Conceptos Fundamentales de Bases de Datos

Las bases de datos son el pilar de la gestión de información en la era digital. A continuación, se definen los conceptos esenciales para comprender su funcionamiento y propósito.

1. Base de Datos

Una base de datos es un conjunto organizado de datos que se almacenan y son accesibles electrónicamente. Su objetivo principal es permitir el almacenamiento, recuperación y gestión eficiente de la información.

2. Expresividad

Es la capacidad de un sistema o modelo de base de datos para representar con precisión diferentes tipos de información y relaciones del mundo real.

3. Simplificada

Una descripción simplificada de una base de datos puede verse como una tabla o colección de tablas, compuestas por filas (tuplas) y columnas (atributos).

4. Formalidad

La formalidad implica que las bases de datos se diseñan y gestionan utilizando reglas lógicas y estructuras bien definidas para asegurar la consistencia e integridad de la información.

5. DBMS / SGBD (Sistema de Gestión de Bases de Datos)

Es el software que permite crear, administrar y manipular una base de datos. Ejemplos comunes incluyen MySQL, Oracle, PostgreSQL y SQL Server.

6. Propósito

El propósito de una base de datos es proporcionar una forma estructurada y eficiente de almacenar, consultar y modificar grandes cantidades de información de manera segura y accesible.

Modelado de Datos

El modelado de datos es crucial para diseñar bases de datos eficientes y coherentes. Aquí se explican los elementos clave de este proceso.

7. Entidad

Representa un objeto del mundo real que se puede identificar de manera única (por ejemplo: Persona, Producto).

8. Atributos

Son las propiedades o características de una entidad. Se clasifican en:

• Simples: no se dividen (ej. Edad).
• Compuestos: se pueden dividir en subatributos (ej. Nombre completo → Nombre, Apellido).
• Multivaluados: pueden tener más de un valor (ej. Teléfonos).
• Derivados: se calculan a partir de otros atributos (ej. Edad derivada de Fecha de Nacimiento).

9. Relación

Es la asociación entre dos o más entidades (por ejemplo: un estudiante cursa una materia).

10. Cardinalidad

Define cuántas instancias de una entidad pueden estar asociadas con otra (uno a uno, uno a muchos, muchos a muchos).

11. Transformación de Entidades

Es el proceso de convertir un modelo conceptual (entidades y relaciones) en un modelo lógico (tablas y claves) que se pueda implementar en un SGBD.

Estructuras y Componentes

Las bases de datos relacionales se construyen sobre estructuras fundamentales que permiten organizar y vincular la información.

12. Tuplas

Son las filas de una tabla; representan un registro individual.

13. Tablas

También llamadas relaciones, son estructuras formadas por columnas (atributos) y filas (tuplas).

14. Clave Primaria

Es un atributo o conjunto de atributos que identifica de forma única cada tupla de una tabla.

15. Clave Foránea (o Ajenas)

Es un atributo que se refiere a la clave primaria de otra tabla y sirve para establecer relaciones entre tablas.

16. Integridades

• Integridad de entidad: la clave primaria no puede ser nula.
• Integridad referencial: asegura que una clave foránea siempre apunte a un valor existente en la clave primaria referida.

17. Dominio

Es el conjunto de valores posibles que un atributo puede tener (por ejemplo: el dominio de «edad» podría ser números enteros positivos).

Ejemplo de Tabla: Dirección

Una tabla simple que almacena direcciones puede contener:

Arquitectura y Gestión

La forma en que se estructuran y administran las bases de datos es clave para su rendimiento y seguridad.

18. Arquitectura Cliente-Servidor

Es una estructura donde el cliente (usuario o aplicación) solicita servicios al servidor, que procesa las solicitudes en la base de datos.

• Cliente: solicita datos, generalmente mediante interfaces gráficas.
• Servidor: ejecuta las consultas y gestiona la base de datos.

19. Ventajas y Desventajas de los SGBD

Ventajas:

• Centralización de datos.
• Control de acceso y seguridad.
• Integridad de la información.
• Reducción de redundancia.

Desventajas:

• Costos de instalación y mantenimiento.
• Requiere personal especializado.
• Puede haber problemas de rendimiento si no está bien optimizada.

20. Gestores de Bases de Datos

Son herramientas o programas que permiten la administración de bases de datos. Ejemplos comunes incluyen Oracle, MySQL, PostgreSQL y Microsoft SQL Server.

Bases de Datos Distribuidas

Las bases de datos distribuidas ofrecen soluciones para la escalabilidad y disponibilidad de la información en entornos complejos.

21. Bases Distribuidas

Es una base de datos que está físicamente distribuida en diferentes ubicaciones, pero se accede a ella como si fuera una sola.

Ventajas:

• Mayor disponibilidad.
• Tolerancia a fallos.
• Acceso más rápido en ubicaciones locales.

Desventajas:

• Mayor complejidad de administración.
• Posibles problemas de sincronización.
• Costos de infraestructura más altos.

Formas Normales en Bases de Datos

Las formas normales son reglas que se aplican en el proceso de normalización para eliminar redundancia, mejorar la integridad de los datos y facilitar su mantenimiento.

Primera Forma Normal (1FN)

Objetivo: Eliminar grupos repetitivos y asegurar que los valores sean atómicos.

• ✅ Cada celda contiene un único valor indivisible (atómico).
• ❌ No hay listas o conjuntos dentro de una celda.
• ✅ Se requiere una clave primaria para identificar cada fila.

Ejemplo de Violación de 1FN:

Segunda Forma Normal (2FN)

Objetivo: Eliminar dependencias parciales.

• ✅ Cumple con 1FN.
• ✅ Todos los atributos dependen completamente de la clave primaria (no parcialmente).

Aplica solo a claves primarias compuestas.
Si un atributo depende solo de una parte de la clave compuesta, se debe separar.

Tercera Forma Normal (3FN)

Objetivo: Eliminar dependencias transitivas.

• ✅ Cumple con 2FN.
• ❌ No debe haber atributos que dependan de otros atributos no clave.

Ejemplo:

• Si A es clave, y B depende de A, pero C depende de B → entonces hay una dependencia transitiva.

Solución: Separar la tabla para que cada atributo dependa directamente de la clave primaria.

Forma Normal de Boyce-Codd (FNBC / BCNF)

Objetivo: Fortalecer la 3FN ante ciertos casos especiales.

• ✅ Cumple con 3FN.
• ✅ Toda dependencia funcional A → B implica que A es una superclave.
• ❌ No permite que un atributo no clave determine otros.

Ejemplo de violación:

• Profesor → Materia (si Profesor no es clave) viola FNBC.

Solución: Dividir la tabla para que solo las superclaves determinen atributos.

Cuarta Forma Normal (4FN)

Objetivo: Eliminar dependencias multivaluadas.

• ✅ Cumple con FNBC.
• ❌ No permite que un atributo dependa multivaluadamente de otro que no es una superclave.

Multivaluada: Cuando un solo registro puede estar asociado con múltiples valores de otro atributo de manera independiente.

Ejemplo:

• Un estudiante tiene varios hobbies y varios cursos, sin relación entre ellos.

Solución: Dividir en dos tablas:

1. Estudiante-Hobby
2. Estudiante-Curso

Resumen Visual de Formas Normales