotante) Cadenas de caracteres
Estructurada: Números complejos (partes real e
imaginaria) Registros
Ej: coche(matrícula,modelo,color)
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DatosInformación geográfica y espacial:
Datos por líneas (raster):
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6
DatosInformación geográfica y espacial:
Datos vectoriales
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Fichero: almacenamiento persistente de datos usado para representar información.
Ejemplos: Ficheros de texto, documentos XML
Base de datos: colección de datos relacionados usada para representar información.
También es persistente. Ejemplos MS Access, MS SQL Server, MySQL,
PostgreSQL, Oracle
2. Ficheros vs. Bases de datos
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Ficheros secuenciales
Application
Cola aplicaciones para acceso a los datos
Application
Appl ication
ArchivoApplication
Acceso serializado
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
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Problemas de las organizaciones de ficheros
Redundancia e inconsistencia de datosCostes de mantenimiento de los programas:
Dificultad en el acceso. Cada consulta de datos implica generalmente escribir un nuevo programa
Aislamiento de datos. Formatos diferentes y en medios diferentes
Integridad. Para implementar restricciones de integridad es necesario modificar todos los programas que accedan a los datos
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Problemas de las organizaciones de ficheros
Atomicidad. Cuando hay un fallo informático
(corte de corriente, error de disco, ...) se puede producir una inconsistencia en una transferencia bancaria. La transferencia debe ser una operación atómica (ocurre totalmente o no ocurre).
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Problemas de las organizaciones de ficheros Acceso
concurrente.
Application
Application
Trabajo con una copia de
los datosTrabajo con una
copia de los datos
Yo también!
Archivo
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
Archivo
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
Archivo
199712150007 Widget 100 4 400
199712150007 Thingamabob 275 1 275
199712150008 Widget 100 3 300
Application
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Problemas de las organizaciones de ficheros
Las bases de datos solucionan los problemas de los ficheros.
Sin embargo, no sustituyen a los ficheros en todas las aplicaciones.
Por ejemplo: ficheros temporales, datos no relacionados.
Además, las bases de datos se implementan con ficheros.
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Problemas de las organizaciones de ficheros
Los ficheros se prefieren a los SGBD cuando: BD y aplicaciones simples, bien
definidas y sin visos de cambio. Requisitos de tiempo real que no
pueden cubrir los SGBD. No se requiere acceso concurrente.
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3. Sistemas gestores de bases de datos (SGBDs)
Usuario 1 Aplicación 1Usuario n Aplicación m
SGBD
BD 1 BD k
... ...
...
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Tipos de SGBDs Relacionales.Orientados a objetos.Geográficos.Temporales.XML.
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Los SGBDs proporcionan:
Concurrencia
Integridad
Seguridad
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Concurrencia a nivel de fila
LastName
FirstName Address Phone
Adams Bobby 1426 Main 555-1423Adams Sandy 214 Cisco Lane 555-4297Brown Terry 45 River Walk 555-8495Caldwell Simone 122 42ND ST 555-5367Fridrich John 956 Billings 555-4311Gaines Lois 6094 Beaker 555-0945Jones Larry 567 Yale Ave. 555-6932Jones Larry 240 Boston Blvd. 555-5390Jones LaVerne South Star Route 555-2345
Mitchell Jean 504 1ST Ave. 555-1777Mitchell Ted 504 1ST Ave. 555-1778Smith Diana 2253 Dahlia 555-6098Smith Grace 983 Fairfax 555-8764Wise Sara 9023 Colorado Blvd. 555-3242
Application
¡Estoy leyendo la 3ª
fila!
Application
Application
¡Estoy cambiando la 6ª fila!
¡Estoy leyendo la 8ª fila y luego la modificaré!
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Transacción (unidad de trabajo)
UPDATE B
El programa transfiere 1000€ desde la cuenta A a la B
A 2000 1000 1000 1000
B 3000 3000 4000 4000
A 2000 1000 1000 2000
B 3000 3000 4000 3000
UPDATE A
UPDATE A
UPDATE A UPDATE B
X
X
X
X
X
X
COMMIT
ROLLBACK
Logical Unit of Work
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Seguridad Un SGBD es un sistema software capaz de manejar grandes colecciones de datos:
Relacionados, Compartidos y Persistentes.
Aseguran su fiabilidad y privacidad. Usuarios. Roles. Restricciones de acceso.
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Integridad Restricciones de integridad: Dominio. Clave primaria. Clave externa. Dependencias funcionales.
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VentajasComo consecuencia de estas características se obtienen las siguientes ventajas:
Normalización. Tiempo de desarrollo de aplicaciones reducido. Flexibilidad.
Facilidad para añadir o eliminar datos necesarios. Disponibilidad inmediata de las actualizaciones
de datos para todos los usuarios.
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SGBDs
SQL/DS de IBM, 1981 ORACLE de RSI, 1981 DB2 de IBM, 1983 Informix Sybase MS SQL Server MS Access MySQL PostgreSQL
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SGBDs con extensiones espaciales
MS SQL Server 2008. Free/Commercial Oracle Spatial. Commercial PostgreSQL (PosGIS). Open-source MySQL Spatial Extensions. Open-source IBM DB2 Spatial Extender. Commercial IBM DB2 Geodetic Extender. Commercial Informix Spatial DataBlade. Commercial Informix Geodetic DataBlade. Commercial Spatial Query Server for Sybase. Commercial
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4. Bases de datos con información geográfica
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Tipos de datos SGBDRsTextoMemoNuméricoFecha/HoraMonedaAutonuméricoSí/NoObjeto OLEHipervínculo
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Tipos de datos SGBDRs espaciales
MS SQL Server geography geometry
Spatial Query Server (for Sybase) Circle Ellipse Point - a point in 2D space. (x,y) plane. Voxel - a point in 3D space. (x,y,z) volume. Polygon Polygon(n) Polygon set Gpolygon Gpolygon(n) Gpolygon_set Line Line(n) Line_set Rectangle Rectangle_set Llbox Llbox_set
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5. Visión de los datosObjetivo de un SGBD:
Proporcionar una visión abstracta de los datos Se ocultan los detalles de cómo se almacenan y
mantienen los datos.
Niveles: Físico
Cómo se almacenan los datos. Lógico
Qué datos y qué relaciones se almacenan. Vistas
Subconjunto del nivel lógico.
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VistasCREATE VIEW BLUEDEP AS
SELECT *
FROM EMPL
WHERE DEP LIKE 'BLU%;
SELECT JOB, SAL
FROM BLUEDEP
WHERE JOB <> 'M'
JOB SAL S 31000 S 30000 C 27000 S 29000
JOB SAL DEP S 31000 BLU M 32000 RED S 30000 BLU C 27000 GRE S 33000 GRE M 31000 BLU S 32000 RED C 28000 GRE S 30000 RED M 33000 GRE S 31000 RED S 35000 GRE C 27000 BLU S 29000 RED S 29000 BLU
S 31000 BLU S 30000 BLU M 31000 BLU C 27000 BLU S 29000 BLU
Columns and rowsdefined by BLUEDEP
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6. Modelo relacionalLos modelos de datos se usan para poder definir una interpretación de los datos conforme a su estructura, relaciones y operaciones que se les pueden aplicar. Def: Colección de conceptos que se usan para describir la estructura de una BD. La estructura son los tipos de datos, las relaciones y las restricciones. Llevan asociados operaciones básicas.
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Modelo relacionalSe usa una colección de tablas para
representar los datos y sus relaciones.
PROPIET1.TABLA_A
COL1 COL2 COL3ABC 7 1987-11-14DEF 4 1963-01-01GHI 6 1946-07-12JKL 7 1951-12-30MNO 0 1992-08-12
PROPIET2.TABLA_B
Una "BBDD relacional"
es una "BBDD de Tablas"
"RELACION" = TABLA
COL1 COL2 COL3ABC 7 1987-11-14DEF 4 1963-01-01GHI 6 1946-07-12JKL 7 1951-12-30MNO 0 1992-08-12
RDBMS = Sistema de Gestión de Bases de Datos Relacionales
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7. Diseño de bases de datos
Proceso de creación de un esquema de la base de datos.Fases: Conceptual. Lógico. Físico.
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Conceptual: Modelo entidad-relación
Dept LocationsM
Skills
Employees Projects
1
M
M
M
M
M
1 1
1
1
1
1
1
1
1
A LOCATION HAS MANY
DEPTS
MANY EMPLOYEES WORK ON
MANY PROJECTS
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Lógico: Relaciones (modelo relacional)
Depts(Id,Name)Employees(Id,Name,Address)Skills(Id,Skill)
Belongs(IdEmployee,IdDept)Has(IdEmployee,IdSkills)
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Físico: Tablas, vistas e índices
TABLEEMPL
INDEXNDX1
INDEXNDX2
INDEXNDX3
VIEWBLUEDEP
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8. Lenguajes de consulta
QBE (Query By Example) Gráfico.
SQL (Structured Query Language) Textual.
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Lenguaje gráfico QBE
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38
Lenguaje SQL Es el lenguaje de facto
para el acceso a los datos en las bases de datos relacionales.
Se divide en tres partes: Lenguaje de definición de
datos (DDL) Lenguaje de manipulación de
datos (DML) Lenguaje de control de datos
(DCL)
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SQL CREATE DATABASE MTIGDB;
USE MTIGDB;
CREATE TABLE Districts (DistrictName nvarchar(20), DistrictGeo geometry);
INSERT INTO Districts (DistrictName, DistrictGeo)VALUES ('Downtown', geometry::STGeomFromText ('POLYGON ((0 0, 150 0, 150 150, 0 150, 0 0))', 0));
SELECT StreetName, DistrictNameFROM Districts d, Streets sWHERE s.StreetGeo.STIntersects(DistrictGeo) = 1ORDER BY StreetName;
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40
9. Arquitectura de un SGBD
Componentes del sistema
• Concurrencia. • Gestor de almacenamiento• Procesamiento de consultas• Estructuras de datos
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41
Usuarios normales (administrativos,
cajeros automáticos, ...)
Programadores de
aplicaciones
Usuarios
avanzados
Administrador de
base de datos
Interfaces de aplicaciones
Programas de aplicación
Consulta Esquema de base de datos
Usu
ario
s
Precompilador del DML incorporado
Compilador del DML
Intérprete del DDL
Código objeto de los programas de
aplicación
Pro
cesa
dor
de c
onsu
ltas
Gestor de
transacciones
Gestor de memoria
intermedia
Gestor de
ficheros Ges
tor
de a
lmac
enam
ient
o
Sis
tem
a de
ges
tión
de
base
s de
dat
os
Índices Datos estadísticos
Ficheros de datos
Diccionario de datos
Motor de evaluación de
consultas
Alm
acen
amie
nto
en d
isco
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Procesamiento de consultas
¿QUÉ?
Módulocarga
CaminoAcceso
Programa
¿CÓMO?
Optimizador
EstadísticasCatálogo
EJECUCIÓN
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43
10. RendimientoÍndices sobre datos atómicos. Índices secuenciales Índices B Índices B+
Índices sobre datos geográficos. Árboles k-d Árboles cuadráticos (quad-trees) Árboles R
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44
Índices secuenciales
A
B
C
D
E
B
D
A
C
D
B
E
D
C
B
Clave secundaria
Clave primaria
Cajones
Índice secundario 1
2
2
3
4
4
4
5
6
6
A
B
C
D
E
Valores
Clave primaria
Índice primario A
A
B
B
B
B
C
D
D
E
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45
Índices B+Clustered Index
8 13 25 33 45 61 67 75 88
25 61 88
data rowdata rowdata rowdata row
data rowdata rowdata rowdata row
data rowdata rowdata rowdata row
data rowdata rowdata rowdata row
Non-clustered Index
8 13 25 33 45 61 67 75 88
25 61 88
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46
Árboles k-d
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47
Árboles cuadráticos
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48
Árboles R
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49
11. AplicacionesProgramas de aplicación (Java, C#, C++, …)FormulariosAPI de acceso a la BDDominios de aplicación
Sistemas de información geográfica Inventario (stocks) Facturación Medicina (BOT) Construcción …
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50
Application
Application
Application
Application
Application
Application
Programas Aplicación
Gestor de Aplicaciones
Tablas
Logging
ContinuousOperation
Security
Optimizer
Integrity &Recovery
Lock
Manager
SGBD
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51
Ciclo de vida de las aplicaciones
NECESIDADES
ANALISISDATOS
DISEÑOBBDD
RELACIONALES
AJUSTEMODELO DATOS
ANALISISPROCESOS
DISEÑOPROCESOS
AJUSTEMODELO PROCESOS
CAPACITY PLANNINGPERFORMANCE ESTIMATES
CREACIÓN
PASO APRODUCCION
PRUEBA