Fundamentos y Arquitectura de los Sistemas de Gestión de Bases de Datos Relacionales (SGBDR)

Fundamentos del Modelo Relacional

En el modelo relacional, una base de datos se representa como una colección de relaciones. Cada relación se asemeja a una tabla de valores o, en cierta medida, a un "archivo plano" de registros. Los elementos clave son:

• R (Relación): Representa la tabla en sí.
• A (Atributos): Son las columnas de la tabla.
• D (Dominios): Conjuntos de valores permitidos para cada atributo.
• S (Restricciones de integridad intraelementos): Reglas que aseguran la validez de los datos dentro de una misma relación (tabla).

Un esquema de base de datos relacional se define como: E <{ri}, {li}>, donde:

• E: Nombre del esquema relacional.
• {Ri}: Conjunto de esquemas de relación (tablas).
• {Ii}: Conjunto de restricciones de integridad interelementos (entre diferentes relaciones).

En términos de implementación en SQL, tenemos:

• E: Conjunto de esquemas de relación (TABLE).
• D: Conjunto de definiciones de dominios (DOMAIN).
• T: Conjunto de restricciones de integridad entre relaciones y sobre dominios (ASSERTION, TRIGGER, etc.).
• V: Conjunto de vistas (VIEW).

Fases del Diseño de Bases de Datos

El diseño de una base de datos relacional típicamente involucra las siguientes fases:

1. Análisis de requisitos: Se identifican las necesidades de información.
2. Diseño conceptual: Se crea un esquema conceptual a partir de los requisitos (ej., usando el modelo Entidad-Relación).
3. Diseño lógico: Se transforma el esquema conceptual en un modelo relacional.
4. Diseño físico: Se adapta el modelo relacional al SGBD específico y se optimiza el rendimiento.
5. Carga de datos y pruebas: Se puebla la base de datos y se verifica su correcto funcionamiento.
6. Operación: La base de datos entra en producción.

Las herramientas CASE (Computer-Aided System Engineering) facilitan las fases de diseño conceptual, lógico y físico. Estas herramientas ayudan en el diseño, reducen el tiempo de desarrollo y simplifican el mantenimiento. Sin embargo, no suelen generar automáticamente restricciones complejas, no siempre soportan entornos distribuidos ni especifican completamente el modelo físico.

Arquitectura de un SGBDR

Un Sistema de Gestión de Bases de Datos Relacional (SGBDR) se compone de varios módulos clave:

Procesador de Consultas

Responsable de:

• Interpretar y registrar las instrucciones de definición (DDL).
• Traducir las instrucciones de manipulación de datos (DML) al lenguaje del motor de evaluación.
• Determinar el plan de ejecución de las consultas.
• Ejecutar las consultas.

Gestor de Almacenamiento

Proporciona la interfaz entre los datos de bajo nivel y las aplicaciones. Se encarga de:

• Interactuar con el gestor de archivos del sistema operativo.
• Almacenar, recuperar y actualizar los datos de forma eficiente.
• Garantizar el cumplimiento de las restricciones de integridad y seguridad.

Gestor de Transacciones

Asegura la Atomicidad y la Durabilidad de las transacciones, incluso en caso de fallos.

• Gestor de Concurrencia: Controla la interacción entre transacciones concurrentes (Aislamiento) para mantener la consistencia de los datos.
• Gestor de Recuperación: Permite restaurar la base de datos a un estado consistente después de un fallo.

Gestores de Bajo Nivel

• Gestor de Archivos: Administra el espacio en disco y las estructuras de datos utilizadas para almacenar la información.
• Gestor de Memoria Intermedia (Buffer Manager): Gestiona la transferencia de datos entre el disco y la memoria principal (caché).

Tipos de Usuarios de un SGBDR

Los usuarios interactúan con el SGBDR de diferentes maneras:

• Usuarios normales: Utilizan programas de aplicación preexistentes a través de interfaces (ej., aplicaciones web).
• Programadores de aplicación: Desarrollan programas que interactúan con la base de datos, utilizando herramientas como Eclipse o .NET.
• Usuarios especializados (analistas y diseñadores de datos): Interactúan directamente con el sistema mediante lenguajes de consulta (DDL y DML) y herramientas analíticas (OLAP).
• Administrador de la base de datos (DBA): Responsable del mantenimiento, configuración, rendimiento y seguridad del SGBDR.

Además, existen ingenieros que se dedican a construir y mejorar el propio SGBDR.