Guía didáctica

Competencia general

Identificar los conceptos específicos de bases de datos, los diferentes tipos de bases de datos y los sistemas gestores de bases de datos (SGBD) para favorecer el eventual diseño e implementación de bases de datos, lo anterior en un marco de respeto y probidad.

Fundamentación

Las bases de datos son un componente fundamental en la era digital y su importancia radica en su capacidad para almacenar, organizar y recuperar información de manera eficiente. Con la creciente cantidad de datos generados en el mundo digital, la comprensión de las bases de datos se ha vuelto esencial para el correcto funcionamiento de una amplia gama de aplicaciones, desde grandes sistemas multiusuario hasta dispositivos móviles y agendas electrónicas. La tecnología de bases de datos es crucial para garantizar la integridad de los datos y facilitar el trabajo tanto de los usuarios como de los programadores que las desarrollaron.

En la era digital, el conocimiento de las bases de datos es una habilidad valiosa para cualquier persona involucrada en el manejo de información, ya sea en el sector empresarial, tecnológico o de la información. La comprensión de las bases de datos permite a las personas trabajar de manera más eficiente y efectiva con información valiosa, lo que a su vez puede mejorar la productividad y la toma de decisiones.

En este curso de Introducción a las Bases de Datos, los estudiantes adquirirán una comprensión sólida de los conceptos esenciales y los componentes necesarios para el uso eficiente y efectivo de las bases de datos. Al finalizar el curso, los estudiantes estarán bien preparados para aplicar estos conocimientos en la práctica y para aprovechar al máximo las oportunidades que ofrecen las bases de datos en la era digital.

Clases digitales

1. Conceptos generales de informática
2. Conceptos específicos de bases de datos
3. Tipos de bases de datos
4. Sistema gestor de bases de datos (SGBD)

Metodología de trabajo

Te damos la más cordial bienvenida al curso en línea, el cual tiene un enfoque pedagógico basado en el microaprendizaje. Este curso está diseñado para proporcionar una experiencia formativa a corto plazo y enfocada en un tema específico. Al no tener una fecha de inicio ni de término establecida, está disponible en todo momento y es de acceso abierto.

Se espera que desarrolles el curso de forma autogestiva, es decir, asumiendo la responsabilidad y el control de tu propio aprendizaje. Para comenzar, te recomendamos que leas cuidadosamente la competencia del curso, el resumen y el contenido didáctico que lo conforma. Este curso es una implementación automatizada, por lo que no hay servicio de tutoría.

Una vez hayas concluido la lectura crítica del contenido didáctico, te sugerimos que desarrolles el examen de comprensión lectora.

Esperamos que disfrutes y aprendas mucho en este curso. Si tienes alguna pregunta o duda, por favor no dudes en ponerte en contacto con nosotros.

Clase 1. Conceptos generales de informática

Introducción

Estimad@ participante, con entusiasmo te damos una cordial bienvenida al curso en línea denominado: “Introducción a las bases de datos ”. Se quiere que afiances tus habilidades para el desarrollo de cursos con un sentido integral, que propicien en el estudiante estados de metacognición e impacten positivamente su aprendizaje.

Los temas que se abordarán con estas clases son:

• Clase 1 – Conceptos generales de informática.
• Clase 2 – Conceptos específicos de bases de datos.
• Clase 3 – Tipos de bases de datos.
• Clase 4 – Sistema gestor de bases de datos (SGBD).

¡Empecemos!

Desarrollo del tema

Conceptos generales

Actualmente la tecnología ha crecido rápidamente, por lo cual el hablar de información implica hablar de un mundo inmerso en muchas definiciones, en esta ocasión hacemos referencia a la información de manera electrónica. Para comenzar es importante definir los siguientes términos:

Informática, es una palabra que se integra por la unión de dos vocablos: “Información” y “Automática”, la palabra información se relaciona a “la adquisición de conocimientos”, entonces podemos especificar que el término está ligado a la adquisición, representación y transmisión de la información, pero, si queremos dar un concepto más específico, sobre la palabra “Informática” diremos entonces, que es la ciencia encargada de estudiar el tratamiento racional de la información a través de máquinas o computadoras.

La Real Academia Española define a la informática como: “conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores”.

De acuerdo a Álvarez y Bravo (2000) los siguientes son algunos de los campos de aplicación más destacados de la informática.

• Algoritmos y estructuras de datos.
• Análisis y desarrollo de sistemas informáticos.
• Arquitectura de ordenadores.
• Inteligencia artificial.
• Informática educativa.
• Informática gráfica
• Informática industrial
• Lenguajes de programación
• Metodología de la programación
• Ingeniería del software
• Robótica

Conceptos informáticos básicos

Una vez que ya estudiamos el concepto de informática, es importante relaciones algunos términos que tienen una estrecha relación con esta ciencia, como son:

Es indispensable conocer qué es una computadora, desde el punto de vista de la actualidad, empapada de tecnología, se define como un dispositivo electrónico capaz de tratar gran cantidad de información, con tareas generales como: almacenar, organizar, gestionar, actualizar, entre otras. Los nombres que con mayor frecuencia se utilizan para referirse a este dispositivo son: computadora, terminal, servidor, terminal tonta, ordenador, nodo y PC.

Ahora bien, la unidad mínima que soporta un computador es un bit, el cual es la representación en sistema binario de un 1 o un O, que en términos de electrónica 1 simboliza presencia de alto voltaje y O baja presencia de voltaje. Mientras que un byte es la unidad mínima de almacenamiento del ordenador y representa 8 bits, que en conjunto conforman un carácter cualquiera de los 256 que conforman el código ASCII, que más adelante se mencionará a detalle. Es importante tener clara la diferencia entre bit y byte, ya que son términos esenciales en cuanta a informática se refiere.

Las computadoras trabajan por medio de sistemas numéricos: binario, decimal, octal y hexadecimal.

Sistemas numéricos

Sistema numérico binario

También conocido como “sistema diádico” en las ciencias de la computación, este es un sistema en el cual los números que se deben representar solo utilizan cifras como el 0 y el 1. Este sistema trabaja de manera interna en dos voltajes, por lo que su sistema es binario (quiere decir, encendido 1 y apagado 0).

Sistema numérico decimal

Este es un sistema de numeración posicional en el cual las cantidades se representan utilizando como base aritmética las potencias del número diez. El conjunto de símbolos utilizado (sistema de numeración arábiga) se compone de diez cifras: cero (0) – uno (1) – dos (2) – tres (3) – cuatro (4) – cinco (5) – seis (6) – siete (7) – ocho (8) y nueve (9).

Sistema numérico octal

Es una de las numeraciones que tienen mayor uso en informática, ya que tiene la ventaja de que no requiere el uso de símbolos diferentes a los dígitos. Sin embargo, para trabajar con bytes o conjuntos de ellos, asumiendo que un byte es una palabra de 8 bits, suele ser más cómodo el sistema hexadecimal, por cuanto todo byte así definido es completamente representable por dos dígitos hexadecimales.

Sistema numérico hexadecimal

Es el sistema de numeración posicional que tiene como base el 16. Su uso actual está muy ligado a los computadores ya que suelen utilizar el byte u octeto como unidad básica de memoria; y, debido a que un byte representa 2^8 valores posibles, y esto puede representarse como 2^8 = 2^4 \cdot 2^4 = 16 \cdot 16 =  1 \cdot 16^2 + 0 \cdot 16^1 + 0 \cdot 16^0, que equivale al número en base 16 100_{16}, dos dígitos hexadecimales corresponden exactamente a un byte.

Los códigos

Los códigos EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal lnterchange Code / Código Ampliado de Intercambio Decimal Codificado en Binario) y ASCII (American Standard Code for Information lnterchange / Código Estadounidense Estándar para el Intercambio de Información), son los más conocidos en la representación de datos. En el siguiente esquema podrás visualizar a rasgos generales sus características principales.

Lenguajes de programación

Los lenguajes de programación son sistemas de comunicación entre la instrucción de un usuario y el sistema de cómputo. Estos se distinguen en tres niveles:

Conclusión

Espero que esta primera sesión te haya gustado, pues es crucial para continuar con nuestro curso.

¡Te deseo el mejor de los éxitos!

Clase 2. Conceptos específicos de bases de datos

Introducción

Hola, se bienvenid@ a esta clase digital, en la clase anterior revisamos los conceptos básicos de informática y la cual nos proporciona las bases suficientes para entrar de lleno en los conceptos propios de las bases de datos, como son: dato, campo, registro, archivo, entre otros. La importancia de abordar este tipo de conceptos radica en la necesidad de unificar términos que se irán enlazando y utilizando conforme se avance en los temas, por lo que a continuación se definirán algunos de ellos.

Demos inicio definiendo de manera sencilla algunos conceptos que son básicos en el manejo de la base de datos, entre los cuales se encuentran:

• dato, el cual es cualquier carácter, sin embargo, debe conformar información coherente y ordenada.
• Cuando tenemos un conjunto de datos es un campo,
• y cuando a este campo le es anexada más información u otros campos, se convierten en un registro, por lo que éste es definido como un conjunto de campos.

Ahora bien, una base de datos se define como grandes cantidades de información almacenada en un espacio de memoria (de PC, servidor, laptop, etcétera), que es procesada para su posterior uso, según las necesidades de información de la empresa, institución, etc., dicha información ayudará a la toma de decisiones y ésta a su vez dará so luciones.

Una de las principales ventajas de las bases de datos es que se puede manejar información compartida en red, que en cualquier parte del mundo se pueda consultar, siempre y cuando se cuente con los permisos de acceso, si en su caso así lo requiere.

Desarrollo del tema

Componentes que conforman las bases de datos

Para hablar sobre los componentes que conforman las bases de datos, es importante comenzar con el software; éste está constituido por un conjunto de programas que se conocen como Sistema de Gestión de Base de Datos (DBMS, por sus siglas en inglés: Database Management System). Este sistema  maneja
todas las solicitudes formuladas por los usuarios a la base de datos.

El programador de aplicaciones es el encargado de crear programas de aplicación que utiliza la base de datos; el usuario final es quien accede a la base de datos por medio de un lenguaje de consulta o de programas de aplicación, sin ser el especialista; mientras que el administrador de la Base de datos (DBA, por sus siglas en inglés: Data Base Administrator) es quien se encarga del control general del Sistema de Base de Datos.

Así mismo existe un campo clave, que asigna a cada registro un número irrepetible y, de ser necesario secuencial. Esta llave es muy importante puesto que es común que algunos registros repitan su información, y con ella se le otorga a cada registro una diferencia que le otorga unicidad. Por su nombre en inglés es común vería referida con sus siglas PK (primary key).

Un buen ejemplo de una base de datos es una lista de nombres y teléfonos de un grupo de personas:

Tabla o entidad

Aparte del campo clave, existe la clave externa también conocida como llave foránea, la cual es uno o más campos de una tabla que hacen referencia al campo o campos de la clave principal de otra tabla. Una clave externa se encarga de indicar cómo están relacionadas las tablas. Es importante mencionar que los datos en los campos de clave externa y clave principal deben coincidir, aunque los nombres de los campos no sean los mismos.

Elementos que conforman las bases de datos

En esta parte es importante tomar en cuenta la diferencia que existe entre un componente y un elemento de la base de datos; cuando se habla de un elemento es cuando se utiliza ya un gestor, sin embargo, cuando se habla de componente, es meramente teórico.

Ventajas de las bases de datos

Ahorro de tiempo, ya que los mismos datos se introducen una sola vez.

• Ahorro de espacio, porque la base de datos tiene dimensiones más reducidas.
• Disminución de errores determinados por la introducción de datos, ya que no se presenta redundancia de datos.
• Fiabilidad y disponibilidad; comúnmente la fiabilidad se define a grandes rasgos como la probabilidad de que un sistema esté en funciones en un momento determinado, y la disponibilidad es la probabilidad de que el sistema esté disponible continuamente durante un intervalo de tiempo, la posibilidad de compartir los datos al tiempo que se mantiene un cierto grado de control local.
• Mejor rendimiento cuando una base de datos grande es distribuida en múltiples sitios, ya que hay bases de datos más pequeñas en cada uno de éstos, y, en consecuencia, las consultas locales y las transacciones que tienen acceso a datas a un sólo sitio tienen un mejor rendimiento porque las bases de datos son más pequeñas, además, cada sitio tiene un mejor número de transacciones en ejecución, que si todas las transacciones se enviaran a una sola base de datos centralizada.

Desventajas

Como en cualquier sistema informático, el margen de error siempre se presenta, y las bases de datos no son la excepción, la principal desventaja que tienen se refiere al control y al manejo de los datos, porque éstos residen en muchos nodos diferentes y se pueden consultar por nodos diversos de la red; la probabilidad de violaciones de seguridad es creciente si no se tiene en cuenta la seguridad, que es un punto primordial para resguardar la información de manera fiable.

Las fallas no predecibles, tanto de componentes de hardware como de software, son complejas, ya que tratando de evitar estas fallas la integridad de la información no tendrá problemas. La integridad se refiere a la consistencia, validez y exactitud de la información.

Algunas otras desventajas son que los datos pueden estar replicados, así como también el control de concurrencia y los mecanismos de recuperación que son mucho más complejos que en un sistema centralizado, y la distribución produce un aumento en la complejidad del diseño y en la implementación del sistema.

Conclusión

Hemos llegado al final de nuestra segunda sesión, espero que esta clase haya sido de tu agrado y hayas aprendido más sobre las fundamentos de las bases de datos.

Ánimo, tu perseverancia puede dar excelentes resultados.

Clase 3. Tipos de bases de datos

Introducción

Hola apreciad@ participante, confío que el trayecto formativo de este curso vaya cubriendo tus expectativas; en esta ocasión iniciamos analizando como el procesamiento de datos ha impulsado el crecimiento de las computadoras, como ocurrió cuando éstas tuvieron un fuerte auge en las computadoras comerciales, de hecho, la automatización de las tareas de procesamiento de datos precede a las computadoras.

Desarrollo del tema

Las tarjetas perforadas, que fueron inventadas por Hollerith, se usaron ampliamente como medio para introducir datos de las computadoras posteriormente. La evolución de los sistemas de bases de datos inició de la mano con la evolución de los soportes de almacenamiento de información.

En un inicio alrededor de los años 50 se desarrollaron las cintas magnéticas, lo que fue dejando detrás a las tarjetas perforadas. Con el surgimiento de los diseños fijos el manejo de datas cambió de manera radical, ya que éstos permitían el acceso directo a los datos, sin importar su ubicación u orden. Este cambio permitió el desarrollo de bases de datos en red y jerárquicas, con lo que las estructuras de datas, además de poder construir y manipular directamente estas estructuras.

Después surgió el modelo no relacional y el de formas procedimentales de consulta, que tenía como ventaja la simplicidad de desarrollo y la posibilidad de ocultar los detalles de implementación al programador.

A pesar de que este modelo llamó la atención de muchos programadores no se utilizaba en la práctica, porque su rendimiento no fue tan alto como las bases de datos de red y jerárquicas existentes. Esto cambio cuando IBM desarrollo el prototipo System R, con lo que se desarrolló el primer producto comercial de construcción de bases de datos relacionales: SQL/DS.

Estos sistemas de bases de datos rápidamente sustituyeron las bases de datos jerárquicas y de red, que eran de bajo nivel, mientras que las relacionales las operaciones que eran de ese nivel se realizaban automáticamente, de modo que el programador no se tenía que concentrar tan arduamente en el nivel lógico.

Estos modelos de bases de datos se han convertido en el modelo dominante, pero más importante que eso, han sido el punto de partida para apuntalar la investigación que generó el desarrollo de bases de datos paralelas y distribuidas, así como los primeros proyectos de bases de datos orientadas a objetos.

Mientras que en la década de los ochenta fueron las aplicaciones de transacciones, en las que se hacen actualizaciones constantemente, pero gracias al desarrollo del SQL se comenzaron a utilizar para la toma de decisiones, que se basan más en la consulta, lo que a su vez llevó a un importante crecimiento en las herramientas para analizar grandes cantidades de datos.

El que quizá se convirtió en el acontecimiento clave para el desarrollo del uso de bases de datas fue el crecimiento de World Wide Web, lo que llevó su implementación a un público más extenso con el desarrollo de interfaces basadas en red.

Lo anterior da cuenta de cómo han aparecido los diferentes tipos de bases de datos. Ahora bien, antes de continuar con el siguiente tema, es conveniente centrar nuestra atención en algunas de las características de los tipos de bases de datos más conocidos:

• El modelo jerárquico es un tipo de sistema gestor que organiza la información en forma de árbol genealógico, en el que un nodo puede tener a su vez varios nodos que deriven de él.
• El funcionamiento del modelo relacional, parte de lo que su nombre indica: relaciones. Estas pueden ser consideradas en forma lógica, y genera conjuntos de datos llama dos registros. De forma clara se pueden explicar cómo una tabla compuesta por registros y campos.

Base de datos de árbol (jerárquica)

Una Base de datos jerárquica se compone de un conjunto ordenado de árboles, dicho de manera más precisa, un conjunto ordenado formado por múltiples ocurrencias de un sólo tipo de árbol.
Un tipo de árbol consiste en un sólo tipo de registro “raíz“, junto con un conjunto ordenado de cero o más tipos de subárbol dependientes (de nivel más bajo). Un tipo de subárbol a su vez consiste en un sólo tipo de registro de la raíz -tipo subárbol- junto con un conjunto ordenado de cero a más tipos de subárboles dependientes de nivel más bajo, y así sucesivamente. Por tanto, el tipo de árbol completo es un arreglo jerárquico de tipo de registro, además los tipos de registro están formados por tipos de campo.

Base de datos de red

Una base de datos de red se compone de dos conjuntos, un conjunto de registros y un conjunto de ligas, en términos más precisos, un conjunto de ocurrencias múltiples de cada uno de varios tipos de registros junto con un conjunto de ocurrencias múltiples de uno de varios tipos de ligas. Cada tipo de liga implica dos tipos de registro, un tipo de registro padre y un tipo de registro hijo. Cada ocurrencia de un tipo de liga dado consiste en una sola ocurrencia del tipo de registro padre, junto con un conjunto ordenado de múltiples ocurrencias del tipo de registro hijo. Dado un tipo específico de liga (L) con tipo de registro padre (P) y tipo de registro hijo (H).

• Cada ocurrencia de P es el padre en una y sólo una ocurrencia de L;
• Cada ocurrencia de H es hijo en cuanto más una ocurrencia de L;

Además, por supuesto, los tipos de registro están formados por tipos de campo.

Nota: De ahora en adelante dejaremos a un lado los calificadores “tipo” y “ocurrencia”, cuando no provoque confusión hacerlo.

Base de datos relacional

Las bases de datos relacionales, que en la actualidad son las más utilizadas, trabajan a través de tablas, que están conformadas de filas y columnas para la realización de sus búsquedas y otras operaciones. Estas tablas se encuentran relacionadas entre sí, de ahí el nombre de relacional.

Estructura básica de las bases de datos relacionales

Como ya se explicó estas consisten en relaciones, y cada una de ellas tiene un nombre único. Cada relación permite usar valores nulos, que indican que el valor puede ser inexistente o nulo.

En estas bases cada fila representa la relación de un conjunto de va lores. Cada tabla es un conjunto de dichas relaciones, por lo que existe correspondencia entre el concepto de tabla y de relación. Su estructura la ejemplificamos en la siguiente figura.

Conclusión

Te acercas al final de nuestro curso. Espero que esta tercera sesión haya sido de tu agrado y que hayas aprendido un poco más acerca de los tipos de bases de datos.

¡Vas muy bien, sigue así!

Clase 4. Sistema gestor de bases de datos (SGBD)

Introducción

Apreciad@ participante, nuevamente nos encontramos en este espacio virtual; aprovecho la ocasión para externarte mi alegría de haber constatado tu compromiso y responsabilidad en tu cursada. Al tener los conceptos, características, ventajas y desventajas de los tipos de Bases de datos, en esta última clase es preciso mencionar lo que son los Sistemas Gestores de Bases de Datos (SGBD o DBMS, por sus siglas en inglés: Data Base Management System).

Un Sistema Gestor de Base de Datos es un software específico dedicado a servir de interfaz entre la base de datos el usuario y las aplicaciones que la utilizan. Su objetivo principal es manejar de manera ordenada y clara un conjunto de datos que se convertirán en información importante para una organización. En otras palabras, un SGBD es un software que sirve para crear, programar, administrar y controlar la información de una base de datos, asegurando la integridad, seguridad y confiabilidad de la información.

Existen dos tipos de Sistemas Gestores de Bases de Datos: libres y comerciales. Los más utilizados son los libres.

Desarrollo del tema

Sistemas gestores de bases de datos libres

• PostgreSQL. Es un sistema de gestión de base de datos relacional orientada a objetos, publicado bajo la licencia BSD (Berkeley Software Distribution / Distribución de Software Berkeley), que no es más que una licencia de software otorgada para este tipo de sistemas.
• MySQL. Es un sistema multiusuario y de código abierto. EI uso de MySQL es muy popular en aplicaciones web, y es componente de las plataformas LAMP, MAMP, WAMP, entre otras, y suele combinarse con el popular lenguaje PHP. como sus principales características podemos decir que: está escrito en c y c++; utiliza multithreaded mediante threads de kernel; pueden usarse fácilmente múltiples CPUs si están disponibles; emplea el lenguaje SQL para consultas a la base de datas; está disponible como freeware bajo licencia GPL; proporciona sistemas de almacenamiento, transaccionales y no transaccionales; trabaja en las plataforma AIX, BSDi, freeBSD, HP-UX, GNU/Linux, Mac OS X, NetBSD, Novell NetWare, OpenBSD, OS/2 Warp, QNX, SGI IRIX , SunOS, seo OpenServer, Solaris, seo UnixWare, Tru64 y Microsoft Windows (95, 98, ME, NT, 2000, XP y Vista); utiliza tablas en disco B-tree muy rápidas con compresión de índice y es relativamente sencillo añadir otro sistema de almacenamiento, esto es útil si se desea añadir una interfaz SQL para una Base de datos propia.
• Oracle. Es una herramienta importante y con muchas capacidades del tipo cliente/servidor para gestión de base de datos, aunque de precio muy alto.

Estructura de un sistema gestor de base de datos

En este apartado es preciso, estudiar un poco sobre la estructura de un SGBD, la cual está conformada por:

• Procesador de consultas: Es su elemento principal de un SGBD, transforma las consultas en instrucciones en lenguaje de bajo nivel, que se envían al gestor.
• Gestor: Es la interfaz entre los datos de bajo nivel almacenados en la base de datos, acepta consultas y examina los esquemas externo y conceptual, posteriormente determina qué registros se requieren para satisfacer la petición.
• Gestor de ficheros: Se encarga de manejar y controlar los ficheros en almacenamiento en la base de datos.
• Lenguaje de Manipulación de Datos (MDL): trabaja con el procesador de consultas para el código apropiado.
• Lenguaje de Definición de Datos, convierte las sentencias en un conjunto de tablas que contienen datos almacenados en el diccionario de datos.
• Diccionario de datos: Almacena la información de la base de datos.
• Gestor del diccionario: Contra la los accesos y la información del diccionario de datos.
• Control de autorización: Se encarga de revisar las credenciales de los usuarios para acceder a determinada información.
• Optimizador de consultas: Establece la estrategia para el procesamiento de las transacciones.
• Gestor de transacciones: Es la parte encargada de realizar las transacciones.
• Planificador: Organiza las transacciones que llegan a la base de datos para su realización.

Conclusión

Hemos llegado al final de nuestro curso. Espero que los conocimientos que has adquirido durante nuestro trayecto formativo hayan sido de tu agrado y te sirvan en el futuro.

¡Te deseo el mejor de los éxitos!

Examen de comprensión lectora